БЫТОВОЙ ПРИБОР
DOMESTIC APPLIANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к станции для мытья рук. В одном примере станция для мытья рук выполнена в виде блока умывальника, который может быть установлен в туалетной комнате.
Уровень техники
Как известно, блок умывальника содержит по меньшей мере один дозатор текучей среды, обычно в виде крана для дозирования воды, предназначенный для дозирования текучей среды в приемную емкость, и слив, предназначенный для слива дозированной текучей среды из приемной емкости. Блок умывальника может быть снабжен одним краном для дозирования воды в некотором диапазоне различных температур или двумя кранами, каждый из которых предназначен для дозирования воды соответствующей температуры. Дозатор текучей среды может быть расположен рядом с приемной емкостью, смонтирован на приемной емкости или расположен на стене.
Количество энергии, используемой в течение года для нагрева воды, подаваемой к блоку умывальника, может быть значительным. Например, блок умывальника, расположенный в общественной туалетной комнате средней площади, может подвергаться приблизительно 200 использованиям в день. Если каждый пользователь блока умывальника выбирает мытье с относительно горячей водой, обычно дозируемой при температуре приблизительно 40°C, и использование приблизительно 330 мл воды в расчете на одно мытье (рассчитанное на основании дозируемого расхода, составляющего 2 л/м и времени мытья 10 секунд), то энергия, требуемая для нагрева воды, подаваемой к блоку умывальника, в течение года от температуры приблизительно 18°C до 40°C, может составлять приблизительно 625 кВт⋅ч.
Падение температуры в дозируемой горячей воде, когда дозируемая вода проходит сквозь воздух и затем через руки пользователя и на внешнюю поверхность емкости к сливу, составляет в общем случае приблизительно 5°C. Соответственно энергия, бесполезно расходуемая, когда горячая воды выбрасывается через слив блока умывальника, может составлять приблизительно 485 кВт⋅ч в год.
Известно, что обеспечивается система для передачи тепла от использованной горячей воды, удаляемой из слива емкости, к поступающей холодной воде, которая должна подаваться к приемной емкости, и таким образом уменьшения количества энергии, требуемой для нагрева поступающей холодной воды перед ее дозированием. К примеру, в документе US 4,291,423 описана система рекуперации тепла, в которой использованная горячая вода передается из емкости в канал, расположенный под приемной емкостью и вмещающий трубу, содержащую входящую холодную воду. Тепло передается от использованной горячей воды к входящей холодной воде через корпус трубы. Однако накопление мыла, отложений и накипи жесткой воды на наружной поверхности трубы может затруднять передачу тепла к входящей холодной воде, и, следовательно, приемная емкость должна быть съемной, чтобы позволить пользователю осуществлять доступ к системе рекуперации тепла для очистки. Это может быть неудобным для пользователя.
Раскрытие изобретения
В первом аспекте данное изобретение обеспечивает станцию или блок для мытья рук, например блок умывальника, содержащий приемную емкость, имеющую слив, и дозатор текучей среды для дозирования текучей среды в приемную емкость, причем приемная емкость содержит теплообменник для передачи тепла между дозируемой текучей средой и второй текучей средой, причем теплообменник образует по меньшей мере часть внешней поверхности приемной емкости.
Теплообменник, таким образом, образует часть приемной емкости, в которую дозируется текучая среда. Теплообменник предназначен для передачи тепла между дозируемой текучей средой и второй текучей средой, которая может находиться при более низкой температуре, чем дозируемая текучая среда внутри приемной емкости. Это позволяет теплообменнику извлекать тепло из дозируемой текучей среды, перед тем как дозируемая текучая среда входит в слив, и, следовательно, приводить только к малому понижению температуры дозируемой текучей среды, например, в результате контакта с руками пользователя и/или воздухом. Это может значительно улучшить утилизацию тепла из дозируемой текучей среды по сравнению с системой рекуперации тепла, в которой тепло передается от дозируемой текучей среды после ее выброса из слива или введения в замкнутый канал, как описано в документе US 4,291,423, и в результате приводить к большему падению ее температуры. Используемый здесь термин «внешняя поверхность приемной емкости» включает любую поверхность, с которой контактирует дозируемая текучая среда, перед тем как дозируемая текучая среда войдет в слив приемной емкости. Емкость может быть в виде чаши или раковины, в которую дозируется текучая среда.
Расположение теплообменника таким образом, что он образует по меньшей мере часть внешней поверхности приемной емкости, в которую дозируется текучая среда, может позволить пользователю легко очищать внешнюю поверхность теплообменника, которая находится в тепловом контакте с дозируемой текучей средой. Благодаря регулярной очистке внешней поверхности приемной емкости, обычно выполняемой по меньшей мере два или три раза в день в общественной туалетной комнате, внешняя поверхность теплообменника может также поддерживаться чистой, тем самым поддерживая эффективность теплообменника.
Это расположение теплообменника приводит внешнюю поверхность теплообменника в контакт с другой текучей средой, отличной от дозируемой текучей среды, такой как воздух в окружающей атмосфере. В зависимости от относительных температур окружающей атмосферы и второй текучей среды, теплообменник может передавать тепло от сравнительно горячей окружающей атмосферы сравнительно холодной второй текучей среде, когда внутри емкости отсутствует дозируемая текучая среда. К примеру, внутри общественной туалетной комнаты имеются разнообразные источники тепла, которые могут способствовать нагреванию воздуха выше температуры второй текучей среды, включая пользователей туалетной комнаты, сушилки для рук горячим воздухом и батареи отопления. Альтернативно, когда окружающая атмосфера является относительно холодной, теплообменник может передавать тепло к относительно холодной окружающей атмосфере от относительно горячей второй текучей среды.
Следовательно, во втором аспекте данное изобретение обеспечивает станцию для мытья рук, содержащую приемную емкость, причем приемная емкость содержит теплообменник, имеющий внешнюю поверхность, предназначенную для теплового контакта с текучей средой при первой температуре, и внутреннюю поверхность, предназначенную для теплового контакта с текучей средой при второй температуре, причем внешняя поверхность теплообменника образует по меньшей мере часть внешней поверхности приемной емкости.
Как обсуждалось выше, текучая среда, находящаяся при первой температуре, может быть более горячей или более холодной, чем текучая среда, находящаяся при второй температуре. Текучая среда при первой температуре может представлять собой дозируемую текучую среду, такую как дозируемая вода или дозируемый воздух, либо воздух в окружающей атмосфере.
К примеру, воздух может дозироваться из вентилятора для циркуляции воздуха в туалетной комнате или локально рядом с приемной емкостью, либо из сушилки для рук. Эта текучая среда при первой температуре называется далее «дозируемой текучей средой». Текучая среда при второй температуре называется далее «второй текучей средой», и это может быть вода, получаемая из центрального водопровода, или воздух. К примеру, воздух может перекачиваться к станции для мытья рук из внешнего источника или из воздуха, находящегося снаружи туалетной комнаты, в которой установлена станция для мытья рук. Вторая текучая среда может затем использоваться для образования дозируемой текучей среды, и следовательно дозируемая текучая среда и вторая текучая среда могут меняться из одной в другую чисто за счет их относительных температур.
Внешняя поверхность теплообменника может иметь любую желаемую форму. К примеру, внешняя поверхность теплообменника может образовывать по существу плоскую или планарную внешнюю поверхность емкости, которая контактирует с дозируемой текучей средой и/или окружающей атмосферой. Однако чтобы увеличить площадь внешней поверхности теплообменника и тем самым увеличить площадь поверхности, имеющуюся для теплопередачи внутри данного пространства емкости, теплообменник предпочтительно образует по меньшей мере часть поднятой наружной поверхности приемной емкости. Альтернативно или дополнительно, внешняя поверхность теплообменника может образовывать вогнутую внешнюю поверхность приемной емкости, предназначенную для направления дозируемой текучей среды к стоку.
Для оптимизации передачи текучей среды ко второй текучей среде предпочтительно передавать поток второй текучей среды вдоль или рядом с внутренней поверхностью теплообменника в направлении, которое является противоположным направлению, в котором дозируемая текучая среда обтекает внешнюю поверхность теплообменника. Выполнение по меньшей мере части внешней поверхности теплообменника в возвышающейся форме, такой как куполообразная или выпуклая форма, может позволить располагать блок умывальника, например, с помощью выбора по меньшей мере одного из соответствующих положений дозатора и теплообменника, формы дозатора и скорости, с которой дозируется текучая среда, так что дозируемая текучая среда будет обтекать внешнюю поверхность теплообменника в общем направлении, т.е. на удаление от вершины возвышающейся поверхности. Вторая текучая среда может тогда передаваться вдоль или рядом с вогнутой внутренней поверхностью теплообменника по направлению к вершине.
Преимущество формирования теплообменника с выпуклой внешней поверхностью заключается в том, что дозируемая текучая среда может стремиться образовать относительно тонкую пленку вдоль выпуклой поверхности, с уменьшенной площадью поверхности по сравнению с площадью поверхности многих водяных капель, обтекающих выпуклую поверхность. Это может уменьшить степень испарительного охлаждения дозируемой текучей среды и тем самым максимизировать передачу тепла через теплообменник. Внешняя поверхность теплообменника предпочтительно изготовлена из гидрофильного материала или покрыта гидрофильным материалом, чтобы способствовать распространению дозируемой жидкости по теплообменнику и тем самым способствовать передаче тепла через (относительно теплопроводяший) теплообменник, а не к (относительно теплоизолирующей) окружающей атмосфере.
Возвышающаяся часть теплообменника может иметь любую желаемую геометрическую форму. К примеру, возвышающаяся часть теплообменника может иметь куполообразную, цилиндрическую, коническую форму, форму усеченного конуса или многогранную форму. Теплообменник предпочтительно образует по меньшей мере часть внешней поверхности емкости, которая имеет по существу сферическую кривизну, так то дозируемая текучая среда распространяется равномерно по теплообменнику для образования ламинарной пленки. Поскольку полусфера имеет вдвое большую площадь поверхности по сравнению с площадью поверхности круглого плоского диска такого же радиуса, выполнение формы теплообменника подобным образом может максимизировать объем текучей среды, находящийся в тепловом контакте с теплообменником в расчете на одну секунду, и тем самым максимизировать скорость теплопередачи ко второй текучей среде. Благодаря этой форме теплообменник может также быть сравнительно нечувствительным к углу установки теплообменника относительно дозатора текучей среды.
Сфера также представляет собой одну из самых прочных и устойчивых из трехмерных форм, и это может позволить изготовить по меньшей мере секцию теплообменника, которая образует эту сферическую секцию внешней поверхности емкости, из материала, имеющего толщину менее 5 мм, предпочтительно менее 3 мм и более предпочтительно менее 1 мм. Это может уменьшить время, требуемое для нагрева теплообменника до температуры дозируемой текучей среды, и может уменьшить количество тепла, которое сохраняется теплообменником между использованиями блока умывальника. Толщина теплообменника и следовательно объем его материала является пропорциональным тепловой инерции и чувствительности теплообменной системы. Теплообменная система с низкой инерцией может реагировать быстро на небольшие изменения температуры, позволяя теплу передаваться между окружающей атмосферой и второй текучей средой.
Теплообменник может, таким образом, образовывать плоскую, цилиндрическую, коническую, усеченно-коническую, многогранную, полусферическую, сфероидальную или сферическую часть приемной емкости. Эта часть емкости может выступать из по меньшей мере части внешней поверхности основания приемной емкости. Дозируемая текучая среда может тогда обтекать эту часть приемной емкости и протекать на основание перед тем, как она будет выпущена через сток. Емкость может иметь боковую стенку, которая присоединена к основанию и которая проходит вокруг теплообменника. Альтернативно теплообменник может располагаться над боковой стенкой приемной емкости.
Теплообменник может представлять собой отдельный компонент от основания приемной емкости. К примеру, теплообменник может быть присоединен к основанию приемной емкости, так чтобы теплообменник располагался над стоком приемной емкости. Теплообменник может быть присоединен к основанию приемной емкости с помощью множества опор, проходящих вокруг периферии теплообменника, так чтобы дозируемая текучая среда могла стекать с кромки теплообменника и затем проходить под теплообменником к стоку. Теплообменник может быть разъемным образом присоединен к приемной емкости, чтобы позволить очищать, ремонтировать или заменять теплообменник без необходимости удалять какую-либо другую часть приемной емкости.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения теплообменник выполнен неразъемным с приемной емкостью. Теплообменник предпочтительно образует по меньшей мере часть внешней поверхности основания приемной емкости. По причинам, обсужденным выше, теплообменник предпочтительно образует по меньшей мере часть возвышающейся секции основания. Эта возвышающаяся секция основания имеет предпочтительно выпуклую форму и предпочтительно имеет по существу сферическую кривизну. В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения теплообменник образует полусферическую секцию внешней поверхности основания приемной емкости. Блок умывальника предпочтительно расположен таким образом, что текучая среда дозируется непосредственно на возвышающуюся секцию основания, так что, когда поток дозируемой текучей среды не попадает на руки пользователя, внешняя поверхность возвышающейся секции приемной емкости может быть по существу равномерно покрыта дозируемой текучей средой, когда она протекает к стоку. К примеру, дозатор текучей среды может располагаться таким образом, чтобы дозируемая текучая среда выливалась на вершину возвышающейся секции приемной емкости.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения приемная емкость содержит боковую стенку. В качестве альтернативы того или дополнительно к тому, что теплообменник образует часть основания приемной емкости, теплообменник может образовывать по меньшей мере часть внешней поверхности боковой стенки приемной емкости. Это может позволить извлекать тепло из дозируемой текучей среды, которая разбрызгалась с рук пользователя на внешнюю поверхность боковой стенки емкости, и может также позволить извлекать тепло между окружающей атмосферой и второй текучей средой. Боковая стенка предпочтительно проходит вокруг возвышающейся секции основания, а слив предпочтительно расположен между боковой стенкой и возвышающейся секцией основания. Слив может содержать либо одно отверстие для текучей среды, либо множество отверстий для текучей среды, расположенных на расстоянии друг от друга вокруг возвышающейся секции основания, через которые текучая среда сливается из емкости во внешнюю канализационную трубу.
Теплообменник может содержать один лист материала, которому придана определенная форма для образования по меньшей мере части внешней поверхности приемной емкости. Слив может быть изготовлен путем пробивки этого листа или иным образом удаления материала из этого листа материала. Лист материала заранее изготовлен из металлического материала, например, нержавеющей стали, так чтобы теплообменник имел относительно высокую теплопроводность. Покрытие из гидрофильного материала может быть осаждено или иным образом нанесено на этот лист материала для образования внешней поверхности теплообменника. Альтернативно теплообменник может содержать множество слоев материала, при этом один слой материала образует внешнюю поверхность теплообменника, а другой слой материала образует внутреннюю поверхность теплообменника. В этом случае слои теплообменника могут быть изготовлены из одного и того же материала или из различных материалов. К примеру, внешняя поверхность теплообменника может быть образована из листа нержавеющей стали, тогда как внутренняя поверхность теплообменника может быть сформирована из листа другого металлического материала для снижения стоимости изготовления, или из листа пластикового материала для дополнительного разделения различных потоков текучей среды по причинам безопасности пользования водными объектами.
Приемная емкость предпочтительно содержит средство для передачи потока второй текучей среды рядом с или вдоль внутренней поверхности теплообменника, так чтобы вторая текучая среда находилась в тепловом контакте с теплообменником для обмена тепла с текучей средой внутри приемной емкости. Средство для передачи текучей среды предпочтительно предназначено для передачи второй текучей среды вдоль или рядом с внутренней поверхностью теплообменника в направлении, по существу противоположном направлению, в котором дозируемая текучая среда обтекает внешнюю поверхность теплообменника. К примеру, если теплообменник содержит выпуклую секцию, образующую выпуклую внешнюю поверхность, вдоль которой протекает дозируемая текучая среда, средство передачи текучей среды предпочтительно предназначено для передачи второй текучей среды внутри по направлению к вершине выпуклой секции теплообменника.
Средство для передачи текучей среды может содержать по меньшей мере один канал для передачи текучей среды рядом с внутренней поверхностью теплообменника. К примеру, средство для передачи текучей среды может содержать одну или несколько трубок или труб, которые расположены рядом с внутренней поверхностью теплообменника для приведения второй текучей среды в тепловой контакт с внутренней поверхностью теплообменника. К примеру, трубка (трубки) могут быть обмотаны вокруг корпуса или кожуха, поверх которого расположена приемная емкость, так чтобы трубка (трубки) располагались напротив внешней поверхности теплообменника.
В этом случае тепло, передаваемое между дозируемой текучей средой и второй текучей средой, должно также проходить через трубку (трубки), и поэтому некоторая часть этого тепла может быть использована для повышения температуры в отличие от повышения температуры относительно холодной текучей среды. Ввиду этого в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения приемная емкость содержит встроенный проход для текучей среды в виде охлаждающего кожуха, ограниченного по меньшей мере частично внутренней поверхностью теплообменника, так чтобы не требовалось никакой дополнительной тепловой массы для ее нагрева для передачи тепла от сравнительно горячей текучей среды к сравнительно холодной текучей среде. Охлаждающий кожух может проходить вдоль по существу всей внутренней поверхности теплообменника и таким образом может проходить вдоль как внутренней поверхности основания приемной емкости, так и внутренней поверхности боковых стенок приемной емкости. Альтернативно охлаждающий кожух может проходить вдоль выбранных секций внутренней поверхности приемной емкости.
Емкость предпочтительно содержит корпус, проходящий вокруг теплообменника, и охлаждающий кожух предпочтительно расположен между теплообменником и корпусом, а более предпочтительно ограничен теплообменником и корпусом. Внутренняя поверхность теплообменника и внутренняя поверхность корпуса предпочтительно имеют по существу одинаковую форму, так чтобы охлаждающий кожух имел равномерную толщину вокруг теплообменника. Корпус может быть предназначен для передачи тепла между текучей средой внутри охлаждающего кожуха и окружающей атмосферой, находящейся в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса. Дозатор воздуха, такой как вентилятор, может быть обеспечен для дозирования воздуха вдоль внешней поверхности корпуса, так чтобы тепло могло передаваться между дозируемым воздухом и текучей средой внутри охлаждающего кожуха. В этом случае корпус может также образовывать теплообменник емкости. К примеру, корпус может быть изготовлен из металлического материала, такого как нержавеющая сталь. Альтернативно корпус может быть изготовлен из теплоизоляционного материала для предотвращения потери тепла через корпус.
Корпус предпочтительно имеет боковую стенку, содержащую по меньшей мере один входной порт для текучей среды, через который вторая текучая среда входит в охлаждающий кожух. Охлаждающий кожух может затем передавать текучую среду вдоль внутренней поверхности боковой стенки теплообменника. Охлаждающий кожух может содержать множество входных портов для текучей среды, расположенных вокруг боковой стенки корпуса для распределения равномерно второй текучей среды по внутренней поверхности теплообменника. Кольцевой распределительный кожух может быть обеспечен для подачи текучей среды к входным портам для текучей среды. В том случае, если основание теплообменника содержит возвышающуюся секцию, имеющую выпуклую внешнюю поверхность, выходной порт для текучей среды охлаждающего кожуха предпочтительно расположен напротив вершины выпуклой внешней поверхности.
Блок умывальника предпочтительно содержит входной канал для подачи текучей среды к охлаждающему кожуху. Входной канал может быть присоединен к центральному водопроводу, который может иметь высокое давление воды, например, до 10 бар. Поскольку увеличение толщины теплообменника - чтобы позволить емкости выдерживать подачу холодной воды под высоким давлением к охлаждающему кожуху -может негативно сказываться на передаче тепла через теплообменник, входной канал может содержать редукционный клапан, предназначенный для уменьшения статического давления второй текучей среды перед тем, как она войдет в охлаждающий кожух. Это может также предотвратить какую-либо утечку текучей среды из охлаждающего кожуха благодаря снижению вероятности каких-либо утечек, образующихся внутри любых уплотнений или соединений между теплообменником и корпусом из-за давления текучей среды внутри охлаждающего кожуха. Входной канал может содержать соленоидный клапан или другой клапан для выборочного прекращения потока текучей среды к охлаждающему кожуху.
Блок умывальника может содержать выходной канал для передачи текучей среды от охлаждающего кожуха к дозатору текучей среды. Второй клапан, предпочтительно соленоидный клапан, может быть обеспечен между охлаждающим кожухом и дозатором текучей среды для прекращения дозирования текучей среды из дозатора текучей среды. Этот второй клапан может быть расположен в выходном канале или в другом канале, расположенном между выходным каналом и дозатором текучей среды. Второй канал может выборочно открываться, либо вручную пользователем, либо в ответ на обнаружение руки пользователя вблизи дозатора текучей среды, для того чтобы вызвать дозирование текучей среды. Когда текучая среда должна дозироваться из дозатора текучей среды, клапаны, расположенные во входном канале и выходном канале предпочтительно открываются одновременно. Когда дозирование текучей среды из дозатора текучей среды должно быть остановлено, например, по истечению заранее заданного времени или после того, как было дозировано заранее заданное количество текучей среды, клапан, расположенный во входном канале, предпочтительно закрывается перед клапаном, расположенным в выходном канале. Это предотвращает образование нежелательно высокого статического давления внутри охлаждающего кожуха.
Нагреватель может быть обеспечен для нагрева текучей среды, находящейся внутри выходного канала, для образования текучей среды, которая дозируется из дозатора текучей среды. Благодаря тому, что теплообменник повышает температуру текучей среды, когда она проходит через емкость, требуется меньше мощности для дополнительного нагрева текучей среды до требуемой температуры дозирования. По меньшей мере часть нагревателя может быть окружена возвышающейся секцией основания для уменьшения длины любой открытой (обнаженной) секции выходного канала, расположенной между охлаждающим кожухом и нагревателем.
Альтернативно выходной канал может передавать текучую среду от охлаждающего кожуха к термостатическому смесительному клапану, имеющему первое входное отверстие для приема текучей среды из выходного канала, второе входное отверстие для приема относительно горячей текучей среды и выходное отверстие, присоединенное к дозатору текучей среды. Относительно горячая текучая среда может представлять собой нагретую в бойлере текучую среду, которая смешивается с текучей средой, полученной от охлаждающего кожуха, для обеспечения смешанной текучей среды, которая подается к дозатору текучей среды для образования дозируемой текучей среды. В этом случае требуется меньше нагретой бойлером текучей среды для обеспечения смешанной текучей среды при требуемой температуре дозирования, тем самым уменьшая количество энергии, потребляемой бойлером. Опять же, по меньшей мере часть термостатического смесительного клапана может быть окружена возвышающейся секцией основания для уменьшения длины какой-либо открытой секции выходного канала, расположенной между охлаждающим кожухом и термостатическим смесительным клапаном. В этом случае клапан для прекращения дозирования текучей среды из дозатора текучей среды может располагаться между термостатическим смесительным клапаном и дозатором текучей среды.
В качестве альтернативы передаче текучей среды от охлаждающего кожуха емкости к дозатору текучей среды для дозирования текучей среды внутрь приемной емкости, текучая среда от охлаждающего кожуха может передаваться к дозатору текучей среды расположенного рядом блока умывальника. В качестве другой альтернативы, блок умывальника может образовывать часть ряда блоков умывальников, присоединенных к общему центральному водопроводу для подачи холодной воды к охлаждающим кожухам приемных емкостей блоков умывальников. Вода, выпускаемая из охлаждающих кожухов, может затем передаваться к общему термостатическому смесительному клапану для смешивания воды, полученной из емкостей блоков умывальников, с горячей водой, полученной от бойлера или другого нагревателя, для обеспечения смешанной жидкости, которая затем подается к дозаторам жидкости блоков умывальников для образования дозируемой жидкости.
В третьем аспекте данное изобретение обеспечивает станцию для мытья рук, например, блок умывальника, содержащую приемную емкость с возвышающейся секцией, имеющей выпуклую внешнюю поверхность, дозатор текучей среды для дозирования относительно горячей текучей среды на выпуклую внешнюю поверхность и средство для передачи относительно холодной текучей среды рядом с внутренней поверхностью или вдоль внутренней поверхности возвышающейся секции приемной емкости.
В четвертом аспекте данное изобретение обеспечивает станцию для мытья рук, например, блок умывальника, содержащую приемную емкость, имеющую основание и боковую стенку, присоединенную к основанию, и средство для передачи относительно холодной текучей среды рядом с внутренней поверхностью или вдоль внутренней поверхности боковой стенки приемной емкости.
В пятом аспекте данное изобретение обеспечивает станцию для мытья рук, например, блок умывальника, содержащую приемную емкость, дозатор текучей среды для дозирования относительно горячей текучей среды внутрь приемной емкости и теплообменник для передачи тепла от относительно горячей текучей среды внутри приемной емкости к относительно холодной текучей среде.
В шестом аспекте данное изобретение обеспечивает станцию для мытья рук, например, блок умывальника, содержащую дозатор текучей среды, приемную емкость, имеющую сток, теплообменник, расположенный над стоком и на котором расположен дозатор текучей среды для дозирования текучей среды, и средство для передачи второй текучей среды рядом с внутренней поверхностью или вдоль внутренней поверхности теплообменника. Теплообменник предпочтительно присоединен к основанию приемной емкости. Теплообменник может образовывать боковую стенку приемной емкости и/или по меньшей мере часть основания приемной емкости.
Характерные особенности, описанные выше в связи с первым аспектом данного изобретения, в равной мере применимы к каждому от второго до шестого аспектам данного изобретения, и наоборот.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные характерные особенности данного изобретения будут теперь описаны только с помощью примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан вид в перспективе сверху блока умывальника;
на фиг. 2 - вид сверху блока умывальника;
на фиг. 3 - вид сбоку в разрезе, выполненном вдоль линии J-J на фиг. 2, показывающий систему для передачи текучей среды из приемной емкости блока умывальника к дозатору текучей среды блока умывальника;
на фиг. 4(a) - подробный вид в разрезе первого примера теплообменника блока умывальника, а на фиг. 4(b) - подробный вид в разрезе второго примера теплообменника блока умывальника;
на фиг. 5 - другой вид сбоку в разрезе, выполненном вдоль линии J-J на фиг. 2, показывающий альтернативную систему для передачи текучей среды из приемной емкости блока умывальника к дозатору текучей среды блока умывальника;
на фиг. 6 - вид, аналогичный виду фиг. 3, показывающий дозатор воздуха, предназначенный для дозирования воздуха рядом с приемной емкостью блока умывальника;
на фиг. 7 - схематическая иллюстрация трубопроводов для текучей среды в туалетной комнате, содержащей множество блоков умывальников.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-3 показан пример станции для мытья рук, которая содержит дозатор текучей среды и емкость для приема дозируемой текучей среды. В этом примере станция для мытья рук выполнена в виде блока 10 умывальника, который содержит приемную емкость в виде чаши или раковины 12 и дозатор 14 текучей среды для дозирования текучей среды внутрь раковины 12. В этом примере как раковина 12, так и дозатор 14 установлены на столешнице 16. Дозатор 14 текучей среды расположен рядом с раковиной 12, но в зависимости от конструкции блока 10 умывальника дозатор 14 текучей среды может присоединяться непосредственно к раковине 12 или монтироваться на стену, расположенную рядом с раковиной 12. Столешница 16 имеет первый проем 18, в который вставляется раковина 12, так чтобы борт 20 раковины 12 поддерживался верхней поверхностью столешницы 16. Альтернативно раковина 12 может быть присоединена к нижней поверхности столешницы 16, так чтобы она располагалась непосредственно под первым проемом 18. Столешница 16 имеет второй проем 22, через который текучая среда передается к дозатору 14 текучей среды с помощью подающей трубы 24 дозатора, присоединенной к дозатору 14 текучей среды.
В этом примере дозатор 14 текучей среды выполнен в виде крана для дозирования горячей воды внутрь раковины 12. Дозатор 14 текучей среды содержит основной корпус 26 для приема потока горячей воды из подающей трубы 24 дозатора и носик 28, из которого горячая вода дозируется в раковину 12. По требованию горячая вода для мытья подается из подающей трубы 24 к основному корпусу 26. Горячая вода протекает внутри основного корпуса 26 и носика 28 к выходному отверстию 30, предусмотренному на конце носика 28. Дозатор 14 текучей среды предназначен для работы «без помощи рук», используя традиционный датчик и контур управления, который автоматически открывает первый запорный клапан 31 в подающей трубке 24 дозатора в ответ на обнаружение рук пользователя в положении для мытья. Альтернативно дозатор 14 текучей среды может быть предназначен для работы вручную.
В этом примере раковина 12 имеет по существу круглую наружную периферию, но раковина 12 может иметь прямоугольную или квадратную периферию, так чтобы образовать объем любого желаемого размера или формы для приема дозируемой горячей воды. Этот объем ограничен внешней поверхностью основания 32 и внешней поверхностью боковой стенки 34. Раковина 12 содержит слив 36 для выпуска дозируемой горячей воды в спускную (канализационную) водяную трубу 38.
Основание 32 имеет центральную возвышающуюся секцию 40. В этом примере возвышающаяся секция 40 имеет выпуклую внешнюю поверхность, которая имеет предпочтительно полусферическую форму. Вершина 42 возвышающейся секции 40 основания 32 может располагаться приблизительно на одном уровне с бортом 20 раковины 12, так чтобы боковая стенка 34 окружала возвышающуюся секцию 40 основания 32. Выходное отверстие 30 носика 28 дозатора 14 текучей среды предназначено для подачи потока горячей воды на возвышающуюся секцию 40 основания 32. В этом примере выходное отверстие 30 носика 28 дозатора 14 текучей среды расположено непосредственно над вершиной 42 куполообразной секции 40 основания 32, так чтобы при отсутствии рук пользователя под носиком 28 горячая вода дозировалась непосредственно на вершину 42 куполообразной секции 40 основания 32. Однако дозатор 14 текучей среды может быть предназначен для направления горячей воды на другую часть куполообразной секции 40 основания 32. Слив 36 содержит множество выходных портов для использованной воды, образованных в основании 32 и расположенных на расстоянии друг от друга вокруг возвышающейся секции 40 основания 32.
Раковина 12 содержит теплообменник 44 для передачи тепла от горячей дозируемой воды внутри раковины 12 к относительно холодной текучей среде, в этом примере холодной воде. Теплообменник 44 образует внешнюю поверхность основания 32 и боковую стенку 34 раковины 12. В этом примере теплообменник 44 содержит лист металлического материала, предпочтительно нержавеющей стали. Материал удален из листа, например, путем штамповки или вырезания, для образования портов для текучей среды в основании 32, предназначенных для передачи использованной горячей воды к сливной водяной трубе 38. Со ссылкой на фиг. 4(a), теплообменник 44 может содержать множество слоев листового материала. К примеру, наружный лист 45a из нержавеющей стали может обеспечивать внешнюю поверхность 44a теплообменника 44, тогда как внутренний лист 45b из другого материала, например пластикового материала, может обеспечивать внутреннюю поверхность 44b теплообменника 44. Альтернативно, как изображено на фиг. 4(b), теплообменник 44 может содержать один лист материала, например нержавеющей стали, обеспечивая как внешнюю поверхность 44a, так и внутреннюю поверхность 44b теплообменника 44.
Раковина 12 включает в себя проход для текучей среды для передачи холодной воды из центрального водопровода вдоль внутренней поверхность 44b теплообменника 44. В этом примере проход для текучей среды расположен внутри раковины 12 и выполнен в виде охлаждающего кожуха 46, который окружает внутреннюю поверхность 44b теплообменника 44. Со ссылкой также на фиг. 4(a) и 4(b), охлаждающий кожух 46 ограничен внутренней поверхностью 44b теплообменника 44 и внутренней поверхностью 48b корпуса 48, внутри которого располагается теплообменник 44. Внутренняя поверхность 48b корпуса 48 имеет по существу такую же форму, что и внутренняя поверхность 44b теплообменника 44, так чтобы охлаждающий кожух 46 имел по существу постоянную толщину вокруг теплообменника 44. Корпус 48 может быть изготовлен из материала, имеющего теплопроводность, аналогичную теплопроводности теплообменника 44, и таким образом может быть также изготовлен из нержавеющей стали. Однако кожух 48 может быть изготовлен из теплоизоляционного материала или иметь внешнюю поверхность, покрытую теплоизоляционным материалом, для предотвращения потери тепла с внешней поверхности 48a корпуса 48. Корпус 48 может быть приклеен, приварен или иным образом присоединен у основания 32 и/или боковой стенки 34 к теплообменнику 44 для прочности и для поддержания постоянной толщины охлаждающего кожуха 46.
Корпус 48 образует нижнюю поверхность буртика 20 раковины 12. Теплообменник 44 и корпус 48 предпочтительно соединены друг с другом у борта 20 раковины 12, например, с помощью сварки или другого подходящего способа соединения, в зависимости от материалов, из которых изготовлены теплообменник 44 и корпус 48. Основание 50 корпуса 48 выполнено с множеством выходных портов для использованной жидкости, которые выравнивают (центрируют) с выходными портами для использованной жидкости основания 32 теплообменника во время сборки раковины 12. Кольцевые вставки 52 вставляют в отцентрированные выходные порты для использованной жидкости для изоляции стока 36 от охлаждающего кожуха 46.
Охлаждающий кожух 46 содержит множество входных портов 54 для текучей среды, образованных на верхнем конце боковой стенки 56 корпуса 48 для распределения холодной воды равномерно вокруг внутренней поверхности 44b теплообменника 44. Во входные порты 54 для текучей среды подается холодная вода с помощью кольцевого распределительного кожуха 58, образованного в корпусе 48 и проходящего вокруг охлаждающего кожуха 46. Распределительный кожух 58 может быть теплоизолирован от охлаждающего кожуха 46. Распределительный кожух 58 имеет входное отверстие 60, расположенное по направлению к его нижнему концу, которое присоединено к подающей трубе 62 для холодной воды. Подающая труба 62 для холодной воды может быть присоединена к центральному водопроводу, в этом случае подающая труба 62 для холодной воды может содержать редукционный клапан, предназначенный для понижения статического давления холодной воды перед тем, как она поступит в распределительный кожух 58. К примеру, редукционный клапан может предназначаться для понижения статического давления холодной воды до приблизительно 0,5 бар, чтобы предотвратить образование утечек в уплотнении или соединении между теплообменником 44 и корпусом 48. Подающая труба 62 для холодной воды может также вмещать второй запорный клапан 63, предназначенный для выборочного прекращения потока холодной воды к распределительному кожуху 58. Охлаждающий кожух 46 содержит выходной порт 64 для текучей среды, расположенный в возвышающейся секции 66 основания 50 корпуса 48. Выходной порт 64 для текучей среды расположен напротив вершины 42 возвышающейся секции 40 основания 32 теплообменника 44.
Блок 10 умывальника включает в себя систему для передачи холодной воды из раковины 12 к дозатору 14 текучей среды. В этом примере выходной порт 64 для текучей среды охлаждающего кожуха 46 присоединен к выходной трубе 68 для передачи воды от охлаждающего кожуха 46 к первому входному отверстию 70 термостатического смесительного клапана 72. Смесительный клапан 72 имеет второе входное отверстие 74, присоединенное к подающей трубе 76 для горячей воды, и выходное отверстие 78, присоединенное к подающей трубе 24 дозатора. Подающая труба 76 для горячей воды может быть присоединена к бойлеру или другому источнику горячей воды. Как показано, термостатический смесительный клапан 72 расположен снаружи раковины 12, но термостатический смесительный клапан 72 может быть расположен под корпусом 48, так чтобы он был, по меньшей мере частично, окружен возвышающейся секцией 66 основания 50 корпуса 48. Это может обеспечить блок 10 умывальника с более компактной конструкцией.
Когда входное отверстие 60 распределительного кожуха 58 вначале присоединяют к подающей трубе 62 для холодной воды, второй запорный клапан 63 открывается, так чтобы распределительный кожух 58 стал наполненным холодной водой. Воздуховыпускной клапан может быть расположен в борте 20 раковины для выпуска воздуха, вытесняемого, когда распределительный кожух 58 заполняется водой. Холодная вода втекает в охлаждающий кожух 46 через входные порты 54 для текучей среды и протекает через охлаждающий кожух 46 к выходному порту 64 для текучей среды. Холодная вода протекает через выходную трубу 68 к термостатическому смесительному клапану 72, где холодная вода смешивается с горячей водой, полученной из подающей трубы 76 для горячей воды. Теплая вода, выпущенная из термостатического смесительного клапана 72, втекает в подающую трубу 24 дозатора, присоединенную к дозатору 14 текучей среды. Когда первый запорный клапан 31 находится в закрытом положении, никакая вода не дозируется из носика 28. Любой воздух, вытесненный из охлаждающего кожуха 46 и выходной трубы 68, когда эти каналы заполняются холодной водой, выпускается из носика 28, когда дозатор 14 для текучей среды вначале включается. Как только охлаждающий кожух 46, распределительный кожух 58 и выходной канал 68 будут заполнены водой, второй запорный клапан 63 закрывается.
Раковина 12, находится, таким образом, обычно в состоянии, в котором охлаждающий кожух 46 заполнен холодной водой. Тепло может тогда передаваться между водой внутри охлаждающего кожуха 46 и воздухом в окружающей атмосфере. К примеру, в случае, когда температура окружающей атмосферы больше. Чем температура воды внутри охлаждающего кожуха 46, тепло будет передаваться через теплообменник 44 воде внутри охлаждающего кожуха 46. В зависимости от материала, из которого изготовлен корпус 48, тепло может также передаваться от окружающей атмосферы через корпус 48 к воде внутри охлаждающего кожуха 46. С другой стороны, в том случае, когда температура окружающей атмосферы ниже, чем температура воды внутри охлаждающего кожуха 46, тепло будет передаваться через теплообменник 44 от воды внутри охлаждающего кожуха 46 к окружающей атмосфере. Опять же, в зависимости от материала, из которого изготовлен корпус 48, тепло может также передаваться к окружающей атмосфере через корпус 48.
Когда пользователь включает второй запорный клапан 63, теплая вода дозируется из дозатора 14 для текучей среды. Первый запорный клапан 31 открывается одновременно со вторым запорным клапаном 63, например, контроллером для включения или в результате обнаружения включения второго запорного клапана 63. Когда теплая вода дозируется из дозатора 14 текучей среды, вода внутри блока 10 умывальника пополняется. Холодная вода прокачивается через подающую трубу 62 для холодной воды, дозирующий кожух 58, охлаждающий кожух 46 и выходную трубу 68, а горячая вода прокачивается через подающую трубу 76 для горячей воды. Когда руки пользователя не располагаются под носиком 28, например, сразу же после включения первого запорного клапана 31, дозируемая теплая вода попадает на вершину 42 возвышающейся секции 40 основания 32. Дозируемая теплая вода стекает вниз по внешней поверхности 44а возвышающейся секции 40 и втекает в водосточный желоб, расположенный между боковой стенкой 34 и возвышающейся секцией 40. Форма возвышающейся секции 40 заставляет дозируемую теплую воду распределяться равномерно вокруг возвышающейся секции 40 и проходить в виде по существу ламинарного потока к водосборному желобу. Внутри водосборного желоба дозируемая теплая вода протекает к сливу 36, из которого она выбрасывается в сточную водяную трубу 38.
Когда дозируемая теплая вода протекает по возвышающейся секции 40 основания 32, тепло передается через теплообменник 44 от дозируемой теплой воды к холодной воде, протекающей внутри охлаждающего кожуха 46 к выходному порту 64 для текучей среды, расположенному напротив вершины 42. Тепло также передается через теплообменник 44 к холодной воде внутри охлаждающего кожуха 46 от дозируемой теплой воды, протекающей внутри водосборного желоба к сливу 36.
Когда руки пользователя располагаются под носиком 28, большая часть дозируемой воды продолжает падать с рук пользователя на возвышающуюся секцию 40 основания 32. Введение мыла в дозируемую воду от рук пользователя может способствовать распределению дозируемой воды по возвышающейся секции 40 основания 32 благодаря уменьшенному поверхностному натяжению мыльной воды. Некоторая часть дозируемой теплой воды может стекать с рук пользователя на боковую стенку 34. Эта теплая вода стекает по внешней поверхности 44a и в водосборный желоб. Когда теплая вода протекает по внешней поверхности 44a теплообменника, тепло передается от этой теплой воды к холодной воде, протекающей внутри охлаждающего кожуха 46 по внутренней поверхности 46b теплообменника 44. Как только некоторое количество теплой воды было дозировано из дозатора 14 текучей среды, второй запорный клапан 63 закрывается перед тем, как закроется первый запорный клапан 31, для предотвращения образования нежелательно высокого статического давления внутри охлаждающего кожуха 46.
Передача тепла от дозируемой теплой воды, находящейся внутри раковины 12, и также от окружающей атмосферы, находящейся вокруг раковины 12, к холодной воде внутри охлаждающего кожуха 46 повышает температуру холодной воды перед тем, как она подается к термостатическому смесительному клапану 72. К примеру, если вода при температуре 40°C дозируется из носика 28 с расходом 2 л/м в течение 10 секунд, то передача тепла через теплообменник 44 из нержавеющей стали толщиной 0,7 мм может повысить температуру холодной воды внутри охлаждающего кожуха 46 от температуры приблизительно 18°C на входных портах 54 для текучей среды до температуры приблизительно 28°C на выходном порту 64 для текучей среды. Это увеличение температуры холодной воды, передаваемой к термостатическому смесительному клапану 72, может значительно снизить количество горячей воды, которую необходимо смешивать с холодной водой для получения теплой воды требуемой температуры дозирования, в этом примере составляющей приблизительно 40°C у носика 28. Уменьшение количества горячей воды, требуемой для приготовления дозируемой теплой воды, может обеспечить экономию электроэнергии благодаря уменьшению расхода энергии бойлером или другим средством для нагрева воды для приготовления горячей воды.
На фиг. 5 показана альтернативная система для подачи воды из раковины 12 к дозатору 14 жидкости. Эта система отличается от системы, изображенной на фиг. 3, тем, что подающая труба 24 для дозатора присоединена к выходному порту 64 для текучей среды охлаждающего кожуха 46 через электронагреватель 80, предназначенный для нагрева текучей среды, выпускаемой из охлаждающего кожуха 46. По меньшей мере часть нагревателя 80 окружена возвышающейся секцией 40 основания 32, для того чтобы уменьшить длину любого трубопровода между выходным портом 64 для текучей среды и нагревателем 80. Блок 10 умывальника включает в себя контроллер 82, присоединенный с помощью первой линии 84 управления к термопаре 86 для измерения температуры воды, выпускаемой из охлаждающего кожуха 46. Контроллер 82 присоединен к нагревателю 80 с помощью второй линии 88 управления для включения нагревателя 80 для повышения температуры воды, выпускаемой из охлаждающего кожуха 46, до желаемой температуры дозирования, например 40°C у носика 28. Поскольку температура, при которой вода выпускается из охлаждающего кожуха 46, будет изменяться, например, в зависимости от переменных, таких как окружающая температура и частота использования дозатора 14 текучей среды, контроллер 82 может изменять электрическую мощность, подаваемую к нагревателю 80, в зависимости от измеренной температуры, так чтобы теплая вода дозировалась из дозатора 14 для текучей среды при желаемой температуре.
В этом примере преимущество, обеспечиваемое за счет нагрева холодной воды внутри охлаждающего кожуха 46 от температуры приблизительно 18°C на входных портах 54 для текучей среды до температуры приблизительно 18°C на выходном порту 64 для текучей среды, заключается в том, что требуется меньше энергии на нагревателе 80 для нагрева холодной воды, выпускаемой из выходного порта 64 для текучей среды, до желаемой температуры дозирования. К примеру, тогда как приблизительно 3000 Вт энергии может требоваться для нагрева воды от 18°C, подлежащей дозированию из носика 28 при температуре 40°C при расходе 2 л/мин, всего лишь приблизительно 1680 Вт энергии может требоваться для нагрева того же самого расхода воды от температуры 28°C для дозирования из носика при температуре 40°C.
На фиг. 6 показана модификация конструкции, изображенной на фиг. 3, в которой по меньшей мере один дозатор 88 воздуха расположен рядом с раковиной 12 для обеспечения циркуляции воздушного потока внутри окружающей атмосферы блока 10 умывальника. Конструкция, изображенная на фиг. 5, может быть аналогичным образом модифицирована. В этом примере блок 10 умывальника включает в себя первый вентилятор 88, расположенный над столешницей 16. Первый вентилятор 88 может располагаться на дозаторе 14 текучей среды, либо он может располагаться в другом месте, например, рядом с дозатором 14 текучей среды. В зависимости от относительных температур воды внутри охлаждающего кожуха 46 и окружающей атмосферы, тепло может передаваться через теплообменник 44 либо к воде внутри охлаждающего кожуха 46, либо к воздуху в окружающей атмосфере. Как показано на фиг. 6, когда корпус 48 изготовлен из теплопроводящего материала, второй вентилятор 89 может быть расположен под столешницей 16, так чтобы передавать воздух вдоль внешней поверхности или рядом с внешней поверхностью 48a корпуса 48, которая затем действует в качестве теплообменника для передачи тепла между воздухом, находящимся в тепловом контакте с внешней поверхностью корпуса 48, и водой внутри охлаждающего кожуха 46. Конечно же, второй вентилятор 89 может быть обеспечен в качестве альтернативы первому вентилятору 88.
Блок 10 умывальника может быть установлен внутри общественной туалетной комнаты, включающей ряд блоков умывальников. Каждый из блоков 10 умывальников может быть сконструирован, как показано на фиг. 4, так чтобы каждый блок 10 умывальника имел соответствующий нагреватель 80, или как показано на фиг. 3 или фиг. 6, так чтобы каждый блок 10 умывальника включал в себя соответствующий термостатический смесительный клапан 72 для смешивания холодной воды, получаемой из охлаждающего кожуха 46, с горячей водой, подаваемой из соответствующей подающей трубы 76 для горячей воды. Альтернативно каждый термостатический смесительный клапан 72 может быть присоединен к общей подающей трубе 76 для горячей воды.
В качестве еще одной альтернативы, как показано схематически на фиг. 7, выходная труба 68 каждого блока 10 умывальника может быть присоединена к входному каналу 92 для передачи воды от каждого блока 10 умывальника к общему термостатическому смесительному клапану 72, присоединенному к подающей трубе 76 для горячей воды. Редукционный клапан 94 может быть предусмотрен в подающей трубе 76 для горячей воды, предназначенный для уменьшения статического давления горячей воды до приблизительно 1 бар перед тем, как она войдет в термостатический смесительный клапан 72. Выходной канал 96 принимает смешанную текучую среду от термостатического смесительного клапана 72 и передает смешанную текучую среду к подающей трубе 24 дозатора каждого блока 10 умывальника. Подающая труба 62 для холодной воды каждого блока 10 умывальника присоединена к общей трубе 98 центрального водопровода. Труба 98 центрального водопровода может также включать в себя редукционный клапан 100 для снижения статического давления холодной воды до приблизительно 1 бар, перед тем как она войдет в подающие трубы 62 для холодной воды блоков 10 умывальников.