Система автоматизированной подачи воды для домашней бытовой техники
AUTOMATIC WATER SUPPLY SYSTEM FOR HOME APPLIANCES

Область техники
Изобретение относится к малой бытовой технике для дома, в частности к системам и способам автоматизированной подачи воды для домашней бытовой техники, такой как чайники, кофемашины, увлажнители воздуха и другие устройства, использующие воду или водяной пар во время работы.
Уровень техники
На данный момент из уровня техники известен ряд технических решений, направленных на обеспечение поддержания необходимого уровня воды в резервуарах домашней бытовой техники.
В частности из патентного документа CN 103284591 А известно устройство автоматического долива воды в чайник, обеспечивающее подачу воды через отверстие, выполненное на дне чайника. Сам чайник при этом размещается на базе, а вода подается внутрь с помощью насоса.
Наиболее близкими аналогами являются система и способ поддержания необходимого уровня воды в чайнике, раскрытые в документе CN 103431769 А. Описанная в указанном документе система осуществляет подачу воды в чайник с помощью помпы, подключенной к бутылке или водопроводу. Чайник оснащен датчиком уровня воды, что позволяет избежать превышения необходимого уровня. Управление системой подачи воды осуществляется с помощью платы управления, а питание - от системы питания чайника в промежутках между процедурами нагрева воды.
Преимуществом предложенного технического решения является наличие блока распределения, позволяющего осуществлять долив воды сразу в несколько устройств, а также передача управляющих сигналов по беспроводной сети, что позволяет избежать включения в конструкцию системы большого количества проводов и вместе с тем обеспечить связь между системой и одновременно всеми оконечными устройствами.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка способа и единой системы автоматизированной подачи воды для одновременно всей домашней бытовой техники, использующей воду или водяной пар во время работы. Что позволит обеспечить беспрерывную работоспособность таких приборов, как увлажнители воздуха, постоянную готовность к работе таких приборов, как кофеварки и системы для глажки, а также повысить безопасность использования бытовой техники, в частности, исключить возможность включения приборов без воды.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание единой системы с беспроводным управлением, которая обеспечивала бы подачу воды одновременно во все бытовые устройства, использующие в своей работе воду или водяной пар, а также способа поддержания уровня воды, реализуемого с помощью указанной системы. Еще одной задачей предложенного изобретения является повышение безопасности пользования бытовыми устройствами.
Раскрытие изобретения
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что предложенная система подачи воды для домашней бытовой техники, включает блок подачи питьевой воды, блок распределения, состоящий из корпуса, запорных электромагнитных клапанов, и модуля управления. При этом модуль управления выполнен в виде платы, на которой интегрированы блок питания, силовые элементы управления электромагнитными клапанами и модуль для осуществления приема-передачи сигнала по беспроводной сети. Число клапанов равно n-1, где n - количество подключаемых к системе оконечных устройств, а подача воды на оконечные устройства осуществляется через водопроводящие трубки. Базы оконечных устройств оснащены герметичными разъемами для подачи воды в резервуары, а также датчиками количества воды в резервуаре и платами приема-передачи сигнала по беспроводной сети.
Питание платы управления блока распределения может осуществляется от стандартной сети электропитания или от автономного источника питания.
В качестве блока подачи питьевой воды может выступать участок трубы холодного водоснабжения, подключенный напрямую или через фильтр обратного осмоса.
В том случае, если в качестве источника воды выступает резервуар, блок подачи воды включает резервуар и электрическую помпу. В частности это может быть электромагнитная помпа, вход которой с помощью подающей трубки соединяют с резервуаром - источником воды, а выход - с блоком распределения.
Блок распределения и помпа могут быть выполнены в разных корпусах. В этом случае управление их работой осуществляется с помощью единой платы управления, аналогичной плате управления блоком распределения с тем отличием, что она дополнительно содержит силовой элемент управления помпой.
В случае выполнения в разных корпусах в корпусе помпы дополнительно устанавливается плата управления, на которой интегрированы блок питания, силовой элемент управления помпой и модуль приема-передачи сигналов по беспроводной сети. Питание платы управления помпы может осуществляться от стандартной электросети или от автономного источника питания.
Водопроводящие трубки, соединяющие блок распределения и оконечные устройства могут быть выполнены в виде гибких ПВХ или в виде жестких металлических трубок.
В качестве оконечных устройств могут выступать как устройства со стационарным резервуаром для воды, так и устройства со съемным резервуаром для воды. В последнем случае резервуары для воды оснащаются герметично закрывающимися клапанами, позволяющими избежать выливания воды при снятии резервуара с базы. В качестве указанных клапанов могут быть использованы механические или электромеханические клапаны.
Все оконечные устройства снабжены датчиками количества воды и платами приема-передачи сигналов по беспроводной сети. В качестве датчиков количества воды могут быть использованы пьезодатчики, емкостные системы анализа уровня воды, системы анализа уровня воды на основе электропроводимости. Питание датчиков и плат приема-передачи может осуществляться от стандартной сети электропитания или от автономного источника.
Способ автоматической подачи воды в предназначенные для этого резервуары домашней бытовой техники, заключается в определении уровня воды с помощью датчиков количества воды и передаче информации от датчиков количества воды на плату приема-передачи сигналов, откуда по беспроводной связи информация передается на общий управляющий сервер. При недостаточном уровне воды в оконечных устройствах на сервере формируется сигнал управления, предаваемый по беспроводной сети, системе подаче воды, которая осуществляет долив воды в резервуары до тех пор, пока датчики количества воды не зарегистрируют достижение заданного уровня и управляющий сервер не отправит сигнал о прекращении долива, после чего подача воды прекращается.
В том случае, если система включает только блок распределения и не включает помпу, сигналы от управляющего сервера подаются на плату управления блока распределения, которая подает управляющие импульсы для открытия или закрытия требуемых электромагнитных клапанов.
Если система включает и блок распределения, и помпу, сигналы от управляющего сервера подаются на плату управления помпы, которая подает управляющие импульсы о начале или завершении откачки воды из резервуара-источника, и на плату управления блока распределения, которая подает управляющие импульсы для открытия или закрытия требуемых электромагнитных клапанов.
В случае выполнения помпы и блока распределения в едином корпусе сигналы от управляющего сервера подаются на единую плату управления помпы и блока распределения.
Краткое описание чертежей
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 показана система автоматической подачи воды для варианта исполнения, согласно которому вода подается из резервуара, а блок распределения и помпа выполнены в разных корпусах.
Элементы системы пронумерованы следующим образом:
1 - резервуар, выступающий в качестве источника воды;
2 - электрическая помпа;
3 -  корпус помпы 2;
4 - плата управления помпой 2;
5 - источник электропитания платы управления 4;
6 - подающая трубка из резервуара 1;
7 - блок распределения;
8 - запорные электромагнитные клапаны;
9 - плата управления блока распределения 7;
10 - источник электропитания платы управления 9 блока распределения 7;
11 - водопроводящие трубки к оконечным устройствам.
На фиг.2 показано два примера подключения системы подачи воды к резервуару чайника (сверху) и кофе-машины (снизу). Здесь использованы следующие обозначения:
12 - база оконечного устройства (чайника / кофе-машины);
13 - резервуар для воды оконечного устройства;
14 - герметичное разъемное соединение;
15 - клапан препятствующий выливанию воды из резервуара 13;
16 - Водоналивная трубка
17 - плата приема-передачи сигналов по беспроводной сети;
18 - источник питания платы 17.
На фиг.3 приведена электромеханическая схема узлов помпы и блока распределения. На данной схеме присутствуют следующие элементы:
4.1 - блок питания помпы;
9.1 - блок питания блока распределения;
4.2 - платы приема-передачи сигналов по беспроводной сети и силовые элементы управления помпы;
9.2 - платы приема-передачи сигналов по беспроводной сети и силовые элементы управления блока распределения.
На фиг.4 представлена электромеханическая схема соединения системы автоматического долива воды с резервуаром оконечного устройства. Здесь:
19 - датчики количества воды в резервуаре оконечного устройства,
20 - блок питания оконечного устройства.
Осуществление изобретения
Предложенная система подачи воды может быть подключена к специальному резервуару или непосредственно к водопроводу. Основной резервуар 1 для воды может представлять собой любую емкость большой вместимости, например, бутыль для питьевой воды стандартного объема 19 литров. На его горловину крепится корпус электрической помпы 2, которая может работать по любому принципу подкачки воды, например, это может быть электромагнитная помпа. Также в корпусе 3 электрической помпы 2 размещается плата управления 4, включающая в себя блок питания 4.1, например, от стандартной сети электропитания 5 или от автономного источника питания (электробатареи), силовой элемент управления модуль приема-передачи Wi-Fi сигнала 4.2.
Вода через подающую трубку 6, размещаемую внутри резервуара для воды, под давлением подается на выход помпы 2 и далее поступает на блок распределения 7, состоящий из корпуса, запорных электромагнитных клапанов 8 и модуля управления 9. Количество электромагнитных клапанов 8 при этом равно n-1, где n - количество подключаемых к системе оконечных устройств. Модуль управления 9 состоит из блока питания 9.1, силовых элементов управления запорными электромагнитными клапанами и модуля для осуществления приема - передачи Wi-Fi сигнала 9.2. Питание может осуществляться от стандартной сети электропитания 10 или от автономного источника питания (электробатареи).
В одном из вариантов исполнения корпуса электрической помпы и блока распределения соединены разъемным соединением, что позволяет осуществлять подключение непосредственно к водопроводу. При этом из системы исключается корпус электромагнитной помпы со всеми составляющими, а блок распределения крепится непосредственно на отводе водопроводной трубы.
В другом варианте исполнения корпуса электромагнитной помпы и блока распределения объединены в один узел. В этом варианте исполнения управление помпой и электромагнитными клапанами осуществляется от одной общей платы управления.
Запорные электромагнитные клапаны включают или выключают подачу воды на оконечные устройства через водопроводящие трубки 11, которые могут быть выполнены в виде гибких ПВХ трубок, или в виде жестких металлических. Вода подводится к базам 12 оконечных устройств, которые оснащены герметичными разъемными соединениями 14 для подачи воды в резервуары 13 оконечных устройств.
В качестве оконечных устройств могут выступать чайники, у которых резервуаром для воды является само тело чайника, различные кофеварки и кофе-машины, оснащенные съемным или стационарным резервуаром для воды, отпариватели и парогенераторы, увлажнители, а также прочие устройства, в составе которых имеется резервуар для воды. Резервуары для воды оконечных устройств должны содержать герметично закрывающиеся механические или электромеханические клапаны 15, препятствующие выливанию воды из резервуара при снятии его с базы.
Все оконечные устройства должны оснащаться датчиками количества воды в резервуаре и платами приема-передачи сигнала Wi-Fi 17. В качестве датчиков количества воды могут быть использованы пьезодатчики, определяющие вес резервуара для воды, емкостные системы анализа уровня воды, или системы анализа уровня воды на основе электропроводимости. Питание датчиков и плат приема-передачи может осуществляться от блока питания, подключенного к стандартной сети электропитания 18 или к автономному источнику (электробатарее).
Информация от датчиков количества воды в резервуаре 13 поступает на плату 17 приема-передачи Wi-Fi сигнала, откуда по беспроводной связи передается на общий управляющий сервер, осуществляющий общее управление системой. К серверу посредством Wi-Fi подключены все оконечные устройства, а также помпа 2 и блок распределения 7.
При недостаточном уровне воды в оконечных устройствах сервер формирует сигнал управления на платы управления корпусом помпы и/или на соответствующий клапан блока распределения, включая подачу воды в оконечные устройства. При достижении заданного уровня воды в резервуаре оконечного устройства подача воды прекращается по описанной выше схеме.
Управление системой ведется на облачном сервере приложения на основании информации, полученной с установленных в приборах датчиках воды, статистики использования прибора пользователем, а также заданных пользователем в приложении персональных сценариев.
В приведенном варианте осуществления изобретения для передачи данных используется сеть Wi-Fi, однако, обмен данными между устройствами также может осуществляться посредством спутниковой связи, мобильной связи, в частности, GSM, 3G, 4G, LTE; и/или посредством каналов передачи данных со сверхнизким энергопотреблением, формирующих сложные беспроводные сети с ячеистой топологией, например, ZigBee, и/или LoRa, и/или LoRaWAN, и/или LPWAN, и/или 6LoWPAN, и/или Z wave.
Как следует из описания возможных выполнений заявленного изобретения, предложенная система подачи воды обеспечивает достижение заявленного технического результата, а именно обеспечивает подачу воды одновременно во все бытовые устройства, использующие в своей работе воду или водяной пар, обеспечивает возможность отправки сигналов управления по беспроводной сети и повышает безопасность пользования указанными бытовыми устройствами.
Проведенный анализ показывает, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим для промышленного осуществления изобретения, а в совокупности они позволяют достичь заявленного технического результата.
Таким образом, в разделах «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения» было показано, что все общие и частные признаки предложенного устройства являются существенными и в совокупности удовлетворяют критерию патентоспособности «новизна». В разделе «Осуществление изобретения» было показано, что заявленное изобретение технически осуществимо, позволяет решать поставленные изобретательские задачи и уверенно достигать требуемого технического результата при его (изобретения) использовании, что свидетельствует о промышленной применимости предложенного устройства. Исходя из сказанного выше, мы считаем, что заявленная система подачи воды для домашней бытовой техники удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.