АКВАВЕНДИНГОВЫЙ АППАРАТ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к аквавендинговым аппаратам (автоматам продажи воды), предназначенным для работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Уровень техники
Известны автоматы для продажи воды (аквавендинговые аппараты), предназначенные для работы при отрицательных температурах окружающего воздуха за счет использования климат-контроля внутреннего пространства корпуса автомата (см., например, описание полезной модели по патенту RU №113043 U1, МПК G07F 13/00, опубликовано 27.01.2012 Бюл. №3, патентообладатель Бакалейко В.В.; описание полезной модели по патенту RU №173506 U1, МПК G07F 13/00, опубликовано 29.08.2017 Бюл. №25, патентообладатель Решетников М.В.).
Прототипом является киоск-автомат для продажи воды, который состоит из внешнего корпуса, имеющего термоизоляцию, в который встроен как минимум один торговый автомат, узел обогрева и термоконтроля и, как минимум, один резервуар для воды (акварезервуар), имеющий отвод от переполнения водой резервуара, датчики уровня воды, взаимосвязанные с торговым автоматом, устройство для озонирования, связанное с резервуаром для воды, а в нижней части резервуара для воды расположен водоотвод, подающий воду через насос и устройство очистки воды в торговый автомат, а также узел заправки, с одной стороны имеющий выход в резервуар, а с другой стороны соединение для заправки резервуара от внешнего источника (патент RU №113043 U1, МПК G07F 13/00, опубликовано 27.01.2012 Бюл. №3).
Признаки известного устройства (прототипа), совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в том, что оно содержит корпус с дверью, выполняющей функцию лицевой панели аквавендингового аппарата, расположенные в этом корпусе средства подготовки питьевой воды из водопроводной воды и средства выдачи питьевой воды в тару покупателя питьевой воды.
Причина, препятствующая получению в известном устройстве (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в том, что обогрев внутреннего пространства корпуса аквавендингового аппарата осуществляется исключительно за счет использования электроэнергии, что делает значительным расход электроэнергии в зимнее время.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная для патентования полезная модель, заключается в необходимости снижения расхода электроэнергии в процессе эксплуатации аквавендингового аппарата при отрицательных температурах окружающего воздуха. Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, опосредствующий решение указанной технической проблемы, заключается в использовании тепловой энергии воды, находящейся в гидроаккумуляторе, для поддержания положительной температуры воздуха внутри корпуса аквавендингового аппарата в процессе эксплуатации аквавендингового аппарата при отрицательных температурах окружающего воздуха, что обусловливает снижение потребления электроэнергии в процессе эксплуатации аквавендингового аппарата при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Достигается технический результат тем, что аквавендинговый аппарат содержит термоизолированный корпус с дверью, выполняющей функцию лицевой панели аквавендингового аппарата, расположенные в этом корпусе средства подготовки питьевой воды из водопроводной воды и средства выдачи питьевой воды в тару покупателя питьевой воды, а также установленные в этом корпусе вентилятор и реактор для ультрафиолетовой динамической стерилизации питьевой воды, включающий гравитационный гидроаккумулятор, выполненный из металла без термоизоляции, и расположенный в нем источник ультрафиолетового излучения, при этом вентилятор расположен с возможностью обдува гравитационного гидроаккумулятора с его наружной стороны.
Достигается технический результат также тем, что упомянутый гравитационный гидроаккумулятор расположен ниже средств подготовки питьевой воды из водопроводной воды и выдачи питьевой воды в тару покупателя питьевой воды на расстоянии от днища корпуса аквавендингового аппарата, так что между днищем корпуса аквавендингового аппарата и плоскостью расположения днища гравитационного гидроаккумулятора образовано функциональное пространство, в котором установлен указанный вентилятор, при этом боковые стенки гравитационного гидроаккумулятора сопряжены с охватывающими их боковыми стенками корпуса аквавендингового аппарата, так что между охватывающими боковыми стенками корпуса аквавендингового аппарата и охватываемыми боковыми стенками гравитационного гидроаккумулятора образованы боковые зазоры для прохождения воздуха, нагнетаемого указанным вентилятором для обдува через эти зазоры гравитационного гидроаккумулятора с его наружной стороны.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведено схематическое изображение продольного (вертикального) сечения аквавендингового аппарата, на котором показаны только корпус аквавендингового аппарата, реактор для ультрафиолетовой динамической стерилизации питьевой воды и вентилятор; на фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схематическое изображение указанного реактора.
Осуществление полезной модели
Аквавендинговый аппарат содержит термоизолированный корпус 1 аквавендингового аппарата, представляющий собой полый прямоугольный параллелепипед с четырьмя боковыми стенками 2 и днищем 3. При этом одна боковая стенка 2 (боковая грань) корпуса 1 выполнена в виде двери, выполняющей функцию лицевой панели аквавендингового аппарата (дверь на фигурах не выделена).
Аквавендинговый аппарат также содержит реактор 4 (фиг. 3) для ультрафиолетовой динамической стерилизации питьевой воды, который включает выполненный из металла без термоизоляции гравитационный гидроаккумулятор 5 (водонапорная башня) и расположенный в нем в его нижней части (горизонтально, как показано на фиг. 3, или вертикально, как не показано на фиг. 3) источник ультрафиолетового излучения 6. При этом гравитационный гидроаккумулятор 5 имеет четыре боковые стенки 7, днище 8, расположенное в некоторой горизонтальной плоскости 9, входной патрубок 10, расположенный в верхней части гидроаккумулятора 5, выходной патрубок 11, расположенный в нижней части гидроаккумулятора 5 в зоне 12 эффективного действия ультрафиолетового излучения от источника 6. Гравитационный гидроаккумулятор 5 разделяет единый рабочий поток воды, подлежащей ультрафиолетовой динамической стерилизации в реакторе 4, на три последовательных участка этого потока: входной узкий в поперечном сечении участок потока (входной патрубок 10 и присоединенный к нему внешний трубопровод); средний широкий в поперечном сечении участок потока (собственно емкость гравитационного гидроаккумулятора 5); выходной узкий в поперечном сечении участок потока (выходной патрубок 11 и присоединенный к нему внешний трубопровод). При этом источник 6 ультрафиолетового излучения расположен в области днища 8 горизонтально, как показано на фиг. 3, или вертикально, как не показано на фиг. 3, и характеризуется наличием вокруг этого источника в процессе его работы зоны 12 эффективного действия ультрафиолетового излучения, прямо зависящей от мощности источника 6. Кроме того, днище 8 выполнено с возможностью обеспечения эффекта внезапного сужения рабочего потока воды при ее истечении через выходной патрубок 11, входное отверстие которого находится в зоне 12. Это гарантирует сосредоточение максимальной интенсивности ультрафиолетового излучения именно на максимально турбулентном объеме воды в области днища 8, что обеспечивает как эффективную ультрафиолетовую стерилизацию находящейся в гидроаккумуляторе 5 воды, так и эффективную передачу тепла от источника 6 находящейся в гидроаккумуляторе 5 воде, а от нее и стенкам гидроаккумулятора 5, через которые осуществляется передача тепла от этой воды воздуху внутри корпуса аквавендингового аппарата путем обдува вентилятором 14 гидроаккумулятора 5 с его наружной стороны.
Для повышения эффективности указанной теплопередачи реактор 4 (его гравитационный гидроаккумулятор 5) расположен в нижней части корпуса 1 на расстоянии от днища 3, так что между днищем 3 и плоскостью 9 расположения днища 8 гидроаккумулятора 5 образовано функциональное пространство 13, в котором расположен вентилятор 14 с возможностью обдува корпуса гравитационного гидроаккумулятора 5 с его наружной стороны. Кроме того, гидроаккумулятор 5 выполнен и расположен так, что его боковые стенки 7 сопряжены с охватывающими их боковыми стенками 2 корпуса 1, так что между охватывающими стенками 2 и охватываемыми стенками 7 образованы боковые зазоры S для прохождения воздуха, нагнетаемого вентилятором 14 для обдува корпуса гравитационного гидроаккумулятора 5 с его наружной стороны.
Понятие «зазор» является широко известным в машиностроении: «Зазор в машиностроении - расстояние между двумя поверхностями сопряженных деталей машин и других конструкций; определяется как разность внутреннего размера охватывающей детали и наружного размера охватываемой детали» (см.: Политехнический словарь / Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - С. 173).
В контексте приведенного определения в заявленном техническом решении охватываемой деталью является гравитационный гидроаккумулятор 5, взятый в части его боковых стенок 7, а охватывающей деталью является корпус 1, взятый в части его боковых стенок 2. Так определяемый «зазор» исчерпывающе указывает на возможность прохождения через него воздуха, нагнетаемого вентилятором 14 из функционального пространства 13 в зазоры δ с заданной скоростью для обдува гравитационного гидроаккумулятора 5 с его наружной стороны, а именно такой скоростью, которая обеспечивает оптимальный теплообмен этого воздуха с находящейся в гидроаккумуляторе 5 водой через его боковые стенки 7 и его днище 8.
Кроме того, аппарат содержит расположенные в верхней части корпуса 1 (т.е. выше реактора 4) средства подготовки питьевой воды из водопроводной воды (не показаны) и средства выдачи питьевой воды в тару покупателя питьевой воды (не показаны), соответствующим образом гидравлически связанные с гидроаккумулятором 5.
Работа аквавендингового аппарата заключается в следующем.
Вода из водопровода, имеющая известную положительную температуру, проходит через средства очистки, дезинфекции и кондиционирования воды (фильтры, мембрана и др.) и, становясь питьевой, через патрубок 10 поступает в гравитационный гидроаккумулятор 5 и под действием гравитации движется вниз и истекает из гравитационного гидроаккумулятора 5 через выходной патрубок 11. При этом первоначально осуществляют заполнение гравитационного гидроаккумулятора 5 питьевой водой, после чего реактор 4 переходит в стационарный режим непрерывного поступления воды в гравитационный гидроаккумулятор 5 и непрерывного истечения обработанной ультрафиолетом воды из него. При этом движение воды по патрубкам 10 и 11 и соответствующим внешним трубам, подсоединенным к этим патрубкам (внешние трубы не показаны), происходит с одинаковой относительно большой скоростью по причине их равных проходных сечений (входной узкий и выходной узкий участки потока). Эта скорость обеспечивает расход воды, например, 10 литров в минуту. Однако вода, зайдя через патрубок 10 в гравитационный гидроаккумулятор 5 (средний широкий участок потока), в соответствие с законом неразрывности потока существенно теряет скорость движения внутри гравитационного гидроаккумулятора 5, так как проходное сечение последнего существенно превышает проходное сечение любого патрубка. Так, например, если проходное сечение гравитационного гидроаккумулятора 5 превышает проходное сечение патрубка в 10 раз, то соответственно скорость движения воды внутри гравитационного гидроаккумулятора 5 снижается в 10 раз по сравнению со скоростью движения воды в патрубках и присоединенных к ним внешних трубопроводах. Такое замедление скорости движения воды в гравитационном гидроаккумуляторе 5, обусловленное действием закона неразрывности потока, увеличивает время нахождения воды в зоне 12, и тем самым способствует ее более эффективной стерилизации и дополнительному нагреванию от источника 6. Кроме того, по причине упомянутого превышения проходного сечения гравитационного гидроаккумулятора 5 и выполнения днища 8 плоской (или близкой к плоской) формы, вертикальные линии тока воды внутри гравитационного гидроаккумулятора 5, подходя к днищу 8, вынуждены резко поворачивать на 90° в сторону выходного патрубка 11, создавая тем самым известный в гидравлике эффект внезапного сужения рабочего потока. Данный эффект создает турбулентность потока в зоне 12, а также создает вихри (водовороты), что дополнительно и существенно увеличивает время нахождения воды в зоне 12 и, соответственно, повышает эффективность стерилизации воды и осуществляет дополнительное нагревание воды от источника 6. Данное нагревание обусловлено тем, что в источнике 6 лишь небольшая часть электрической энергии превращается в искомое ультрафиолетовое излучение. Другая же ее часть превращается в тепловую энергию, нагревающую питьевую воду в реакторе 5 в зоне 12.
По запросу покупателя происходит выдача питьевой воды в тару покупателя воды из гидроаккумулятора 5, который по команде контроллера сразу же пополняется новой питьевой водой, полученной из водопроводной воды (путем ее очистки), имеющей положительную температуру. Таким образом, в гидроаккумуляторе 5 всегда находится питьевая вода, которая по мере продажи обновляется и, вследствие этого, всегда имеет положительную температуру за счет положительной температуры водопроводной воды, дополнительно поддерживаемую источником 6. При этом вентилятор 14 включен при выполнении двух условий: наличия воды в гидроаккумуляторе 5 и отрицательной температуры окружающего воздуха.
Вентилятор 14 обеспечивает подачу воздуха из функционального пространства 13 в зазор 3 с одной стороны гидроаккумулятора 5. Этот воздух проходит через этот зазор и нагревается от воды, находящейся в гидроаккумуляторе 5, через соответствующую стенку 7 и поднимается в верхнюю часть корпуса 1. Там (вверху) температура воздуха снижается и он через зазор (или зазоры) с другой стороны гидроаккумулятора 5 опускается в нижнюю часть корпуса 1, проходя через зазор, нагревается от воды, находящейся в гидроаккумуляторе 5, через соответствующую стенку 7 и попадает в функциональное пространство 13 на вход вентилятора 14, замыкая тем самым цикл кругового движения воздуха внутри корпуса 1; при этом и в функциональном пространстве 13 происходит нагрев воздуха от воды, находящейся в гидроаккумуляторе 5, через днище 8.
Такое поддержание положительной температуры воздуха только за счет тепловой энергии воды в гидроаккумуляторе 5, дополненной теплом от источника 6 ультрафиолетового излучения, возможно при относительно небольших отрицательных температурах окружающего воздуха (например, до -10°С). При существенно более низкой температуре окружающего воздуха (например, -30°С) указанной тепловой энергии будет недостаточно и тогда контроллер в помощь основной системе нагрева воздуха от воды гидроаккумулятора 5 подключает дополнительную систему нагрева воздуха при помощи электронагревателя, установленного в функциональном пространстве 13 на линии потока воздуха от вентилятора 14. При таких обстоятельствах, когда в регионе эксплуатации аквавендингового аппарата возможны чрезмерно низкие отрицательные температуры, вместо вентилятора 14 сразу же надо устанавливать тепловентилятор.
Таким образом, использование тепловой энергии воды, всегда находящейся в гидроаккумуляторе 5 (энергии, дополненной тепловой энергией от источника 6 ультрафиолетового излучения, находящегося в воде гидроаккумулятора 5), для нагрева воздуха внутри корпуса 1, в одних случаях вовсе исключает применение электронагревателя, а в других случаях, подразумевающих применение электронагревателя, уменьшает время работы этого электронагревателя, что в любом случае позволяет существенно экономить электроэнергию в процессе эксплуатации аквавендингового аппарата в зимнее время.