РАЗБАВЛЯЮЩИЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ТЕРМОВОЛНОВОГО МАССАЖА
DILUTING MIXER FOR THERMAL WAVE MASSAGE DEVICE

Изобретение относится к области санитарно-гигиенических процедур, осуществляемых в гигиенических или физиотерапевтических целях, а именно к душевым установкам и ваннам.
Известна оригинальная установка для проведения процедуры своеобразного термоволнового массажа (патент РФ №2313326 от 27.12.07 «Способ проведения воднотермической процедуры и устройство для его осуществления», а также статья «Установки термоволнового массажа» от 04.06.2008, Банк бизнес-предложений, http://www.bizbank.ru). В состав установки входит разбавляющий смеситель, позволяющий получать как горячую, так и холодную воду с управляемой разностью температур между ними. Его недостатком является ограниченность функций, связанная с невозможностью управления, наряду с разностью температур между горячей и холодной водой на выходе, еще и величиной их средней температуры.
Известны также однорычажные смесители либо шарового типа (например, патент US 3472279 от 14.10.69 "Single handle ball valve faucet"), либо так называемые керамические (например, патент US 3736959 от 05.06.73 "Single lever faucet"), в которых обеспечивается регулировка температуры и напора смешанной воды путем изменения положения подвижной детали с прорезями (шара в первом случае и шайбы с плоской поверхностью во втором) относительно находящейся с ней в плотном контакте неподвижной детали, также имеющей соответствующие прорези. Конфигурация прорезей в названных деталях подобрана таким образом, что при изменении текущего положения деталей относительно друг друга меняется поперечное сечение образующихся каналов для прохождения горячей и холодной воды, что позволяет целенаправленно управлять пропорцией между проходящей горячей и холодной водой и, таким образом, обеспечивать требуемую температуру и напор смешанной воды. Названный керамический смеситель принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Недостатком описанных конструкций является ограниченность их функций, связанная с невозможностью обеспечения на выходе не смешанной, а как горячей, так и холодной воды с управляемой разностью температур между ними.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей смесителя, в частности, обеспечение возможности получения горячей и холодной воды на выходе смесителя и управления помимо средней температуры еще и разностью их температур.
Указанная задача решается тем, что используется однорычажный смеситель с управляющей рукояткой, имеющей две степени свободы, одна из которых служит для управления средней температурой горячей и холодной воды на выходе, а другая - для управления контрастом, т.е. разностью их температур.
Для большей определенности и облегчения восприятия текста будем далее называть горячую и холодную воду на выходе разбавляющего смесителя теплой и прохладной водой соответственно. Это позволит отличать эту воду от горячей и холодной воды на входе смесителя и больше соответствует действительности, поскольку при регулировке температура теплой воды может меняться в диапазоне от температуры горячей воды на входе до среднего значения температур горячей и холодной воды, а температура прохладной воды соответственно, в диапазоне от температуры холодной воды на входе до того же среднего значения температур горячей и холодной воды.
В предлагаемом изобретении предполагается использование находящихся в условиях скользящего контакта пар деталей: неподвижной и подвижной, причем, подвижная деталь имеет две степени свободы для перемещения относительно неподвижной под действием управляющего воздействия, передаваемого со стороны рукоятки. В соответствии с предлагаемым изобретением возможны различные варианты исполнения разбавляющего смесителя, различающиеся как по виду поверхности контакта: плоской, сферической или цилиндрической, так и по конфигурации прорезей в контактирующих деталях, но при этом все они объединяются общими особенностями: смеситель снабжен отдельными отводами для теплой и прохладной воды, потоки которой формируются при смешении поступающей горячей и холодной воды в долях, зависящих от величин сечения соответствующих каналов для пропуска воды, в свою очередь определяющихся положением подвижной детали относительно неподвижной. При этом конфигурация прорезей выбирается так, что смещение подвижной детали по одной степени свободы приводит к увеличению/уменьшению доли горячей воды в теплой, а холодной в прохладной, что позволяет менять контраст, а по другой степени свободы к увеличению/уменьшению доли, например, горячей воды как в теплой, так и в прохладной одновременно, что позволяет менять среднюю температуру теплой и прохладной воды.
При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении эргономичности устройства для термоволнового массажа, которое выражается в появлении возможности управления всеми основными параметрами процедуры при помощи лишь одного органа управления - рукоятки.
Ниже показаны некоторые из возможных вариантов исполнения разбавляющего смесителя или иначе - смесителя-контрастера.
На Фиг.1 показан общий вид разбавляющего смесителя. На Фиг.2 показан картридж разбавляющего смесителя керамического типа с условно разрезанным корпусом, а на Фиг.3 и Фиг.4 - подвижная и неподвижная детали контактной пары для такого смесителя соответственно. На Фиг.5 представлена сборка из выполненных наборными подвижной и неподвижной деталей контактной пары в форме вида с разнесенными частями. На Фиг.6 и Фиг.7 показаны контактирующие шайбы выполненных наборными подвижной и неподвижной деталей контактной пары соответственно с буквенным указанием назначения прорезей, а на Фиг.8 - они же, наложенные одна на другую, представленные для ряда различных положений, характерных для работы смесителя. На Фиг.9 в форме вида с разнесенными частями показана сборка из подвижной и неподвижной деталей наборного типа для другого варианта возможной конфигурации прорезей, а на Фиг.10 - наложенные одна на другую контактирующие шайбы для этого варианта с буквенным указанием назначения прорезей. На Фиг.11 дан вариант исполнения разбавляющего смесителя шарового типа с разрезанным корпусом, на Фиг.12 - сборка из основных контактных элементов такого смесителя в форме вида с разнесенными частями, а на Фиг.13 - его контактная поверхность на фронтальном виде с показом конфигурации прорезей в подвижной и неподвижных деталях и буквенным указанием их назначения. На Фиг.14 представлен вариант сопряжения головки управляющей рукоятки с корпусом разбавляющего смесителя плунжерного типа. На Фиг.15 дан боковой разрез разбавляющего смесителя плунжерного типа, а на Фиг.16 - его основные части на виде с разнесенными частями и с местными вырезами в корпусах смесителя и плунжера. На Фиг.17 схематично представлена контактная поверхность разбавляющего смесителя плунжерного типа в виде развертки на плоскость с показом конфигурации прорезей в подвижной и неподвижных деталях и буквенным указанием их назначения.
Разбавляющий смеситель внешне напоминает распространенный однорычажный смеситель с керамическим картриджем или шарового типа (Фиг.1). Он содержит корпус 1, управляющий орган, включающий в себя головку рукоятки 2 и собственно управляющую рукоятку 3, а также излив 4. Управляющая рукоятка имеет две степени свободы. Обычно в качестве этих степеней свободы используются повороты относительно обозначенных на Фиг.1 осей X и Z. Для определенности условимся, что во всех рассмотренных ниже конструкциях поворот относительно оси X служит для управления контрастом, а относительно оси Z - средней температуры.
Если разбавляющий смеситель выполнен по схеме керамического смесителя, то в нем располагается картридж (Фиг.2), имеющий корпус 5, внутрь которого входит управляющий шток 6, перемещающий подвижную деталь 7, прижатую к неподвижной детали 8. В подвижной детали 7 (Фиг.3) и неподвижной детали 8 (Фиг.4) на поверхностях, по которым они контактируют друг с другом, выполнены прорези для воды (на детали 7 Фиг.3 они находятся на невидимой грани и условно показаны пунктиром). Для подвода воды к прорезям в соответствии с требуемой схемой внутри деталей 7 и 8 необходимо выполнить систему каналов достаточно сложной конфигурации. Технологически проще всего это сделать, если изготовить эти детали наборными из ряда плоских шайб с вырезами заданной конфигурации, как показано на Фиг.5. Здесь в верхней части изображения разнесены шайбы, из которых набрана деталь 7, а в нижней - шайбы, из которых набрана деталь 8. При работе смесителя в непосредственном контакте находятся шайба 9, принадлежащая детали 7, и шайба 10, принадлежащая детали 8. Перетекание воды осуществляется через прорези 11 в шайбе 9 и прорези 12 в шайбе 10. Шайбы, составляющие детали 7 и 8, фиксируются относительно друг друга в необходимом положении с помощью штифтов 13. Крышка 14 картриджа замыкает сборку и содержит отверстия для подвода и отвода воды: 15 - горячей, 16 - холодной, 17 - теплой, 18 - прохладной. Кроме того, в крышке 14 предусмотрено отверстие 19 для отвода смешанной воды на излив 4.
Из Фиг.5 видно, что горячая и холодная вода, поступая в смеситель через подводные отверстия 15 и 16, через систему каналов, образованных вырезами в промежуточных шайбах, поступает к крайней шайбе 10, заполняя ее прорези 12 в соответствии со схемой на Фиг.7. Здесь мелкие лучевые прорези сгруппированы в сегменты, очерченные на схеме штрихпунктирной линией. Литерой Г помечены сегменты, запитанные горячей, а литерой X - холодной водой соответственно. Через прорези 11 в шайбе 9 вода поступает внутрь детали 7, где смешивается. Причем вода, поступающая через две короткие прорези, помеченные на Фиг.6 литерой Т (теплая), смешиваясь, снова перетекает в деталь 8 через длинную прорезь, помеченную литерой Т на Фиг.6, и окно, помеченное литерой Т на Фиг.7. А вода, поступающая через две короткие прорези, помеченные на Фиг.6 литерой П (прохладная), смешиваясь, снова перетекает в деталь 8 через длинную прорезь, помеченную литерой П на Фиг.6, и окно, помеченное литерой П на Фиг.7. После чего через отверстии в промежуточных шайбах теплая и прохладная вода достигают отводных отверстий 17 и 18 соответственно.
Для обеспечения безопасности пользования устройством термоволнового массажа при его включении и исключения возможности как ожогов тела слишком горячей водой, так и, напротив, внезапного воздействия на тело слишком холодной воды целесообразно предусмотреть у смесителя функцию дивертора. При этом осуществляется предварительная регулировка средней температуры воды с ее контролем вручную на изливе, до переключения воды на форсунки душевой установки. С этой целью в шайбах 9 и 10 выполняются прорези, помеченные литерой С (смешанная). Проходя их, смешанная в детали 7 вода поступает через отверстия в промежуточных шайбах детали 8 в отводное отверстие 19. Поступление смешанной воды в отводное отверстие 19 происходит, только когда перекрыт доступ теплой и холодной воды к отводным отверстиям 17 и 18 и наоборот.
На Фиг.8, представляющей различные режимы работы смесителя, сплошной темной заливкой выделены зоны совпадения прорезей 11 и 12. Контуры, принадлежащие шайбе 9, показаны сплошной линией, а шайбе 10 - пунктирной. Фиг.8,а отображает положение деталей при полностью закрытом состоянии смесителя, когда любое течение воды отсутствует. При смещении шайбы 9 по вертикали вверх (Фиг.8,б), что соответствует приподниманию управляющей рукоятки 3 на Фиг.1, смеситель переходит в следующее состояние: горячая и холодная вода смешиваются, и смешанная вода поступает в излив 4. При дальнейшем смещении шайбы 9 по вертикали вверх (Фиг.8,в) поступление смешанной воды в излив 4 перекрывается, и смеситель переключается в режим снабжения форсунок душа, но контраст остается нулевым, т.е. температура теплой и прохладной воды совпадает. Дальнейшее смещение шайбы 9 по вертикали вверх (Фиг.8,г) приводит к постепенному возрастанию контраста между теплой и прохладной водой вплоть до максимального контраста в крайнем верхнем положении шайбы 9, когда температура теплой воды оказывается равна температуре поступающей в смеситель горячей воды, а прохладная вода сравнивается по температуре с поступающей холодной водой. На Фиг.8,д показано положение, при котором температуру поступающей на форсунки воды повышают при нулевом контрасте, поворачивая управляющую рукоятку 3 относительно оси Z (Фиг.1), а на Фиг.8,е - произвольное положение, характерное для одновременного управления средней температурой и контрастом.
Таким образом, предложенная конструкция решает поставленную задачу, позволяя одновременно управлять средней температурой поступающих на форсунки потоков теплой и прохладной воды и разностью между их температурой. При этом обеспечивается безопасность использования устройства, так как при его включении переводу смесителя в позиции снабжения водой форсунок неизбежно предшествует положение, при котором смешанная вода подается на излив, что позволяет предварительно установить при контроле вручную заведомо безопасную и комфортную среднюю температуру воды. Кроме того, появляется возможность в случае нештатного внезапного изменения температуры во время приема процедуры термоволнового массажа буквально одним резким толчком быстро переключить воду с форсунок на излив.
Предложенная конфигурация прорезей в шайбах наборных деталей 7 и 8 не единственно возможная. На Фиг.9 в качестве примера представлен один из альтернативных вариантов при тех же, что и ранее, обозначениях. На Фиг.10 для этого варианта показаны наложенными друг на друга в произвольном промежуточном положении работающего смесителя шайбы 9 и 10, причем, как и на Фиг.8, контуры, принадлежащие шайбе 9, показаны сплошной линией, а шайбе 10 - пунктирной.
Могут быть различные варианты конфигурации прорезей, но для обеспечения постоянства напора как теплой, так и прохладной воды желательно, чтобы для каждого варианта выполнялось требование неизменности соответствующих сумм площадей каналов, питающих выходы теплой и прохладной воды, при любом допустимом изменении относительного положения деталей. В обоих рассмотренных вариантах это требование выполняется.
Как уже упоминалось, предлагаемые принципы работы разбавляющего смесителя могут быть реализованы также и в виде конструкции типа шарового смесителя (Фиг.11-13). Здесь 20 - корпус смесителя, 21 - крышка с отводами теплой и прохладной воды, закрывающая выфрезерованные в корпусе 20 канавки 22, обеспечивающие перераспределение потоков воды в соответствии с требуемой схемой. В данном случае, как видно из Фиг.13, теплая и прохладная вода от прорезей 12 должны отводиться по схеме «крест-накрест». В корпусе 20 установлены нижний 23 и верхний 24 опорные вкладыши, имеющие сферическую внутреннюю поверхность и охватывающие шаровой запорный орган 25. Конструкция снабжена необходимыми уплотнительными элементами 26, препятствующими протечкам воды. В нижнем опорном вкладыше 23 выполнены впускные окна 27, а в шаровом запорном органе 25 - впускные отверстия 28 для подвода горячей и холодной воды в образованные внутри шарового запорного органа 25 полости, разделенные перегородкой 29.
При работе устройства шаровой запорный орган 25 фактически выполняет функцию подвижной детали 7, а опорные вкладыши 23 и 24 - неподвижной детали 8. Выполненные в них прорези 11 и 12 выходят на общую сферическую контактную поверхность и их взаимное расположение, управляемое положением управляющего штока 6, определяет текущий режим работы смесителя аналогично тому, как это было в ранее рассмотренных примерах. Конкретная форма прорезей тоже может быть различной.
Строго говоря, с точки зрения реализации принципов работы предлагаемого устройства безразлично, какого именно вида контактная поверхность используется. Главное требование к ней состоит в том, чтобы она допускала существование двух независимых степеней свободы в относительном движении деталей контактной пары относительно друг друга. Таких поверхностей существует три помимо уже рассмотренных плоской и сферической заданному условию удовлетворяет также цилиндрическая поверхность. Соответствующими степенями свободы для нее являются поворотная в окружном направлении и продольная вдоль образующей цилиндра. В связи с этим возникает третья и последняя группа вариантов реализации разбавляющего смесителя - плунжерного типа, в которых роль подвижной детали выполняет плунжер 30 (Фиг.14-16).
Названные степени свободы могут непосредственно использоваться для управления положением подвижной детали. Но из эргономических соображений может оказаться целесообразным применять для управления привычные поворотные степени свободы управляющей рукоятки (относительно осей X и Z на Фиг.1). В этом случае одна из поворотных степеней свободы может быть преобразована, например, с помощью конструкции, представленой на Фиг.14. Здесь головка рукоятки 2 шарнирно соединяется с управляющим штоком 6, расположенным по оси плунжера 30, и в головке рукоятки 2 предусмотрена ось 31, входящая в вырез 32 в корпусе смесителя 1. Такая конструкция позволяет легко поворачивать плунжер при повороте управляющей рукоятки относительно оси Z на Фиг.1 и сообщать ему поступательное движение вдоль его оси при повороте управляющей рукоятки относительно оси X.
Для большего удобства управления положением рукоятки 3 в режиме регулировки температуры воды с направлением потока смешанной воды в излив 4 целесообразно предусмотреть пружинный фиксатор, включающий шарик фиксатора 33 и пружину 34. Попадая в кольцевую канавку, выполненную в управляющем штоке 6, шарик облегчает регулировку, точно позиционируя рукоятку при регулировке температуры и делая возможным переключение на душ только при приложении дополнительного усилия.
Помимо средней температуры и контраста третьим из ключевых регулируемых параметров процедуры термоволнового массажа является направление и скорость движения тепловой волны. Есть прямой смысл предусмотреть в предлагаемом смесителе возможность управления и этим параметром. С этой целью управляющая рукоятка снабжается третьей степенью свободы, поступательной или поворотной. Например, в случае поворотной степени свободы это может быть ранее не задействованная возможность поворота управляющей рукоятки 3 относительно ее собственной продольной оси (Фиг.1, 15, 16). Для этого управляющая рукоятка 3 шарнирно соединяется с головкой рукоятки 2 и стопорным кольцом 35 предохраняется от соскакивания с нее (Фиг.15). При необходимости в конструкции предусматриваются кольцевые уплотнения 26. В зависимости от конструкции установки термоволнового массажа управляющий сигнал при повороте рукоятки может восприниматься встроенным в нее переменным резистором 36 либо, например, посредством гибкого вала, проходящего через специальный канал в головке рукоятки и через корпус смесителя, непосредственно передаваться на соответствующий исполнительный механизм установки термоволнового массажа. Очевидно, что рассмотренное на примере смесителя плунжерного типа, это дополнение к конструкции в равной мере применимо и ко всем другим, ранее рассмотренным вариантам.
Поскольку контактной поверхностью плунжерного смесителя является цилиндрическая поверхность, передача воды осуществляется через боковые поверхности плунжера 30 и корпуса смесителя 1 (Фиг.16). Соответственно, в боковой поверхности плунжера 30 выполняется система прорезей 11 подвижной детали, а с внутренней стороны корпуса смесителя 1 - система прорезей 12 неподвижной детали. Технологически корпус 1 целесообразно изготавливать составным из коаксиальных цилиндров, внешний из которых служит для замыкания и герметизации снаружи полостей, образованных прорезями, выполненными во внутреннем цилиндре. Помимо прорезей 11 плунжер 30 имеет внутренний конструктивный набор, образующий систему полостей и каналов 37 для перепуска и направления соответствующих потоков воды. Поворотная перегородка 38 обеспечивает разделение полостей для теплой и прохладной воды, сохраняющееся при поворотах и продольном смещении плунжера 30.
Относительная громоздкость системы полостей и каналов 37 обусловлена необходимостью выполнения смесителем функции дивертора (переключения с душа на излив и обратно при сохранении возможности регулирования температуры). Если для облегчения понимания работы смесителя проигнорировать такую потребность, то весь внутренний набор плунжера сведется к единственной продольной перегородке 39, входящей в зацепление с поворотной перегородкой 38 и разделяющей полости для теплой и прохладной воды, а из системы прорезей 11 останутся два диаметрально расположенных узких продольных окна. Они показаны на Фиг.17, представляющей развертку цилиндрической контактной поверхности, где, как и прежде, контуры, принадлежащие подвижной детали, показаны сплошной линией, а контуры неподвижной детали - пунктирной. Заштрихованная область показывает пределы зоны, внутри которой при движении плунжера 30 перемещаются принадлежащие ему и помеченные литерами Т и П прорези и внутри которой реализуются все возможные сочетания температуры и контраста.
Использование изобретения позволит сделать более привлекательными для потребителя установки термоволнового массажа и будет способствовать их распространению как эффективного средства закаливания и релаксации.