промывная система туалета, работающая при повышенном давлении

Формула изобретения

Промывная система туалета, работающая при повышенном давлении, содержащая сосуд накопителя для хранения воды и воздуха под давлением, канал впуска воды в сосуд накопителя, постоянно открытый и соединенный с источником воды под давлением, узел клапана струйного промывания, выполненный в виде установленного вертикально цилиндра, нижний конец которого соединен с выпускным отверстием сосуда накопителя, в цилиндре с возможностью осевого вертикального перемещения установлен поршень, соединенный с запорным органом, открывающим выпускное отверстие при движении поршня вверх для обеспечения слива воды, поршень с запорным органом нагружен пружиной в сторону закрытия выпускного отверстия, цилиндр разделен поршнем на нижнюю и верхнюю камеры, сообщенные между собой каналом, нижняя камера соединена с полостью сосуда накопителя через отверстия, выполненные в стенке цилиндра, а верхняя камера сообщена каналом с управляющим механизмом, создающим перепад давления, действующий на поршень и направленный в сторону открытия выпускного отверстия, отличающийся тем, что на наружной поверхности поршня установлено кольцевое уплотнение, контактирующее с внутренней стенкой цилиндра, канал, связывающий верхнюю и нижнюю камеры, выполнен в виде отверстия в поршне, а управляющий механизм выполнен в виде средства, соединяющего заполненную сжатым воздухом часть верхней камеры с атмосферой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сантехническому оборудованию, а более конкретно, к промывным системам туалетов, работающим при повышенном давлении.

К задачам охраны окружающей среды относятся охрана природы и рациональное использование водных ресурсов.

Решение задач охраны окружающей среды включает в себя строгое регулирование местного потребления воды во многих областях страны. Промывные системы туалетов, работающие при повышенном давлении, вносят значительный вклад в рациональное использование водных ресурсов тем, что они характеризуются относительно низким потреблением воды, что связано с высокой эффективностью транспортирования сточных вод.

Известна промывная система туалета, работающая при повышенном давлении. Известная система содержит узел подачи воды, сосуд накопителя, клапан струйного промывания и устройство управления струйным промыванием. Указанные выше узлы устанавливаются внутри бачка и приводятся в действие с помощью давления воды, поступающей из системы подачи чистой воды. Вода поступает в сосуд накопителя под действием давления в системе подачи воды. При работе, когда уровень воды в сосуде накопителя повышается, находящийся там воздух сжимается. Когда давление сжатого воздуха в сосуде накопителя равно давлению подачи чистой воды, течение воды в сосуд накопителя прекращается и система подготовлена к работе. Когда включается устройство управления струйным промыванием, сжатый воздух в сосуде накопителя с высокой скоростью выталкивает хранящуюся воду в унитаз туалета, промывая его сильным напором струи при минимальном потреблении воды.

Функцией сосуда накопителя является хранение воды и потенциальной энергии в виде сжатого воздуха. Для данного давления в трубопроводе объем сосуда накопителя определяет максимально доступную энергию слива.

Задачей изобретения является повышение энергии слива воды без увеличения объема воды, используемого при сливе.

Технический результат достигается тем, что в промывной системе туалета, работающей при повышенном давлении, содержащей сосуд накопителя для хранения воды и воздуха под давлением, канал впуска воды в сосуд накопителя, постоянно открытый и соединенный с источником воды под давлением, узел клапана струйного промывания, выполненный в виде установленного вертикально цилиндра, нижний конец которого соединен с выпускным отверстием сосуда накопителя, в цилиндре с возможностью осевого вертикального перемещения установлен поршень, соединенный с запорным органом, открывающим выпускное отверстие при движении поршня вверх для обеспечения слива воды, поршень с запорным органом нагружен пружиной в сторону закрытия выпускного отверстия, цилиндр разделен поршнем на нижнюю и верхнюю камеры, сообщенные между собой каналом, нижняя камера соединена с полостью сосуда накопителя через отверстия, выполненные в стенке цилиндра, а верхняя камера сообщена каналом с управляющим механизмом, создающим перепад давления, действующий на поршень и направленный в сторону открытия выпускного отверстия, согласно изобретению, на наружной поверхности поршня установлено кольцевое уплотнение, контактирующее с внутренней стенкой цилиндра, канал, связывающий верхнюю и нижнюю камеры, выполнен в виде отверстия в поршне, а управляющий механизм выполнен в виде средства, соединяющего заполненную сжатым воздухом часть верхней камеры с атмосферой.

Промывная система туалета характеризуется существенным увеличением энергии слива по сравнению с известными системами без соответствующего увеличения потребления воды. Энергия слива приближена к максимальной величине благодаря увеличению объема и, следовательно, суммарной потенциальной энергии сжатого воздуха, находящегося над водой в сосуде накопителя, в то время как потребление воды сводится к минимальной величине благодаря принудительному закрыванию усовершенствованного клапана струйного промывания.

Признаком усовершенствованного узла клапана струйного промывания является уравновешенный поршень, который делит цилиндр узла клапана струйного промывания на верхнюю и нижнюю камеры. Когда вода поступает в сосуд накопителя, сжатый воздух из нижней камеры проходят через перепускное отверстие в поршне в верхнюю камеру над поршнем до тех пор, пока не установится равенство давлений, действующих на поршень.

В результате этого возвратная пружина смещает поршень и переводит клапан струйного промывания в закрытое положение.

Верхняя камера цилиндра узла клапана струйного промывания соединена с узлом управления струйным промыванием. При срабатывании узла управления струйным промыванием сжатый воздух выпускается из верхней камеры цилиндра, создавая перепад давления, действующий на поршень. В результате этого возникает сила, толкающая запорный орган клапана струйного промывания вверх. Когда запорный орган клапана струйного промывания откроется, вода из сосуда накопителя с высокой скоростью сольется в унитаз туалета.

Закрывающему, направленному вниз, движению поршня вначале оказывает сопротивление низкий вакуум, который создается в верхней камере цилиндра над поршнем вследствие его начального движения вниз.

Запорный орган, связанный с поршнем, находится в открытом положении до тех пор, пока воздух не пройдет из сосуда накопителя в нижнюю камеру цилиндра узла клапана струйного промывания, а затем вверх через перепускное отверстие в поршне в верхнюю камеру цилиндра для устранения перепада давления, действующего на поршень, давая возможность поршню и запорному органу вернуться в закрытое положение под воздействием возвратной пружины.

Узел клапана струйного промывания работает совместно с узлом впуска, который обеспечивает восполнение потерь воздуха, сопровождающих каждый цикл струйного промывания, а также потерь воздуха, происходящих вследствие поглощения воздуха хранящейся водой. Кроме того, узел впуска воздуха является саморегулирующимся и сосуд накопителя не может быть переполнен воздухом, например, стать "нагруженным воздухом".

Узел для снятия вакуума действует как предохранительное устройство, которое препятствует засасыванию грязной воды из унитаза в сосуд накопителя и затем в систему подачи чистой воды. В том случае, когда в системе подачи чистой воды генерируется отрицательное давление, приводящее к относительно более высокому давлению в сосуде накопителя, чем в системе подачи воды, вода, содержащаяся в сосуде, будет течь назад, уменьшая давление в сосуде. Когда внутреннее давление в сосуде падает ниже окружающего давления, клапан узла снятия вакуума открывается и впускает наружный воздух в сосуд накопителя, снимая вакуум и препятствуя поступлению стока из туалетного унитаза в сосуд.

Размещение узла снятия вакуума над поршнем узла клапана струйного промывания препятствует созданию вакуума над поршнем в том случае, когда воздух в сосуде накопителя полностью расширился, что может помешать закрыванию запорного органа струйного промывания.

Преимуществами описанной здесь системы перед предшествующими системами являются более высокая техническая надежность, более высокая эффективность и более низкая стоимость изготовления.

На фиг. 1 изображено продольное частичное сечение промывной системы туалета, работающий при повышенном давлении; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б Б на фиг. 2; на фиг. 4 узел I на фиг. 1; на фиг. 5 узел II на фиг. 1; на фиг. 6 частичное сечение модифицированного узла клапана струйного промывания.

На фиг. 1 видно, что промывная система туалета 1, работающая при повышенном давлении в соответствии с предпочтительном вариантом воплощения изобретения, скомпонована с обычными туалетным бачком 2. Основными узлами системы 1 являются сосуд накопителя 3, узел клапана струйного промывания 4, узел впуска воды и воздуха 5, узел для снятия вакуума 6 и клапан ручного управления струйным промыванием 7.

Вода в промывную систему 1 подается из источника избыточного давления (не показано) через имеющий наружную резьбу впускной патрубок 8 и впускную трубку 9. Впускной патрубок 8 расположен в дополнительном отверстии 10 туалетного бачка 2. Вода без ограничений поступает вверх по трубке 9, а оттуда по боковому трубопроводу 11 (фиг. 2) к узлу впуска воды и воздуха 5, который установлен на сосуде накопителя 3.

Размер сосуда накопителя 3 определяется требованиями получения энергии определенной величины, а его конфигурация определяется размером системы 1, связанной с унитазом.

В описываемом конструктивном варианте сосуд накопителя 3 содержит цилиндрический, ориентированный в горизонтальном направлении первый бачок 12 и два установленных сверху вспомогательных бачка 13 и 14.

Как видно на фиг. 3, узел впуска воды и воздуха 5 установлен на первом бачке 12 сосуда накопителя 3. Штуцер держателя 15 закреплен гайкой 16, которая навинчена на резьбовой участок 17 штуцера держателя 15. Штуцер держателя 15 также имеет верхний участок 18 с резьбой на наружной поверхности для ввинчивания в резьбовое отверстие патрубка 19 Т-образного фитинга впуска воды 20. Фитинг впуска воды 20 имеет боковую соединительную часть 21 с внутренней резьбой, которая связана с трубопроводом 11, идущим от трубки впуска воды 9, а также верхнюю часть 22 с внутренней резьбой, которая соединена с узлом клапана впуска воздуха 23. При наличии давления в системе вода свободно проходит по трубке 9, трубопроводу 11, впускному фитингу Т-образной формы 20 к штуцеру держателя 15.

Узел впуска воздуха 23 содержит монтажный переходник 24, имеющий нижнюю соединительную часть 25 с наружной резьбой. Нижняя соединительная часть 25 соединена с внутренней резьбой патрубка 22 Т-образного впускного фитинга 20. Переходник 24 имеет верхнюю резьбовую соединительную часть 26, которая соединена с внутренней резьбой крышки 27. В крышке 27 выполнено отверстие 28 для прохода штока 29 клапана впуска воздуха 30. Клапан 30 имеет радиально расположенный фланец 31, нормально опирающийся на седло 32, выполненное в крышке 27.

Клапан 30 нормально смещен давлением воды в закрытое положение. После уменьшения давления в результате истечения воды в накопитель 3 клапан 30 готов для открытия. Пружина 33 предназначена только для поддержания клапана впуска воздуха 30 и позволяет ему свободно перемещаться под действием перепада давления, возникающего вследствие истечения воды.

Трубка 34 направлена вниз через центральное отверстие 35 переходника 24 для закрепления на ней удлинителя трубки 36. Поскольку конец удлинителя трубки 36 открыт в направлении течения воды в сосуд накопителя 3, протекающий поток воды вытягивает воду из трубки 34 и создает перепад давления, действующий на клапан 30 и переводящий его в открытое положение, когда наружное давление воздуха становится больше, чем давление воздуха внутри сосуда накопителя 3. При наличии указанного перепада давления воздух втягивается в протекающий поток воды, пополняя воздух, находящийся в сосуде накопителя 3.

В соответствии с изобретением узел клапана струйного промывания 4 (фиг. 5) содержит вертикально установленный цилиндр 37 клапана струйного промывания, имеющий верхнюю концевую часть 38 с наружной резьбой. Указанная часть соединена с внутренней резьбой патрубка 39 первого бачка 12 сосуда накопителя 3. На цилиндре 37 клапана струйного промывания выполнен паз 40 для кольцевого уплотнения 41, которое уплотняет место контакта цилиндра 37 и резьбового патрубка 39 сосуда накопителя 3.

Необходимо отметить, что узел клапана струйного промывания 4 выполнен в виде автономного узла, целиком удаляемого из сосуда накопителя 3 путем вращения цилиндра 37 относительно сосуда накопителя 3. В результате вращения происходит вертикальное перемещение цилиндра до его выхода из сосуда накопителя.

Цилиндр 37 клапана струйного промывания снабжен верхней крышкой 42 с наружной резьбой. Крышка 42 установлена в верхней концевой части 36 цилиндра 37, в которой выполнена внутренняя резьба. Концевая крышка 42 имеет отверстие с внутренней резьбой 43 для соединения с резьбовым штуцером соединительного элемента 44. Трубка 45 связывает соединительный элемент 44 с клапаном ручного управления струйным промыванием 7 для обеспечения струйного промывания системы 1.

В нижней концевой части 46 цилиндра 37 имеются отверстие слива 47 и два отверстия 48 для впуска воздуха и воды в цилиндр. Отверстия 48 расположены непосредственно над кольцевым пазом 49 в цилиндре 37. В кольцевом пазу 49 размещено уплотнительное кольцо 50. Уплотнительное кольцо 50 садится на коническое седло 51, выполненное на резьбовом переходнике 52 узла клапана струйного промывания. Часть 53 переходника, на которой выполнена наружная резьба, входит в отверстие 54 с внутренней резьбой в первом бачке 12 сосуда накопителя 3. Прокладка 55 уплотняет место контакта резьбового переходника 53 и сосуда накопителя 3.

Нижняя концевая часть 46 цилиндра 37 выполнена конической с образованием кольцевого конического седла 56, с которым контактирует направленный вниз запорный орган 57, выполненный чашеобразным, повернутым открытой стороной в сторону седла.

Запорный орган 57 соединен с поршнем 58 узла клапана струйного промывания. На запорном органе 57 выполнен кольцевой паз 59 для размещения в нем уплотнительного кольца 60. В закрытом состоянии клапана уплотнительное кольцо 60 контактирует с коническим седлом 56 цилиндра 37.

Чашеобразный запорный орган 57 соединен с головной частью 61 поршня посредством промежуточной шейной части 62.

В головной части 61 поршня выполнен кольцевой паз 63 для размещения кольцевого манжетного уплотнения 64, имеющего в радиальном сечении U-образную форму. Кольцевое манжетное уплотнение находится в скользящем контакте с внутренней стенкой 65 цилиндра 37.

Поршень 58 нормально смещен вниз относительно цилиндра 37 в положение, показанное на фиг. 5, посредством пружины сжатия 66. В этом положении уплотнительное кольцо 60 чашеообразного запорного органа 57 контактирует с кольцевым коническим седлом 56 цилиндра 37, уплотняя место их контакта и предотвращая слив воды из сосуда накопителя 3.

Головная часть 61 поршня 58 делит цилиндр 37 на верхнюю камеру 67 между головной частью 61 и концевой крышкой 42 и нижнюю камеру 68, расположенную под головной частью 61.

Переток жидкости между верхней камерой 67 и нижней камерой 68 осуществляется с помощью вертикально расположенного в головной части 61 перепускного отверстия 69. В процессе производства промывной системы 1 площадь поперечного сечения отверстия 69 тщательно контролируется, поскольку она, как будет описано ниже, в значительной степени влияет на работу узла клапана струйного промывания 4.

Как видно из фиг. 4, верхняя концевая крышка 42, установленная на цилиндре 37, имеет вертикально расположенное отверстие 70 для установки узла для снятия вакуума 6.

Узел 6 содержит цилиндрическую гильзу 71 для расположения в ней подвижного в вертикальном направлении тарельчатого клапана 72. Клапан 72 является нормально закрытым, т.е. закрывающим коническое седло 73 на гильзе 71 под действием винтовой пружины сжатия 74, в результате чего в нормальных условиях работы предотвращен проход воздуха наружу из верхней камеры 67 цилиндра 37 узла клапана струйного промывания. В том случае, когда создается действующий на клапан 72 перепад давления, причем давление воздуха вне сосуда 3 больше, чем давление воздуха внутри него, то клапан 72 открывается, впуская атмосферный воздух для предотвращения ложного открывания клапана струйного промывания 4 и всасывания грязной воды.

Как видно из фиг. 5, движению вверх поршня 58 и чашеобразного запорного органа 57 помогает юбка 75, которая поскольку она частично перекрывает отверстие слива 47, расположенное на нижнем конце 46 цилиндра 37, проталкивается вверх с помощью повышенного давления воды, поступающей из сосуда накопителя 3.

Клапан ручного управления струйным промыванием 7, используемый для осуществления струйного промывания системы 1, является клапаном обычной конструкции, например клапаном с кнопочным управлением, Model 190-0, поставляемым из Mansfield Plumbing Products, Persisvil 11, Ohio.

Клапан 7 непосредственно соединен с верхней концевой крышкой 42 цилиндра 37 узла клапана струйного промывания с помощью трубопровода 45.

При открытии клапан ручного управления 7 вначале позволяет сжатому воздуху и воде выйти из верхней камеры 67 цилиндра 37 под действием расширения воздуха в верхней камере 67, а затем они выходят под действием движения вверх поршня 58, которое происходит вследствие возникающего перепада давления.

Выход клапана ручного управления 7 соединен с помощью трубопровода 76 с сосудом накопителя 3 в точке ниже расположения уплотнения 60 на чашеобразной части запорного органа 57 или соединен с внутренней полостью туалетного бачка 2.

Такое расположение обеспечивает выпуск жидкости в унитаз туалета и тем самым разгрузку верхней камеры 67 узла клапана струйного промывания 4 за счет сброса жидкости непосредственно в унитаз.

Как видно на фиг. 6, модифицированный узел клапана струйного промывания 77 предназначен для применения с бачком более ранней конструкции, которая описывается в патенте США 4233698. Узел клапана струйного промывания 77 содержит ориентированный в вертикальном направлении цилиндр узла клапана струйного промывания 78, имеющий уступ 79, опирающийся на резьбовой переходник 80. Часть 81 с наружной резьбой переходника 80 входит в отверстие 82 сосуда накопителя 3.

Переходник 80 соединен с элементом 83, представляющим собой комбинацию гайки и удлинителя резьбового переходника. Прокладка 84 уплотняет место контакта сосуда накопителя 3 и переходника 80.

Удлинитель 83 резьбового переходника проходит вниз до контакта с унитазом 85. Прокладка 86 уплотняет место контакта удлинителя 83 с сосудом накопителя 3.

На фиг. 6 также изображено седло 87, выполненное на резьбовом переходнике 80. На концевой части 88 цилиндра 78 размещена уплотнительная прокладка 89, контактирующая с седлом 87. В цилиндре 78 расположен поршень 90, имеющий обращенную вниз часть 91, проходящую через седло 87. На части 91 выполнен кольцевой паз 92, в котором расположена уплотнительная прокладка 93, контактирующая с коническим седлом 94, выполненным на концевой части цилиндра 78.

Промывная система работает следующим образом.

При работе вода под давлением подается в сосуд накопителя 3 промывной системы 1 через трубку впуска воды 9, трубопровод 11, узел впуска воды и воздуха 5. Когда уровень воды в сосуде накопителя 3 повышается, находящийся в нем воздух сжимается до тех пор, пока давление не станет равным давлению подачи чистой воды. Необходимо отметить, что непосредственно после промывания, поршень 58 узла клапана струйного промывания 4 становится неуравновешенным, поскольку проход воды в верхнюю камеру цилиндра 37 ограничен отверстием 69.

Таким образом, чашеобразный запорный орган 57 вначале не контактирует с седлом 56, позволяя потоку воды истекать из сосуда накопителя 3 для прохождения вниз в унитаз.

При этом устраняется перепад давлений, действующий на поршень 58, и поршень совместно с чашеобразным запорным органом 57 под действием пружины 66 перемещается вниз до контакта уплотнительного кольца 60 с седлом 56.

Когда вновь включают клапан ручного управления 7, сжатый воздух из верхней камеры 67 выходит в атмосферу, позволяя поршню 58 под действием перепада давлений перемещаться вверх, сжимая пружину 66. При перемещении поршня 58 и чашеобразного запорного органа 57 вверх вода, находящаяся в сосуде накопителя 3, сливается через отверстия 48 в цилиндр 37 под запорный орган 57 и далее поступает в унитаз.

На этом этапе работы имеют место три явления.

Во-первых, поток воды, протекающий ниже чашеобразного запорного органа 57, соединенного с поршнем 58, оказывает гидростатическое давление на его юбку 75, которое действует в сторону, противоположную действию пружины 66, нагружающей поршень 58.

Во-вторых, когда воздух в сосуде накопителя 12 расширяется, его давление приближается к атмосферному, уменьшая давление в камере 67 над поршнем, уменьшая перепад давления, действующий на поднятый вверх поршень 58, и давая возможность поршню 58 перемещаться вниз под действием пружины 66.

Уменьшенная величина давления над поршнем 58 удерживает чашеобразный запорный орган 57, связанный с поршнем 58, вблизи от сливного отверстия 47, не перекрывая его.

В-третьих, уровень воды в сосуде 12 понижается до такой точки, что воздух проходит через отверстия 48 и далее через отверстие 69 поршня 58 в камеру 67.

Когда перепад давления, действующий на поршень 58, уменьшается, пружина в узле клапана струйного промывания получает возможность смещать поршень 58 и связанный с ним чашеобразный запорный орган до контакта уплотнительного кольца 60 с седлом клапана 56, расположенным на нижнем конце цилиндра 37, что прекращает истечение воды в унитаз.

Необходимо отметить, что описанная выше рабочая процедура не требует полного выпуска воды из бачка 12. Прекращение струйного промывания зависит от скорости уменьшения перепада давления, действующего на поршень 58. Скорость, в свою очередь, зависит от площади поперечного сечения отверстия 69 в поршне 58.

Скорость закрытия чашеобразного запорного органа 57 может регулироваться изменением размера отверстия 69. Чем больше отверстие 69, тем быстрее ликвидируется вакуум и быстрее закроется клапан струйного промывания. И, наоборот, чем меньше отверстие 69, тем меньше скорость его закрывания.

После прекращения истечения промывающей струи вода в первом бачке 12 пополняется из системы подачи воды. Вода течет через впускную трубку 9 и трубопровод 11 к узлу впуска воды и воздуха 5. Когда вода проходит удлинитель трубки 36 в узле впуска воздуха 5, перепад давления воздуха, действующий на клапан 30, вызывает его перемещение в сторону, противоположную усилию пружины 33, и открытие клапана 30.

При этом воздух входит в поток воды для пополнения воздуха, находящегося в первом бачке 12. Указанное пополнение является саморегулируемым, поскольку при поступлении в сосуд накопителя 3 достаточного количества воздуха сжатие воздуха вызовет закрытие клапана 30.

Движению чашеобразного запорного органа 57 противодействует низкий вакуум, который возникает в верхней камере 67 цилиндра 37 над поршнем 58 клапана струйного промывания вследствие начального перемещения поршня 58 вниз. Вакуум сохраняется до тех пор, пока из сосуда накопителя через перепускное отверстие 69 в поршне 58 не поступит в верхнюю камеру 67 достаточное количество воздуха для устранения перепада давления, действующего на поршень 58.

Узел впуска воздуха 5 обеспечивает восполнение потерь воздуха, возникающих в каждом цикле струйного промывания, а также потерь, происходящих вследствие поглощения воздуха хранящейся водой. Узел впуска воздуха 5 впускает воздух в сосуд накопителя за счет эжекции, создаваемой протекающим потоком воды.

Из приведенного описания ясно, что промывная система туалета, выполненная в соответствии с изобретением, представляет собой более усовершенствованную систему по сравнению с известными системами благодаря:

значительному увеличению скорости слива воды без увеличения потребления воды;

выполнению узла клапана струйного промывания более эффективным и менее дорогим.

обеспечению принудительного и регулируемого закрывания клапана струйного промывания;

наличию усовершенствованной системы пополнения воздухом.