Екоратор

Реферат: Екоратор містить корпус та дископодібну мембрану, яка виконана із еластичного матеріалу і аксіально розміщена в корпусі з зазором між кріпленням мембрани і стінкою корпусу, причому мембрана має щонайменше чотири отвори у формі рівносторонніх трикутників, вершини яких направлені до її центру та які рівновіддалені від нього і симетрично розташовані один відносно одного. UA 99250 U (54) ЕКОРАТОР UA 99250 U UA 99250 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сантехнічних побутових приладів та може використовуватися для змішування води з повітрям в змішувачах, кранах та інших подібних пристроях. Вже сьогодні недолік води відчувають близько третини населення всієї планети. Одночасно кожного року якість водних ресурсів погіршується. За даними ООН, в 2030 році дефіцит питної води досягне критичного значення. Такий стан з забезпеченням населення питною водою визначило актуальну проблему, найважнішим рішенням якої є збереження питної води. Крім того, економічне становище, в якому сьогодні знаходиться Україна, додатково надає актуальності проблемі економічного використання водних ресурсів. Заходи щодо збереження води, в першу чергу, спрямовані на технічні рішення, використання яких дозволяє максимально збільшити ефективність її використання без втрати якості та комфорту. До пристроїв, які забезпечують вказані вище умови, відносяться регулятори витрат води та, в першу чергу, такі, що мають мембрану для проходження води. Ці пристрої в рівні техніки можуть мати назву: аератори, мінімайзери, екоратори та інше. Дія вказаних пристроїв заснована на змішуванні води з повітрям, за рахунок чого досягається зменшення витрат води. Наприклад, аератор - це такий пристрій, що закріплюється на крані та обмежує потік води без зниження інтенсивності струменя. Використання аератора дозволяє значно знизити витрати води, однак недоліком відомих аераторів є обмежена їх ефективність. Перевагою екоратора є те, що він не потребує конструктивних змін систем водопостачання. Крім зниження витрати води, має місце одночасне зменшення витрат енергоресурсів, що використовуються для нагріву води. Екоратори набули актуальності і популярності в господарстві. Основною конструктивною їх особливістю, як і інших згаданих вище регуляторів витрат води, є мембрани. Відомий аератор, конструктивною особливістю якого є мембрана, представлений в патенті RU 2451642, опублікований 27.05.2012 р. Мембрана являє собою еластичний диск з центральним отвором та зонами перфорацій, які розміщені по її кільцю, Однак цей пристрій має досить складну конструкцію та недостатню ефективність внаслідок невеликого об'єму та швидкості змішування повітря з водою. Як наслідок вказаних недоліків пристрій не характеризується високою ефективністю. В корисній моделі RU№127157 описано аератор, який містить мембрану, виконану у формі конусу, що має дев'ять отворів, одне з яких центральне, а інші розташовані симетрично центральній осі, основа якого закрита сіткою та виконана з можливістю встановлення в пластмасовий корпус, котрий, в свою чергу, встановлений в металевому корпусі. Технічне рішення направлено, в першу чергу, на підвищення експлуатаційних властивостей, наприклад, підвищення міцності і надійності з одночасним зменшенням габаритних розмірів та ваги виробу, спрощення виробництва, монтажу та демонтажу. Однак, витрата води за рахунок заміщення води повітрям помітно не знижується. Відомий аератор (UA59755) містить кільцеву еластичну мембрану з центральним отвором та перфорованими ділянками, послідовно розташованими по кільцю. В центральний отвір надходить велика кількість води, що забезпечує менше звуження газонасиченого потоку від периферії мембрани, що зменшує аерацію потоку. Недоліком даної мембрани також є недостатнє насичення газом повітря. Крім того, пристрій дуже швидко забивається осадами, при цьому часта чистка веде до передчасного зносу як самої мембрани так і аератора в цілому. Найбільш близьким до заявленого рішення є екоратор "Turbo" німецького виробництва (http://www.average.com.ua/index.php?f=30), мембрана якого характеризується чотирма рівномірно розташованими отворами круглої форми з діаметром 1 мм. Принцип роботи екоратора "Тиrbо" німецького виробника полягає в наступному. Потік води, який протікає крізь екоратор, отримує прискорення в його вузькому місці й при виході. Завдяки спеціальній конструкції екоратора, утворюється вакуум. Утворена різниця тисків сприяє втягуванню повітря з навколишнього середовища через спеціальний отвір по периметру екоратора та насичує воду повітряними бульбашками. Екоратор "Тиrbо2 від німецького виробника утворює потік повітряно-водної суміші у пропорції 2/3 повітря на 1/3 води. Відомий екоратор здатен таким чином обмежити потік води без зниження струму води в крані. Але недоліком даної мембрани є недосконалість її конструкції, що не дозволяє досягти найкращого результату насичення повітрям води при збереженні об'ємної витрати вихідного потоку, і, як наслідок, показник економії витрати води не досягає бажаного значення. 1 UA 99250 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Задачею даної корисної моделі є удосконалення екоратора шляхом такої сукупності конструктивних особливостей мембрани, яка дозволить в максимальному ступені знизити витрати води без втрати зручності та комфорту при її використанні. Поставлена задача вирішується тим, що екоратор, який містить корпус та дископодібну мембрану, яка виконана із еластичного матеріалу і аксіально розміщена в корпусі з зазором між кріпленням мембрани і стінкою корпусу, причому мембрана має щонайменше чотири отвори у формі рівносторонніх трикутників, вершини яких направлені до її центру та які рівновіддалені від нього і симетрично розташовані один відносно одного. Крім того, авторами даної корисної моделі передбачено, що певне співвідношення площі перерізу трикутних отворів до загальної площі мембрани та інші її розміри визначаються в залежності від потреби та спрямовані на досягнення технічного результату, який заявляється. Конструктивні особливості екоратора та принцип його роботи потребують того, щоб мембрана була виконана з еластичного матеріалу, наприклад з фторопласту високого тиску. В технічному рішенні, що заявляється, було запропоновано змінити геометрію проточних отворів - з круглої форми на форму рівностороннього трикутника при збереженні площі перерізу. Авторами корисної моделі, що заявляється, були проведені відповідні розрахунки та експерименти, які дозволили виявити переваги корисної моделі, що заявляється, в порівнянні з екоратором "Turbo" німецького виробництва, в якому мембрана виконана з чотирма круглими отворами діаметром 1 мм. Площа перерізу такого отвору розраховується за формулою 2 Sотв=πd /4 та становить 0,785 мм. Число Рейнольдса (Re), що описує режим течій (ламінарний або турбулентний), може бути виражений наступним чином: Re=VL/υ=0,001(V/υ), де L характерний розмір (в даному випадку рівний діаметру), V - швидкість протоку рідини, υ коефіцієнт кінематичної в'язкості рідини. При збереженні площі перерізу отворів круглої форми на форму рівностороннього трикутника, поведінка рідини при перебігу під напором буде еквівалентно її проходженню крізь отвори круглої форми з еквівалентним діаметром dекв: Dекв=4  S0TB/P, де Р - периметр отвору, рівний для рівностороннього трикутника - 4,559  V 2 Sотв, що становить 0,7774 мм . Таким чином, при збереженні площини перерізу отворів, їх еквівалентний діаметр зменшується, відповідно зменшується площина еквівалентного ефективного перерізу кожного отвору: 2 2 Sотв екв=3,14 × 0,7774 /4=0,4744 мм . В умовах однакової об'ємної витрати води, що протікає через мембрану екоратора "Turbo" і мембрану, що заявляється, лінійна швидкість потоку води, яка виходить з одиничного отвору, буде (V2/V1=(Q/0,474)/Q/0,785) в 1,656 разу більше, де V1 і V2 - лінійна швидкість потоку, що виходить відповідно із отвору мембрани у відповідності з рішенням, що заявляється, і мембрани 3 "Turbo", мм/с, Q - об'ємна витрата води, мм /с. У свою чергу, величина еквівалентного діаметра для трикутного отвору буде, навпаки, в (1,0/0,1114)=1,286 разу менше відповідного діаметра круглого отвору і вихідне число Рейнольдса, характерне для круглого отвору, зміниться для мембрани з трикутним отвором наступним чином: Re'=Re(1,656/1,286)=1,29Re. Експериментально визначено, що для фактичних побутових витрат води, що складають 50320 мл/с і проходять через екоратор, ступінь турбулентності потоку і газонаповнення вихідного струменя знаходиться майже в лінійній залежності від розрахункового числа Рейнольдса. Тому при використанні трикутних отворів в мембрані екоратора, коли число Рейнольдса, порівняно з мембраною, що має круглі отвори, зростає на 29 %, фактичне газонанаповнення струменя збільшується на величину від 28 до 32 %. На таку ж величину скорочується витрата водопровідної води при тому ж, візуально незмінному, комфортному її використанні. У порівнянні з існуючими вітчизняними аераторами фактична економія води з мембранами у відповідності з рішенням, що заявляється, досягає 50 % і більше. Корисна модель підтверджується і прикладом конкретного виконання і кресленнями, де Фіг. 1 - екоратор. Вертикальний розріз. Фіг. 2 - мембрана екоратора. Вид зверху. Перелік позначень на кресленнях: 1) мембрана екоратора. 2) трикутникові отвори. 3) отвори для переміщення повітря. 4) корпус. 2 UA 99250 U 5 10 15 20 5) захисна сітка. 6) труба системи водопостачання. 7) різьбове з'єднання. Екоратор працює наступним чином: Потік води із труби системи водопостачання (6) надходить на мембрану (1), яка встановлена в корпусі (5) екоратора, де за рахунок трикутних отворів (2) набуває прискорення та рівномірно розподіляє тиск води по площині мембрани (1). Завдяки цьому зверху мембрани (1) виникає зона високого тиску, а під мембраною (1), навпаки, утворюється зона низького тиску. За рахунок різниці тисків здійснюється всмоктування повітря із оточуючого середовища крізь спеціальні отвори (3), які розміщені по периметру корпуса (4), яке насичує рідину (воду) повітряними бульбашками, що в свою чергу витісняють воду із потоку, утворюючи при цьому потік повітряноводяної суміші. Далі суміш проходить крізь сітку (5), де здійснюється фільтрація крупнодисперних частинок, що присутні в водопровідній мережі. Далі авторами корисної моделі наведено приклад конкретного виконання, який підтверджує ефективність рішення, що заявляється. Приклад. Був проведений замір витрати води без застосування екораторів. Наступний замір фактичного витрачання води був проведений із застосуванням екоратора "Turbo". Наступний вимір здійснювався при застосуванні екоратора, що заявляється. Усі виміри були проведені в при однакових умовах. Результати наведені в таблиці. Таблиця Пристрій Без пристроїв Екоратор "Turbo» Екоратор, що заявляється 25 Фактична витрата води, л/хв. 31 14,6 6,8 Зменшення витрати води, % 0 52,9 78,06 Як видно із даних, наведених в таблиці, екоратор, що заявляється, дозволяє знизити витрати води без зменшення зручності і комфорту в використанні на 78 % від показника витрати без застосування пристроїв для зменшення витрат, і на 25 % більше в порівнянні з найближчим, з рівня техніки, екоратором "Turbo". Таким чином, екоратор, що заявляється, внаслідок удосконалення конструкції його мембрани забезпечує витрати води до 78 % при одночасному збереженні зручності і комфорту її використання. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Екоратор, який відрізняється тим, що містить корпус та дископодібну мембрану, яка виконана із еластичного матеріалу і аксіально розміщена в корпусі з зазором між кріпленням мембрани і стінкою корпусу, причому мембрана має щонайменше чотири отвори у формі рівносторонніх трикутників, вершини яких направлені до її центру та які рівновіддалені від нього і симетрично розташовані один відносно одного. 2. Екоратор за п. 1, який відрізняється тим, що еластичний матеріал є фторопластом високого тиску. 3 UA 99250 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4