Водосберегающий унитаз - RU2651599C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Изобретение, в общем, относится к унитазам. В частности, изобретение относится к устройствам и способам изготовления водосберегающих унитазов, в которых применяют специальные излучатели и детекторы.

Вода является ценным ресурсом, который следует использовать эффективно. По этой причине многие ищут способы уменьшения использования (экономии) хозяйственно-бытовой воды путем модификации таких бытовых устройств как краны, души, ванные и унитазы.

Например, в документе ЕР 1378612 (автор - Hefti) раскрыто техническое решение, согласно которому, на сухих частях унитаза устанавливают камеры, которые делают изображения «твердого» содержимого чаши унитаза, при этом одна камера делает снимки внутри чаши, а вторая камера делает снимки из «сифона», и регулируют объем промывочной воды в зависимости от визуально определяемого количества экскрементов.

В документе US 20100146691 (автор - Chan) раскрыта интеллектуальная промывочная система, использующая датчик запаха и камеры для наблюдения за внутренним состоянием унитаза и обнаружения отходов с целью оптимизации промывки (объема).

В документе WO 01/73228 (автор - Park) раскрыт унитаз, содержащий датчики инфракрасного излучения для обнаружения присутствия пользователя с последующей генерацией «приличных звуков» для маскировки некоторых неприятных звуков, ассоциирующихся с дефекацией. В унитазе, предложенном в данном документе, также применяют оптические излучатели/датчики для регулирования объема промывочной воды в зависимости от наличия мочи (слабое отражение) или фекалий (сильное отражение), на основе их способности отражать оптический сигнал.

В документе US 5 184 359 (автор - Tsukamura) раскрыт унитаз с функцией контроля состояния здоровья, имеющий источник ультрафиолетового (УФ) излучения, испускающий УФ-излучение для устранения запаха загрязнений, обнаруженных в чаше унитаза.

В документе US 20100088812 (автор - Chen) описан писсуар, имеющий скрытый датчик для определения концентрации мочи, в котором имеются электроды, измеряющие проводимость жидкости в унитазе. Затем, на основе концентрации мочи, писсуар определяет подходящий объем промывочной воды.

Во многих источниках, например, в US 4961431 (автор - Ikenaga), US 4860767 (автор - Maekawa) и US 4982741 (автор - Saito), описаны различные унитазы, имеющие функции «контроля за состоянием здоровья», в которых осуществляют сбор мочи или фекалий для определения заболеваний или отклонений от нормы в показателях экскрементов.

В документе US 2006/0096017 (автор - Yamasaki) описан другой «унитаз с функцией контроля состояния здоровья», предназначенный для определения объема мочи, полученной естественным путем. В решении, предложенном Yamasaki, основным назначением определения объема мочи является измерение абсолютных значений различных компонентов мочи, таких как глюкоза и соль. Концентрации глюкозы и соли в мочи не являются компонентами, требующими увеличения объема промывочной воды, поскольку они не имеют запаха и цвета. В данном документе описана модификация сифона унитаза для получения элемента, производящего слив или средства подачи струи текучей среды, которая понижает уровень воды, имеющийся в унитазе до мочеиспускания, что позволяет легко определить объем мочи. Несмотря на то, что такой слив предполагает модификацию сифона, задача заключается только в обеспечении сифона или средства подачи струи текучей среды и модификация выходит за рамки сифона.

Наконец, в документе US 20110146800 (автор - Jallon) раскрыта душевая система, в которой вода используется повторно (или нет) в зависимости от обнаружения в воде загрязнений. В указанной системе применяется источник УФ-излучения и детектор для обнаружения мочи на основе ее характеристик поглощения.

Однако, известные водосберегающие унитазы не обладают удовлетворительными свойствами, так как они не позволяют эффективно определять уровень отходов в чаше унитаза. Таким образом, существует потребность в дальнейшем усовершенствовании водосбережения.

Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить водосберегающую систему, являющуюся более эффективной, чем известные системы.

Указанная задача решена посредством водосберегающей системы для унитаза, содержащей чашу унитаза и включающей в себя:

первый излучатель для излучения первого луча с первой длиной волны λ1;

второй излучатель для излучения второго луча со второй длиной волны λ2;

по меньшей мере один детектор для приема указанных первого и второго лучей; причем первый излучатель, второй излучатель и детектор выполнены с возможностью установки на унитазе так, что первый луч и второй луч перед их приемом детекторами проходят через воду, имеющуюся в чаше унитаза;

контроллер для приема и обработки данных от указанного детектора, причем указанные данные являются показателем уровня отходов в чаше унитаза;

устройство управления объемом промывки, приводимое в действие указанным контроллером, для слива изменяемого объема воды, в зависимости от указанных данных так, чтобы минимизировать указанный объем воды; при этом первая и вторая длины волн λ1, λ2 отличны друг от друга, λ1 находится в диапазоне от 300 до 495 нм, а λ1 в диапазоне от 590 до 900 нм.

Другими словами, первый излучатель может излучать или в ультрафиолетовом или в видимом диапазоне спектра, от фиолетовой до синей области, а второй излучатель может излучать либо в инфракрасном диапазоне либо в видимом диапазоне спектра, от оранжевой до красной области.

Например, оба излучателя могут излучать в видимом диапазоне на отличных друг от друга длинах волн.

Термин «отличные друг от друга» означает, что длины волн λ1, λ1 не являются идентичными и разница межу ними составляет более 50 нм, предпочтительно более 70 нм, наиболее предпочтительно более 100 нм.

Уровень отходов в чаше унитаза включает в себя концентрацию мочи и количество твердого вещества, в частности фекалий и бумаги.

Было обнаружено, что использование комбинации излучателей и детекторов конкретных волновых диапазонов и длин волн и возможно конкретных мест из расположения внутри унитаза, позволяет эффективно и одновременно производить количественную оценку отходов. В результате изобретение обеспечивает водосберегающую систему для унитаза при функционировании которой для удаления загрязнений, присутствующих в унитазе, используется минимальное количество воды.

Например, в случае, если фекалии не обнаружены, унитаз осуществляет слив воды только в зависимости от концентрации мочи, тогда как в случаях обнаружения фекалий, используется больший объем воды и концентрация мочи может не учитываться при определении подходящего количества воды. Детектор посылает информацию о содержимом чаши унитаза на контроллер, управляющий количеством воды, которое должно быть выпущено в чашу унитаза для надлежащего удаления/слива присутствующий в ней загрязнений. Унитаз может содержать или не содержать устройство активации слива вручную, а элементы согласно изобретению могут быть как видны пользователю унитаза, так и скрыты от него. Таким образом, они могут быть внедрены в выпускную трубу или саму чашу унитаза.

Благодаря комбинации двух длин волн и в зависимости от количества и местоположения излучателей, изобретение позволяет автоматически регулировать объем промывки, выбирая, по меньшей мере из трех объемов (а именно - малого, среднего и большого), и вплоть до десяти объемов.

Кроме того, применение излучателей видимого диапазона спектра обеспечивает много преимуществ:

такие излучатели и соответствующие детекторы могут представлять собой стандартные компоненты, что приводит к уменьшению стоимости системы;

такие излучатели и детекторы обычно имеют меньший размер, чем УФ- или ИК-компоненты;

унитаз может иметь приятный внешний вид благодаря видимому и цветному свету, испускаемому излучателями; однако, излучатели и детекторы могут быть скрыты от пользователя унитаза.

Согласно варианту осуществления изобретения, первый излучатель может излучать в синей области спектра видимого излучения, причем λ1 находится в диапазоне от 450 до 495 нм, например, составляет около 465 нм.

Альтернативно, первый излучатель может излучаеть в ультрафиолетовой области спектра, причем λ1 находится в диапазоне от 300 до 380 нм, например, составляет около 365 нм

Что касается второго излучателя, то он может излучать в оранжевой области спектра видимого излучения, при этом λ2 находится в диапазоне от 590 до 620 нм, например, составляет около 595 нм.

Альтернативно, второй излучатель может излучать в инфракрасной области спектра, причем λ2 находится в диапазоне от 750 до 900 нм, предпочтительно в диапазоне от 800 до 900 нам, например, составляет около 850 нм.

Водосберегающая система может дополнительно содержать третий излучатель, излучающий третий луч с третьей длиной волны λ3, причем третий излучатель выполнен с возможностью установки на унитазе так, что третий луч перед его приемом детектором проходит через воду, имеющуюся в чаше унитаза. Указанный признак позволяет регулировать объем промывки, выбирая из 6-10 объемов, что еще более эффективно с точки зрения водосбережения.

Согласно варианту осуществления, λ3 может находиться в диапазоне от 300 до 495 нм, или от 590 до 900 нм.

Третий излучатель может излучать в видимом спектральном диапазоне. Согласно варианту осуществления, третий излучатель излучает в синей области спектра видимого излучения, при этом A3 находится в диапазоне от 450 до 495 нм, например, составляет около 465 нм, или в оранжевой области спектра видимого излучения, при этом λ3 находится в диапазоне от 590 до 620 нм, например, составляет около 595 нм.

Альтернативно, третий излучатель может излучать в УФ- или ИК-диапазонах.

По меньшей мере один излучатель может представлять собой светоизлучающий диод (СИД), и/или детектор(ы) может (могут) быть фотодиодами.

Например, водосберегающая система содержит два детектора, что повышает точность обнаружения уровня отходов.

Изобретение также относится к унитазу, содержащему:

чашу унитаза, имеющую чашевидную часть, содержащую воду, и приемную часть, не содержащую воды, за исключением периодов промывки;

устройство подачи воды; и

вышеописанную водосберегающую систему, причем устройство управления объемом промывки выполнено с возможностью слива изменяемого объема воды из устройства подачи воды.

Устройство подачи воды может представлять собой бачок. Унитаз может дополнительно содержать устройство для приведения в действие вручную промывки для активирования промывки указанного унитаза.

Согласно варианту осуществления, по меньшей мере один элемент из группы, включающей в себя первый излучатель, второй излучатель, третий излучатель, при его наличии, и детектор(ы), может быть размещен в чашевидной части (т.е. в воде).

Согласно варианту осуществления, по меньшей мере один элемент из группы, включающей в себя первый излучатель, второй излучатель, третий излучатель, при его наличии, и детектор(ы), может быть размещен вне чашевидной части, либо в приемной части или на детали, соединенной с чашей унитаза, такой как крышка унитаза. Благодаря такому расположению, прежде чем попасть на детекторы, луч отражается на внутренней поверхности чаши унитаза или на другой поверхности, например, на зеркале.

Согласно варианту осуществления:

первый и второй излучатели расположены на стенке чашевидной части по существу рядом друг с другом и выполнены с возможностью испускать лучи в направлении противоположной стенки чашевидной части вдоль направления луча;

один детектор расположен в чашевидной части на указанной противоположной стенке чашевидной части) и по существу выровнен с излучателями) вдоль направления луча;

другой детектор расположен на стенке чашевидной части с угловым смещением относительно излучателей на угол около 90°.

Например, первый и второй излучатели и детекторы могут быть расположены по существу в одной горизонтальной плоскости. Направление луча может совпадать с продольным направлением унитаза.

Что касается третьего излучателя, то он может быть расположен на приемной части чаши унитаза, при этом все излучатели по существу размещены в вертикальной продольной срединной плоскости чаши унитаза. Например, третий излучатель может быть расположен вблизи верхней кромки чаши унитаза.

В некоторых случаях, по меньшей мере некоторые из излучателей могут быть помещены в одном и том же положении, чтобы уменьшить количество таких местоположений.

Согласно варианту осуществления, излучатели и/или детектор(ы) установлены в полости, расположенной в чаше унитаза, причем указанная полость имеет отверстие, обращенное внутрь чаши унитаза, при этом унитаз содержит защитную перегородку, закрывающую указанное отверстие, причем указанная защитная перегородка выполнена из материала, позволяющего испускать или принимать лучи, испускаемые излучателями. Предпочтительно, защитная перегородка герметично закреплена на чаше унитаза.

Унитаз может дополнительно содержать чистящее устройство для очистки защитной перегородки, например, включающее в себя средство струйной подачи текучей среды. Альтернативно, защитная перегородка может быть выполнена из материала, предусматривающего водоотталкивающую обработку, благодаря чему очистка не требуется.

Указанная защитная перегородка может быть изготовлена из материала, выдерживающего температуру до 1200°. Это позволяет изготавливать унитаз путем многослойного литья вместе с излучателями и детекторами и затем производить обжиг керамики, составляющей чашу унитаза.

Изобретение также относится к способу управления объемом промывочной воды унитаза в зависимости от уровня отходов в чаше унитаза для экономии воды, включающему в себя этапы, на которых:

испускают первый луч с первой длиной волны λ1, находящейся в диапазоне от 300 до 495 нм;

испускают второй луч со второй длиной волны λ2, находящейся в диапазоне от 590 до 900 нм;

детектируют первый и второй лучи после их прохождения через воду, содержащуюся в чаше унитаза;

принимают и обрабатывают данные, полученные в результате указанного детектирования, причем указанные данные являются показателем уровня отходов в чаше унитаза;

управляют объемом промывочной воды в зависимости от указанных данных.

Водосберегающая система согласно изобретению может быть установлена как на новых унитазах, так и на известных унитазах.

В соответствии с аспектом изобретения, предложен водосберегающий унитаз, имеющий излучатели/детекторы и использующий УФ-диапазон для обнаружения растворимых загрязнений (мочи) и ИК-диапазон для обнаружения твердых загрязнений (фекалий, туалетной бумаги).

В соответствии с другим аспектом изобретения, предложен водосберегающий туалет, имеющий УФ-излучатели и детекторы в конкретных положениях внутри чаши унитаза для обнаружения концентрации мочи в унитазе и, таким образом, регулирования/изменения объема промывки для надлежащего удаления мочи. Следует отметить, что система УФ излучатель/детектор может использоваться независимо от любой другой системы детектирования в унитазе или, например, в писсуаре, где имеется необходимость в обнаружении/количественной оценке только мочи.

Как вариант, УФ-излучатель может быть заменен на источник видимого излучения, выполненный с возможностью излучать в видимом диапазоне спектра. Например, длина волны луча, излучаемого таким излучателем (УФ или видимого излучения) может находиться в диапазоне от 300 до 495 нм, т.е. в УФ-области или в видимой области (фиолетовой или синей).

В соответствии с другим аспектом изобретения, предложен водосберегающий туалет, имеющий излучатели ИК-излучения и детекторы, находящиеся в конкретных положениях в и/или на унитазе для определения количества твердых загрязнений и, таким образом, регулирования/изменения объема промывки для надлежащего удаления твердых загрязнений, таких как туалетная бумага и фекалии. Следует отметить, что ИК излучатель/детектор может быть использован в унитазе независимо для количественной оценки только твердых загрязнений.

Как вариант, излучатель ИК-излучения может быть заменен на источник видимого излучения, выполненный с возможностью излучать в видимом диапазоне спектра. Например, длина волны луча, излучаемого таким излучателем (ИК или видимого излучения) может находиться в диапазоне от 590 до 900 нм, т.е. в ИК-области или в видимой области (оранжевой или красной).

В соответствии с некоторыми аспектами изобретения предложена водосберегающая система для унитаза, содержащая:

излучатель ультрафиолетового (УФ) излучения для испускания УФ-излучения, проходящего через мокрую часть чаши унитаза;

детектор ультрафиолетового (УФ) излучения для детектирования указанного УФ-излучения, причем указанное УФ-излучение изменяется в зависимости от концентрации мочи;

детектор твердого вещества для обнаружения твердого вещества внутри указанной чаши унитаза;

контроллер для приема и обработки данных от указанного детектора УФ-излучения и указанного детектора твердого вещества; и

устройство управления объемом промывки, приводимое в действием контроллером для слива изменяемого объема воды в зависимости от указанных данных, причем объединенные данные от детектора УФ-излучения и детектора твердого вещества позволяют минимизировать указанный объем воды.

УФ-излучатель может испускать излучение с длиной волны λ1, находящейся в диапазоне от 300 до 380 нм, например, составляющей около 365 нм.

Как вариант, УФ-излучатель может быть заменен на источник видимого излучения, выполненный с возможностью излучать в видимом диапазоне спектра - предпочтительно в синей области видимого диапазона, при этом λ1 находится в диапазоне от 450 до 495 нм, например, составляет около 465 нм. Соответственно, должен быть выбран детектор, способный детектировать луч, испускаемый таким излучателем.

В некоторых вариантах осуществления, детектор твердого вещества содержит детектор ИК-излучения, а система дополнительно содержит излучатель ИК-излучения для испускания ИК-сигнала, детектируемого детектором ИК-излучения.

Излучатель ИК-излучения может испускать излучение с длиной волны λ2, находящейся в диапазоне от 750 до 900 нм, предпочтительно, от 800 до 900 нм, например, составляющей около 850 нм.

Как вариант, излучатель ИК-излучения может быть заменен на источник видимого излучения, выполненный с возможностью излучать в видимом диапазоне спектра - предпочтительно в оранжевой области видимого спектрта, при этом λ2 находится в диапазоне от 590 до 620 нм, например, составляет около 595 нм. Соответственно, должен быть выбран детектор, способный детектировать луч, испускаемый таким излучателем.

В некоторых вариантах осуществления, излучатель УФ-излучения и детектор УФ-излучения расположены на противоположных сторонах чаши унитаза, а их оптические окна выполнены с возможностью размещения на открытом конце гнезда, проходящего наружу от внутренней поверхности чаши унитаза для предотвращения загрязнения и повышения различаемости сигнала.

Согласно другим вариантам осуществления, линия прямой видимости указанного излучателя ИК-излучения проходит вдоль продольной оси унитаза, при этом линии прямой видимости указанного излучателя УФ-излучения, детектора УФ-излучения и детектора ИК-излучения проходят по существу вдоль боковой оси указанного унитаза.

Согласно другим вариантам осуществления, линия прямой видимости указанного излучателя ИК-излучения проходит вдоль первой оси, причем линии прямой видимости указанного излучателя УФ-излучения, детектора УФ-излучения и детектора ИК-излучения проходят вдоль второй оси, причем угол между указанными осями находится в диапазоне от 0 градусов (выровнены) до 90 градусов (перпендикулярны) относительно первой оси.

Заявитель обнаружил, что местоположение излучателей и детекторов позволяет оптимизировать обнаружение загрязнений. В предпочтительном варианте осуществления излучатель УФ излучения и детектор расположены в нижней мокрой части чаши унитаза на ее противоположных сторонах так что бы находиться на линии прямой видимости друг друга. Излучатель ИК-излучения расположен в приемной части или рядом с приемной частью или приемным бортиком вне мокрой части чаши туалета так, чтобы не находиться на линии прямой видимости детектора ИК-излучения. Детектор ИК-излучения предпочтительно может быть расположен так, чтобы находиться в паре либо с излучателем УФ-излучения, либо с детектором УФ-излучения. Комбинация выбранных диапазонов детектирования с местоположением излучателей/детекторов позволяет минимизировать взаимные помехи детектируемых сигналов. Другими словами, наличие мочи не должно препятствовать ИК-обнаружению/количественной оценке твердых загрязнений, а наличие твердых загрязнений не должно препятствовать УФ-обнаружению/количественной оценке мочи.

Согласно другим вариантам, когда исходное значение УФ-излучения и/или ИК-излучения находится ниже заданного порога приводится в действие индикатор загрязнения, указывая тем самым на неприемлемый уровень загрязнения оптических окон. Исходное значение получают в «условиях чистой воды», достигаемое после полной промывки.

Согласно другим аспектам изобретения предложен способ модификации унитаза для осуществления водосбережения, включающий в себя этапы, на которых:

выполняют одно или более отверстий в чаше унитаза;

герметичным образом крепят к указанным одному или более отверстиям на наружной части чаши унитаза излучатель УФ-излучения, детектор УФ-излучения и детектор ИК-излучения для обнаружения загрязнений в указанной чаше унитаза;

обеспечивают наличие контроллера для приема и обработки данных от указанных детекторов УФ- и ИК-излучения, относящихся к наличию указанных загрязнений; и

обеспечивают наличие устройства управления объемом промывки, управляемого контроллером, для минимизации объема промывки в зависимости от обнаруженных загрязнений.

Аналогично тому, как было упомянуто выше, излучатель УФ-излучения может быть заменен на источник видимого излучения (предпочтительно в синей области вышеописанного волнового диапазона); излучатель ИК-излучения может быть заменен на источник видимого излучения (предпочтительно в оранжевой области вышеописанного волнового диапазона).

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает в себя заглубление излучателей и детекторов так, чтобы удалить их с внутренней поверхности чаши унитаза для повышения различимости и уменьшения загрязнения детекторов и излучателей.

Изобретение станет более понятно из нижеследующего подробного описания вариантов его осуществления, приведенного со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематически показано поперечное сечение вида сбоку унитаза согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 схематически показано поперечное сечение горизонтального вида унитаза согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан график, иллюстрирующий поглощение в синей области спектра (логарифм от интенсивности излучения, принятого фотодиодом, расположенным на 90° от излучателя) в зависимости от количества мочи в чаше унитаза;

на фиг. 4 показан график, иллюстрирующий поглощение в синей области спектра (логарифм от интенсивности излучения, принятого фотодиодом, расположенным на 90° от излучателя) в зависимости от количества бумаги в чаше унитаза;

на фиг. 5 показан график, иллюстрирующий поглощение в синей области спектра (логарифм от интенсивности излучения, принятого фотодиодом, расположенным на 90° от излучателя) в зависимости от количества фекалий в чаше унитаза;

на фиг. 6 в аксонометрии с разделением на компоненты показаны расположенные друг напротив друга и выровненные относительно друг друга оптические устройства (пары излучатель и/или детектор) согласно варианту настоящего изобретения;

на фиг. 7А и 7В в поперечном сечении показаны виды приемной части/чашевидной части, соответственно, с видимым гнездом/оптическими устройствами и с модифицированной керамической частью (посредством адаптера излучатель/детектор) для скрытия гнезда/оптических устройств;

на фиг. 8 в поперечном сечении показан вид спереди варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующего излучатель ИК-излучения или излучатель видимого излучения в боковом положении на приемном бортике 5, находящийся на линии прямой видимости с ИК-детектором или детектором видимого излучения, в котором также имеется темная зона;

на фиг. 9 очень схематично показано поперечное сечение заглубленных оптических окон для пары излучатель/детектор и система струйной очистки для предотвращения загрязнения окон;

на фиг. 10 схематически показано поперечное сечение вида сбоку унитаза согласно варианту настоящего изобретения, в котором оптические устройства расположены рядом и выше места соединения Объема 1 и Объема 2;

на фиг. 11 в аксонометрии показан вид спереди унитаза с покомпонентным разделением оптических устройств согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 12 показаны результаты для УФ и ИК излучения, полученные в ходе экспериментальной демонстрации применения настоящего изобретения.

На фиг. 1 показано поперечное сечение унитаза 1. Унитаз содержит чашу 2 унитаза, включающую в себя:

приемную часть 3 (сухую часть), представляющую собой часть чаши 2 унитаза, которая может принимать экскременты, но обычно не содержит воды (за исключением периодов промывки); и

чашевидную часть 4 (мокрую часть), показанную на фиг. 2 в виде отсека, обозначенного пунктирной линией.

На фиг. 1 показаны продольная ось X, боковая ось Y и вертикальная ось Z, а также вертикальная продольная срединная плоскость Р чаши 2 унитаза.

Как показано на фиг. 1, в чашевидной части 4, Объем 1 определен нижней внутренней частью чаши 2 унитаза, которая обычно содержит воду и по существу является видимой для пользователя унитаза 1 (см. левую часть отсека, обозначенного пунктирной линией). Объем 2 также находится во внутренней нижней части чаши 2 унитаза и обычно содержит воду, но не виден пользователю унитаза 1 (см. правую часть отсека, обозначенного пунктирной линией).

Чаша 2 унитаза 1 имеет приемный бортик 5 и может быть закрыта крышкой 11.

Унитаз 1 дополнительно оснащен устройством подачи воды, в настоящей заявке - бачком 7, подающим некоторое количество воды для удаления отходов, содержащихся в чаше 2 унитаза, через выходную трубу 9. Пользователь может вручную привести в действие бачок 7 с помощью устройства 6 промывки.

Согласно изобретению, унитаз содержит водосберегающую систему. Указанная система включает в себя контроллер 8, который может активировать устройство управления 10 объемом промывки для подачи переменного объема воды в зависимости от уровня отходов в чаше 2 унитаза.

Согласно варианту осуществления изобретения, водосберегающая система дополнительно содержит первый излучатель 21, испускающий первый луч, имеющий первую длину волны λ1, и второй излучатель, испускающий второй луч, имеющий вторую длину волны λ2. Для приема указанных первого и второго лучей предусмотрен по меньшей мере один детектор, а предпочтительно - два детектора 30, 31.

Первый излучатель 21, второй излучатель 22 и детекторы 30, 31 установлены на унитазе 1 таким образом, что первый и второй лучи проходят через воду, содержащуюся в чаше 2 унитаза, перед тем как они принимаются детекторами 30, 31. Контроллер 8 принимает данные с детекторов 30, 31, обрабатывает эти данные и приводит в действие устройство управления 10 объемом промывки в зависимости от указанных данных. Указанные данные являются показателем уровня отходов в чаше 2 унитаза, поскольку интенсивность излучения, принятого детекторами 30, 31, зависит от природы среды, через которую проходит луч (концентрации мочи), и от элементов, содержащихся в этой среде (фекалий и бумаги). Таким образом, объем воды приводится в соответствие с уровнем отходов в чаше 2 унитаза для того, чтобы минимизировать указанный объем воды.

В соответствии с этим вариантом осуществления, первая и вторая длины волны λ1, λ2 находятся в видимой области спектра и отличны друг от друга.

В частности, первый излучатель 21 может излучать в синей области спектра видимого излучения с длиной волны λ1 около 465 нм, а второй излучатель 22 может излучать в оранжевой области спектра видимого излучения с длиной волны λ2 около 595 нм.

Согласно варианту осуществления, предусмотрен третий излучатель 23 для излучения третьего луча, имеющего третью длину волы λ3. Этот третий излучатель 23 установлен на унитазе 1 таким образом, что третий луч проходит через воду, содержащуюся в чаше 2 унитаза, перед тем как принимается детекторами 30, 31.

Третий излучатель 23 может излучать в видимой области спектра излучения, а более точно - или в синей области спектра видимого излучения (λ3 составляет около 465 нм) или в оранжевой области спектра видимого излучения (λ3 составляет около 595 нм).

Первый излучатель 21, второй излучатель 22 и третий излучатель 23 обычно представляют собой светоизлучающие диоды (СИД).

Как показано на фиг. 2, излучатели и детекторы могут быть расположены следующим образом:

первый и второй излучатели 21, 22 могут быть размещены на стенке 14 чашевидной части 4, по существу рядом друг с другом, и ориентированы таким образом, чтобы испускать лучи в направлении противоположной стенки 15 чашевидной части 4 вдоль направления луча, которое в настоящем описании совпадает с продольным направлением X;

один детектор 30 размещен в чашевидной части 4 на указанной противоположной стенке 15 чашевидной части 4 и по существу выровнен относительно излучателей 21, 22 вдоль направления X луча;

другой детектор 31 размещен на стенке чашевидной части 4 с угловым смещением относительно излучателей 21, 22 на угол около 90°.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, излучатели 21, 22 и детекторы 30, 31 установлены в полости 16, выполненной в чаше 2 унитаза и имеющей отверстие, обращенное внутрь чаши 2 унитаза. К чаше 2 унитаза герметичным образом прикреплена защитная перегородка 17, служащая для того, чтобы закрывать указанное отверстие и защищать, таким образом, излучатели и детекторы. Защитная перегородка 17 выполнена из материала, обеспечивающего возможность испускания или приема лучей, испускаемых излучателями. Защитная перегородка 17 может быть изготовлена из материала, который может выдерживать температуру до 1200°, что позволяет размещать излучатели и детекторы, с начала процесса отливки чаши унитаза, не опасаясь их повреждения. Наличие защитной перегородки 17 облегчает очистку и увеличивает срок службы излучателей/детекторов.

Третий излучатель 23 также может быть расположен в чашевидной части 4.

Альтернативно, как показано на фиг. 1, третий излучатель 23 может быть расположен за пределами чашевидной части 4. Он может быть размещен на детали, прикрепленной к чаше 2 унитаза, например, на крышке (положение 23с) или в приемной части 3, например, в вертикальной продольной срединной плоскости Р чаши 2 унитаза. На фиг. 1 показаны два возможных положения третьего излучателя 23 в приемной части:

первое положение (положение 1, 23а), в котором третий излучатель 23 размещен под адаптером 18 излучателя, который может быть изготовлен из керамики, составляющей приемную часть 3, или представлять собой отдельную деталь, прикрепленную к приемной части 3. В соответствии с такой конструкцией, третий излучатель 23 может функционировать должным образом, будучи при этом скрытым от пользователя унитаза 1;

второе положение (положение 2, 23b), в котором третий излучатель 23 размещен под приемным бортиком 5. В этом положении третий излучатель также скрыт от пользователя.

Разумеется, также применимы другие варианты размещения излучателей/детекторов.

Дальнейшее описание приведено со ссылками на фиг. 3, 4 и 5, иллюстрирующие эффективность определения уровня отходов посредством СИД, излучающего в синей области спектра видимого излучения.

На фиг. 3 показан логарифм (Log I) интенсивности излучения, принимаемого фотодиодом, размещенным под углом 90° относительно указанного СИД (таким, как детектор 31 с фиг. 2, принимающий луч, испускаемый первым излучателем 21), как функция от количества мочи (Q.u) в чаше 2 унитаза. Аналогично, на фиг. 4 показан логарифм (Log I) интенсивности излучения, принимаемого фотодиодом, размещенным под углом 90° относительно указанного СИД, как функция от количества бумаги(Q.р) в чаше 2 унитаза. На фиг. 5 показан логарифм (Log I) интенсивности излучения, принимаемого фотодиодом, размещенным под углом 90° относительно указанного СИД, как функция от количества фекалий (Q.f) в чаше 2 унитаза. Рассматривались пять уровней Q.u (концентрации мочи), Q.p (количества листов бумаги) и Q.f (количества фекалий), от 0 до 4.

Как можно видеть, имеется сильная корреляция между Q.u или Q.p или Q.f и Log I, что означает, что использование СИД, излучающего в синей области обеспечивает хорошую оценку уровня отходов в чаше 2 унитаза, по меньшей мере в отношении мочи, бумаги и фекалий, позволяя должным образом регулировать объем промывки.

Испытания проводились в 125-ти ситуациях, соответствующих различным комбинациям из:

пяти уровней бумаги: от 0 до 4;

пяти уровней фекалий: от 0 до 4;

пяти уровней концентрации мочи: от 0 до 4 (увеличение концентрации).

Для каждой из этих 125-ти ситуаций был теоретически определен объем промывки V между 13-ю возможными значениями (0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6 л.). Кроме того, был зарегистрирован реальный объем промывочной воды, подаваемый в ответ на данные, полученные детекторами.

Нижеприведенные таблицы иллюстрируют результаты, полученные в ходе этих испытаний.

Каждый столбец соответствует объему V, который был определен теоретическим путем как необходимый для заданного уровня отходов. В указанном столбце цифра, стоящая в одной ячейке, указывает количество испытаний, которые привели к получению объема промывочной воды, указанного в соответствующей строке. Для большей ясности, значение «0» заменено на «-».

Например, в таблице 1, в колонке V=2 л.: в 17-ти испытаниях водосберегающей системой было подано 2 л, в одном испытании было подано 3 л., в 4-х испытаниях было подано 3 л. и в 3-х испытаниях - 4,5 л.

Таким образом, эффективная водосберегающая система позволяет получить низкие значения в ячейках, которые не расположены по диагональной линии таблицы.

Приведенная ниже Таблица 1 была получена для случая, когда первый излучатель 21 (λ1 около 465 нм) и второй излучатель 22 (λ2 около 595 нм), размещены в чашевидной части 4, а детекторы 30, 31, размещены так, как показано на фиг. 2. Такой вариант осуществления позволяет эффективно очистить унитаз 1 с применением трех возможных объемов промывочной воды (т.е. малого, среднего и большого).

Приведенная ниже Таблица 2 была получена для случая, когда первый излучатель 21 (λ1 около 465 нм) и второй излучатель 22 (λ2 около 595 нм), размещены в чашевидной части 4, третий излучатель 23 (λ3 около 465 нм) размещен в верхней части приемной части 3 (например, в положениях 23а, 23b или 23c с фиг. 1), а детекторы 30, 31 размещены как показано на фиг. 2. Такой вариант осуществления позволяет эффективно очистить унитаз 1 с применением шести возможных объемов промывочной воды, что является улучшением в отношении водосбережения.

Приведенная ниже Таблица 3 была получена для случая, когда первый излучатель 21 (λ1 около 465 нм) и второй излучатель 22 (λ2 около 595 нм) размещены в чашевидной части 4, третий излучатель 23 (λ3 около 595 нм) размещен в верхней части приемной части 3 (например, в положениях 23а, 23b или 23с с фиг. 1), а детекторы 30, 31 размещены как показано на фиг. 2. Такой вариант осуществления позволяет эффективно очистить унитаз 1 с применением шести возможных объемов промывочной воды, что является улучшением в отношении водосбережения.

Благодаря способности излучателей и детекторов производить количественную и качественную оценку отходов, изобретение позволяет регулировать количество промывочной воды согласно уровню отходов в чаше унитаза автоматически, то есть без участия пользователя. Это является намного более эффективным с точки зрения водосбережения, поскольку пользователю не всегда понятно какое количество воды необходимо для очистки унитаза, что в большинстве случаев приводит к тому, что объем воды, выбираемый пользователем, больше необходимого.

Ожидается, что изобретение позволит по меньшей мере на 50% уменьшить объем воды, используемый для осуществления промывки в унитазах.

Далее рассмотрены фигуры 6-12. Следует отметить, что в нижеследующем описании, относящемся к указанным фигурам:

Излучатель УФ-излучения можно заменить на источник видимого излучения, выполненный с возможностью испускать излучение в области спектра видимого излучения. Другими словами, термин «излучатель УФ-излучения» в последующем описании следует понимать как излучатель, выполненный с возможностью испускать излучение в УФ-области спектра или в видимой области спектра. Например, длина волны луча, испускаемого таким излучателем (УФ-излучателем или источником видимого излучения) может находиться в диапазоне 300-495 нм, т.е. в УФ-области или в видимой области спектра (фиолетовой или синей);

Излучатель ИК-излучения можно заменить на источник видимого излучения, выполненный с возможностью испускать излучение в области спектра видимого излучения. Другими словами, термин «излучатель ИК-излучения» в последующем описании следует понимать как излучатель, выполненный с возможностью испускать излучение в ИК-области спектра или в видимой области спектра. Например, длина волны луча, испускаемого таким излучателем (излучателем ИК-излучения или источником видимого излучения) может находиться в диапазоне 590-900 нм, т.е. в ИК-области или в видимой области спектра (оранжевой или красной).

Согласно варианту осуществления, изобретение позволяет одновременно обнаруживать наличие растворимых загрязнений (например, мочи) с применением УФ-излучения и твердых загрязнений (например, туалетной бумаги или фекалий) с использованием видимого или инфракрасного излучения в чаше унитаза и регулировать/минимизировать объем воды, требуемой для эффективной промывки, на основе принятого излучения.

Оптический источник ультрафиолетового излучения может испускать излучение с длиной волны около 350 нм или любой длиной волны в УФ-диапазоне, в котором моча имеет сильный пик поглощения. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрен один источник/излучатель УФ-излучения 41 на 370 нм и два детектора (один детектор 50 УФ-излучения и другой детектор 51 - либо «пассивный» видимого излучения либо детектор ИК-излучения). Пассивный датчик 51 видимого излучения или инфракрасного излучения выполнен с возможностью принимать излучение из чаши 2 унитаза и выше и может использоваться для обнаружения изменений в содержимом (фекалий или туалетной бумаги) чаши 2 унитаза и/или обнаружения движения пользователя. Применение инфракрасных датчиков для обнаружения присутствия пользователя известно из уровня техники, но обычно такие датчики не располагаются внутри чаши унитаза или рядом с выпускной трубой с целью обнаружения твердых загрязнений.

Инфракрасное излучение позволяет обнаруживать наличие твердых веществ (туалетной бумаги, фекалий) в чаше 2 унитаза. Инфракрасное устройство может быть оснащено инфракрасным излучателем 42 для испускания ИК-излучения, например с длиной волны 880 нм, но в этом нет абсолютной необходимости, и при наличии более чувствительного детектора указанная система может работать даже с естественным излучением.

Ультрафиолетовое излучение позволяет эффективно определять наличие (и концентрацию) мочи, так как моча поглощает УФ-излучение. Устройство оснащено источником УФ-излучения и детектором УФ-излучения, которые расположены друг напротив друга. В случае использования относительно слабых излучателей УФ-излучения, важно выровнять пару излучатель/детектор для максимизации обнаруживаемого сигнала от излучателя.

Следует принимать во внимание, что детекторы 50, 51 (детекторы УФ- и ИК-излучения) предпочтительно расположены в чашевидной части 4 и более предпочтительно в Объеме 2, который может соответствовать водоприемнику или сифону, тогда как излучатели 41, 42 могут находиться либо в чашевидной части 4 или приемной части 3 или где-либо еще, главное, чтобы испускаемое излучение предварительно проходило через часть унитаза, в которой имеется вода.

Эксперименты, проводимые заявителем, показали, что детектирование происходит наиболее эффективно, когда детектор УФ-излучения размещен в Объеме 1, а не в Объеме 2. Это обусловлено тем фактом, что моча сначала попадает в Объем 1 и требуется время для того, чтобы произошло надлежащее смешивание жидкостей двух объемов для достижения равновесного состояния с тем, чтобы концентрация мочи в обоих Объемах 1 и 2 стала одинаковой.

Однако, в некоторых вариантах осуществления, может быть предпочтительным разместить излучатели 41, 42 и детекторы 50, 51 в Объеме 2, поскольку такое расположение позволяет скрыть их от пользователя унитаза 1. Если излучатели 41, 42 и детекторы 50, 51 размещены в Объеме 2, в чашевидной части 4 можно добавить смеситель для ускорения процесса установления равновесия и/или можно использовать более мощные излучатели. Очевидным недостатком размещения излучателя/детектора в Объеме 2 является значительное уменьшение его доступности для очистки вручную. Этот недостаток можно устранить путем применения струйной очистки (описанной ниже более подробно).

Обнаружение твердых загрязнений может быть выполнено инфракрасным детектором без инфракрасного излучателя. Однако, наличие инфракрасного излучателя позволяет получить корректные и достоверные исходные показания, которые невозможно получить с использование в качестве «излучателя» естественного освещения/излучения. Колебания интенсивности в схеме усиления сигнала вызовут значительное увеличение сложности обработки.

Для того, чтобы скрыть излучатель от пользователя водосберегающего унитаза 1, керамический элемент приемной части 3 может содержать выступ 48 (может быть изготовлен с таким выступом), под которым может быть размещен излучатель (42а, размещенный в положении 1 на фигурах 7А, 7В и 10). В такой конфигурации излучатель может функционировать надлежащим образом и при этом быть невидимым для пользователя. Другой способ скрыть излучатель от пользователя без ущерба для процесса изготовления керамического элемента, заключается в применении адаптера излучателя ИК-излучения, который может быть объединен (или не объединен) с излучателем и выполнен в апертуре (или прикреплен к ней) приемной части 3 унитаза 1. Линия прямой видимости излучателя предпочтительно ориентирована так, чтобы он излучал в направлении чашевидной части 4, где обычно расположены детекторы 50, 51.

Альтернативно, излучатель 42 ИК-излучения может быть удобным образом размещен под приемным бортиком 5, в положении 2 (42b), показанном на фигурах 7А, 7В и 10, в котором он находится вне зоны видимости и надлежащим образом выравнен по отношению к излучателю.

Водосберегающая система унитаза работает следующим образом. Когда пользователь использует унитаз 1 по его назначению, моча и фекалии оказываются преимущественно в чашевидной части 4, состоящей из Объема 1 и Объема 2. После завершения пользования унитазом 1, пользователь приводит в действие устройство 6 промывки, которое инициирует забор воды из бачка 7. Объем промывочной воды определяется контроллером 8, обрабатывающим данные, принятые от детекторов (УФ и ИК), либо после приведения в действие промывки, либо в ходе снятия показания (показаний) до промывки, и определяющим наличие или концентрацию или количество различных загрязнений. Объем воды выливается из бачка 7, проходит через приемный бортик 5 и затем входит в приемную часть 3, после чего оказывается в чашевидной части 4, смывая любые остающиеся загрязнения в приемной части 3 (сухой части).

Контроллер 8 принимает и обрабатывает данные от детекторов для определения объема промывочной воды, требуемого для эффективного смыва, основываясь на обнаруженных загрязнениях. В зависимости от указанных данных, контроллер 8 приводит в действие устройство управления 10 объемом промывки для подачи подходящего объема воды. В некоторых вариантах осуществления, если ИК-сигнал выше некоторого порогового значения (что означает, что не было обнаружено твердых загрязнений), определение объема промывочной воды производится только на основе одного УФ-сигнала. Однако, если ИК-сигнал ниже порогового значения, для определения объема промывочной воды используется только ИК-сигнал, так как УФ-сигнал может быть уже насыщен (см. объяснение в следующем абзаце). Согласно некоторым вариантам осуществления, излучатель ИК-излучения может иметь по меньшей мере два уровня мощности. Первый уровень малой мощности для обнаружения туалетной бумаги и второй уровень большей мощности для обнаружения фекалий.

Данные от детектора 50 УФ-излучения позволяют получить кривую интенсивности УФ-сигнала, которая затем может быть преобразована в концентрацию мочи. Заявители настоящей заявки заметили, что насыщение УФ-сигнала будет иметь место, когда твердое вещество находится между излучателем и детектором, что объясняет, почему в некоторых вариантах осуществления, полезно разместить выемку/апертуры на дне или рядом с дном чаши 2 унитаза, вне зоны нахождения туалетной бумаги и экскрементов. Например, если определенная концентрация мочи находится ниже заданного порогового значения, то моча считается мочой «низкой концентрации» и требуемый объем промывки составляет 1 литр, тогда как если определенная концентрация мочи находится выше заданного порогового значения, то моча считается «концентрированной» и требуемый объем промывки составляет 3 литра. Следует понимать, что любая «программа», находящаяся в соответствии с вышеописанным принципом, должна расцениваться как часть настоящего изобретения.

Данные, полученные с детектора 51 ИК-излучения, позволяют получить кривую интенсивности ИК-сигнала. ИК-данные обрабатываются для определения количества твердых загрязнений. Например, как упомянуто выше, ИК-излучение с первым уровнем мощности используется для определения количества туалетной бумаги, а ИК-излучение со вторым уровнем (более мощный сигнал) применяется для определения количества фекалий. Данные, полученные от детектирования ИК-сигналов могут быть добавлены (или не добавлены) к объему промывки, полученному от детектора 50 УФ-излучения. Например, при концентрированной моче может требоваться 3 л промывочной воды и при обнаружении одного элемента туалетной бумаги может потребоваться дополнительный 1 л промывочной воды, при этом общий объем промывки для обнаруженных твердых и жидких загрязнений составит 4 л.

Следует принимать во внимание, что хотя на фиг. 1 показан унитаз 1 традиционного типа, описанная в настоящей заявке система предусматривает возможность функционирования с унитазами любого другого типа. Например, нет необходимости в наличии механического устройства приведения в действие промывки, активируемого пользователем, вместо него может быть предусмотрена автоматическая активация слива с применением различных сенсоров. Кроме того, наличие бачка не является обязательным требованием, поскольку объем промывочной воды может регулироваться клапаном или подобным ему устройством.

Водосберегающая система для унитазов может быть опционально оборудована излучателем ИК-излучения и детектором ИК-излучения, а также парой УФ-излучатель/детектор. Для предотвращения или минимизации загрязнения/образования налета на оптическом окне 54 излучателя/детекторов, предпочтительно, предусмотреть внутри чаши 2 унитаза гнездо 55 и поместить оптические устройства (излучатели и детекторы) на конце указанного гнезда 55. В такой конфигурации (см. фиг. 6), оптическое окно 54, которое могло бы контактировать с загрязнениями, имеющимися внутри чаши 2 унитаза, утоплено относительно внутренней поверхности чаши 2 унитаза для предотвращения воздействия на него более объемных загрязнений (которые не могут попасть в гнездо). Наличие гнезда 55 позволяет удерживать загрязнения от контакта с оптическим окном, когда излучение излучателей, если они правильно выровнены, эффективно проходит от излучателя к детектору. Глубина оптического окна/линзы по отношению к внутренней поверхности чаши 2 унитаза обусловлена толщиной керамической чаши 2 унитаза и толщиной гнезда 55 (см. стрелку внутри гнезда на левой стороне на фиг. 7А).

Оптическое устройство 69 содержит все элементы, участвующие в процессе обнаружения наличия загрязнений и включает в себя такие элементы как гнездо, держатель 56 окна/линзы, держатель 27 печатной платы (ПП) и саму печатную плату (ПП) 58, содержащую один или более излучателей 41 УФ-излучения, детектор 50 УФ-излучения, излучатель 42 ИК-излучения и детектор 51 ИК-излучения (как показано на фиг. 6). В некоторых вариантах осуществления, детектор 51 ИК-излучения установлен на той же ПП, что и УФ-излучатель 41, тогда как детектор 50 УФ-излучения размещен на другой ПП. Возможно выполнить гнездо 55 для каждого излучателя и детектора, но это потребовало бы большего количества отверстий 59, затрат рабочего времени и материала и, таким образом, привело бы к увеличению стоимости.

На фиг. 6 показан вариант осуществления оптического устройства 69, согласно которому предусмотрены размещенные в углублении излучатели или детекторы УФ-излучения, ИК-излучения или видимого излучения. Это устройство может содержать гнездо 55, закрывающее отверстие, выполненное в керамической части чаши 2 унитаза и вмещающее детекторы и излучатели. Гнездо 55 представляет собой проходящий в направлении наружу элемент с открытым концом, который обеспечивает заглубление (смещение в направлении назад) оптических устройств (излучателей 41, 42, детекторов 50, 51). Гнездо может иметь цилиндрическую форму с отверстием в центре, причем длина цилиндра определяет глубину гнезда 55 (добавляясь к толщине чаши). При наличии отдельного держателя 56 окна 54/линзы, между гнездом 55 и держателем 57 ПП необходимо разместить кольцевое уплотнение. В некоторых вариантах осуществления гнездо и держатель окно/линза объединены в одной детали/элементе. Печатная плата 58 установлена на держателе 57 печатной платы и прикреплена к другим элементам с обеспечением водонепроницаемой посадки.

Специалистам понятно, что вырез, показанный на фиг. 6, иллюстрирует участок керамической чаши 2 унитаза, имеющей два гнезда 55 на противоположных сторонах нижней внутренней части чаши 2 унитаза. Согласно другим вариантам осуществления, могут применять дополнительный элемент (не показан), скрепляющий все части/элементы вместе для того, чтобы обеспечить «монолитность» крепления оптических устройств 69 к чаше 2 унитаза. Следует понимать, что указанный дополнительный элемент адаптируется к каждой конкретной чаше 2 унитаза из чаш различных типов для получения точного соответствия.

Водосберегающая система для унитазов согласно настоящему изобретению может быть модифицирована для применения в известных унитазах. В такой системе упомянутое гнездо осуществляют путем выполнения отверстия в керамической части чаши 2 унитаза в местоположении, находящемся в Объеме 1 или Объеме 2 и крепления герметичным образом элемента, имеющего толщину, позволяющую сместить излучатели и детекторы в направлении наружу, удаляя их от обычного потока загрязнений и защищая, тем самым, от образования налета и паразитного излучения.

Согласно другим вариантам осуществления, водосберегающая система может быть размещена в унитазе, который изготовлен с учетом возможности размещения в нем указанной системы. В таком варианте керамическая часть Объема 1 и/или Объема 2 модифицирована таким образом, чтобы образовать проходящее в направлении наружу керамическое гнездо с открытым концом и имеющее заданную длину, то есть открытое наружу отверстие для размещения герметичным образом излучателя и/или детектора. Следует принимать во внимание, что под объем настоящего изобретения подпадают любые излучатели и детекторы (УФ, ИК или видимого излучения), а также любые способы крепления указанных оптических устройств к чаше 2 унитаза. Указанные способы включают в себя отбортовку, приклеивание, отливку, закрепление, винтовое соединение, болтовое соединение, прессовую посадку и т.п.

В некоторых вариантах осуществления длина гнезда 55 составляет около 2 см. Тем не менее, следует понимать, что длина гнезда может составлять больше или меньше 2 см, например, предпочтительная длина гнезда составляет от 0,5 до 5 см. В свете настоящего описания, специалистам понятно, что назначение гнезда заключается в том, чтобы получить оптическое окно для излучателей и детекторов, которое не находится непосредственно на пути твердых загрязнений (в основном, фекалий), имеющихся в чаше 2 унитаза. Гнездо также служит для защиты детекторов от нежелательного/паразитного излучения, которое может попасть на детектор, если он не расположен в углублении для защиты от «прямого света». Это особенно актуально, когда излучатели/детекторы расположены в Объеме 1.

Как описано выше, размещение детектора на наружном конце гнезда имеет несколько преимуществ, но при этом очень важным является правильное выравнивание или встраивание в систему пары излучатель/детектор. При отсутствии такого выравнивания эффективность детектирования будет существенна снижена.

В новых унитазах, изготовленных в соответствии с изобретением, мокрая часть чаши 2 унитаза или выходная труба 9 (также называемая сифоном, s-образным или p-образным гидравлическим затвором) может быть изготовлена/сконструирована со встроенным гнездом для размещения оптических устройств, таких как источник/излучатель и сенсор/детектор на ее противоположных концах.

В ходе экспериментов заявитель обнаружил, что местоположение излучателя ИК-излучения или скорее относительное расположение излучателя и детектора в унитазе 1 влияет на качество сигнала. Например, предпочтительно размещать излучатель 42 ИК-излучения на верхней поверхности приемной части 3 унитаза, рядом с сидением (положение 1 (23а, 42а) и положение 2 (23b, 42b) на фигурах 1, 7А, 7В и 10). В такой конфигурации излучатель и детектор не выровнены друг относительно друга.

Действительно, угол между линиями прямой видимости излучателя и детектора составляет 90°. Другими словами, если излучатель 42 ИК-излучения, расположен в центре чаши, как показано на фиг. 1, 7А, 7В и 10, и имеет линию прямой видимости, проходящую вдоль продольной оси X унитаза 1, линия прямой видимости детектора 51 ИК-излучения будет проходить вдоль боковой оси Y унитаза 1, которая проходит в направлении внутрь и наружу на фиг. 1 и в направлении от одной стороны к другой на фиг. 7А, 7В. Таким образом, линии видимости ИК-устройств перпендикулярны друг другу.

В такой конфигурации, интенсивность излучателя 42 ИК-излучения должна быть достаточно сильной, чтобы излучение могло достичь детектора, размещенного в гнезде. Свойства керамики отражать ИК-излучение будут влиять на ИК-сигнал, принимаемый детектором, находящимся в гнезде 55.

В других оптических конфигурациях (показанных на фиг. 8) излучатель ИК-излучения может быть размещен на одной боковой стороне унитаза 1 либо под приемным бортиком 5 либо под самой приемной частью 3, а детектор ИК-излучения может быть размещен на противоположной стороне чашевидной части 4 унитаза для того, чтобы находиться на линии прямой видимости излучателя (и излучатель и детектор имеют линию видимости в боковой оси/ориентации). Это может быть предпочтительным в некоторых случаях, но приводит к появлению темной зоны 70, в которой указанная система является нечувствительной в отношении обнаружения загрязнителя.

Использование при изготовлении водосберегающих систем для унитазов согласно настоящему изобретению менее дорогостоящих излучателей сказывается на мощности излучателей и повышает значимость выравнивания оптического окна гнезда излучателя относительно оптического окна гнезда детектора. Заявителем предложен инструмент для выравнивания указанных окон в процессе изготовления или модификации. Это относится как к ультрафиолетовому, так и к инфракрасному излучению.

Когда гнезда 55 для излучателей/детекторов расположены в Объеме 1, некоторые компоненты оптических устройств водосберегающей системы видны пользователю. В таких случаях, нижняя водосодержащая часть керамической чаши унитаза (называемая Объемом 1) может быть слегка модифицирована так, чтобы отверстия гнезда не были видны пользователю унитаза 1. На фиг. 7А показан вариант, в котором гнезда 55 видны или могут быть видны пользователю унитаза 1, тогда как на фиг. 7В показан другой вариант, предусматривающий модификацию керамической части Объема 1 с целью скрытия гнезд. Следует принимать во внимание, что отверстия гнезд могут быть скрыты адаптерами 60 излучателей (такими, как показаны на фиг. 1), которые могут быть прикреплены к чашевидной части 4 или вставлены с оптическими устройствами в отверстие «гнезда», так, чтобы указанные адаптеры 60 излучателя/детектора не создавали помех сигналу, детектируемому детекторами 50, 51.

Заявители обнаружили, что даже в случае применения заглубленных оптических окон, на этих окнах может появляться загрязнение. Поэтому в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено чистящее устройство 61, преимущественно встроенное в гнездо 55, как показано на фиг. 9. Таким образом, гнездо 55 может быть выполнено с возможностью размещения чистящего устройства 61, содержащего средство для струйной подачи текучей среды для разбрызгивания «чистящей жидкости» 62 на оптическое окно 54 с целью очистки оптического окна. Такое чистящее устройство может содержать сопло, использующее воду из резервуара и разбрызгивающее ее на оптическое окно 54. Чистящее средство может быть также использована для обновления/слива объема «стоячей» воды в гнезде 55.

В других вариантах осуществления, сопло средство струйной подачи текучей среды просто распыляет воздух на оптическое окно 54, что является достаточным для очистки окна, благодаря наличию жидкости в гнезде 55 и вокруг гнезда 55 (т.е. обычного объема воды, присутствующего внутри чаши 2 унитаза). В других вариантах осуществления, совместно с гнездом может применяться насос для того, чтобы вызвать циркуляцию воды в объеме гнезда, тем самым, обновляя объем воды и очищая оптическое окно 54.

В других вариантах осуществления оптическое окно 54 изготавливают из материала (или покрывают материалом), предотвращающим образование налета за счет уменьшения поверхностного натяжения или прилипания к окну. В некоторых вариантах, оптическое окно 54 может содержать выпуклую или фокусирующую линзу, чтобы максимизировать захват и концентрацию падающего излучения на детекторе. Диаметр линзы может составлять 1 см, но в любой конфигурации, фокусировка излучения по отношению к печатной плате/детектору требует, например, регулирования толщины держателя 57 печатной платы.

В некоторых вариантах осуществления, оптическое окно 54 может быть закрыто заглушкой для отверстий, такой как обратный клапан (или заслонка), выполненной с возможностью находиться в закрытом состоянии, когда оптические устройства находятся в режиме ожидания и в открытом состоянии, когда оптические устройства излучают или детектируют, уменьшая, таким образом, общее загрязнение оптических окон 54. Заглушка отверстия может открываться линейным приводом или поворачиваться в направлении от заглушки отверстия.

В других вариантах осуществления контроллер 8 водосберегающей системы для унитазов выполнен с возможностью определения уровня налета/загрязнения оптических окон. Определяются исходные данные/значения ультрафиолетового и инфракрасного излучения и сохраняются в памяти (либо после осуществления обычной промывки, либо в то время, когда в чаше 2 унитаза не обнаружено никаких загрязнений). Если указанные исходные значения находятся ниже определенного порога, контроллер 8 приводит в действие индикатор (звуковой или визуальный сигнал), который указывает пользователю на необходимость очистки оптического окна 54 или активирует автоматический цикл очистки с применением чистящих струй.

К преимуществам предложенного согласно изобретению водосберегающего унитаза относятся:

1) экономия воды путем регулирования объема промывки в зависимости от типа экскрементов (моча, фекалии);

2) экономия воды путем регулирования объема промывки в зависимости от концентрации мочи или количества твердых загрязнений (фекалии, туалетная бумага);

3) создание водосберегающего унитаза, имеющего компоненты, которые не видны пользователю унитаза;

4) заглубление оптических устройств (излучателей/датчиков), так, чтобы они находились вне потока воды в унитазе и, таким образом, уменьшение образования загрязнения/налета на оптических окнах указанных устройств;

5) очистка (или предотвращение загрязнения/налета) оптических окон с применением чистящего средства струйной подачи.

Поскольку унитаз уже выполнен с возможностью производить световые сигналы различных длин волн и с различной интенсивностью, то может оказаться интересным производить некоторые освещение для создания «внешних эффектов» внутри (и/или снаружи) унитаза.

Специалистам понятно, что чашевидная часть 4 унитаза 1 представляет собой часть, на дне которой обычно имеется вода (т.е. мокрую часть) и состоит из первого объема, который обычно видим пользователю и второго объема, который обычно не видим пользователю. Приемная часть 3 унитаза 1 представляет собой часть, которая расположена выше чашевидной части 4 и предназначена для «приема» экскрементов, которые не попали напрямую в чашевидную часть 4. Следует отметить, что твердые загрязнения, такие как фекалии или туалетная бумага, находящиеся на приемной части 3 (сухой части) и не попавшие в чашевидную часть 4 не могут быть идентифицированы/оценены количественно водосберегающей системой согласно изобретению. Обычно, во время осуществления промывки в унитазе 1, вода, стекающая с бортовой части в чашевидную часть 4, вызывает попадание в чашевидную часть 4 любых загрязнений, которые еще не попали в эту часть. После первой промывки может быть произведено повторное снятие показаний, чтобы убедиться, что обновленный объем воды в чаше 2 унитаза является чистым и в обратном случае выполнить повторным слив.

Следует понимать, что под оптическим устройством 69 в настоящей заявке понимаются элементы, которые объединены в узел, закрывающий отверстие гнезда, выполненного в чашевидной части 4 унитаза, и включающий в себя гнездо, держатель линзы, оптическое окно/линзу, держатель печатной платы, и печатную плату, содержащую электрические и оптические элементы, требуемые для излучения и передачи излучения различных диапазонов длин волн. Следует отметить, что не обязательно наличие всех указанных элементов, при этом многие из них могут быть объединены в один элемент с целью излучения и детектирования в различных волновых диапазонах.

На фиг. 10 в поперечном сечении схематически показан вид сбоку унитаза 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором оптические устройства размещены около и выше точки сопряжения Объема 1 и Объема 2. Такое местоположение оптических устройств показывает хорошую способность реагировать на различные загрязнения, при этом они расположены в зоне чаши 2, в которой наблюдается уменьшение загрязнения оптических окон.

На фиг. 11 в аксонометрии показан вид спереди унитаза 1 с разделением элементов оптических устройств 69 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, представляющий собой вид, аналогичный виду с фиг. 6, но без вырезанного участка чаши 2 унитаза.

На фиг. 12 проиллюстрирована экспериментальная демонстрация применения настоящего изобретения согласно варианту его осуществления. На фиг. 12 (сверху) показан график, иллюстрирующий амплитуду (интенсивность) УФ-сигнала как функцию от времени. На временном отрезке, расположенном под графиком, указаны моменты времени, в которые в унитаз 1 были добавлены различные загрязнения. Детектируемый УФ-сигнал является хорошим индикатором количества мочи, имеющейся в чаше 2 унитаза. График показывает, что во время начального периода, когда в чаше 2 унитаза загрязнения отсутствуют, амплитуда исходного сигнала является стабильной и составляет около 935 условных единиц амплитуды УФ-сигнала (УЕАУФ). Добавление 30 мл мочи вызывает значительное уменьшение интенсивности УФ-сигнала, детектируемого детектором УФ-излучения, благодаря поглощению мочой УФ-излучения. Несмотря на существенное изменение сигнала, особенно в период установления равновесия, следует понимать, что при 30 мл мочи сигнал колеблется около средней величины примерно 850 УЕАУФ. Наконец, для демонстрации возможностей системы к количественной оценке (или ее способности определять относительную, или даже абсолютную, концентрацию мочи) в чашу 2 унитаза было добавлено еще 80 мл мочи, после чего наблюдалось дальнейшее уменьшение средней амплитуды до примерно 400 УЕАУФ.

На фиг. 12 (снизу) показан график, иллюстрирующий амплитуду (интенсивность) ИК-сигнала как функцию от времени. На временном отрезке, расположенном над графиком, указаны точки времени, в которые в унитаз 1 были добавлены различные твердые загрязнения. Детектируемый ИК-сигнал является хорошим индикатором количества твердых загрязнений, имеющихся в чаше 2 унитаза. График показывает, что во время начального периода, когда в чаше 2 унитаза загрязнения отсутствуют или присутствует только моча, амплитуда исходного сигнала является стабильной и составляет около 935 условных единиц амплитуды ИК-сигнала (УЕАИК). Добавление одного листа туалетной бумаги вызывает значительное уменьшение интенсивности ИК сигнала, детектируемого ИК детектором. Несмотря на то, что сигнал меняется незначительно, следует понимать, что при одном листе туалетной бумаги сигнал колеблется около средней величины примерно 575 УЕАИК. Добавление еще одного листа туалетной бумаги вызывает еще одно значительное уменьшение интенсивности ИК-сигнала, до средней величины равной примерно 450 УЕАИК, тогда как еще один лист вызывает дальнейшее падение амплитуды ИК-сигнала до примерно 340 УЕАИК. Наконец, в чашу 2 унитаза был добавлен образец фекалий, что вызвало уменьшение в интенсивности сигнала до средней величины ниже 200 УЕАИК. Данный эксперимент демонстрирует способность системы к определению количественных показателей.

В некоторых случаях могло бы быть полезным визуализировать интенсивности сигнала с использованием скользящего среднего или других способов представления данных (здесь не показаны).

Как следует из графиков, показанных на фиг. 12, взаимно "загрязнение" между мочой и твердыми загрязнениями отсутствует. Это происходит благодаря характеристикам поглощения загрязнителей и местоположению излучателей УФ- и ИК-излучения и детекторов. Действительно, добавление твердых загрязнений (в данном случае туалетной бумаги) не влияет на УФ сигнал и добавление мочи не влияет на ИК-сигнал. Твердые загрязнения, такие как туалетная бумага (и фекалии), вероятно, не влияют на УФ сигнал благодаря местоположению УФ-излучателей/детекторов по отношению к плавающим загрязнителям.

Несмотря на то, что изобретение было описано применительно к конкретным вариантам его осуществления, очевидно, что оно может подвергаться дальнейшим модификациям. Настоящая заявка покрывает любые варианты, применения, адаптации изобретения, использующие его принципы, включая такие отклонения от того, что раскрыто в настоящей заявке, которые находятся в рамках известной или общепринятой практики в той области техники, к которой относится изобретение и также могут быть применимы к существенным признакам, изложенным выше и приведенным в приложенной формуле изобретения. Кроме того, отдельный признак, описанный в отношении одного варианта осущетвления, может быть использован с другом варианте.

Реферат

Группа изобретений относится к области санитарной техники. Водосберегающая система по первому варианту содержит первый излучатель с первой длиной волны (λ1), второй излучатель со второй длиной волны (λ2), по меньшей мере один детектор (30, 31), причем излучатели (21, 22) и детектор (30, 31) выполнены с возможностью установки на унитазе (1) так, что первый луч и второй луч перед их приемом детекторами проходят через воду, имеющуюся в чаше (2) унитаза. Система дополнительно содержит контроллер (8) для приема и обработки данных от детектора (30, 31), устройство управления (10) объемом промывки. Первая и вторая длины волн (λ1, λ2) отличны друг от друга, причем λ1 находится в диапазоне от 300 до 495 нм, а λ2 - в диапазоне от 590 до 900 нм. Унитаз содержит чашу (2), приемную часть (3), устройство подачи воды (7), вышеописанную водосберегающую систему. Устройство управления (10) объемом промывки выполнено с возможностью слива изменяемого объема воды из устройства (7) подачи воды. Способ управления объемом промывочной воды унитаза (1) в зависимости от уровня отходов в чаше (2) унитаза для экономии воды включает в себя этапы, на которых испускают первый луч с первой длиной волны (λ1), испускают второй луч со второй длиной волны (λ2), детектируют первый и второй лучи после их прохождения через воду, содержащуюся в чаше (2) унитаза, принимают и обрабатывают данные, причем указанные данные являются показателем уровня отходов в чаше (2) унитаза, управляют объемом промывочной воды в зависимости от указанных данных. Водосберегающая система по второму варианту содержит излучатель ультрафиолетового излучения для испускания УФ-излучения, проходящего через мокрую часть чаши унитаза, детектор УФ-излучения для детектирования указанного УФ-излучения, причем указанное УФ-излучение изменяется в зависимости от концентрации мочи, детектор твердого вещества для обнаружения твердого вещества внутри указанной чаши унитаза, контроллер для приема и обработки данных от указанного детектора УФ-излучения и указанного детектора твердого вещества, и устройство управления объемом промывки, приводимое в действие указанным контроллером для слива изменяемого объема воды в зависимости от указанных данных. Объединенные данные от детектора УФ-излучения и детектора твердого вещества позволяют минимизировать указанный объем воды. Способ модификации унитаза для осуществления водосбережения включает в себя этапы, на которых выполняют одно или более отверстий в чаше унитаза, герметичным образом крепят к указанным одному или более отверстиям на наружной части чаши унитаза излучатель УФ-излучения, детектор УФ-излучения и детектор ИК-излучения для обнаружения загрязнений в указанной чаше унитаза, обеспечивают наличие контроллера для приема и обработки данных от указанных детекторов УФ- и ИК-излучения, и обеспечивают наличие устройства управления объемом промывки, управляемого контроллером. Способ изготовления унитаза включает в себя этап формования керамической чаши унитаза, на котором выполняют по меньшей мере две противолежащие и выровненные выемки с открытым концом, проходящие в направлении наружу для размещения излучателя УФ-излучения, детектора УФ-излучения и детектора ИК-излучения. Водосберегающая система по третьему варианту содержит излучатель УФ-излучения, детектор УФ-излучения, контроллер для приема и обработки данных от указанного детектора УФ-излучения и устройство управления объемом промывки, приводимое в действие указанным контроллером для слива изменяемого объема воды в зависимости от указанных данных с тем, чтобы минимизировать указанный объем воды. Водосберегающая система по четвертому варианту содержит излучатель ИК-излучения, детектор ИК-излучения, контроллер для приема и обработки данных от указанного детектора ИК-излучения и устройство управления объемом промывки, приводимое в действие указанным контроллером для слива изменяемого объема воды в зависимости от указанных данных с тем, чтобы минимизировать указанный объем воды. Обеспечивается эффективная водосберегающая система. 8 н. и 39 з.п. ф-лы, 12 ил.

Формула