ВАКУУМНАЯ ТУАЛЕТНАЯ СИСТЕМА
VACUUM TOILET SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию экологически чистых туалетов и санитарно-техническому оборудованию на транспорте и может быть использовано при создании городских быстровозводимых туалетных комплексов, на железнодорожном транспорте, автотранспорте, водном транспорте и авиации.
Уровень техники
Из уровня техники известны конструкции санитарно-технического оборудования и в частности вакуумных туалетных систем изложенные в патентах:
RU 2267582 С2, RU 2448856 C1, RU 2274570 C1, RU 2452820 С2, RU 2516916 С2, RU 2250168 С2, RU 2495981 С2, RU 2509844 С2, RU 2428338 С1.
В качестве прототипа принята Вакуумная туалетная система RU 2250168 С2. Недостатками предлагаемой в прототипе системы являются:
- ограниченная применимость (только для железнодорожного транспорта);
- дороговизна и сложность комплектующих (эжектор, управляемый разгрузочный клапан, блок управления);
-отсутствие возможности самоочищения.
Известны два типа вакуумных туалетных систем, предназначенных для транспортировки гетерогенных сред из унитаза в бак-накопитель:
1. За счет непосредственной перекачки (RU 244856 С1 - на основе инжекционного насоса, RU 2274570 С1 - на основе жидкостного насоса, RU 2452820 С2 насосы разделенных сред).
2. Использующих энергию вакуума и воздуха под высоким давлением (RU 2516916 С2, RU 2452820 С2, RU 2250168 С2, RU 2495981 С2, RU 2509844 С2).
Туалетным системам первого типа присуща склонность к закупорке, что заставляет применять различные дополнительные средства в виде измельчителей и проталкивающих устройств (RU 2448856 С1), что приводит к усложнению системы и в конечном итоге ее резкому подорожанию, ставящую под сомнение целесообразность ее применения.
2. Туалетные системы второго типа как правило имеют в своем составе управляемый разгрузочный смывной клапан между унитазом и транспортной магистралью, причем чаще всего используется пережимной клапан, управляемый пневматически (RU 2516916 С2, RU 2448856 С1). Эти клапана требуют дополнительных мероприятий при работе с вакуумом, т.к. эластичный патрубок клапана будет деформирован атмосферным давлением в камере управления. Для предотвращения схлопывания патрубка применяются специальные конструкции, например, пережимные клапана для вакуума типа AKOVAC (www.perezhimnoj-klapan.ru).
В самолете Airbus-320 применяется клапан в виде вращающегося диска, работающий по принципу шибера.
Недостатками управляемых клапанов и систем на их основе являются:
- высокая стоимость;
- сложность конструкции;
- склонность к загрязнению;
- отсутствие серийного производства дешевых составляющих элементов.
В системе без управляемых клапанов (RU 2448856 С1) применена сложная система с баками с внутренними диафрагмами.
Сущность предлагаемого изобретения.
В основу поставлена задача упростить конструкцию с улучшением потребительских качеств, повысить надежность, снизить стоимость для обеспечения массового производства, использование широкодоступных комплектующих. Решение поставленной задачи достигается выполнением вакуумной туалетной системы с коротким циклом работы по типу одно посещение - один смыв - одно очищение.
Сущность изобретения раскрывается совокупностью следующих элементов (смотри Фиг.):
Вакуумная туалетная система, содержащая по меньшей мере один унитаз 14, оснащенный форсунками обмыва унитаза 12, подсоединенными к выходу устройства обмыва унитаза 1, а также содержащая бак-накопитель под атмосферным давлением 28 и устройство создания высокого давления 3 содержащее в том числе ресивер высокого давления 4, компрессор 5 и реле давления 6. Выход унитаза14 через жидкостный затвор 15 соединен со входом обратного клапана унитаза 16, выход которого через трубопровод транспортировки 17 соединен со входом стоков промежуточной емкости 18, одновременно вход управления работой устройства обмыва унитаза 1 соединен с выходом кнопки управления сливом 2, а также соединен с входом таймера управления подачей вакуума 11, выход которого соединен с управляющим входом электромагнитного клапана подачи вакуума 13, вход которого через трубопровод подачи вакуума 8 соединен с выходом ресивера вакуума 20, а выход со входом вакуума промежуточной емкости 18, одновременно выход кнопки управления сливом 2 соединен со входом таймера управления подачей высокого давления 9, выход которого соединен с управляющим входом электромагнитного клапана подачи высокого давления 10, вход которого через трубопровод подачи высокого давления 7 соединен с выходом ресивера высокого давления 4, а выход соединен со входом высокого давления промежуточной емкости 18, выход сброса которой, через последовательно соединенные обратный клапан сброса 26 и трубопровод сброса 27 соединен с баком-накопителем под атмосферным давлением 28, одновременно вход ресивера вакуума 20 соединен с выходом вакуумного насоса 21, вход управления которого соединен через мановакуумметр 22 с выходом управления ресивера вакуума 20, одновременно вход управления вакуумного насоса 21 соединен со световым сигнализатором красного цвета 23 и через инвертирующее устройство 25 соединен со световым сигнализатором зеленого цвета 24.
Вакуумная туалетная система оснащена промежуточной емкостью 18 выполненной в виде расположенного вертикально цилиндра с нижней частью в виде конуса, в вершину которого врезан обратный клапан сброса 26, а внутренняя полость разделена на две сообщающиеся части горизонтальной перегородкой 19, причем в нижнюю часть, во вход стоков промежуточной емкости врезан трубопровод транспортировки 17 и в выход сброса промежуточной емкости врезан обратный клапан сброса 26, а в верхнюю часть, во вход подачи вакуума промежуточной емкости 18 врезан электромагнитный клапан подачи вакуума 13 и во вход подачи высокого давления промежуточной емкости врезан электромагнитный клапан подачи высокого давления 10.
Для предотвращения замерзания системы в холодное время года трубопроводы, и все элементы вакуумной туалетной системы оснащены саморегулирующимся тепловым нагревательным кабелем и средствами утепления.
На Фиг. представлена схема предлагаемой системы.
1. Устройство обмыва унитаза.
2. Кнопка управления смывом.
3. Устройство создания высокого давления.
4. Ресивер высокого давления.
5. Компрессор.
6. Реле давления.
7. Трубопровод подачи высокого давления.
8. Трубопровод подачи вакуума.
9. Таймер управления подачей высокого давления.
10. Электромагнитный клапан подачи высокого давления.
11. Таймер управления подачей вакуума.
12. Форсунки обмыва унитаза.
13. Электромагнитный клапан подачи вакуума.
14. Унитаз.
15. Жидкостный затвор.
16. Обратный клапан унитаза.
17. Трубопровод транспортировки.
18. Промежуточная емкость.
19. Перегородка.
20. Ресивер вакуума.
21. Вакуумный насос.
22. Мановакуумметр.
23. Световой сигнализатор красного цвета.
24. Световой сигнализатор зеленого цвета.
25. Инвертирующее устройство.
26. Обратный клапан сброса.
27. Трубопровод сброса.
28. бак-накопитель под атмосферным давлением.
Система работает следующим образом.
1. В начале система обесточена, на выходе кнопки управления смывом сигнал отсутствует, ресиверы 4 и20 находятся под атмосферным давлением, обратные 16, 26 и электромагнитные 10, 13 клапана нормально закрыты, компрессор 5 и вакуумный насос 21 обесточены и не работают, мановакуумметр 22 показывает атмосферное давление и на нем установлено требуемое рабочее давление в вакуумном ресивере 20, световые сигнализаторы 23, 24 не горят, на выходах таймеров 9, 11 сигналы отсутствуют.
2. При подаче питающего напряжения включается компрессор 5 источника высокого давления 3 и доводит давление в ресивере 4 высокого давления до уровня, определяемого регулировкой реле 6 давления, после чего компрессор 5 выключается. Одновременно включается вакуумный насос 21, т.к. вакуумметр 22 сигнализирует об отсутствии вакуума. Включается световой сигнализатор 23 красного цвета, свидетельствующий о том, что система включена и находится в режиме подготовки. При достижении заданного вакуумметром 22 уровня вакуума в ресивере 20 вакуума, вакуумный насос 21 выключается, гаснет световой сигнализатор 23 красного цвета и загорается световой сигнализатор 24 зеленого цвета, свидетельствующий о готовности системы.
3. При нажатии кнопки 2 управления смывом включается устройство 1 обмыва унитаза 14 и на форсунки 12 обмыва унитаза поступает смывная жидкость. Одновременно сигнал с кнопки 2 управления смывом поступает на таймер 11 управления вакуумом и запускает его. Таймер 11 управления вакуумом отсчитывает заданный интервал подачи вакуума (рекомендуется не более 2 секунд). По сигналу таймера 11 управления вакуумом открывается электромагнитный клапан 13 подачи вакуума. Происходит бросковое удаление воздуха из промежуточной емкости 18. Под действием разряжения в промежуточной емкости 18 открывается обратный клапан 16 унитаза и происходит практически мгновенное перемещение содержимого унитаза 14 через жидкостный затвор 15 в промежуточную емкость 18. Одновременно, сигнал с кнопки 2 управления смывом поступает на таймер 9 управления подачей высокого давления и с задержкой на время подачи вакуума запускает его на установленное на нем время (рекомендуется не более 2 секунд). По сигналу с таймера 9 подачи высокого давления открывается электромагнитный клапан 10 подачи высокого давления. Происходит ударное заполнение воздухом промежуточной емкости 18 и росту давления в ней. Под действием высокого давления открывается обратный клапан 26 сброса и через трубопровод 27 сброса содержимое промежуточной емкости 18 переходит в бак-накопитель. При этом давление в ресивере 4 высокого давления падает и реле 6 давления включает компрессор 5 устройства создания высокого давления 3. При достижении заданных уровней давлений в ресиверах 4, 20 компрессор 5 и вакуумный насос 21 выключаются, загорается световой сигнализатор зеленого цвета, что свидетельствует о готовности системы к повторению цикла.
Промежуточная емкость 18 выполнена в виде расположенного вертикально цилиндра. Нижняя часть цилиндра выполнена в виде конуса в вершину которого врезан обратный клапан 26 сброса.
Для предотвращения забрызгивания электромагнитных клапанов 10, 13, расположенных максимально близко к промежуточной емкости 18, внутри промежуточной емкости установлена горизонтальная перегородка, разделяющая промежуточную емкость 18 на две сообщающиеся части. В нижнюю часть врезан трубопровод 17 транспортировки и обратный клапан 26 сброса, а в верхнюю часть врезаны электромагнитный клапан 13 подачи вакуума и электромагнитный клапан 10 подачи высокого давления.
Рабочим вакуумом в системе следует считать 0,3-0,5 атмосферы (RU 2316632 С2, RU 2271313 С1), при этом система работает эффективно при низком уровне шума не более 85 дБ, что не превышает нормы. При необходимости технического обслуживания при возникновении засора система может быть переведена в режим безразборной очистки. Для этого кратковременно изменяются значения высокого давления и вакуума с помощью реле 6 давления и вакуумметра 22. Интенсивность работы системы возрастает и происходит безразборная очистка. Интенсивность шума при этом увеличивается, но носит кратковременный характер. Циклы очистки могут при необходимости повторятся до достижения необходимого результата.
Существенное значение в работе системы имеют размеры ресиверов 4, 20, промежуточной емкости 18, проходные сечения трубопроводов 8, 27. Наблюдения показали, что объем возможных стоков из унитаза не превышают 3 литров (вместе со смывной жидкостью). Таким образом объем промежуточной емкости 18 плюс объемы трубопровода транспортировки 17 может не превышать 5 литров. Для эффективной работы системы объем ресивера 20 вакуума должен в два раза превышать совместный объем промежуточной емкости 18 и трубопровода 17 транспортировки. Объем ресивера 4 высокого давления зависит от давления, которое в нем создается. Для обеспечения бросковых изменений давления в промежуточной емкости 18 в процессе работы системы, сечения электромагнитных клапанов 10, 13 должны быть  дюйма и более. Сечение обратных клапанов 16, 26 и трубопроводов 17, 27 должны быть 50 мм.
Разработан, изготовлен и прошел испытания макетный образец вакуумной туалетной системы, собранный из имеющихся в наличии элементов.