СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ПРОДУКТОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА И ТУАЛЕТ
METHOD OF DESTROYING HUMAN WASTE PRODUCTS AND TOILET

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к способу уничтожения продуктов жизнедеятельности человека и к туалету.
Уровень техники
В настоящее время известны различные способы уничтожения продуктов жизнедеятельности человека и реализующие эти способы туалеты.
В патентах РФ №2027829 (опубл. 27.01.1995), 2225702 (опубл. 20.03.2004), 2428339 (опубл. 10.03.2011) описаны различные типы автономных туалетов с накоплением жидких и твердых отходов. Недостаток таких туалетов состоит в необходимости периодически опорожнять накопленные отходы и утилизировать их вне туалетов.
В заявке США №2014/0353855 (опубл. 04.12.2014) и в заявке Японии №02-139084 (опубл. 29.05.1990) раскрыты автономные туалеты, в которых осуществляют испарение жидкой фазы, однако и в них требуется затем удалять твердые отходы.
В патенте РФ №2473298 (опубл. 27.01.2013), патентах США №3548421 (опубл. 22.12.1970), 3694825 (опубл. 03.10.1972), 3789434 (опубл. 05.02.1974), 3858251 (опубл. 07.06.1975), 8966673 (опубл. 03.03.2015), а также в публикации международной заявки WO 2006/079906 (опубл. 03.08.2006) описаны туалеты, в которых отходы сжигаются с помощью газовой горелки. Такие туалеты, однако, требуют большого расхода тепла и, соответственно, газа для испарения жидкой фазы и сжигания твердой фазы накопившихся отходов.
Действительно, предположим, что максимальный объем жидкой фракции продуктов жизнедеятельности человека составляет 2 кг.
1
Количество тепловой энергии Q, необходимой для нагрева 2 кг воды до 100°C, высчитывается по формуле:
1
2
1
Q=c×m(t-t),
где c - удельная теплоемкость,
m - масса тела,
2
1
(t-t) - с какой температуры и по какую будет происходить нагрев.
Удельную теплоемкость в нашем случае примем равной 4200 Дж/кг, тогда потребное количество тепла для нагрева до 100°C составит:
1
Q=4200 Дж/кг ×2 кг ×100°C =840000 Дж =0,84 МДж.
2
Количество тепловой энергии Q, необходимой для испарения 2 кг нагретой до 100°C жидкости, высчитывается по формуле:
2
Q=L×m,
где L - удельная теплота парообразования,
m - масса тела.
6
Табличное значение удельной теплоты парообразования воды равно 2,3×10 Дж/кг. Тогда потребное количество тепла для испарения нагретой до 100°C жидкости составит:
2
6
6
Q=L×m=2,3×10 Дж/кг ×2 кг =4,6×10 Дж =4,6 МДж.
Значит, для нагрева и испарения 2 кг жидкости необходимое количество теплоты составляет:
1
2
Q=Q+Q=0,84 МДж +4,6 МДж =5,44 МДж.
Для получения такого количества теплоты в короткий промежуток времени (например, в течение двух минут) потребуется привлечь мощность более 40 кВт, что редко представляется возможным.
Известны также туалеты с электрическим нагревом и сжиганием продуктов человеческой жизнедеятельности, например, такие как патент РФ №2172131 (опубл. 20.08.2001) и патент США №№4425671 (опубл. 17.01.1984). Однако и в этих туалетах требуется большое энергопотребление, даже если часть тепла от сжигания твердой фазы используется для нагревания жидкой фазы.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка такого способа уничтожения продуктов жизнедеятельности человека и реализующего этот способ туалета, которые обеспечивали бы значительную экономию энергии.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ уничтожения продуктов жизнедеятельности человека, заключающийся в том, что: помещают продукты в камеру уничтожения, содержащую предварительно заряженный аккумулятор тепловой энергии; испаряют жидкую фракцию продуктов в камере уничтожения за счет тепла, выделяемого аккумулятором тепловой энергии; сжигают оставшуюся сухую фракцию продуктов в камере уничтожения; используют выделяемое при сжигании тепло для пополнения запасов тепловой энергии в аккумуляторе тепловой энергии.
Особенность предложенного способа состоит в том, что при сжигании могут добавлять к сухой фракции горючее вещество, имеющее высокое тепловыделение.
Другая особенность предложенного способа состоит в том, что горючее вещество могут добавлять в виде гранул и (или) порошка.
Еще одна особенность предложенного способа состоит в том, что в качестве аккумулятора тепловой энергии могут использовать стенки камеры уничтожения, выполненные из материала с такой теплоемкостью и имеющие такую толщину, чтобы обеспечить накопление тепловой энергии в процессе предварительной зарядки, сохранение заряженной тепловой энергии в течение заданного времени и пополнение тепловой энергии в процессе сжигания сухой фракции. При этом заданное время может составлять не менее одного часа.
Еще одна особенность предложенного способа состоит в том, что предварительную зарядку аккумулятора тепловой энергии могут осуществлять любым действием, выбранным из группы, включающей в себя индукционный нагрев, плазменный нагрев, сверхвысокочастотный нагрев.
Еще одна особенность предложенного способа состоит в том, что предварительную зарядку аккумулятора тепловой энергии могут осуществлять до тех пор, пока температура в камере уничтожения не превысит 500°C.
Наконец, еще одна особенность предложенного способа состоит в том, что для сжигания сухой фракции могут осуществлять ее поджиг любым действием, выбранным из группы, включающей в себя индукционный нагрев, плазменный нагрев, сверхвысокочастотный нагрев.
Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложен туалет, содержащий: камеру уничтожения, предназначенную для уничтожения продуктов; шлюз для приема человеческих продуктов, выполненный на верхней стороне камеры уничтожения; аккумулятор тепловой энергии, размещенный внутри камеры уничтожения и предназначенный для его предварительной зарядки тепловой энергией, для обеспечения испарения жидкой фракции продуктов в камере уничтожения за счет выделяемого им тепла и для пополнения запаса тепловой энергии за счет тепла, выделяемого при сжигании оставшейся сухой фракции продуктов в камере уничтожения; нагреватель для предварительной зарядки аккумулятора тепловой энергии.
Особенность предложенного туалета состоит в том, что в качестве аккумулятора тепловой энергии могут быть использованы стенки камеры уничтожения, выполненные из материала с такой теплоемкостью и имеющие такую толщину, чтобы обеспечить накопление тепловой энергии в процессе предварительной зарядки, сохранение заряженной тепловой энергии в течение заданного времени и пополнение тепловой энергии в процессе сжигания сухой фракции.
Другая особенность предложенного туалета состоит в том, что нагреватель для предварительной зарядки аккумулятора тепловой энергии может быть выбран из группы, включающей в себя индукционный нагреватель, плазменный нагреватель, сверхвысокочастотный нагреватель.
Еще одна особенность предложенного туалета состоит в том, что шлюз может быть выполнен в виде раздвижного унитаза, способного вмещать сменный вкладыш из горючего материала, предназначенный для приема продуктов, и пропускать заполненный продуктами сменный вкладыш внутрь камеры уничтожения через шлюз. При этом туалет дополнительно содержит запасник для сменных вкладышей и средство для подачи очередного сменного вкладыша из запасника в раздвижной унитаз после удаления из него заполненного продуктами предыдущего сменного вкладыша. Сам сменный вкладыш может быть пропитан горючим веществом, или в него может быть добавлено горючее вещество в виде гранул и (или) порошка.
Еще одна особенность предложенного туалета состоит в том, что он может дополнительно содержать поджигающее средство для поджига сухой фракции, выбранное из группы, включающей в себя индукционный нагреватель, плазменный нагреватель, сверхвысокочастотный нагреватель.
Еще одна особенность предложенного туалета состоит в том, что шлюз может быть выполнен в виде вакуумного унитаза, способного вмещать продукты и пропускать их со смывом в камеру уничтожения. При этом туалет может дополнительно содержать емкость для хранения дезинфицирующего раствора и средство дозированной подачи дезинфицирующего раствора в вакуумный унитаз. Кроме того, туалет может дополнительно содержать емкость для хранения горючего вещества, имеющего высокое тепловыделение, и средство дозированной подачи горючего вещества в виде гранул и (или) порошка к продуктам жизнедеятельности человека.
Краткое описание чертежей
Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На Фиг. 1 условно показан один вариант осуществления туалета по настоящему изобретению, иллюстрирующий основные принципы настоящего изобретения.
На Фиг. 2 условно показан другой вариант осуществления туалета по настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
В основу настоящего изобретения положено объединение нескольких возможных источников энергии для ее экономии.
Автономный туалет по настоящему изобретению может быть выполнен так, как показано на Фиг. 1. Сиденье 1 туалета установлено на верхней поверхности камеры 2 уничтожения, предназначенной для уничтожения продуктов жизнедеятельности человека. Под сиденьем 1 расположен шлюз 3, предназначенный для приема продуктов человеческой жизнедеятельности. Этот шлюз 3 выполнен на верхней стороне камеры 2 уничтожения и может представлять собой, например, раздвижной унитаз 4 (показанный на Фиг.1 поднятым над сиденьем 1), способный вмещать сменный вкладыш 5. Такой сменный вкладыш 5 предназначен для приема продуктов жизнедеятельности человека. Заполненный сменный вкладыш 5 будет пропускаться внутрь камеры 2 уничтожения через шлюз 3 в приемник 6 заполненного сменного вкладыша 5. Сменные вкладыши 5 хранятся в запаснике 7. Они могут иметь форму перевернутой шляпы или усеченного конуса из бумаги, картона или пластика и могут быть пропитаны горючим веществом, например, пиротехнической смесью.
В другом варианте осуществления шлюз 3 может представлять собой заслонку, которая открывается при попадании на нее отходов и пропускает эти отходы в одну из емкостей (не показано), которая после наполнения перемещается из-под шлюза 3 и заменяется пустой емкостью, как это раскрыто, например, в патентах США №3683425 (опубл. 15.08.1972), 3776152 (опубл. 04.12.1973) и 6470501 (опубл. 29.10.2002).
Внутри камеры 2 уничтожения размещен аккумулятор 8 тепловой энергии, предназначенный для предварительной зарядки тепловой энергией, для обеспечения испарения жидкой фракции продуктов жизнедеятельности человека за счет выделяемого аккумулятором 8 тепла и для пополнения запаса тепловой энергии за счет тепла, выделяемого при сжигании оставшейся сухой фракции продуктов. В качестве аккумулятора 8 тепловой энергии в варианте туалета, показанном на Фиг. 1, использованы стенки камеры 2 уничтожения, которые выполнены из материала с такой теплоемкостью и такой толщины, чтобы обеспечить накопление тепловой энергии в процессе предварительной зарядки, сохранение заряженной тепловой энергии в течение заданного времени, к примеру, в течение одного часа или более, и чтобы пополнять тепловую энергию аккумулятора 8 в процессе сжигания сухой фракции. Указанным материалом может быть сталь или чугун либо даже алюминий. Толщина стенок при этом будет зависеть как от используемого материала, так и от объема камеры 2 уничтожения.
В другом варианте осуществления аккумулятор 8 тепловой энергии может быть выполнен в виде массивной плиты, например, из материала с фазовым переходом, как это раскрыто в патенте РФ №2502925 (опубл. 27.12.2013), либо просто из чугуна или другого металла.
Независимо от того, как конкретно выполнен аккумулятор 8 тепловой энергии, туалет по настоящему изобретению содержит нагреватель 9 для предварительной зарядки аккумулятора 8 тепловой энергии. Таким нагревателем 9 могут быть простые электрические спирали, либо этот нагреватель может быть реализован в виде индукционного нагревателя, окружающего аккумулятор 8. Кроме того, нагреватель может быть выполнен в виде плазменного нагревателя или сверхвысокочастотного нагревателя. Любой из описанных нагревателей известен специалистам. Тот же нагреватель 9 может использоваться и в качестве поджигающего средства для поджига сухой фракции, хотя таким поджигающим средством может быть и отдельный (дополнительный) нагреватель, который может иметь любое из указанных выше выполнений.
На Фиг. 1, помимо описанных деталей, указаны также теплоизоляция 10 вокруг камеры 2 уничтожения (нагревателя 9), поддон 11 для приема золы, заслонка 12 для открывания сидения 1, заслонка 13 для открывания шлюза 3, патрубок 14 для подачи воздуха в камеру 2 уничтожения и вытяжка 15 из камеры 2 уничтожения.
На Фиг. 2 приведен другой вариант осуществления туалета по настоящему изобретению. В этом туалете под сиденьем 1 расположен шлюз 3, выполненный в данном случае в виде вакуумного унитаза, способного вмещать продукты и пропускать их в камеру 2 уничтожения посредством вакуумной установки 16. Это пропускание может происходить со смывом дезинфицирующим раствором, который хранится в емкости 17 и подается в вакуумный унитаз средством 18 дозированной подачи дезинфицирующего раствора в вакуумный унитаз. Отходы из вакуумного унитаза (со смывом или без него) поступают в камеру 2 уничтожения напрямую либо через промежуточный бак 19 при нажатии сенсорной кнопки 20 смыва, как в известных железнодорожных или самолетных туалетах. На Фиг. 2 вакуумный унитаз с сиденьем 1 и сенсорная кнопка 20 смыва показаны отдельно для большей наглядности.
В выполнении по Фиг. 2 камера 2 уничтожения и аккумулятор 8 тепловой энергии могут быть выполнены так же, как и в варианте по Фиг. 1, хотя вполне возможно и любое иное их выполнение, которое обеспечило бы выполнение тех же функций, что и в уже рассмотренном варианте по Фиг. 1.
Кроме того, туалет по Фиг. 2 может содержать емкость 21 для хранения горючего вещества, имеющего высокое тепловыделение, и средство (не показано) дозированной подачи горючего вещества к сухой фракции в камере 2 уничтожения. Это горючее вещество, к примеру, пиротехническая смесь, может быть выполнено в виде гранул и (или) порошка. Использование такого дополнительного горючего вещества обеспечивает эффективное пополнение тепловой энергии в процессе сжигания сухой фракции.
На Фиг. 2 показан также ультрафиолетовый катализатор 22 очистки газов, обеспечивающий очистку газов, выходящих из камеры 2 уничтожения через вытяжку 15, до заданных санитарными нормами пределов. Конструкция такого катализатора может быть любой известной специалистам. В принципе, катализатор 22 может быть применен и в туалете по Фиг. 1.
Показанный на Фиг. 1 или Фиг. 2 туалет позволяет реализовать предложенный способ уничтожения продуктов жизнедеятельности человека следующим образом.
В варианте по Фиг. 1 имеющийся в камере 2 уничтожения аккумулятор 8 тепловой энергии предварительно заряжается тепловой энергией от нагревателя 9. Если в качестве такого нагревателя 9 применен индукционный нагреватель, то при его мощности примерно 0,5-1 кВт в зависимости от объема камеры 2 уничтожения для нагрева аккумулятора 8 тепловой энергии так, чтобы нагреть камеру 2 уничтожения до более чем 100°C, к примеру, до 500°C потребуется 3-5 часов.
Когда новый посетитель входит в туалет, показанный на Фиг. 1, он видит новый сменный вкладыш 5 в раздвижном унитазе 4 под сиденьем 1. Помещение туалета может быть заранее полностью дезинфицировано с помощью импульсных бактерицидных ламп, и в нем нет неприятных запахов. После каждого посещения туалета раздвижной унитаз 4 пропускает наполненный сменный вкладыш 5 через шлюз 3 в приемник 6 в камере 2 уничтожения. При этом новый сменный вкладыш 5 помещается в раздвижной унитаз 4 (револьверный принцип). В принципе, сменный вкладыш 5 может выдаваться каждому очередному посетителю, чтобы он поместил этот вкладыш в раздвижной унитаз 4 самостоятельно.
Поскольку камера 2 уничтожения уже поддерживается при температуре не ниже 100°C, находящаяся в сменном вкладыше 5 жидкость быстро нагревается, испаряется и выходит через вытяжку 15 в атмосферу. После этого оставшаяся твердая (сухая) фракция вместе со сменным вкладышем 5 поджигается и сгорает, пополняя запасы тепловой энергии в аккумуляторе 8 тепловой энергии.
Если сменный вкладыш 5 пропитан горючим веществом, то выделяющегося при его сгорании (вместе с его высушенным содержимым) тепла будет больше, а это быстрее восстановит тепловую энергию, израсходованную перед тем на испарение жидкой фазы.
Через патрубок 14 в камеру 2 уничтожения поступает воздух для обеспечения горения.
В варианте по Фиг. 2 отличие будет только в работе шлюза 3, который в данном случае представляет собой вакуумный туалет. После его наполнения при нажатии сенсорной кнопки 20 происходит (опционально) смыв отходов дезинфицирующим раствором из емкости 17 средством 18 либо просто высасывание отходов вакуумной установкой через промежуточный бак 19 или непосредственно в камеру 2 уничтожения. Дальнейшая работа туалета в варианте по Фиг. 2 не отличается от работы варианта по Фиг. 1.
В обоих рассмотренных вариантах к отходам (предпочтительно к уже осушенным отходам) может добавляться горючее вещество в виде гранул и (или) порошка. При сгорании выделяемая этим горючим веществом тепловая энергия пополнит запасы тепловой энергии аккумулятора 8 гораздо быстрее, нежели в отсутствие горючего вещества. Если же горючее вещество не используется, пополнение аккумулятора 8 тепловой энергией может осуществляться от нагревателя 9. Такой режим возможен при сравнительно редких посещениях туалета.
В случае отличного от рассмотренных выполнения туалета способ по настоящему изобретению будет в своей основе выполняться точно так же. Продукты жизнедеятельности человека попадут через шлюз 3 в предварительно нагретую камеру 2 уничтожения, где жидкая фаза испарится, а сухой остаток сгорит, пополняя при этом запасенную в аккумуляторе 8 тепловую энергию.
Таким образом, способ по настоящему изобретению, равно как и туалет по настоящему изобретению обеспечивает значительную экономию энергии.