Вакуумный туалет

Предлагаемая полезная модель относится к санитарно-техническому оборудованию, а конкретно - к туалетным системам, используемым в автономных помещениях и на транспортных средствах, например, в железнодорожных вагонах, самолетах, автобусах, катерах, жилых прицепах.
Уровень техники
В настоящее время широко применяются разнообразные вакуумные туалетные системы.
Например, в описании изобретения к американскому патенту US 5495626, U.S. C1 4/435, опубл. 05.03.1996 г., раскрыта конструкция вакуумного туалета, включающего чашу унитаза с закрывающей ее крышкой, средства обмыва внутренней поверхности чаши, к которым присоединен трубопровод подвода воды, имеющий водяной клапан, и средства удаления отходов из чаши, выполненные в виде приемного пережимного затвора, установленного между выпускным отверстием чаши и дренажной магистралью, пережимной затвор имеет полый корпус и расположенную в полости корпуса прикрепленную к боковым стенкам корпуса эластичную манжету и механизм пережима эластичной манжеты, полость корпуса приемного клапана соединена с трехходовым клапаном, который может соединять эту полость либо с атмосферой, либо с дренажной (вакуумной) магистралью, кроме того, в состав оборудования унитаза входит кнопка, являющаяся частью электрического управляющего устройства, с помощью нажатия которой инициируется операция опорожнения чаши унитаза и ее обмыв струями воды.
Недостатком этого устройства является то, что его необходимо подключать к внешним коммуникациям, в том числе к водопроводной сети и к внешней вакуумной магистрали, что исключает возможность автономной работы вакуумного туалета. Кроме того, пережимной затвор пружинного типа с механизмом вакуумного раскрытия не обеспечивает полную герметизацию, и со временем этот дефект нарастает. К тому же наличие только одного клапана на вакуумной магистрали приводит, при его открытии, к неоправданно большому расходу вакуумного ресурса.
Аналогичное техническое решение защищено патентом «Вакуумный унитаз», патент RU 2491392 МПК 7: E03D 11/00, опубл. 27.08.2013 г. Помимо системы обмыва внутренней поверхности чаши унитаза, подсоединенной к водяному трубопроводу через клапан с электроприводом и пережимного затвора на выпускном отверстии унитаза и трехходового клапана, соединяющего рабочие полости пережимного затвора поочередно, то с атмосферой, то с вакуумной магистралью, в устройстве имеется датчик вакуума, световой индикатор режима работы и обратный клапан, отсекающий трехходовой клапан от вакуумной магистрали. Общее управление устройством обеспечивается программно-управляющим блоком на базе контроллера и релейной группы.
Недостатком устройства является то, что привязка к внешней водяной магистрали и к внешней вакуумной магистрали не позволяет использовать данное устройство в автономном режиме на малогабаритных транспортных средствах.
Из описания изобретения к американскому патенту US 6216285, кл. 4/431, опубл. 17.04.2001 г., известен вакуумный унитаз, включающий чашу, средства обмыва внутренней поверхности чаши, имеющие трубопровод подвода воды с водяным клапаном, и средства удаления отходов из чаши, выполненные в виде двух пережимных затворов, между которыми располагается промежуточная емкость. В состав оборудования унитаза также входят кнопка включения обмыва чаши, датчик давления в сливной вакуумной магистрали и блок управления, который связан с кнопкой включения обмыва чаши.
Недостатком этого устройства является то, что в состав оборудования унитаза входят два сливных клапана: приемный и выпускной, с установленной между ними промежуточной емкостью для сточных вод, что приводит к более экономичному расходу вакуумного ресурса, но создает дополнительную проблему с эвакуацией отходов из промежуточной накопительной емкости. Поэтому устройство не может быть эффективно использовано в автономных туалетных системах.
В устройстве по российскому патенту RU 2316632, приоритет от 07.12.2005, опубл. 10.02.2008, в состав вакуумного туалета включен автономный вакуумный насос, позволяющий обойтись без подключения вакуумного туалета к внешней вакуумной магистрали, что значительно повышает его автономность, однако в патенте не решена проблема создания автономной подачи воды высокого давления для обеспечения эффективного омывания внутренней поверхности чаши унитаза.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является туалет с вакуумной системой шведской фирмы АВАК ЭДЖЕКТОР по российскому патенту RU 2138600, МПК E03F 1/00, опубл. 27.09.1999 г. В данном техническом решении в составе вакуумного туалета имеется вакуумный насос на базе воздушного эжектора, работающего на основе эффекта Вентури. Такие эжекторы способны создавать разрежение до 80% при сравнительно умеренном расходе сжатого воздуха. Кроме того, вакуумный туалет [5] имеет в своем составе автономную емкость с водой. Использование вакуумного эжектора, вместо традиционного вакуумного насоса роторного типа, существенно повышает рабочий ресурс и надежность туалетной системы.
Недостатком устройства является засорение сопла вакуумного эжектора, что делает конструкцию недостаточно надежной.
Задачей полезной модели является создание надежного и экономичного вакуумного туалета, работающего в автономном режиме.
Техническим результатом является создание экономичного вакуумного туалета, работающего автономно с использованием вакуумного дренирования отходов туалета в бак-накопитель.
Заявленный технический результат достигается тем, что в вакуумном туалете, содержащем унитаз, водяную дозирующую систему обмыва чаши унитаза, состоящую из водяного бака, водяного фильтра, унитазного коллектора и водяных форсунок, программируемый блок релейного управления, с кнопкой запуска со светодиодной индикацией режима работы, воздушный компрессор с влагомаслоотделителем, ресивером и магистралью сжатого воздуха, эжектор с вакуумной магистралью, систему вакуумного дренирования отходов из чаши унитаза, включающую приемный и выпускной пережимные вакуумные затворы, оснащенные трехходовыми электроклапанами, обеспечивающими поочередное сообщение межстеночной полости вакуумных затворов либо с атмосферой, либо с магистралью сжатого воздуха, приемный дренажный трубопровод, выпускной дренажный трубопровод, а также бак-накопитель отходов. Новым является то, что система обмыва чаши унитаза состоит из гидропневмоцилиндра, который через обратный клапан присоединен к баку с водой, через электроклапан присоединен к унитазному коллектору, через электроклапан присоединен к вакуумной магистрали, через электроклапан присоединен к магистрали сжатого воздуха, входной патрубок эжектора через электроклапан подсоединен к ресиверу со сжатым воздухом, а вакуумный канал эжектора напрямую соединен с вакуумной магистралью, при этом внутренний диаметр дренажных трубопроводов составляет 32-50 мм, длина приемного дренажного трубопровода выбирается из расчета величины его внутреннего объема в диапазоне 2-3 литра, а на приемном дренажном трубопроводе на участке, прилегающем к приемному пережимному затвору, выполнен вертикально направленный отвод-аппендикс с диаметром, равным диаметру дренажных трубопроводов и с высотой 350-500 мм, подсоединенный к приемному дренажному трубопроводу под углом 30-70 градусов к направлению движения потока отходов, к тому же к верхнему торцу отвода-аппендикса подсоединен датчик вакуума/давления, а также выполнено подсоединение через электроклапаны 29, 30 к вакуумной магистрали и к магистрали сжатого воздуха, кроме того, всасывающий коллектор воздушного компрессора расположен в непосредственной близости от чаши унитаза, а выхлопной воздухопровод вакуумного эжектора выведен в бак-накопитель отходов через обратный клапан.
Расположение всасывающего воздушного коллектора 31 в зоне, непосредственно прилегающей к унитазу 1, обеспечивает эффект вытяжной вентиляции туалета.
Наклонное подсоединение отвода-аппендикса 21 по отношению к приемному дренажному трубопроводу 19 предотвращает попадание смывной воды и отходов в верхнюю часть отвода-аппендикса 21 и тем самым защищает датчик вакуума/давления 28 и воздушный клапан 29 от загрязнения.
Сброс сжатого воздуха из эжектора 12 через выхлопной воздуховод 32 и обратный клапан 33 исключает попадание испорченного воздуха, откачиваемого из зоны приемного дренажного трубопровода 19 в помещение туалета.
В целом, это обеспечивает повышение экономичности, эффективности, надежности и долговечности вакуумного туалета в условиях автономного режима работы.
Существо изобретения поясняется графическими материалами, где на принципиальной схеме изображены:
1. Унитаз
2. Водяной бак
3. Водяной фильтр
4. Унитазный коллектор
5. Водяные форсунки
6. Программируемый блок релейного управления
7. Кнопка пуска со светодиодной индикацией
8. Воздушный компрессор
9. Влагомаслоотделитель
10. Ресивер
11. Магистраль сжатого воздуха
12. Эжектор
13. Вакуумная магистраль
14. Электроклапан эжектора
15. Приемный пережимной вакуумный затвор
16. Трехходовой электроклапан
17. Выпускной пережимной вакуумный затвор
18. Трехходовой электроклапан
19. Приемный дренажный трубопровод
20. Выпускной дренажный трубопровод
21. Отвод-аппендикс
22. Бак-накопитель отходов
23. Гидропневмоцилиндр
24. Водяной обратный клапан
25. Воздушный электроклапан унитазного коллектора
26. Вакуумный электроклапан гидропневмоцилиндра
27. Воздушный электроклапан гидропневмоцилиндра
28. Датчик вакуума/давления
29. Воздушный электроклапан отвода-аппендикса
30. Вакуумный электроклапан отвода-аппендикса
31. Всасывающий воздушный коллектор
32. Выхлопной воздухопровод
33. Воздушный обратный клапан
Предлагаемый вакуумный туалет работает следующим образом.
Введенный в эксплуатацию вакуумный туалет должен быть подключен к электросети переменного тока с напряжением ~220 В через автомат защитного отключения - АЗУ. При этом под напряжением находится воздушный компрессор 8 и программируемый блок релейного управления 6 с внутренним блоком питания. Под управлением бортового реле - регулятора компрессор поддерживает в ресивере рабочее давление в диапазоне 0,5-0,6 МПа. Компрессор и ресивер соединены между собой влагомаслоотделителем 9. Вся установка находится в режиме ожидания. При этом трехходовые электроклапаны 16 и 18, управляющие состоянием пережимных вакуумных затворов 15 и 17, открыты на подачу сжатого воздуха, вследствие чего - пережимные вакуумные затворы 15 и 17 находятся в закрытом состоянии, а приемный дренажный трубопровод 19 перекрыт.
Все остальные электроклапаны на этот момент закрыты в соответствии с командами управления, поступающими от релейного блока 6. В этом состоянии включена зеленая светодиодная индикация зеленого цвета на кнопке пуска 7, означающая готовность вакуумного туалета к работе.
Пользователь вакуумного туалета может приступить к процедуре использования туалета только убедившись, что кнопка пуска 7 светится.
Процедура смыва отходов производится нажатием пользователем кнопки пуска 7. С этого момента запускается программа выполнения рабочего цикла вакуумного туалета под управлением релейного блока 6.
После нажатия кнопки пуска 7 сведодиодная подсветка кнопки отключается и блокируется возможность ее повторного срабатывания, в этот момент подается команда на открытие электроклапана эжектора 14, через который сжатый воздух поступает на вход эжектора 12. Одновременно с этим открываются воздушные электроклапаны 26, 30, и начинается откачивание воздуха из: вакуумной магистрали 13, отвода-аппендикса 21, приемного дренажного трубопровода 19 и воздушной камеры гидропневмоцилиндра 23.
Поршень гидроцилиндра23 начинает перемещаться влево (на рисунке) и всасывать воду из водяного бака 2 через водяной фильтр 3 и водяной обратный клапан 24.
После заполнения рабочей камеры гидропневмоцилиндра водой в объеме 0,5 л, происходит закрытие воздушного электроклапана 26.
Подача сжатого воздуха на вход в эжектор продолжается до того момента, когда датчик вакуума/давления 28 зафиксирует остаточное давление 0,03 МПа. В этот момент воздушные электроклапан 30 закрывается, а затем с задержкой в 0,1 сек закрывается воздушный электроклапан 14, прекращая подачу сжатого воздуха на вход эжектора 12.
Далее происходит открытие на заданное время воздушного электроклапана 27 и водяного электроклапана 25 для подачи 0,3 л воды под давлением на унитазные форсунки 5, с задержкой в 0,5 сек от начала подачи воды на форсунки, трехходовой электроклапан 16 переключаются на атмосферу, что приводит к открытию пережимного вакуумного затвора 15, освобождая тем самым проход для удаления отходов и смывной воды из чаши унитаза 1.
По мере перемещения отходов в приемный дренажный трубопровод 19 давление в трубопроводе, контролируемое датчиком вакуума/давления 28, начинает расти. При достижении давления значения 0,08 МПа трехходовой электроклапан 16 переключается на магистраль сжатого воздуха, перекрывая приемный пережимной вакуумный затвор 15.
После паузы в 0,1 сек после закрытия пережимного вакуумного затвора 15, открывается воздушный электроклапан 29, а трехходовой клапан 18 переключаются на атмосферу, что приводит к открытию выпускного пережимного вакуумного затвора 17 и начинается принудительное выдавливание сжатым воздухом отходов и смывной воды из приемного дренажного трубопровода 19 сначала в выпускной дренажный трубопровод 20, а затем в бак-накопитель отходов 22.
Через 1,3 сек воздушный электроклапан 29 закрывается, а трехходовой клапан 18 с задержкой в 0,1 сек переключаются на магистраль сжатого воздуха, что приводит к перекрытию выпускного пережимного вакуумного затвора 17.
После эвакуации отходов в бак-накопитель 22 производится открытие на 0,6 сек: воздушного электроклапана 27 и водяного электроклапана 25, в результате чего поршень гидропневмоцилиндра перемещается в крайнее правое положение (на рисунке) и через унитазные форсунки 5 поступает в унитаз 1 еще 0,2 л смывной воды.
На этом рабочий цикл работы вакуумного туалета завершается. По окончании рабочего цикла подается команда на разблокирование кнопки пуска 7. Если к этому времени давление в магистрали сжатого воздуха находится в заданном диапазоне 0,5-0,6 МПа, то включается светодиодная индикация кнопки пуска 7, разрешающая проведение следующего рабочего цикла.
В соответствии с данным описанием изготовлен опытный образец вакуумного унитаза, опробование которого на испытательном стенде показало хорошие результаты. В настоящее время готовится партия предлагаемых унитазов для испытания в условиях реальной эксплуатации.