РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С УСТРОЙСТВОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к рельсовому транспортному средству с устройством для очистки сточных вод, содержащему, по меньшей мере, один испаритель для выпаривания сточной воды подводом тепловой энергии и перетекающего воздуха.
Санузлы рельсовых транспортных средств могут обеспечиваться свежей водой для унитаза и умывальника. Использованная вода из унитаза, в т.ч. создаваемые пассажирами отходы (экскременты, моча, туалетная бумага, мыло и пр.), собирается в ёмкостях для сточной воды, вследствие гигиенической важности не допускается её слив на рельсовый путь. Ёмкости для сточной воды выполнены, например, таким образом, что они могут накапливать отходы в объёме, образующемся при обычном трёхсуточном пользовании. Откачивание сточных вод из ёмкостей рельсовых транспортных средств каждые трое суток означает для эксплуатационников рельсовых транспортных средств большие трудозатраты и, следовательно, большие эксплуатационные расходы. При этом сточная вода состоит в значительной части, например, до около 95% из жидкости, в частности, воды.
При определённых условиях вода из умывальника может сливаться на рельсовый путь. В результате количество накапливаемой воды уменьшается. Наряду с этим имеются системы для очистки воды из умывальников. Так, например, серую воду можно очищать механически с помощью фильтров или осаждением твёрдых веществ, и очищенная таким образом вода умывальника может использоваться в унитазе. В DE 10 2013 205 084 В3 раскрыто устройство для очистки серой воды, содержащее кулисный фильтр.
В принципе также возможно очищать сточную воду из унитаза таким образом, что от жидкой фазы отделяют твёрдые вещества и растворённые водные компоненты и затем очищенная вода может сливаться на рельсовый путь. Примером такой системы может служить биореактор фирмы AKW A+V Protec Rail GmbH. Согласно проспекту „Der Protec Bioreaktor“, http:// www.akwauv-protec, com/xist4c/download/web/Produktbrosch%25C3%25BCre%2BBioreaktor%2B_ uplId 40810_cold_12505, pdf, отозванному 30.10.2015, сточные воды биологически очищаются в описанном в нём биореакторе и затем сбрасываются на рельсовый путь.
Поскольку сточные воды из унитаза состоят, как указано выше, преимущественно из жидкости, то значительная часть обычно накапливаемого в ёмкости объёма сточных вод может сбрасываться на рельсовый путь. В результате трёхсуточный интервал откачивания из одной накопительной ёмкости может удлиниться до около 2–6 месяцев. Благодаря этому существенно сокращается время обслуживания. Однако технические затраты становятся заметно более значительными. Биореактор расходует большое количество энергии и сжатого воздуха. Очистка зависит от активности биологической части. Если она не активна, то и очистки не происходит. Функция биологических компонентов во время работы не поддаётся контролю.
В источниках информации DE 10 2010 035 171 A1, DE 10 2011 081 007 A1 и DE 10 2011 081 015 A1 раскрыт процесс очистки воды, проводимый фирмой Сименс АГ и ставший известным для промышленных случаев применения под наименованием «EvaCon».
В документе DE 10 2004 028 036 А1 раскрыта очистка сточной воды в самолёте. В несколько этапов твёрдые вещества фильтрацией отделяют от сточной воды, а другие же компоненты связывают с химически активными веществами. Затем сточную воду выпаривают и остатки направляют в топливоприготовительную установку для получения топливных элементов или сбрасывают в окружающую среду.
В источнике информации DE 42 00 296 А1 раскрыто рельсовое транспортное средство с устройством для выпаривания сточной воды, содержащее открытую со стороны атмосферы конденсационную камеру и биореактор для разложения содержащихся в сточной воде твёрдых веществ. Часть образующегося водяного пара улетучивается, а образующийся конденсат отводится.
В документе DE 102015222989.0 также раскрыто типовое устройство очистки сточных вод в рельсовом транспортном средстве.
В основу полезной модели положена задача обеспечения надёжной очистки сточных вод в рельсовом транспортном средстве для снижения, таким образом, расходов по эксплуатации рельсового транспортного средства.
Данная задача решается с помощью признаков независимого пункта формулы полезной модели. Варианты развития и варианты выполнения полезной модели охарактеризованы признаками зависимых пунктов формулы полезной модели.
Транспортное средство согласно полезной модели, в частности, путевое транспортное средство, в частности, рельсовое транспортное средство, предназначенное, в частности, для пассажирских перевозок, содержит, по меньшей мере, один испаритель для выпаривания сточной воды подводом тепловой энергии и перетекающего воздуха, при этом испаритель содержит устройство для подачи воздуха из рельсового транспортного средства и для перетока выпариваемой сточной воды.
Испаритель служит для выпаривания сточной воды, в частности, предварительно отфильтрованной сточной воды, называемой затем жидким фильтратом, посредством подвода тепловой энергии, имеет вид устройства для разделения сточной воды или жидкого фильтрата на конденсат и концентрат, в частности, посредством теплового разделения. Следовательно, разделение жидкого фильтрата на конденсат и концентрат в испарителе проводится посредством теплового разделения. В качестве тепловых разделений известны одно- или многоэтапное выпаривание. Испаритель в виде устройства для разделения жидкого фильтрата на конденсат и концентрат выполнен соответствующим образом, необходимым для осуществления теплового разделения.
Выпаривание сточной воды происходит в результате подведения тепловой энергии и перетекающего воздуха. Такие испарители в принципе известны, например, в виде испарителей со стекающей плёнкой или противоточных испарителей. Здесь водяные капли обтекаются воздухом. Обтекание должно быть предусмотрено. Кроме того испаритель может быть выполнен в виде противоточного испарителя или испарителя со стекающей плёнкой.
Подаваемый в испаритель воздух служит для охлаждения и поглощения испарённой сточной воды, при этом он подается, согласно варианту выполнения, из внутренней части рельсового транспортного средства, в частности, из внутреннего пространства, например, непосредственно из санузла рельсового транспортного средства, или из системы вентиляции или кондиционирования данного транспортного средства. Он является относительно сухим и холодным. Для этого внутри рельсового транспортного средства может содержаться соответствующий эксгаустер. В частности, обычно санузлы содержат эксгаустер, воздух из которого затем поступает в испаритель. Эксгаустер выполнен, согласно варианту развития, с возможностью регулирования частоты вращения, что позволяет регулировать количество воздуха. Этот холодный и сухой воздух в испарителе нагревается и увлажняется в результате выпаривания сточной воды, например, струящейся в испарителе со стекающей плёнкой сточной воды.
Кроме того испаритель может содержать устройство, по меньшей мере, для частичного отвода, по меньшей мере, части испарившейся сточной воды. Для этого из испарителя отводится увлажнённый затем воздух.
Согласно другому варианту выполнения устройство для очистки сточной воды выполнено таким образом, что воздух после перетока испаряемой сточной воды отводится за пределы рельсового транспортного средства. Следовательно, по меньшей мере, часть испарённой сточной воды отводится в окружающую среду после обтекания или перетока испаряемой сточной воды.
Отведённый из испарителя воздух с содержанием, по меньшей мере, части испарённой сточной воды может быть подан, в качестве варианта развития, в конденсатор для отделения конденсата конденсацией испарившегося фильтрата. Соответственно рельсовое транспортное средство содержит такой конденсатор.
Конденсатор располагается ниже испарителя и выше места отвода воздуха в окружающую среду, вследствие чего воздух поступает в конденсатор после обтекания или перетока испаряемой сточной воды.
Конденсатор может содержать конденсационную камеру, открытую со стороны окружающей среды, в результате чего, по меньшей мере, часть испарившейся или улетучившейся сточной воды или фильтрата отводится в окружающую среду после прохождения через конденсатор. Таким образом, по меньшей мере, частично увлажнённый сточной водой воздух отводится из рельсового транспортного средства после прохождения через конденсатор и поступает в окружающую среду. Конденсатор может быть выполнен относительно малого размера. Занимаемая площадь и вес устройства для очистки сточных вод являются относительно малыми. В центре полезной модели находится не максимальное количество улавливаемой воды, а напротив минимизация количества сточной воды после очистки, которое необходимо обеспечить в транспортном средстве в виде концентрата. Следовательно, преимущество полезной модели выражается в том, что из транспортного средства отводится большой объём воды. Благодаря такой системе удаётся экономить до 2/3 имеющейся свежей воды. Теперь может применяться ёмкость меньших размеров под свежую воду. В зоне ёмкости для сточной воды могут удлиняться промежутки между двумя откачиваниями. Это уменьшает для эксплуатационника объём обслуживания.
В состав испарителя может входить также конденсатор, вследствие чего конденсатор и испаритель могут образовывать цельный конструктивный узел.
Как уже упоминалось, испарители являются, как правило, аппаратами для перевода жидкости в её парообразное состояние. Конденсаторами называются аппараты, в которых вещества переводятся из газообразного агрегатного состояния в жидкое агрегатное состояние.
Испарение представляет собой фазовый переход жидкости или жидкой смеси в газообразное агрегатное состояние. Выпариванием обозначается испарение жидкости при температуре ниже её точки кипения с поступлением в перетекаемый газ, например, воздух. Для испарения жидкости необходима энергия, соответствующая энтальпии испарения. Одинаковое количество энергии выделяется при повторной конденсации образовавшегося пара.
Концентрат, остающийся после выпаривания сточной воды или жидкого фильтрата, накапливается, например, в так называемом отстойнике испарителя. Затем он может быть переведён в ёмкость для сточной воды, в которой его накапливают вместе с кеком. В качестве альтернативы ёмкость для сточной воды содержит испаритель. Следовательно, испаритель может быть встроен в ёмкость для сточной воды. Таким образом, отстойник испарителя служит ёмкостью для сточной воды.
Рельсовое транспортное средство согласно варианту развития содержит фильтрующую среду для разделения сточной воды на кек и жидкий фильтрат. Этот жидкий фильтрат поступает в испаритель. Дополнительно рельсовое транспортное средство может содержать ёмкость для сточной воды для накапливания кека и концентрата. При этом в ёмкости для сточной воды может содержаться фильтрующая среда. Дополнительно в рельсовом транспортном средстве может содержаться трубопровод для подачи конденсата в процесс использования серой воды транспортного средства.
Разделение сточной воды на кек и жидкий фильтрат посредством фильтрующей среды называется также фильтрацией. При этом, в частности, от жидкости отделяется содержащееся в ней твёрдое вещество. Фильтрующая среда, называемая в обиходе фильтром, задерживает содержащиеся в жидкости твёрдые вещества. Фаза с уменьшенным количеством твёрдых веществ называется при фильтрации жидкостей фильтратом. Твёрдое вещество, остающееся на поверхности фильтрующей среды, например, сита, называется кеком. Является ли фаза с уменьшенным количеством твёрдых веществ свободной от твёрдых веществ, зависит естественно от предела разделения фильтрующей среды. Свободной от твёрдых веществ является обычно фаза после микрофильтрации при наличии пор диаметром 0,45 мкм. Такая микрофильтрация сопровождается соответствующим падением давления.
Как уже было описано выше, содержащиеся в рельсовом транспортном средстве свежая и сточная воды влияют, как правило, с одной стороны, отрицательно на вес транспортного средства и, с другой стороны, требуется регулярно их дополнять или удалять, что ведёт к большим эксплуатационным расходам и затратам по техническому уходу. Благодаря техническому решению согласно полезной модели обеспечивается экономия большого количества свежей воды, так как около 2/3 свежей воды, расходуемой в рельсовом транспортном средстве на сантехнические системы, приходятся на унитазы. Одновременно с этим заметно возрастает цикл технического обслуживания, связанный с откачиванием из ёмкости для сточной воды.
Проведены исследования, которые показали, что приблизительно 10% образуемых пассажирами отходов состоят из твёрдых веществ (мусор, туалетная бумага и экскременты). Поскольку эти твёрдые вещества отделяют, то частичный объём этих твёрдых веществ оказывает решающее влияние на интервал откачивания, так как, по существу, теперь приходится откачивать только твёрдые вещества. Суммарные отходы в ёмкости для сточной воды ранее составляли: вода из умывальника (около 0,2 л), промывочная вода унитазов (около 0,4–0,5 л) и отходы, создаваемые пассажирами (около 0,3–0,5 л, из них 10% твёрдых веществ). Вода из умывальника может раздельно сливаться на рельсовый путь. В зависимости от конструкции приблизительно 0,9–1,2 л поступают при смывании в ёмкость для сточной воды (0,7–1 л в том случае, когда вода из умывальника сбрасывается на рельсовый путь) при содержании твёрдых веществ в количестве от 0,03 до 0,05 л. Таким образом, в целом количество твёрдых веществ в подаваемой в ёмкость сточной воде составляет менее 5%. Если при этом исходить из объёма сточной воды в ёмкости, остающегося неизменным по сравнению с традиционным исполнением, то цикл технического обслуживания до момента заполнения ёмкости удлиняется примерно в двадцать раз. При этом концентрат должен сохраняться постоянно жидким для его перемещения. Таким образом, можно обеспечить десятикратно удлинённый интервал откачивания. Поскольку для компонентов требуется место, то для системы используется некоторая часть первоначального объёма ёмкости для сточной воды.
Благодаря снижению затрат на техническое обслуживание компенсируются в течение срока эксплуатации системы расходы на сложную очистку. Теперь для откачивания ёмкость для сточной воды дополнительно оборудуется промывочным соплом. Раньше смесь из воды и твёрдых веществ была очень жидкотекучей, вследствие чего было достаточно откачивать эту смесь. В результате разделения твёрдое вещество концентрируется, из-за чего для опорожнения ёмкости для сточной воды требуется наличие в этой ёмкости такого промывочного сопла, разжижающего твёрдые вещества для их откачки.
Согласно другому варианту выполнения полезной модели ёмкость для сточной воды содержит, по меньшей мере, один датчик уровня, посредством сигналов которого управляют отбором, в частности, только при наличии достаточного количества сточной воды в ёмкости.
Согласно предпочтительному варианту выполнения сточная вода или жидкий фильтрат подаётся канализационным насосом в испаритель. Рельсовое транспортное средство располагает соответствующим канализационным насосом, выполненным, в частности, с возможностью регулирования частоты вращения для управления потоком сточной воды.
Согласно варианту выполнения рельсовое транспортное средство содержит дополнительно, по меньшей мере, один датчик для определения температуры и влажности поступающего в испаритель из транспортного средства воздуха. Также может быть предусмотрен датчик для определения температуры и влажности отводимого из испарителя воздуха. Также рельсовое транспортное средство может содержать дополнительный датчик для определения температуры подаваемой в испаритель сточной воды или жидкого фильтрата. В зависимости от температуры, подаваемой в испаритель сточной воды или жидкого фильтрата, может регулироваться подвод тепла к подаваемой в испаритель сточной воде или жидкому фильтрату. Для этого может быть предусмотрен отдельный нагрев. Вместе зарегистрированные датчиками измерительные данные могут информировать о скорости испарения.
В противоположность описанной вначале, известной из уровня техники биологической очистке сточных вод, очистка согласно полезной модели, осуществляется чисто физически без применения микроорганизмов, вследствие чего исключаются проблемы неопределённости состояния биологии и подверженности биологических компонентов средствам очистки или дезинфицирующим средствам или температурным колебаниям. Следовательно, возрастает также надёжность очистки сточных вод.
Воздух может подаваться, например, из внутреннего пространства рельсового транспортного средства, в частности, из санузла, в испаритель. При этом может также применяться воздух из системы вентиляции или кондиционирования рельсового транспортного средства.
Возможно, по меньшей мере, частичное отведение, по меньшей мере, части испарённой сточной воды с помощью обтекающего или перетекающего воздуха. Увлажнённый воздух отводится, в частности, в окружающую транспортное средство среду, в частности, после своего прохождения через конденсатор.
Перед своим испарением сточная вода посредством фильтрации может быть разделена на кек и жидкий фильтрат, причём жидкий фильтрат подаётся на выпаривание.
Как уже было описано выше, разделение сточной воды происходит на кек и жидкий фильтрат путём фильтрации, в частности, посредством фильтрующей среды. Следовательно, в процессе фильтрации частицы, как правило, твёрдые вещества, удерживаются фильтрующей средой и осаждаются на ней. В результате в течение времени образуется слой частиц, так называемый кек.
Кек накапливается, в частности, в ёмкости для сточной воды.
Жидкий фильтрат подаётся в процесс теплового разделения и разлагается на конденсат и концентрат. Аналогично устройству данный технологический этап согласно варианту развития включает в себя следующие технологические этапы:
д) испарение жидкого фильтрата подводом тепловой энергии, в частности, посредством испарителя;
е) отделение конденсата путём конденсации испарившейся сточной воды или фильтрата, в частности, посредством конденсатора.
После проведённой фильтрации отфильтрованную сточную воду, т. е. жидкий фильтрат, подают, в частности, в испаритель. Здесь к жидкому фильтрату подводят тепловую энергию, которой он выпаривается. Затем испарившуюся сточную воду или фильтрат подают, в частности, в конденсатор, в котором отделяют конденсат путём конденсации испарившегося фильтрата.
Конденсатор и испаритель могут быть выполнены в виде цельного конструктивного узла. Как уже описывалось выше, испаритель может быть также встроен в ёмкость для сточной воды. Концентрат, остающийся после испарения жидкого фильтрата, снова накапливают, в частности, в ёмкости для сточной воды. Конденсат направляют в процесс использования серой воды в рельсовом транспортном средстве. Вариант состоит в том, что предусмотрено две ёмкости, одна для сточной воды и одна для концентрата и/или циркулирующей воды.
Серая вода – это не содержащая фекалии, незначительно загрязнённая сточная вода, обычно образующаяся при мойке рук в санузлах рельсового транспортного средства. Серая вода используется, например, для смыва в туалете рельсового транспортного средства или сливается на рельсовый путь этого транспортного средства. Следовательно, процесс использования серой воды включает в себя, по меньшей мере, смыв в туалете посредством серой воды и/или сливание серой воды на рельсовый путь. Согласно варианту развития рельсовое транспортное средство, согласно полезной модели содержит, по меньшей мере, один туалет и/или, по меньшей мере, одно отверстие для выпуска серой воды на рельсовый путь, причём трубопровод для подачи конденсата в процесс использования серой воды сообщён с туалетом, в частности, смывным бачком туалета, и/или гидравлически с отверстием для выпуска серой воды.
Следовательно, смыв в туалете может производиться, по меньшей мере, с частичным использованием конденсата. Для этого конденсат подаётся в отдельную ёмкость для серой воды, например, в смывной бачок туалета, или ёмкость для улавливания конденсата служит в качестве смывного бачка в туалете.
Согласно другому варианту выполнения жидкий фильтрат используется в качестве хладагента в тепловом способе разделения, в частности, при конденсации испарившегося фильтрата на соответствующем технологическом этапе, в результате чего он сам нагревается. При необходимости рельсовое транспортное средство содержит устройство для охлаждения сточной воды или фильтрата, подведённых в испаритель и до этого в теплообменник.
Предпочтительным является то, что конденсатор выполнен в виде теплообменника и установлен по отношению к ёмкости для сточной воды, из которой отбирается сточная вода для очистки, и по отношению к испарителю так, что сточная вода поступает в конденсатор на участке ниже ёмкости для сточной воды и выше испарителя и применяется в качестве хладагента для испаряемой сточной воды, подводимой в конденсатор ниже испарителя.
Другой вариант состоит в том, что в теплообменник поступает воздух в качестве хладагента из рельсового транспортного средства. Им может быть воздух из внутреннего пространства, в частности, из санузла рельсового транспортного средства, или из системы вентиляции или кондиционирования рельсового транспортного средства. Для отвода воздуха из внутреннего пространства, в частности, из санузла, рельсового транспортного средства последнее должно иметь соответствующий эксгаустер.
Теплообменник – это аппарат, передающий тепловую энергию от одного массового потока к другому. Согласно данному варианту выполнения подлежащим нагреву массовым потоком выступает жидкий фильтрат. В этом первом массовом потоке выполненный в виде теплообменника конденсатор располагается в ряду между фильтрующей средой и испарителем ниже фильтрующей среды и выше испарителя. Второй массовый поток образован испарившимся фильтратом. Последний может охлаждаться жидким фильтратом, в результате чего он может конденсироваться. И наоборот жидкий фильтрат служит хладагентом для испарившегося фильтрата и в свою очередь нагревается.
Другой вариант состоит в том, что охлаждение при конденсации производится окружающим воздухом. В таком случае конденсатор выполнен в виде теплообменника и расположен в рельсовом транспортном средстве так, что перетекающий или протекающий окружающий воздух в рельсовом транспортном средстве выступает в качестве хладагента для испарившегося фильтрата, подаваемого в конденсатор на участке ниже испарителя. Фильтрат отдаёт своё тепло через конденсатор в окружающий воздух рельсового транспортного средства и таким образом может конденсироваться в конденсаторе.
Другой вариант развития полезной модели состоит в том, что тепловая энергия для испарения жидкого фильтрата обеспечивается отходящим теплом, в частности, посредством охлаждаемого хладагента в процессе охлаждения, в частности, охлаждаемого компонента рельсового транспортного средства. Компонент выполнен соответственно с возможностью отдачи достаточного отходящего тепла. Поэтому в качестве таких компонентов используются компоненты силовой полупроводниковой техники, как, например, выпрямители переменного тока или приводные двигатели, трансформаторы, при необходимости также аккумуляторные батареи или их зарядные устройства или кондиционеры. В частности, трансформаторы создают преимущество собственного охлаждения, к которому можно легко присовокупить контур охлаждения. В свою очередь отходящее тепло может передаваться через теплообменник в остающийся всё ещё жидким фильтрат. Поэтому согласно варианту выполнения полезной модели рельсовое транспортное средство содержит теплообменник, который связан с контуром охлаждения компонента рельсового транспортного средства так, что тепловая энергия от компонента рельсового транспортного средства передаётся в жидкий фильтрат. В свою очередь хладагент контура охлаждения охлаждаемого компонента образует охлаждаемый массовый поток в теплообменнике, причём жидкий фильтрат представляет собой нагреваемый массовый поток в теплообменнике. Следовательно, тепловая энергия передаётся от хладагента для охлаждения компонента рельсового транспортного средства в жидкий фильтрат, в результате чего последний нагревается и/или испаряется и в результате этого хладагент сам охлаждается.
Дополнительно или в качестве альтернативы подвод тепловой энергии осуществляется посредством обогрева, в частности, электрического.
Как уже упоминалось, жидкий фильтрат может подаваться в испаритель, выполненный в виде испарителя со стекающей плёнкой. Следовательно, жидкий фильтрат может нагреваться ещё до своего поступления в испаритель. Таким образом, теплообменник необходимо предусмотреть на участке до испарителя. Следовательно, полезная модель может работать по принципу конвективной поддержки испарения воды в испарителе со стекающей плёнкой в противотоке воздухе в комбинации с охлаждаемой сырой водой путём конденсации чистой технической водой при одновременной рекуперации тепла испарения. Сырая вода образуется жидким фильтратом, тогда техническая вода является соответственно конденсатом. Испаритель со стекающей плёнкой известен из вышеописанного устройства фирмы Siemens AG, именуемого “EvaCon”.
Согласно варианту развития испаритель содержит описанный выше теплообменник для передачи тепловой энергии жидкому фильтрату для его испарения, сообщённый с контуром охлаждения охлаждаемого компонента рельсового транспортного средства таким образом, что тепловая энергия передаётся с компонента рельсового транспортного средства в жидкий фильтрат. Отходящее тепло компонента рельсового транспортного средства поступает в жидкий фильтрат.
В качестве альтернативы испаритель содержит нагреватель, например, электрический. Или выше перед испарителем установлен нагреватель, например, электрический, для нагрева жидкого фильтрата.
Согласно другому варианту технического решения, согласно полезной модели предусмотрено, что до накопления концентрата в ёмкости для сточной воды его охлаждают. Поэтому может быть предусмотрено охлаждающее устройство для охлаждения концентрата, расположенное, в частности, на участке ниже испарителя и выше ёмкости для сточной воды, в результате чего концентрат охлаждается перед поступлением в ёмкость для сточной воды и накапливанием в нём.
Согласно другому варианту сточную воду накапливают в её ёмкости перед разделением на кек и жидкий фильтрат.
Предпочтительным является то, что ёмкость для сточной воды содержит фильтрующую среду. Она может быть выполнена, например, в виде сита с заданным размером ячей и располагаться между местом подключения для подачи сточной воды, например, из подающей сточную воду трубопроводной системы рельсового транспортного средства, и местом отбора сточной воды из её ёмкости для очистки, например, в зоне упомянутого места отбора сточной воды из ёмкости.
Помимо места отбора, т.е. места подключения для отбора сточной воды из её ёмкости в целях очистки, у ёмкости для сточной воды могут иметься и другие места подключения, например, место подключения для отбора сточной воды из её ёмкости с целью удаления кека, концентрата и остаточной сточной воды из ёмкости. Кроме того ёмкость для сточной воды может быть оборудована отдельным местом подключения для подачи концентрата таким образом, что его не потребуется более подавать через фильтрующую среду к месту подключения для отбора сточной воды из её ёмкости в целях очистки.
В частности, в результате происходит фильтрация и, следовательно, разделение сточной воды на кек и жидкий фильтрат после накопления сточной воды в накопительной ёмкости и перед отводом жидкого фильтрата.
Согласно другому варианту выполнения из ёмкости для сточной воды отбирается для проведения технологического этапа лишь столько жидкости для очистки, в частности, жидкого фильтрата, который в настоящий момент может обозначаться как грязная вода, что в ёмкости для сточной воды остаётся заданное остаточное количество жидкости.
Для этого у ёмкости для сточной воды имеется место отбора сточной воды для очистки, в частности, жидкого фильтрата, которое расположено, в частности, ниже фильтрующей среды над днищем ёмкости для сточной воды, в результате чего в ёмкости для сточной воды остаётся заданное остаточное количество жидкости.
Полезная модель может иметь многочисленные варианты выполнения. Подробнее она поясняется ниже с помощью единственной фигуры. На ней схематически показана функциональная диаграмма варианта выполнения рельсового транспортного средства согласно полезной модели.
Вода из не показанной ёмкости для свежей воды, после фильтрации посредством грязеуловителя, поступает в умывальник и, при необходимости, также в систему унитаза 8. Соответствующие сточные воды направляются в ёмкость 6 для сточной воды. Сточная вода из умывальника, если она соответствующего качества, может быть слита на рельсовый путь.
Место подключения для подачи сточной воды в её ёмкость 6, называемое также подводящим устройством, располагается в смонтированном состоянии этой ёмкости 6 на её поверхности, место подключения для откачки и, следовательно, для отбора сточной воды из её ёмкости 10 находится в зоне днища 11.
Вода из умывальника или унитаза 8 собирается в ёмкости 6 для сточной воды. Здесь происходит первое отделение твёрдых веществ от жидкости посредством фильтра 9 грубой очистки. Фильтр 9 грубой очистки может быть просто выполнен как сито с заданным размером ячей для отделения твёрдых веществ заданного минимального размера от жидкости. Предпочтительно оно имеет кулисный фильтр, как это известно из уровня техники. Твёрдое вещество в виде кека удерживается в ёмкости 6 для сточной воды фильтром 9 грубой очистки. Отфильтрованная сточная вода именуется фильтратом.
Насосом 13 для сточной воды фильтрат подаётся в виде хладагента через конденсатор 4. При этом насос 13 для сточной воды выполнен с возможностью регулирования частоты вращения. Проточный датчик 14 контролирует поток сточной воды, поступающей в конденсатор 4. Помимо этого может быть предусмотрено охлаждающее устройство 12 для охлаждения сточной воды.
Из ёмкости 6 для сточной воды отбирается жидкий фильтрат максимально только в таком количестве, чтобы остающийся кек содержал заданное остаточное количество жидкости. Для этого отбор воды производится в нижней части ёмкости 6 для сточной воды.
Это может происходить в наиболее низкой точке ёмкости 6 для сточной воды. В этом случае возможно, что вся вода будет отобрана из ёмкости и что твёрдые вещества, остающиеся в ёмкости 6 для сточной воды, высохнут, из-за чего их будет очень трудно удалить при откачке. Поэтому целесообразно расположить место отбора на определённой высоте над днищем 11, в результате чего в ёмкости 6 для сточной воды постоянно будет присутствовать остаточное количество воды, что необходимо для облегчения последующего откачивания твёрдых веществ. Это количество жидкости обозначается как начальная загрузка. Место подключения 10 для отбора сточной воды из её ёмкости 6 находится на заданном уровне над днищем 11 этой ёмкости.
Конденсатор 4 выполнен в виде теплообменника и исполняет две функции. Его подключение выполнено таким образом, что в него поступает жидкий фильтрат на участке ниже фильтра 9 грубой очистки и выше испарителя 2 в виде хладагента, причём он протекает через конденсатор 4 и нагревается при этом. Таким образом, тепло, отданное в процессе конденсации, возвращается, что экономит тепловую энергию. Правда в конденсаторе 4 вода не может нагреваться достаточно сильно. Остаточная энергия для эффективного выпаривания обеспечивается нагревателем 12. Этот нагреватель 12 содержит в данном случае электрический нагревательный элемент, в частности, нагревательный резисторный элемент, дополнительно нагревающий жидкий фильтрат, в частности, до температуры (> 75°С), необходимой для последующих технологических операций.
Вместо электрического нагревателя для нагрева сточной воды, установленного перед испарителем 4, может использоваться отходящее тепло других компонентов поезда. На рельсовом транспортном средстве имеются разные компоненты, которые требуется частично охлаждать. Утилизировать отходящее тепло этих компонентов означает обеспечить дополнительную экономию энергии в рельсовом транспортном средстве.
Для этого нагреватель 12 выполняется в виде теплообменника, который предназначен для подвода тепловой энергии в виде отходящего тепла компонента рельсового транспортного средства. В качестве теплоносителя мог бы применяться, например, хладагент, служащий для охлаждения элементов силовой полупроводниковой техники, таких, как выпрямители переменного тока или трансформаторы рельсового транспортного средства.
°
°
Предпочтительно тепло переносится посредством отдельного контура охлаждения с помощью хладагента, точка кипения которого выше максимальной температуры очистки сточной воды и ниже максимальной температуры охлаждаемого компонента. При этом речь может идти о чистой охлаждающей воде (с точкой кипения при нормальном давлении: 100°С) или о синтетическом хладагенте с отличающейся точкой кипения, как, например, перфторированный кетон (примеры: перфтор-(изопропил-1-метил-2-оксапентил)кетоны, точка кипения: 112С; перфтор-2,4-бис(перфторпропокси)пентан-3-он, точка кипения: 142С).
Промежуточный контур с отдельной текучей средой исключает прилипания в охлаждаемом компоненте, которые могут вызвать снижение мощности охлаждения и, следовательно, выход из строя вследствие перегрева. Посредством испаряющегося хладагента гарантируется особо эффективное охлаждение охлаждаемых компонентов. С помощью скрытого тепла при одинаковом расходе охлаждающей жидкости передаётся существенно больше тепла, чем при ощутимом тепле. В результате конденсации тепло особо эффективно передаётся нагреваемой сточной воде. В целом, таким образом, достигается особо компактная конструкция.
Общий нагрев сточной воды мог бы обеспечиваться посредством отходящего тепла.
После своего нагрева фильтрат поступает в испаритель 2. Здесь вода охлаждается воздухом в противотоке, при этом воздух нагревается (>75°С) в результате встречного движения и увлажняется (до приблизительно 100% относительной влажности). Воздух поступает в конденсатор 4. Этим воздухом является воздух, подсасываемый из внутреннего пространства 19 рельсового транспортного средства. Символически изображён вентилятор 15 для показа подачи воздуха.
Вентилятор 15 обеспечивает сохраняющийся постоянным охлаждающий поток воздуха. Поскольку обычно речь идёт о кондиционированном воздухе, то действительно его температуру и влажность можно принять постоянными. Они контролируются датчиками температуры и влажности 16 и 17. В данном случае предусмотрен и проточный датчик 18. Вентилятор и датчики 16, 17 и 18 здесь входят в состав устройства 3 для подачи и перетока необходимого для испаряемой сточной воды воздуха из рельсового транспортного средства, которое заведено во впускное отверстие испарителя 2.
В рельсовых транспортных средствах санузлы обычно выполнены с возможностью отсоса воздуха, при котором отбирается воздух для создания в санузле незначительно пониженного давления. Оно должно предупредить распространение запахов из санузла. Такое устройство для отсоса воздуха может быть подключено к описанной здесь системе, в результате чего для необходимого отсоса воздуха может использоваться воздух в санузле. Вентилятор 15 должен быть выполнен с возможностью регулирования частоты вращения, за счёт чего может регулироваться количество воздуха в системе.
Сухой и холодный воздух из внутреннего пространства 19 нагревается и увлажняется струящейся сточной водой. При этом струящаяся сточная вода охлаждается настолько сильно, что при необходимости может не проводиться дополнительное охлаждение перед её поступлением в конденсатор 4. Нагретый и увлажнённый воздушный поток направляется затем в конденсатор 4, где осуществляется контроль с помощью датчиков температуры и влажности 20, 21.
В конденсаторе 4 воздух охлаждается, конденсируется вода, которая собирается в конденсационной ёмкости 7. Как правило, речь идёт о разделении первоначально отфильтрованной сточной воды на конденсат и концентрат с помощью теплового разделения, в данном случае путём испарения и последующей конденсации. Полученная конденсацией вода почти свободна от примесей и полностью свободна от твёрдых веществ. Точное количество воды, образующейся при этом процессе, зависит от температуры и влажности воздуха. После прохождения через конденсатор 4 охлаждённый воздух отводится из транспортного средства и направляется в окружающую транспортное средство среду. Для этого предусмотрено выпускное отверстие 5 для воздуха. В результате не малая доля воды в виде газовой фазы отводится из рельсового транспортного средства. Таким образом, предупреждается непосредственный слив этой воды на рельсовый путь, так как она отводится в виде влажного воздуха. В результате отпадает необходимость в соблюдении предписаний по сливу воды на рельсовый путь. Для подачи воздуха от испарителя к конденсатору и/или через конденсатор может быть предусмотрен дополнительный вентилятор или воздуходувка.
Конденсат может либо использоваться для смыва в системе унитаза 8, либо сливаться на рельсовый путь. Как правило, конденсат отводится в процесс использования серой воды. При этом может потребоваться насос 23 для подачи конденсата в систему унитаза 8 или для слива на рельсовый путь. В зависимости от расположения компонентов это может происходить и под действием силы тяжести. При этом водный поток может регулироваться с помощью клапанов.
В данном случае конденсат улавливается в ёмкости 7. Она располагается перед модулем унитаза 8, при необходимости между конденсатором и ёмкостью 7 для конденсата предусмотрен конденсатный насос 23. Эта ёмкость могла бы служить одновременно ёмкостью для серой воды, т. е. также для улавливания воды из умывальника.
Согласно этому варианту выполнения данная ёмкость служит ёмкостью для промывочной воды для системы унитаза 8. Она имеет водослив 24, сообщённый с отверстием для выпуска серой воды на рельсовый путь. Таким образом, избыточный конденсат сбрасывается из рельсового транспортного средства на рельсовый путь.
Система унитаза 8 снабжается из ёмкости 7 для конденсата. Если в ней низкий уровень заполнения, то конденсат подаётся по трубопроводу с помощью конденсатного насоса 23 из конденсатора 4 в ёмкость для конденсата. Если в конденсаторе 4 отсутствует вода, то из ёмкости для свежей воды используется свежая вода. Таким образом, обходятся без второго подводящего устройства для модуля унитаза 8 и соответствующего устройства управления, решающего когда и посредством какого подводящего устройства подавать воду.
В отстойнике испарителя 2 собираются не летучие вещества и не испарившаяся вода. Этот концентрат необходимо регулярно вымывать из испарителя 2 . Он может быть снова направлен в ёмкость 6 для сточной воды посредством клапана и насоса, в которой происходит накапливание. Подводящее устройство для ёмкости 6 для сточной воды должно быть выполнено так, чтобы жидкость не могла повторно проходить через фильтр 9 грубой очистки.
В результате достигается большая экономия свежей воды и одновременно заметно удлиняется цикл технического обслуживания по откачиванию из ёмкости 6 для сточной воды. Для откачивания может быть дополнительно предусмотрено в ёмкости 6 для сточной воды промывочное сопло. Благодаря ей в ёмкость 6 для сточной воды может подаваться жидкость для разбавления твёрдых веществ в ёмкости 6 для сточной воды, в результате чего они могут откачиваться.
Предпочтительное для эксплуатации в поезде техническое решение включает в себя описанное воздушное охлаждение, которое означает значительное снижение средств, уменьшение пространства и веса. Кроме того конденсатор 4 может быть выполнен сравнительно малого размера, что также означает снижение затрат, объёма и веса. В результате обусловленного этим, уменьшенного снижения давления жидкости можно выполнить насос 13 для сточной воды меньшего размера. Кроме того более гибко можно располагать испаритель 2 и конденсатор 4, так как циркуляция воздуха связана с большими поперечными сечениями и следовательно при сравнительном замкнутом контуре допускается меньше свободы для конструирования. При необходимости можно также отказаться от дополнительного вентилятора, поскольку для отсоса воздуха из санузла может использоваться имеющееся устройство.
Для регулирования системы предпочтительны разные, следящие за работой датчики. Устройство управления системой очистки может регулировать на основе регистрируемых показателей массовые потоки. Поскольку весь процесс протекает при давлении окружающей среды, то частота вращения снабжающих машин указывает на перемещённые объёмные или массовые потоки. Кроме того, могут быть предусмотрены следующие датчики дополнительно к уже существующим.
На ёмкости 6 для сточной воды требуется установить датчик 25 уровня, которым деблокируется система при наличии достаточного количества воды в ёмкости для её отбора. Твёрдая и жидкая фазы сточной воды накапливаются в ёмкости 6 для сточенной воды после разделения. Отбор должен производиться только при наличии жидкой фазы. Поскольку жидкая фаза в процессе очистки постоянно отводится, то уровень заполнения в отделении твёрдых веществ определяет интервал обслуживания. Тогда потребуется также наличие датчика уровня 24 в отделении твёрдых веществ. Система может запускаться в эксплуатацию только в том случае, когда обеспечивается минимальный уровень заполнения. Для этого требуется датчик, который не является стандартным для ёмкости 6 для сточной воды.
Для ёмкости 7 для конденсата требуется датчик, которым будет регистрироваться уровень заполнения. Если ёмкость 7 для конденсата опустела, то нельзя пытаться отбирать воду для системы унитаза. Для регулирования потоков воды и воздуха необходима регистрация параметров состояния воздуха. При этом для всасывания воздуха требуется наличие датчика 17 для температуры воздуха и датчика для влажности воздуха. Также температура 20 и влажность 21 воздуха должны измеряться после испарительного узла 2. Большая насыщенность воздухом при высокой температуре является в данном случае подлежащим достижению параметром. Другой датчик 22 должен регистрировать температуру воды на участке перед испарителем 2. Эта температура вместе с показателями состояния поступающего воздуха информирует о возможной скорости испарения и является важной для управления нагревателем 12 или для подвода тепла.