ТУАЛЕТНЫЙ МОДУЛЬ
TOILET MODULE

Область техники
Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию на транспорте, к туалетным системам, используемым на транспортных средствах: железнодорожных вагонах, самолетах, автобусах, а также на водном транспорте.
Уровень техники
Из уровня техники известны конструкции санитарно-технического оборудования, описанные в патентах:
1. А.с. СССР №1661023, МПК B61D 35/00, 1991 г., Авторы: Рогачев А.С., Петраков В.А., Соколов В.А.
2. RU №2099219, МПК B61D 35/00, 1997 г., автор: Григорьев Э.Н.
3. RU №2109649, МПК B61D 35/00, 1996 г., автор: Григорьев Э.Н.
4. RU №2176965, МПК B61D 35/00, 2001 г., авторы: Черняк В.Д., Рузавин B.C.
5. RU №2428338, МПК B61D 35/00, 2010 г., авторы: Душкин B.C., Зарецер Я.М., Злоказова Е.В. (прототип).
Известны туалетные системы транспортных средств, содержащие последовательно соединенные дозирующее смывное устройство, снабженное включателем смыва, унитаз с водяным затвором, транспортирующие трубопроводы, бак-накопитель [1-2].
Недостатком этих систем является сложность конструкции и монтажа, возможность экологического загрязнения окружающей среды во время эксплуатации.
Также известна туалетная система транспортного средства [3], которая содержит унитаз с заслонкой и соплом, включатель смыва, бак-накопитель, соединенный первым трубопроводом с выходом унитаза, объединенные в единый блок, расположенный внутри бака-накопителя, жидкостный фильтр, жидкостный насос с электродвигателем и блок управления, соединенный с электродвигателем жидкостного насоса. Выход жидкостного насоса соединен вторым трубопроводом с входом сопла. Жидкостный фильтр выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями на его стенках, один из торцов которого представляет собой фланец, на поверхности которого крепится электродвигатель жидкостного насоса. Жидкостный насос установлен внутри цилиндра.
Указанная система имеет сложную конструкцию и сложный монтаж, которые обусловлены необходимостью подсоединять жидкостный насос и фильтры в трубопровод. Установка жидкостного насоса между трубопроводами нарушает конструктивную целостность трубопровода, снижает надежность системы и создает угрозу вытекания транспортируемых масс в стыковых соединениях насоса с трубопроводом и через сальники самого насоса. При эксплуатации железнодорожного вагона в условиях постоянной вибрации, суточной и сезонной смены температуры существует реальная опасность экологического загрязнения окружающей среды.
Недостатком туалетной системы [4] является неэкономичность (система работает при нажатой кнопке - отсутствие блока управления), неэффективность работы, возможность экологического загрязнения окружающей среды во время эксплуатации.
В качестве прототипа к заявленному техническому решению «Туалетный модуль» выбрана туалетная система транспортного средства [5].
Система включает кабины (1) с установленными в них унитазами (2) и умывальниками (3), бак-накопитель (4) для туалетных стоков, водяной бак (5), соединенный трубопроводами со средствами (7) обмыва каждого из унитазов с кранами умывальников и средствами (10) обмыва раковин умывальников. В систему входит вакуумная установка (13), соединенная трубопроводом (14) с баком-накопителем (4), и автоматизированный блок (15) управления. К унитазам (2) и к умывальникам (3) присоединены промежуточные баки (16) и (17) для туалетных стоков, соединенные с баком-накопителем (4) и с вакуумной установкой (13). Бак-накопитель (4) и промежуточные баки (16, 17) имеют патрубки (42, 27 и 29) с клапанами (43, 28 и 30) для впуска атмосферного воздуха и снабжены датчиками (31, 32 и 33) уровня туалетных стоков и датчиками (34, 35 и 36) давления. Каждый из унитазов (2) и умывальников (3) отделен от соответствующего промежуточного бака клапаном (38 и 39). Клапаны и датчики связаны с автоматизированным блоком (15) управления. В каждой из кабин установлены кнопки для включения средств обмыва (7) унитазов (2) и средств (10) обмыва раковин умывальников (3). В кабинах могут быть установлены писсуары со своими промежуточными баками.
Недостатком туалетной системы [5] является сложность конструкции, бак-накопитель в процессе эксплуатации находится под вакуумом, возможность экологического загрязнения окружающей среды во время эксплуатации.
Для повышения надежности и долговечности туалетной системы транспортного средства, а также повышения экономичности, повышения функциональных возможностей и повышения эффективности работы предлагается изобретение - «Туалетный модуль», которое иллюстрируется чертежом, представленным на фиг.1.
Сущность изобретения
Технический результат изобретения: повышение надежности и долговечности туалетной системы транспортного средства, а также повышение экономичности, повышение функциональных возможностей (пользование туалетом людьми с ограниченными возможностями) и повышение эффективности работы.
Указанный технический эффект достигается в туалетном модуле транспортного средства, включающем как минимум одну кабину с установленными в ней унитазом и умывальником, бак-накопитель, предназначенный для туалетных стоков, водяной бак, соединенный трубопроводами со средствами смыва из унитазов, с кранами умывальников, вакуумную установку, соединенную трубопроводом с промежуточным баком-накопителем, и автоматизированный блок управления, причем к унитазу присоединен промежуточный бак-накопитель и к умывальнику - промежуточная емкость для накопления туалетных стоков, соединенные трубопроводами с основным баком-накопителем и с вакуумной установкой, на каждом из упомянутых трубопроводов установлены клапаны, связанные с автоматизированным блоком управления, основной бак-накопитель и упомянутые промежуточные баки для накопления туалетных стоков снабжены датчиками уровня туалетных стоков и датчиками давления, при этом унитаз и умывальник отделены от соответствующего промежуточного бака клапаном, а основной бак-накопитель снабжен выпускной трубой с концевым клапаном, при этом клапаны, отделяющие соответствующие промежуточные баки от унитаза и от умывальника, концевой клапан выпускной трубы бака-накопителя, а также датчики уровня туалетных стоков и датчики давления, установленные в основном баке-накопителе, в промежуточных баках унитаза и в промежуточной емкости умывальника, связаны с автоматизированным блоком управления, причем в кабине установлены кнопки, предназначенные для включения средств смыва унитаза.
В туалетной кабине установлены дополнительные кнопки смыва с унитаза, а также установлены датчики температуры и обогреватель.
Основной бак-накопитель, предназначенный для туалетных стоков, расположен в техническом отсеке туалетного модуля, расположенного внутри транспортного средства.
Основной бак-накопитель снабжен системой поддержания положительной температуры внутри бака при отрицательных температурах окружающей среды.
Основной бак-накопитель имеет внутреннюю емкость и наружную емкость, которые между стенками утеплены теплоизоляционным материалом, причем основной бак-накопитель снабжен в нижней части между внутренней емкостью и наружной емкостью обогревателем.
В техническом отсеке туалетной кабины установлен компрессор, который через воздушные трубопроводы соединен с эжектором и воздушными клапанами управления, причем на трубопроводе, соединяющем компрессор и эжектор, установлены обратный клапан, ресивер, датчик давления.
При наличии на транспортном средстве воздуха под давлением в туалетном модуле допускается не устанавливать компрессор.
Водяной бак, расположенный внутри туалетный кабины в техническом отсеке, укомплектован обеззараживателем воды, обеспечивающим ликвидацию болезнетворных и опасных для здоровья людей микробов.
Водяной бак укомплектован водяным насосом, осуществляющим подачу воды в обеззараживатель и обеспечивающим циркуляцию воды в процессе ее очистки от болезнетворных и опасных для здоровья людей микробов.
В туалетной кабине установлены датчики, сигнализирующие о присутствии пользователя в кабине, которые связаны с автоматизированным блоком управления.
В туалетной кабине установлены аварийные кнопки, предназначенные для экстренного вызова обслуживающего персонала.
А также в туалетной кабине установлены аварийные системы связи, предназначенные для экстренного общения пользователя с обслуживающим персоналом.
Отношение объема бака-накопителя к объему каждого из промежуточных баков составляет от 5 до 500.
Отношение площади промежуточного бака-накопителя к площади сливного трубопровода, соединяющего промежуточный бак-накопитель с основным баком-накопителем, составляет от 1 до 10.
Описание чертежей
Фиг.1 - схема туалетного модуля.
На фиг.1 использованы следующие цифровые обозначения узлов и деталей.
1. Туалетная кабина.
2. Унитаз.
3. Умывальник.
4. Основной бак-накопитель, предназначенный для туалетных стоков.
5. Водяной бак.
6. Водяной насос.
7. Трубопровод, соединяющий водяной бак 5 с насосом 6, со средствами смыва 8 унитаза 2.
8. Средства смыва унитаза 2.
9. Трубопроводы, соединяющие водяной насос 6 с краном-дозатором 11 умывальника 3.
10. Пневмогидроаккумулятор.
11. Кран-дозатор умывальника 3.
12. Клапан, установленный на трубопроводе 7, соединяющий водяной бак 5 с насосом 6, со средствами смыва 8 унитаза 2.
13. Клапан, установленный на трубопроводе 9, соединяющий водяной насос 6 с краном-дозатором 11 умывальника 3.
14. Эжектор.
15. Компрессор.
16. Обеззараживатель воды.
17. Блок управления работой обеззараживателя 16.
18. Насос подачи воды в обеззараживатель 16.
19. Клапан, предназначенный для слива воды из обеззараживателя 16 при подготовке транспортного средства к длительной остановке.
20. Клапан, предназначенный для слива воды из водяного бака 5 при подготовке транспортного средства к длительной остановке.
21. Датчик минимального уровня воды в водяном баке 5.
22. Датчик среднего уровня воды в водяном баке 5.
23. Датчик максимального уровня воды в водяном баке 5.
24. Кран на заправочном трубопроводе 25, предназначенный перекрывать заправочный трубопровод 25 при полном заполнении водяного бака 5.
25. Заправочный трубопровод.
26. Дренажный трубопровод, предотвращающий переполнение водяного бака 5 при заправке водой.
27. Датчик температуры водяного бака 5.
28. Подогреватель воды водяного бака 5 с блоком управления.
29. Водяной фильтр.
30. Датчик, определяющий наличие воды в заправочном трубопроводе 25.
31. Датчик, определяющий наличие воды в трубопроводе 7.
32. Предохранительный клапан, защищает водяную систему от избыточного давления.
33. Обводной трубопровод-байпас.
34. Обратный клапан.
35. Датчик давления.
36. Клапан, предназначенный для слива воды из трубопровода 7 при подготовке транспортного средства к длительной остановке.
37. Клапан для подключения подачи воды из трубопровода 7 к средству смыва 8 унитаза 2.
38. Датчик переполнения унитаза 2.
39. Сливной трубопровод, соединяющий унитаз 2 с промежуточным баком-накопителем 43.
40. Отсечной клапан на сливном трубопроводе 39.
41. Воздушный клапан, управляющий отсечным клапаном 39.
42. Датчик-вакуумметр, измеряющий величину вакуума в трубопроводе 39 и в промежуточном баке-накопителе 43.
43. Промежуточный бак-накопитель.
44. Автоматизированный блок управления.
45. Датчик максимального уровня заполнения промежуточного бака-накопителя 43.
46. Датчик минимального уровня заполнения промежуточного бака-накопителя 43.
47.Сливной трубопровод, соединяющий промежуточный бак-накопитель 43 с основным баком-накопителем 4.
48. Отсечной клапан на сливном трубопроводе 47.
49. Воздушный клапан, управляющий отсечным клапаном 48.
50. Воздушная магистраль.
51. Концевой клапан для компенсации воздуха в основном баке-накопителе 4 при опорожнении его.
52. Концевой клапан выпускной трубы 53.
53. Выпускная труба.
54. Датчик минимального уровня заполнения основного бака-накопителя 4.
55. Датчик среднего уровня заполнения основного бака-накопителя 4.
56. Датчик максимального уровня заполнения основного бака-накопителя 4.
57. Датчик температуры основного бака-накопителя 4.
58. Обогреватель основного бака-накопителя 4.
59. Патрубок аварийного сброса основного бака-накопителя 4.
60. Ресивер.
61. Воздушный обратный клапан.
62. Воздушный трубопровод.
63. Датчик давления воздуха.
64. Воздушный фильтр.
65. Клапан, предназначенный для слива конденсата из воздушного фильтра 64 при проведении регламентных работ и при подготовке транспортного средства к длительной остановке.
66. Клапан, предназначенный для слива из грязеотстойника водяного фильтра 29 при проведении регламентных работ и при подготовке транспортного средства к длительной остановке.
67. Датчик давления.
68. Клапан для подключения подачи воздуха из трубопровода 62 к эжектору 14.
69. Датчик давления.
70. Датчик-вакуумметр, измеряющий величину вакуума в вакуумном трубопроводе 72 и в промежуточном баке-накопителе 43.
71.Вакуумный фильтр запахопоглотитель.
72. Вакуумный трубопровод, соединяющий промежуточный бак-накопитель 43 с эжектором 14.
73.Воздушный обратный клапан.
74. Фильтр запахопоглотитель.
75. Вентилятор.
76. Выпускной патрубок-демпфер.
77. Трубопровод вентиляции основного бака-накопителя 4.
78. Вентилятор вентиляции туалетной кабины 1.
79. Датчик температуры туалетной кабины 1.
80. Обогреватель туалетной кабины 1.
81. Освещение туалетной кабины 1.
82. Информация о занятости туалетной кабины 1.
83. Верхняя кнопка экстренного вызова обслуживающего персонала.
84. Нижняя кнопка экстренного вызова обслуживающего персонала.
85. Верхняя кнопка, предназначенная для включения средств смыва 8 унитаза 2.
86. Нижняя кнопка, предназначенная для включения средств смыва 8 унитаза 2.
87. Промежуточная емкость.
88. Датчик максимального уровня заполнения промежуточной емкости 87.
89. Датчик минимального уровня заполнения промежуточной емкости 87.
90. Трубопровод, соединяющий промежуточную емкость 87 с промежуточным баком-накопителем 43.
91. Отсечной клапан на сливном трубопроводе 90.
92. Воздушный клапан, управляющий отсечным клапаном 91.
93. Информация об опорожнении основного бака-накопителя 4, устанавливается на внешней стороне транспортного средств.
94. Выхлопной патрубок.
95. Воздушный трубопровод.
96. Трубопровод слива конденсата.
97. Трубопровод подачи воды в обеззараживатель.
98. Трубопровод подачи очищенной воды в водяной бак 5.
99. Трубопровод слива туалетных стоков с умывальника 3.
100. Датчик, сигнализирующий о присутствии пользователя в туалетной кабине 1.
Как показано на фиг.1, в предпочтительном варианте выполнения туалетный модуль транспортного средства включает туалетную кабину 1 с установленными в ней унитазом 2 и умывальником 3. В техническом отсеке туалетной кабины 1 расположен основной бак-накопитель 4, предназначенный для сбора и хранения в пути туалетных стоков, водяной бак 5, соединенный трубопроводом 7 с водяным насосом 6. Водяной насос 6 через трубопровод 7 подает воду на средство смыва 8 унитаза 2, а через трубопровод 9 подает воду на кран-дозатор 11 умывальника 3. На трубопроводах 7 установлены клапаны 12, 13 и 37. Для защиты водяного насоса 6 от перегрузок установлен обводной трубопровод-байпас 33 с установленным на нем предохранительным клапаном 32. На трубопроводе 9 установлены обратный клапан 34, датчик давления 35, управляющий через автоматизированный блок управления 44 работой водяного насоса 6, пневмогидроаккумулятор 10, поддерживающий давление в водяных трубопроводах при не работающем водяном насосе 6. Унитаз 2 соединен сливным трубопроводом 39 с промежуточным баком-накопителем 43. На сливном трубопроводе 39 установлены отсечной клапан 40, который управляется воздушным клапаном 41, и датчик-вакуумметр 42. Умывальник 3 через трубопровод 99, промежуточную емкость 87 и трубопровод 90 соединен с промежуточным баком-накопителем 43. На промежуточной емкости 87 установлены датчик максимального заполнения 88 и датчик минимального заполнения 89. На трубопроводе 90 установлен отсечной клапан 91, который управляется воздушным клапаном 92. На промежуточном баке-накопителе 43 установлены датчик максимального заполнения 45 и датчик минимального заполнения 46. Промежуточный бак-накопитель 43 через сливной трубопровод 47 соединен с основным баком-накопителем 4. Причем отношение площади промежуточного бака-накопителя 43 к площади сливного трубопровода 47, соединяющего промежуточный бак-накопитель 43 с основным баком-накопителем 4, составляет от 1 до 10. На сливном трубопроводе 47 установлен отсечной клапан 48, который управляется воздушным клапаном 49. Основной бак-накопитель 4 имеет концевой клапан 51 для выравнивания внутреннего давления между баком и окружающей средой в момент его опорожнения, а также концевой клапан 52 выпускной трубы 53. На основном баке-накопителе 4 установлены датчик минимального заполнения 54, датчик максимального заполнения 55 и датчик максимального заполнения 56. Основной бак-накопитель 4 оснащен датчиком температуры 57 и обогревателем 58. Основной бак-накопитель 4 имеет патрубок аварийного сброса 59. В техническом отсеке туалетной кабины 1 установлен компрессор 15, который через воздушные трубопроводы 62 и 50 соединен с эжектором 14 и воздушными клапанами управления 41, 49 и 92. На воздушном трубопроводе 62 установлены воздушный обратный клапан 61, ресивер 60, датчик давления воздуха 63, воздушный фильтр 64, датчик давления 67 и клапан 68. На вакуумном трубопроводе 72 установлены вакуумный фильтр запахопоглотитель 71, датчик-вакуумметр 70, воздушный обратный клапан 73. Эжектор 14 через воздушный трубопровод 95, выхлопной патрубок 94 соединен с выпускным патрубком-демпфером 76. На воздушном трубопроводе 95 установлен датчик давления 69. Кроме того, на воздушном трубопроводе 95 установлен трубопровод слива конденсата 96. Основной бак-накопитель 4 через трубопровод вентиляции 77 соединен с выхлопным патрубком 94 и с выпускным патрубком-демпфером 76. В туалетной кабине 1 установлены вентилятор 78, датчик температуры 79, обогреватель 80, освещение 81. С внешней стороны туалетной кабины 1 размещена информация 82 о занятости туалетной кабины 1. Обеззараживатель 16 через трубопроводы 97 и 98 соединен с водяным баком 5. На трубопроводе подачи воды в обеззараживатель 97 установлен насос подачи воды 18. Обеззараживатель 16 имеет клапан 19, предназначенный для слива воды при подготовке транспортного средства к длительной остановке. Связь всех перечисленных выше датчиков и приводов клапанов с автоматизированным блоком управления 44 осуществляется с помощью радиосвязи или по электрическим проводам или другими известными способами. При наличии на транспортном средстве воздуха под давлением в туалетном модуле допускается не устанавливать компрессор 15.
Предлагаемый туалетный модуль работает следующим образом.
Перед отправлением по маршруту водяной бак 5 туалетного модуля транспортного средства должен быть заполнен водой на станции экипировки. В промежуточном баке-накопителе 43 с помощью эжектора 14 понижают давление до рабочего давления. Давление внутри промежуточного бака-накопителя 43 должно обеспечивать транспортировку отходов жизнедеятельности из унитаза 2 в промежуточный бак-накопитель 43, а также обеспечивать транспортировку туалетных стоков из промежуточной емкости 87 в промежуточный бак-накопитель 43.
В процессе эксплуатации транспортного средства унитаз 2 туалетной кабины 1 естественно периодически наполняется отходами жизнедеятельности, а умывальник 3 периодически используется для умывания. После оправления естественных потребностей пользователь нажимает связанную с автоматизированным блоком управления 44 кнопку 85 или 86, в результате чего по команде автоматизированного блока управления 44 открывается клапан 37 на трубопроводе 7, осуществляется смыв средствами смыва 8 унитаза 2, открывается клапан 40, отделяющий унитаз 2 от промежуточного бака 43, и под действием вакуума осуществляется перемещение отходов жизнедеятельности из унитаза 2 в промежуточный бак 43. Для умывания пользователю достаточно использовать кран-дозатор 11 умывальника 3. После умывания под действием гравитации туалетные стоки перетекают в промежуточную емкость 87. Перед каждым перемещением отходов жизнедеятельности и туалетных стоков в промежуточный бак-накопитель 43 с помощью эжектора 14 в этом промежуточном баке-накопителе устанавливается рабочее давление.
После многократных описанных выше операций удаления из унитазов 2 отходов жизнедеятельности, а также удаления из раковины умывальника 3 туалетных стоков промежуточный бак-накопитель 43 и промежуточная емкость 87 наполняются. При полном заполнении промежуточной емкости 87 по сигналу, поступающему на автоматизированный блок управления 44 от датчика уровня 88, установленного в промежуточной емкости 87, открывается отсечной клапан 91 на трубопроводе 90. В результате под действием вакуума осуществляется перемещение туалетных стоков из промежуточной емкости 87 в промежуточный бак-накопитель 43. По сигналу датчика уровня 89, поступающему на автоматизированный блок управления 44, отсечной клапан 91 закрывается. При полном заполнении промежуточного бака-накопителя 43 по сигналу, поступающему на автоматизированный блок управления 44 от датчика уровня 45, установленного на промежуточном баке-накопителе 43, открывается отсечной клапан 48 на трубопроводе 47. В результате под действием гравитации осуществляется перемещение отходов жизнедеятельности и туалетных стоков из промежуточного бака-накопителя 43 в основной бак-накопитель 4. По сигналу датчика уровня 46, поступающему на автоматизированный блок управления 44, отсечной клапан 48 закрывается. При отсутствии рабочего давления или его недостаточности в промежуточном баке-накопителе 43 по показанию датчика-вакуумметра 42 и по команде автоматизированного блока управления 44 включается компрессор 15, открывается клапан 68 и воздух подается на эжектор 14, который создает в промежуточном баке-накопителе 43 необходимый рабочий вакуум. При достижении минимального рабочего давления в промежуточном баке-накопителе 43 по команде датчика-вакуумметра 42 и автоматизированного блока управления 44 клапан 68 закрывается. При достижении рабочего давления в ресивере 60 по команде датчика давления воздуха 63 и автоматизированного блока управления 44 компрессор 15 отключается. При полном заполнении основного бака-накопителя 4 по показаниям датчика уровня 56 необходимо произвести его опорожнение. Если не будет опорожнен основной бак-накопитель 4, то по команде автоматизированного блока управления 44 блокируется работа туалетного модуля. При отрицательных температурах окружающей среды по показанию датчика температуры 79 и по команде автоматизированного блока управления 44 включается обогреватель 80 туалетной кабины. При отрицательных температурах окружающей среды по показанию датчика температуры 57 и по команде автоматизированного блока управления 44 включается обогреватель основного бака-накопителя 58 и поддерживается постоянная положительная температура внутри бака. Также при отрицательных температурах окружающей среды по показанию датчика температуры 27 и по команде автоматизированного блока управления 44 включается обогреватель водяного бака 5 и поддерживается постоянная положительная температура воды внутри бака.
Во время следования транспортного средства и на остановках у входа свободной туалетной кабины 1 постоянно светится надпись "свободно". В момент входа пользователя в кабину 1 датчик 100 передает об этом сигнал на автоматизированный блок 15 управления и надпись у входа автоматически сменяется на "занято", а после того как пользователь покинет кабину вновь возникает надпись "свободно". В том случае, если пользователь перед выходом из туалетной кабины 1 не включил с помощью кнопки 85 или 86 средства смыва унитаза 2, то по команде с автоматизированного блока управления 44 на определенное время открываются клапаны 37, а также клапан 40 и производятся в автоматическом режиме освобождение от продуктов жизнедеятельности унитаза 2 и его промывка.
После прибытия в пункт экипировки осуществляют опорожнение основного бака-накопителя 4. Для этого соединяют выпускную трубу 53 с приемной трубой емкости для сбора туалетных стоков (эта емкость и ее приемная труба на фиг.1 не показаны) и после открытия клапана 52, установленного на выпускной трубе 53, и концевого клапана 51 выкачивают содержимое бака-накопителя 4. После этого, проведя осмотр и ремонтно-профилактические работы, заправляют водяной бак 5. Теперь система вновь готова к эксплуатации.
Важно отметить, что во время опорожнения основного бака-накопителя 4 и при проведении необходимых регламентных работ, а также при проведении ремонтно-профилактических работ благодаря наличию в системе промежуточного бака-накопителя 43 полностью сохраняются функции туалетного модуля. Кроме того, предлагаемый модуль позволяет поддерживать вакуум только в промежуточном баке-накопителе 43, что снижает загруженность эжектора. Основной бак-накопитель 4 находится под атмосферным давлением.