ВИХРЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ОТХОДОВ Российский патент 2012 года по МПК B01D19/00 

Настоящее изобретение относится к системам разделения отходов в самолетах и, более конкретно, к вихревому устройству для удаления твердых и жидких отходов из потока отходов из туалетов в самолетах или других приемных резервуаров, в то же время с выведением по существу не содержащего влаги потока воздуха путем всасывания.

В технологии имеются разнообразные системы, в которых используют вакуум для транспортирования жидкого и твердого материала отходов из самолетных туалетов или других приемных резервуаров на хранение в бак для отходов. Материал отходов, который транспортируют, включает твердые отходы жизнедеятельности человека, мочу, воду, необязательно чистящие и дезинфицирующие химикаты, воздух, туалетную бумагу, пищевые остатки и зачастую неожиданные выброшенные предметы, все из которых выводятся из самолетных туалетов и прочих приемных резервуаров в один или более баков для отходов. Конечно, баки для отходов опустошают во время технического обслуживания самолета на земле.

Всасывание, которое транспортирует материал отходов в бак для отходов, обычно создают генератором вакуума, когда самолет находится на земле или на небольших высотах. На больших высотах система типично будет вентилироваться под воздействием наружной атмосферы с более низким давлением, создавая разность давлений между наружной атмосферой и внутренностью самолета для вытягивания материала отходов из самолетных туалетов или других приемных резервуаров для транспортирования на хранение в бак для отходов.

Когда материал отходов транспортируется в бак для отходов, воздух, который был вытянут вместе с материалом отходов, должен быть выпущен в атмосферу. Этот воздух не должен содержать влаги и дисперсных твердых частиц по соображениям санитарии и безопасности. Что касается вопросов санитарии, то очевидно, что нежелательно выбрасывать дисперсные отходы человеческой жизнедеятельности в атмосферу ни когда самолет находится в полете, ни когда он стоит на земле. Кроме того, существует опасность того, что, если вода в значительном количестве покидает самолет из такой самолетной системы сбора отходов, работающей под действием вакуума, она может накапливаться на фюзеляже самолета с образованием льда.

Общеупотребительные самолетные системы отделения материала отходов являются крупногабаритными и тем самым требуют чрезмерно большого пространства в самолете, в то же время без необходимости увеличивая вес самолета, чем сокращают эффективность использования им топлива. Кроме того, общепринятые системы отделения материала отходов требуют частого обслуживания, выполнение которого зачастую является затруднительным и занимающим много времени вследствие неудобного доступа к разделительному устройству. Дополнительно традиционные системы отделения материала отходов типично имеют два сепаратора, один на входе и еще один на выходе системы. Наконец, общеупотребительное разделительное устройство, часто будучи эффективным в удалении влаги из материала отходов при оптимальных условиях, тем не менее могло бы быть усовершенствовано при обеспечении того, что устройство при любых обстоятельствах предотвращает утечку влаги.

Таким образом, существует потребность в улучшенной системе отделения материала отходов с использованием единичного сепаратора, рассчитанного на всю систему, которая является компактной и легковесной без ущерба ее техническим характеристикам. Она также должна быть постоянно эффективной в сведении к минимуму или предотвращении утечки влаги в отработанный поток воздуха. Кроме того, устройство должно быть пригодным к простой и безопасной замене при минимальном контакте с собранными отходами. Наконец, устройство также должно быть пригодно к легкому размещению в ограниченном пространстве, доступном в самолете. Настоящее изобретение удовлетворяет всем этим требованиям и имеет также другие преимущества.

Настоящее изобретение включает многовихревой сепаратор для вытягивания по существу не содержащего влаги воздушного потока из потока отходов, содержащего жидкие и твердые отходы. Сепаратор в особенности хорошо приспособлен для применения в самолете. Сепаратор согласно изобретению включает корпус, который предпочтительно имеет цилиндрическую форму, и имеет впускной патрубок для отходов для принятия потока отходов. Впускная труба, ведущая к впускному патрубку для отходов, будет наклонена относительно горизонтальной плоскости для того, чтобы сила тяжести способствовала поступлению потока отходов в сепаратор. Вершина цилиндрического корпуса закрыта и имеет выпускной канал для вытягивания по существу не содержащего влаги воздушного потока из корпуса под действием силы всасывания, обеспечиваемой разностью давлений, которую создает генератор вакуума или на больших высотах перепад давлений между наружной атмосферой и внутренностью самолета.

Вдоль внутренней поверхности цилиндрической стенки корпуса расположен кольцевой канал. Этот канал формирует первую вихревую траекторию для отделения жидких и твердых отходов от потока отходов. Кольцевой канал сообщается с впускным патрубком для отходов.

Внутри цилиндрического корпуса размещен фильтровый блок, включающий пару вложенных друг в друга перевернутых конусов. Эти конусы формируют перевернутую коническую полость, которая сообщается с выпускным каналом. Вторая вихревая траектория потока, которая сформирована внутри конической полости, тем самым изолирована от первой вихревой траектории. В одном варианте осуществления изобретения фильтровый блок может быть скомпонован как сменный картридж с фильтровым блоком.

Соответственно этому поток отходов, содержащий жидкие и твердые отходы, втягивается в корпус через впускной патрубок для отходов силой всасывания, приложенной к выпускному каналу. Поступающий поток отходов попадает в кольцевой канал вдоль внутренней поверхности стенки корпуса, перемещается по первой вихревой траектории потока, на которой жидкие и твердые отходы отделяются от потока отходов под воздействием центробежной силы. В результате более тяжелые материалы отходов перемещаются к наружной стороне кольцевого канала и падают вниз для сбора надлежащим образом. В предпочтительном варианте исполнения оставшийся более легкий воздушный поток поступает в перевернутую коническую полость между вложенными друг в друга конусами по второй вихревой траектории, которая изолирована от первой вихревой траектории. Из воздушного потока, перемещающегося через коническую полость, опять же под действием центробежной силы удаляются дополнительные жидкие и твердые отходы с образованием по существу не содержащего влаги воздушного потока, который выходит из вихревого сепаратора через выпускной канал. Источником силы всасывания будет либо перепад давлений между салоном самолета и атмосферой на больших высотах, либо генератор вакуума на низких высотах.

Наконец, в области снаружи фильтрового блока может быть предусмотрен спиральный изолятор, помогающий предотвратить взаимное загрязнение потока отходов, падающего в бак для сбора и последующей утилизации отходов, и более легкого по существу не содержащего влаги воздушного потока, проходящего в фильтровый блок. Спиральный сепаратор включает пустотелый центральный элемент, присоединенный снаружи фильтрового блока с парой спиральных лопастей, протяженных наружу до внутренней поверхности сепаратора, и перегородки на лопастях и на входе в центральный элемент для улавливания и направления жидких и твердых отходов вниз, в то же время блокируя их перемещение вверх.

В предпочтительном варианте выполнения размещенные радиально лопасти позиционированы рядом со входом в коническую полость. Эти лопасти наклонены относительно своих радиальных осей с образованием наклонных пазов для инициирования и усиления вращательного движения в воздушном потоке, проходящем через пазы в коническую полость.

Внутренняя поверхность внутреннего конуса формирует внутреннюю коническую камеру. Между конусами проходит барьер, формирующий верхнюю крышку конической полости. Наконец, в этой верхней крышке размещен по меньшей мере один соединительный канал, обеспечивающий сообщение между конической полостью и внутренней конической камерой. Таким образом, воздушный поток, перемещающийся через сепаратор, проходит из конической полости во внутреннюю коническую камеру через этот соединительный канал.

Внутренняя коническая камера может иметь обратный клапан на своей донной части, приспособленный для открывания, когда сепаратор не вытягивает поток отходов в цилиндрический корпус. Когда это происходит, жидкие и твердые отходы, которые собрались во внутренней конической камере, будут падать из камеры для надлежащего сбора. Кроме того, в камере может быть размещена фильтрующая среда для конденсации и коалесценции влаги, оставшейся в воздушном потоке, который проходит через камеру.

Наконец, в основном по центру конической камеры может быть размещен выпускной элемент. Выпускной элемент имеет кольцевой выступ, расположенный над камерой и верхней крышкой конусов. Он также имеет центральную трубчатую часть, выступающую вниз в камеру, формируя входной трубопровод, ведущий из камеры на верх цилиндрического корпуса сепаратора. Таким образом, воздушный поток, выходящий из камеры, будет проходить через трубчатую часть перед тем, как быть удаленным из верхней части корпуса через выпускной канал. Наконец, верхнее отверстие трубчатой части может перекрывать конденсационный фильтр, помогающий удалять любую остаточную влагу из выходящего воздушного потока.

Чтобы способствовать пониманию изобретения, оно будет описано ниже в связи с примерными вариантами его осуществления с привлечением сопроводительных чертежей, в которых сходные численные обозначения будут приведены для подобных признаков со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет вид в перспективе бака с внешней стороны для отходов, оснащенного вихревым сепаратором в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 представляет вид, частично в разрезе, вихревого сепаратора и бака для отходов из Фиг.1;

Фиг.3 представляет увеличенный вид вихревого сепаратора из Фиг.1;

Фиг.4 представляет вертикальную проекцию в разрезе сменного картриджа с фильтровым блоком, который может быть использован для реализации настоящего изобретения;

Фиг.5 представляет вид в разобранном состоянии картриджа с фильтровым блоком из Фиг.4;

Фиг.6 представляет вид в перспективе в разрезе вихревого сепаратора и бака для отходов в соответствии с изобретением, имеющего вставленный на свое место картридж с фильтровым блоком;

Фиг.7 представляет вертикальную боковую проекцию наружной части вихревого сепаратора и бака для отходов в соответствии с изобретением, показывающую наклонную впускную трубу;

Фиг.8 представляет вид в перспективе в разрезе вихревого сепаратора и бака для отходов из Фиг.7, включающего спиральный изолятор;

Фиг.9 представляет вид в перспективе снизу вихревого сепаратора и бака для отходов из Фиг.7, показывающий спиральный изолятор, включающий его перегородки; и

Фиг.10 представляет вид в перспективе спирального изолятора из Фиг.8 и 9.

Описанный ниже вариант осуществления изобретения не предполагает быть исчерпывающим или ограничивающим изобретение раскрытыми точной конструкцией и условиями работы. Скорее, вариант исполнения, подробно описанный ниже, был выбран и описан для разъяснения принципов изобретения и его реализации, действия и применения, чтобы обеспечить квалифицированным специалистам в этой области технологии возможность лучше следовать его указаниям.

На Фиг.1 представлен внешний вид бака 10 для отходов, имеющего вихревой сепаратор 12 в соответствии с изобретением. Вихревой сепаратор 12 включает корпус 14, который предпочтительно является цилиндрическим, как показано, и выпускную крышку 16 с выпускной трубой 18 на вершине корпуса. Выпускная крышка может быть зафиксирована с возможностью разборки на вершине цилиндрического корпуса для обеспечения доступа внутрь сепаратора, когда это желательно, и для возможности извлечения и замены картриджа с фильтровым блоком в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения. Выпускная труба 18 будет соединена, как схематически показано, с источником всасывания, включающим генератор 22 вакуума на низких высотах полета или наружную атмосферу 24 на больших высотах, для вытягивания отходов из самолетных туалетов или других приемных резервуаров с помощью вихревого сепаратора. Переключение обеспечивают байпасным контрольным клапаном 20, чувствительным к высоте полета.

Вихревой сепаратор 12 имеет впускную трубу 26, которая в самолете действует для транспортирования потока отходов из самолетного туалета или другого приемного резервуара в сепаратор. Таким образом, впускная труба, например, принимает поток отходов, включающий воздух, сточные воды, твердые отходы и прочие материалы, из самолетного туалета, когда его промывают. Этот поток, который схематически представлен стрелкой WS1, втягивается в вихревой сепаратор 12 путем всасывания, обеспечиваемого либо разностью давлений на больших высотах, либо действием генератора вакуума на малых высотах, прилагаемого к выпускной трубе 18. На высотах полета ниже чем около 16000 футов (4880 м) генератор вакуума будет создавать разрежение на уровне около 3-9 дюймов ртутного столба (76,2-228,6 мм рт.ст.). Когда самолет поднимается на высоту более 16000 футов (4880 м), система переключается с генератора вакуума на разность давлений между салоном самолета и атмосферой в результате срабатывания контрольного клапана 20 для втягивания потока отходов в сепаратор. Когда самолет снижается до высоты менее чем около 16000 футов (4880 м), система переключается обратно на генератор вакуума. Наконец, бак 10 для отходов включает сточную трубу 28 в его днище, которая будет соединена с дренажным отверстием для удаления отходов на наружной обшивке самолета (не показано), через который отходы, собранные в баке 10, будут слиты во время технического обслуживания самолета.

Как показано на разрезе на Фиг.2, где представлена внутренняя конструкция вихревого сепаратора 12, вихревой сепаратор включает оптимальный кольцевой канал 30, сообщающийся с впускной трубой 26, сформированной во внутренней поверхности 31 кольцевой стенки 32 цилиндрического корпуса 14. Следует отметить, что нижняя часть 33 стенки 32 проходит в бак 10 для отходов с наружным кольцевым фланцем 35, опоясывающим наружную поверхность 32А стенки, опирающимся на соответствующий фланец 29 бака таким образом, что они оба могут быть скреплены друг с другом с возможностью разборки (Фиг.1).

Таким образом, разрежение, созданное в выпускной трубе 18, передается на вихревой сепаратор для втягивания потока WS1 во впускную трубу 26 с высокой скоростью. Этот высокоскоростной поток направляется впускной трубой 26 в кольцевой канал 30, который формирует первую вихревую траекторию V1 потока. Когда поток WS1 движется по траектории V1 потока, более легкий воздушный поток WS2 смещается к центру цилиндрического корпуса сепаратора, тогда как бóльшая часть более тяжелых твердых материалов и жидкостей перемещается наружу и выпадает из потока WS1 на дно бака 10 для отходов. В одном варианте осуществления изобретения воздушный поток WS2 может быть выведен из сепаратора через выпускную трубу 18. Однако является предпочтительным, чтобы был предусмотрен фильтровый блок 27, имеющий полость 34 в виде перевернутого усеченного конуса между внутренним перевернутым конусом 36 и наружным перевернутым конусом 38, внутрь которого он вставлен. Таким образом, внутренняя поверхность 37 наружного перевернутого конуса 38 и наружная поверхность 39 внутреннего перевернутого конуса 36 формируют перевернутую коническую полость 34, которая в основном размещена по центру внутри корпуса 14. Вложенные друг в друга конусы 36 и 38 расположены ниже выпускной крышки 16 и соединены между собой опорной конструкцией 40 на входе в коническую полость, имеющую лопасти 41, протяженные радиально наружу от ступицы 43. Лопасти могут быть наклонены относительно своих радиальных осей с образованием наклонных пазов для инициирования вращательного движения в воздушном потоке, проходящем через пазы в коническую полость 34 по второй вихревой траектории. Опорная конструкция 40 поддерживает расстояние между конусами для беспрепятственного прохождения материала из конической полости в промежуток между лопастями. Под вложенными друг в друга конусами размещена воронка 47. Воронка 47, размещенная под вложенными друг в друга конусами, имеет максимальный радиус, меньший, чем минимальный радиус наружного перевернутого конуса 38, для отклонения воздушного потока WS2 в коническую полость 34. Наружная поверхность 51 воронки способствует отклонению более легкого воздушного потока WS2 в перевернутую коническую полость 34.

Вставленные друг в друга усеченные конусы также формируют кольцевое отверстие 45 (Фиг.3) вдоль их нижней кромки, в которое втягивается воздушный поток WS2 и из которого более тяжелые материалы будут падать из конической полости 34 мимо лопастей 41, как будет более подробно разъяснено ниже. Наконец, верхняя кромка вложенных друг в друга конусов в основном закрыта кольцевой верхней заглушкой 44, которая имеет один или более каналов или впадин 46, через которые воздушный поток транспортируется из конической полости. Вторая и третья подобные впадины размещены под углом 120° относительно друг друга, но на Фиг.2 скрыты от взгляда.

Поэтому воздушный поток WS2 вытягивается через коническую полость 34 силой всасывания, приложенной к выпускной трубе 18. Благодаря тому, что конусы вложены друг в друга, этот поток может перемещаться только между стенками конусов. С учетом необязательной конструкции с распорками в виде лопастей вентилятора, конической формы полости 34 и высокой скорости кругового движения потока WS2 этот поток будет перемещаться через полость 34 по второй вихревой траектории V2, которая, как можно видеть на Фиг.2, изолирована от вихревой траектории V1 потока. Вихревая траектория V2 потока опять же создает центробежную силу, которая обусловливает перемещение остаточных более тяжелых материалов (дисперсных отходов и жидкости) наружу, где они будут падать вниз через коническую полость 34 и кольцевое отверстие 45 в нижней части вложенных друг в друга конусов в бак 10. Между тем оставшийся более легкий воздушный поток WS3 будет проходить вверх через каналы 46 в верхней заглушке 44 и втягиваться во внутреннюю камеру 50 в форме перевернутого усеченного конуса, сформированную внутренней поверхностью 48 конуса 36.

На дне 54 камеры 50 размещен обратный клапан 60 для отходов. Этот обратный клапан включает резиновую мембрану 52 в форме перевернутого зонтика, поддерживаемую снизу центральным выступающим вверх запорным элементом 58 на конструкции 56 из распорок, который смонтирован в отверстии по центру конструкции из распорок. Обратный клапан позволяет твердым материалам и жидкостям падать из камеры 50 в форме усеченного конуса в воронку 47 и из нижнего отверстия 49 воронки в бак 10 для отходов, но не позволяет загрязненному воздуху под обратным клапаном поступать в камеру, как разъясняется ниже. Как схематически показано на Фиг.3, камера 50 также содержит первый фильтровый материал 62, который помогает сводить воедино остаточную влагу, когда поток перемещается через камеру 50 в форме усеченного конуса, оставляя дополнительную часть потока WS3 отходов с самыми минимальными количествами влаги, когда он выходит из камеры 50.

Поток WS3 затем поступает в выпускной элемент 63, имеющий кольцевой выступ 64, опирающийся на верхнюю часть конуса 36, и трубчатую часть 66, размещенную по центру над камерой 50, причем трубчатая часть 66 частично выступает в камеру, и кольцевой фланец поддерживает выпускной элемент на верхней части вложенных друг в друга конусов. Выступ 64 установлен под выпускной крышкой 16 вихревого сепаратора. Верхнее отверстие трубчатой части 66 предпочтительно перекрывает конденсационный фильтровый материал 72 для улавливания влаги и способствования конденсации захваченной влаги, движущейся мимо сетки через крышку 16 и наружу через выпускную трубу 18. Оба фильтровых материала 62 и 72 предпочтительно имеют форму плотно связанной сетки из металла, найлона или пропилена. Таким образом, фильтровый материал 72 устанавливают для удаления большей части, если не всей, влаги, остающейся в потоке WS3, чтобы воздушный поток, выходящий через выпускную трубу 18 наружу в окружающую атмосферу, был свободным от влаги.

Устройство будет действовать, когда инициируют цикл промывания в самолетном туалете. Когда это происходит, поток WS1 отходов будет втягиваться из туалета через впускную трубу 26 в кольцевой канал 30 и первую траекторию V1 потока, на которой возникающая центробежная сила заставляет более тяжелые компоненты смеси отходов смещаться наружу и падать в бак 10 для отходов, как обсуждалось ранее.

Между тем, остальной быстро движущийся в вихревом режиме поток WS2 поступает в полость 34 с формой перевернутого усеченного конуса через наклонные пазы между лопастями 41, и остаточные твердые компоненты и вода дополнительно отделяются центробежной силой, создаваемой на второй вихревой траектории V2 потока, заставляя дополнительные твердые компоненты и воду падать в бак 10 для отходов, образуя оставшийся поток WS3 отходов в виде воздушного потока, по существу не содержащего твердых компонентов и со значительно сниженным уровнем содержания жидкостей. Поток WS3 затем втягивается из центра цилиндрического корпуса сепаратора в коническую полость 34 через каналы 46 вдоль кольцевого канала 55 заглушки 44 и в перевернутую коническую камеру, где он проходит вверх через первый фильтровый материал 62, который способствует коалесценции оставшейся захваченной жидкости в потоке WS3 таким образом, чтобы она накапливалась и стекала на дно перевернутой конической камеры. В результате, когда в системе уже больше не создается вакуум, обратный клапан 60 будет открываться под действием веса материала, скопившегося на дне камеры 50, так, что этот материал отходов может перемещаться мимо обратного клапана в воронку 47, из которой он будет падать через нижнее отверстие 49 воронки на дно бака 10, присоединяясь к ранее собранным отходам.

Следует отметить, что вихревые траектории V1 и V2 не пересекаются. Это является важным признаком изобретения, поскольку перемешивание пересекающихся высокоскоростных потоков, протекающих по вихревым траекториям, создавало бы дополнительное дробление влаги и твердых материалов и образование мелких частиц, значительно снижающее эффективность работы сепаратора.

Остальной поток WS3 проходит из выпускной камеры через трубчатую часть 66 выпускного элемента 63 через конденсационный фильтр 72, где он проходит через выпускную крышку 16 в выпускную трубу 18 для поступления в генератор вакуума или в атмосферу, если самолет летит на большой высоте. Как правило, вышеописанный процесс от создания вакуума до завершения процесса разделения будет занимать от 1 до 4 секунд.

В одном альтернативном варианте осуществления изобретения фильтровый блок 27 может быть в форме сменного картриджа 150 с фильтровым блоком, который изображен на фиг.4 и 5. Этот картридж скомпонован с доступом к нему через съемную крышку 16 (Фиг.6). Таким образом, периодически и со снятием крышки картридж может быть выдвинут из сепаратора 12, где он опирается на фланец 152 на верхней части сепаратора (Фиг.8), и заменен свежим картриджем с фильтровым блоком.

Таким образом, картридж 150 включает внутренний перевернутый конус 36А, вложенный внутрь наружного перевернутого конуса 38А, причем внутренняя поверхность наружного перевернутого конуса и наружная поверхность внутреннего перевернутого конуса формируют перевернутую коническую камеру 34А. Внутри конуса 36А предпочтительно укладывают конический фильтр 154, изготовленный из способствующего конденсации влаги фильтрового материала.

На верхней части конуса 36А расположен кольцевой фланец 156. Ниже фланца создана серия каналов 158 из выдающихся наружу в радиальном направлении кольцевых углублений 160, которые опоясывают конус. В этом варианте исполнения видны два таких углубления, но имеются три углубления, равномерно отстоящих друг от друга под углом 120°. Нижние кромки углублений выступают наружу с образованием нижнего выступа 162. Верхний фланец 170 в основном перпендикулярен продольной оси конуса и формирует верх наружного конуса, а также верхнюю поверхность углублений. Конус 36А также имеет опорную конструкцию 56А из распорок на своем нижнем входе.

Обратный клапан 60 для отходов размещают ниже опорной конструкции 56А из распорок на конусе 36А. Как в предшествующих вариантах выполнения, этот обратный клапан включает резиновую мембрану в форме перевернутого зонтика, поддерживаемую снизу центральным выступающим вверх запорным элементом 58 на конструкции 56А из распорок, который смонтирован в отверстии по центру конструкции из распорок.

Картридж 150 также включает верхний элемент 168, имеющий верхний фланец 170, который опирается на фланец 156 фильтрового картриджа. Верхний элемент 168 включает направленную вниз трубчатую часть 172, которая помогает позиционировать верхний элемент и удерживает трубчатый фильтровый элемент 176 (описываемый ниже) на своем месте в полностью собранном картридже. Верхний элемент также включает направленное вниз кольцевое углубление 174, в основном соответствующее по диаметру внутреннему диаметру конуса 36А, помогая удерживать верхний элемент внутри внутреннего конуса 36А.

Первый трубчатый фильтровый элемент 176, изготовленный из способствующего конденсации фильтрового материала, вставляют с натягом в трубчатую часть 172 верхнего элемента 168.

Верхний элемент 168 также включает выступающую вверх кольцевую полость 180, сформированную выступающей вверх кольцевой стенкой 184. В полость 180 укладывают три круглых конденсационных фильтра 186, 188 и 190. Конечно, может быть использовано любое желательное число таких способствующих конденсации влаги фильтров. Круглые конденсационные фильтры закреплены на своем месте упругим кольцом 182, которое может быть приклеено или термически зафиксировано на месте с присоединением к стенке 184.

Далее, на Фиг.6 показан вихревой сепаратор согласно изобретению с картриджем 150 на своем месте в наружном конусе 38А, который поддерживает воронку 47, как в варианте выполнения согласно Фиг.1-3. На этой фигуре также показаны хомут 192 для облегчения удаления крышки 16 для замены картриджа и кольцевая прокладка 194 для обеспечения герметичности между крышкой и верхом вихревого сепаратора, когда крышка зафиксирована на своем месте. Эта фигура также показывает хомут 102 для облегчения скрепления друг с другом с возможностью разборки наружного кольцевого фланца вихревого сепаратора с соответствующим наружным кольцевым фланцем бака для отходов.

На Фиг.7 представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором выпускная труба 26А наклонена под углом «А» относительно горизонтальной плоскости. Угол «А» должен составлять по меньшей мере около 10° и может быть бóльшим, насколько имеется в распоряжении достаточное пространство. Наклон выпускной трубы добавляет действие силы тяжести для способствования перемещению отходов в вихревой сепаратор с доставкой отходов в закручивающийся вниз воздушный поток вихревого сепаратора.

Вихревой сепаратор предпочтительно также включает спиральный изолятор 120, который показан стоящим отдельно (и перевернутым для целей иллюстрации) на Фиг.10 и показан установленным на свое место в вихревом сепараторе в виде сбоку и снизу на Фиг.8 и 9. Спиральный изолятор 120 тем самым включает центральный в основном цилиндрический элемент 122, который примыкает к наружной поверхности 110 наружного конуса 38А.

Спиральный изолятор включает первую спиральную лопасть 126, выступающую наружу из наружной поверхности 128 цилиндрического элемента 122 до внутренней поверхности 31 сепаратора, и в основном направленную вниз первую боковую перегородку 130 (выступающую вверх на Фиг.10 для иллюстрации) на нижней оконечности 132 лопасти. Перегородка 130 предпочтительно наклонена относительно вертикали, определяемой центральной осью спирального изолятора. Например, лопасть может быть наклонена под углом около 10° относительно центральной оси.

Спиральный изолятор также включает вторую спиральную лопасть 134, также выступающую наружу из наружной поверхности 128 до внутренней поверхности 31 сепаратора. Спиральная лопасть 134 имеет направленную в основном вниз вторую боковую перегородку 136 на нижней оконечности 138 этой лопасти. Противоположные края 140 и 142 лопастей, которые диаметрально противоположны на противолежащих сторонах цилиндрического элемента 122, открыты так, что не препятствуют поступающему материалу или воздушному потоку. Кроме того, лопасти 126 и 134 вместе охватывают цилиндрический элемент 122 предпочтительно на 360°. Нижняя кромка 147 перегородки 130 предпочтительно будет отдалена от нижней кромки 149 выходного канала 148 для обеспечения воздушного промежутка в нижней части спирального изолятора. Этот промежуток должен составлять по меньшей мере около половины дюйма (12,7 мм).

Наконец, нижнюю перегородку 144 размещают на выходном канале 146 центрального элемента 122 спирального сепаратора. Эта перегородка наклонена под углом по меньшей мере 10° относительно продольной оси центрального элемента, чтобы помогать удерживать отходы от поступления в выпускное отверстие 148 выходного канала. Если отходы не поступают в канал во время цикла промывания, они смогут быть смыты между промываниями благодаря этой конструкции.

Спиральный изолятор 120 помогает добиться того, что поток WS2 отходов и вихревая траектория V2 потока продолжают свое спиральное перемещение вниз без возможности увлечения их воздушным потоком в коническую полость 34А между вложенными друг в друга конусами, тем самым устраняя или сводя к минимуму накопление отходов на конических поверхностях 37 и 39. Таким образом, верхняя поверхность 151 лопасти 126 изолятора предпочтительно будет позиционирована непосредственно под точкой входа через впускную трубу 26А, которая отмечена номером позиции «153» на фиг.8. Боковые перегородки 130 и 136, в свою очередь, позволяют отходам выходить из спирали. Нижняя перегородка 144 ограничивает область в баке, из которой воздух может покидать систему. Спирали и боковые и нижние перегородки тем самым изолируют выпуск из бака воздуха из отходов, которые падают в бак.

Задача настоящего изобретения состоит в выведении потока отходов, содержащего жидкие и твердые отходы, удалении жидких и твердых отходов из потока воздуха и создании потока воздушного выхлопа, не содержащего жидкостей. Настоящее изобретение решает эту задачу результативным, надежным и эффективным путем.

Все литературные ссылки, в том числе публикации, патентные заявки и патенты, цитированные здесь, тем самым включены ссылкой в такой же мере, как если бы каждая ссылка была индивидуально и конкретно указана как введенная ссылкой и изложенная здесь во всей своей полноте.

Применение терминов “a” и “an” и “the” и подобных обозначений в контексте описания изобретения (в особенности в контексте нижеследующей патентной формулы) должно толковаться как охватывающее как единственное, так и множественное число, если только здесь не оговорено нечто иное или явно не противоречит контексту. Перечисление диапазонов величин здесь предполагается только служащим в качестве метода сокращения для указания индивидуально каждого отдельного значения, попадающего в пределы диапазона, если только здесь не оговорено нечто иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы они были здесь конкретно указаны. Все описанные здесь способы могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если только здесь не оговорено нечто иное или же иное явно не противоречит контексту. Применение любого и/или всех примеров или примерная терминология (например, «такой как»), приведенные здесь, предполагаются только для лучшего освещения изобретения и не составляют ограничения области изобретения, если только не заявлено нечто иное. Никакая терминология в описании не должна толковаться как указывающая любой незаявленный элемент как существенный для практики изобретения.

Здесь описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, включающие наилучший вариант выполнения, известный для реализации изобретения. Должно быть понятно, что иллюстрированные варианты исполнения являются только примерными и не должны восприниматься как ограничивающие область изобретения.

Изобретение относится к системе разделения отходов и может использоваться для удаления твердых и жидких отходов из туалетов в самолетах с выведением не содержащего влаги потока воздуха. Вихревой сепаратор имеет корпус, кольцевой канал, формирующий первую вихревую траекторию потока, для отделения жидких и твердых отходов из этого потока отходов, и фильтровый блок с перевернутой конической полостью между вложенными друг в друга перевернутыми конусами, формирующими вторую вихревую траекторию потока, которая изолирована от первой вихревой траектории потока, для отделения дополнительных жидких и твердых отходов от потока воздуха перед тем, как воздух выходит из вихревого сепаратора за счет всасывания. Технический результат состоит в повышении эффективности и надежности устройства при удалении твердых и жидких отходов из потока воздуха и создании воздушного выхлопа, не содержащего влаги. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Многовихревой сепаратор для удаления твердых и жидких отходов из потока отходов, в то же время с выведением, по существу, не содержащего влаги воздушного потока при всасывании, содержащий
корпус, имеющий наружную стенку с внутренней поверхностью, впускной патрубок для отходов для принятия потока отходов и закрытую верхнюю часть с выпускным каналом для вытягивания, по существу, не содержащего влаги воздушного потока из корпуса;
кольцевой канал вдоль внутренней поверхности стенки, формирующий первую вихревую траекторию потока для отделения жидких и твердых отходов от потока отходов, причем кольцевой канал сообщается с впускным патрубком; и
фильтровый блок, содержащий внутренний и наружный вложенные друг в друга конусы внутри цилиндрического корпуса, образующие перевернутую коническую полость между конусами, причем коническая полость сообщена с выпускным каналом и формирует вторую вихревую траекторию потока, изолированную от первой вихревой траектории потока, для отделения дополнительных жидких и твердых отходов от потока отходов перед тем, как его вытягивают из выпускного канала в виде, по существу, не содержащего влаги воздушного потока.

2. Многовихревой сепаратор по п.1, в котором источник всасывания соединен с выпускным каналом для вытягивания, по существу, не содержащего влаги воздушного потока из корпуса, и поток отходов, содержащий жидкие и твердые отходы, соединен с впускным патрубком.

3. Многовихревой сепаратор по п.1, в котором рядом со входом в коническую полость позиционированы радиально расположенные лопасти, причем лопасти наклонены относительно своих радиальных осей с образованием наклонных пазов для инициирования вращательного движения воздушного потока, проходящего через пазы в коническую полость.

4. Многовихревой сепаратор по п.1, содержащий барьер, простирающийся между конусами, образующий верхнюю заглушку кольцевого отверстия, и внутреннюю перевернутую коническую камеру, образованную внутренней поверхностью внутреннего конуса, причем верхняя заглушка имеет канал, создающий сообщение между перевернутой конической полостью и перевернутой конической камерой.

5. Многовихревой сепаратор по п.4, содержащий обратный клапан в нижней части перевернутой конической камеры, приспособленный для открывания, когда многовихревой сепаратор не подвергается воздействию разности давлений.

6. Многовихревой сепаратор по п.4, содержащий фильтровую среду, размещенную в камере для конденсации и коалесценции влаги в воздушном потоке, проходящем через камеру.

7. Многовихревой сепаратор по п.4, содержащий выпускной элемент, по существу, размещенный по центру внутри конической камеры, имеющий кольцевой выступ, позиционированный над камерой, и трубчатую часть, выступающую внутрь камеры.

8. Многовихревой сепаратор по п.7, содержащий конденсационный фильтр, размещенный поверх верхнего отверстия трубчатой части.

9. Многовихревой сепаратор по п.1, содержащий воронку, размещенную под вложенными друг в друга конусами, имеющую максимальный радиус, меньший, чем минимальный радиус наружного конуса, для отклонения воздушного потока в коническую полость.

10. Многовихревой сепаратор по п.1, содержащий спиральный изолятор, имеющий спиральные лопасти, проходящие наружу от пустотелого центрального элемента, присоединенного к наружному конусу фильтрового блока до внутренней поверхности корпуса.

11. Многовихревой сепаратор по п.10, содержащий одну или более перегородок на лопастях для улавливания и направления жидких и твердых отходов вниз, в то же время блокируя их перемещение вверх.

12. Многовихревой сепаратор по п.10, в котором спиральные лопасти содержат первую спиральную лопасть, выступающую наружу из наружной поверхности пустотелого центрального элемента до внутренней поверхности сепаратора, и, по существу, направленную вниз первую боковую перегородку на нижней оконечности первой лопасти.

13. Многовихревой сепаратор по п.10, в котором спиральные лопасти содержат вторую спиральную лопасть, выступающую наружу от наружной поверхности пустотелого центрального элемента до внутренней поверхности сепаратора, и, по существу, направленную вниз вторую боковую перегородку на нижней оконечности этой лопасти.

14. Способ вытягивания, по существу, не содержащего влаги воздушного потока из потока отходов, включающего жидкие и твердые отходы, включающий стадии, на которых
втягивают поток отходов, содержащий жидкие и твердые отходы, в кольцевой канал, формирующий первую вихревую траекторию потока в цилиндрическом корпусе, таким образом, что более тяжелые твердые компоненты и жидкости смещаются к наружной стороне корпуса и падают вниз, тогда как более легкий воздушный поток, содержащий остаточные частицы влаги, перемещается к центру корпуса; и
втягивают оставшийся более легкий воздушный поток в перевернутую коническую полость по второй вихревой траектории потока, изолированной от первой вихревой траектории потока, для создания центробежной силы, заставляющей остаточные более тяжелые материалы падать через коническую полость, и оставшийся более легкий воздушный поток вытягивают из конической полости.

15. Способ по п.14, в котором оставшийся более легкий воздушный поток вытягивают мимо радиально размещенных наклонных лопастей, когда он поступает в перевернутую коническую полость.