ТУАЛЕТНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2012 года по МПК E03D5/00 

Изобретение относится к устройствам для переработки и обеззараживания испражнений в замкнутой системе жизнеобеспечения как на транспорте, так и в индивидуальной среде обитания.

Известны туалетные модули [1], [2], содержащие унитаз, вакуумный податель фекальных стоков с трубопроводом и клапаном в нем, приемник фекальных стоков, устройство очистки унитаза с резервуаром для воды.

Наиболее близким по технической сущности является туалетный модуль [3], содержащий унитаз, приемник фекальных стоков, фекальную магистраль от унитаза до приемника фекальных стоков с разгрузочным клапаном, устройство смыва с водяным насосом, вакуумный аппарат, соединенный трубопроводом с фекальной магистралью, контроллер.

Недостатками такого туалетного модуля являются его несоответствие экологическим требованиям по загрязнению окружающей среды, нерациональное использование воды и повышенный уровень шума, вызванный тем, что в включающем в себя фекальную магистраль и приемник фекальных стоков объеме, представляющем значительную величину, создается большой перепад давления.

Техническим результатом изобретения является минимизация выброса загрязняющих продуктов, потребления воды и воздуха, а также снижение уровня шума.

Данный технический результат достигается в туалетном модуле, содержащем унитаз, приемник фекальных стоков, фекальную магистраль от унитаза до приемника фекальных стоков с разгрузочным клапаном, устройство смыва с водяным насосом, вакуумный аппарат, соединенный трубопроводом с фекальной магистралью, контроллер, тем, что в него введены устройство рециркуляции газа и воды, устройство для обеззараживания, камера расщепления и синтеза с рядом линеек диодных лазеров, в качестве приемника фекальных стоков выполнен сепаратор, в котором обеспечивается температура не ниже 37°C, в фекальной магистрали после разгрузочного клапана установлен обратный клапан с направлением открытия в сторону сепаратора, сепаратор снабжен выполненным в его верхней части трубопроводом для выпуска водяного пара, отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза, сетью отверстий на дне, во внутреннем объеме сепаратора между его трубопроводом для выпуска водяного пара и отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза установлена колосниковая решетка с наклоном от трубопровода для выпуска водяного пара до отверстия для входа в камеру расщепления и синтеза, устройство для рециркуляции газа и воды содержит вентилятор высокого давления, гидроциклон со сборником конденсата, воздуховод с форсунками на одном конце, к входу гидроциклона подсоединен выход трубопровода для выпуска водяного пара в сепараторе, гидроциклон соединен трубопроводом с входом вентилятора высокого давления, к выходу которого подсоединен воздуховод с форсунками, выходы форсунок соединены с отверстиями в дне сепаратора, водяной насос соединен трубопроводом со сборником конденсата, устройство для обеззараживания выполнено в виде линейки диодных лазеров, входящей в трубопровод для выпуска водяного пара между выходом сепаратора и входом в гидроциклон, в камере расщепления и синтеза линейки диодных лазеров расположены последовательно по длине камеры.

В частном случае в фекальной магистрали между разгрузочным клапаном и обратным клапаном выполнен эжектор, фекальная магистраль соединена трубопроводом с вакуумным аппаратом в зоне эжектора.

Посредством введения устройства рециркуляции газа и воды, устройства для обеззараживания с линейкой диодных лазеров, камеры расщепления и синтеза с рядом линеек диодных лазеров, выполнения сепаратора с колосниковой решеткой в качестве устройства для очистки фекальных стоков обеспечивается минимизация выброса загрязняющих веществ за счет уничтожения болезнетворных организмов, возгонки жидких продуктов в водяные пары и их рециркуляции, расщепления твердых веществ на атомы и их синтеза в синтетический газ.

Путем введения устройства рециркуляции газа и воды достигается минимизация потребления воды и воздуха.

Посредством выполнения в фекальной магистрали обратного клапана обеспечивается снижение уровня шума вследствие уменьшения перепада давления за счет уменьшения объема, в котором создается вакуум.

При выполнении эжектора в фекальной магистрали также обеспечивается снижение уровня шума из-за того, что для транспортировки фекальных стоков от унитаза до приемника фекальных стоков требуется меньший перепад давления между унитазом и приемником фекальных стоков

На фиг.1 представлен общий вид туалетного модуля, на фиг.2 - вид фекальной магистрали с эжектором.

Туалетный модуль (фиг.1) содержит унитаз 1, сепаратор 2, вакуумный аппарат 3, водяной насос 4, контроллер 5, соединяющую выходное отверстие унитаза 1 с сепаратором 2 фекальную магистраль 6, в которой выполнены разгрузочный клапан 7 и обратный клапан 8 с направлением открытия в сторону сепаратора 2. Фекальная магистраль 6 соединена трубопроводом 9 с вакуумным аппаратом 3. Устройство для рециркуляции газа и воды содержит вентилятор высокого давления 10, подсоединенный к его выходу воздуховод 11, а также гидроциклон 12 со сборником конденсата 13. Гидроциклон 12 соединен трубопроводом 14 с входом вентилятора высокого давления 10. Водяной насос 4 соединен трубопроводом 15 со сборником конденсата 13 и трубопроводом 16 подачи конденсата на смыв в унитазе 1.

От верхней части сепаратора 2 выведен трубопровод 17 для выпуска водяного пара, подсоединенный к входу гидроциклона 12. В боковой стенке 18 сепаратора 2 выполнено отверстие 19 для входа в камеру 20 расщепления и синтеза. Во внутреннем объеме сепаратора 2 между трубопроводом 17 для выпуска водяного пара и отверстием 19 установлена колосниковая решетка 21 с наклоном от трубопровода 17 до отверстия 19 так, чтобы не перекрывать отверстие 22 в сепараторе и отверстие 19.

Воздуховод 11 имеет на своем конце блок форсунок 23, выходные отверстия которых соединены с отверстиями 24 в дне сепаратора 2.

Устройство для обеззараживания выполнено в виде линейки диодных лазеров 25, которая установлена в трубопроводе 17 между выходным отверстием 22 в сепараторе 2 и входным отверстием 26 гидроциклона 12. Линейка диодных лазеров представляет собой ряд последовательно расположенных диодных лазеров, совместное излучение которых представляет плоский луч. Линейка диодных лазеров 25 установлена так, что ее плоский луч расположен перпендикулярно продольной оси трубопровода 17 и перекрывает полностью его поперечное сечение.

В камере 20 расщепления и синтеза вдоль ее продольной оси расположен ряд линеек диодных лазеров 27', 27''…27⁽ⁿ⁾ так, что плоский луч каждой и линеек диодных лазеров перпендикулярен продольной оси камеры 20 расщепления и синтеза и перекрывает все ее поперечное сечение.

Отверстие 28 в камере 20 расщепления и синтеза предназначено для выхода синтетического газа.

Эжектор 29 (фиг.2) расположен в фекальной магистрали 6 между разгрузочным клапаном 7 и обратным клапаном 8. Фекальная магистраль 6 соединена трубопроводом 9 с вакуумным аппаратом 3 в зоне эжектора 29.

Туалетный модуль работает следующим образом. При приведении в действие устройства смыва, например путем нажатия на предназначенную для этого кнопку, по поступающим из контроллера 5 командам запускается водяной насос 4, порция воды из сборника конденсата 13 по трубопроводам 15, 16 впрыскивается в унитаз 1, открывается разгрузочный клапан 7. Под действием разрежения, созданного вакуумным аппаратом 3 в объеме фекальной магистрали 6 между разгрузочным клапаном 7 и обратным клапаном 8, фекальные стоки в форме пробки из продукта испражнений вместе с порцией воды для смыва движутся по фекальной магистрали 6.

После выравнивания давления в фекальной магистрали 6 с атмосферным давлением фекальные стоки по инерции продолжают двигаться в сторону обратного клапана 8, который открывается, обеспечивая слив стоков в сепаратор 2.

При наличии эжектора 29 фекальные стоки, проходя через него, увеличивают скорость своего движения, чем обеспечивается более надежное открытие обратного клапана 8. Эжектор 29 также препятствует попаданию фекальных стоков в вакуумный аппарат 3.

При поступлении в сепаратор 2 фекальные стоки попадают на колосниковую решетку 21, их жидкая фракция сливается вниз сепаратора 2, а твердые вещества задерживаются на колосниковой решетке 21. После закрытия разгрузочного клапана 7 разрежение в фекальной магистрали 6 восстанавливается, и туалет готов к повторному циклу взаимодействия между унитазом 1 и сепаратором 2.

Из гидроциклона 12 воздух под действием вентилятора высокого давления 10 по трубопроводу 14 и воздуховоду 11 поступает в блок форсунок 23 и из них через сеть отверстий 24 в дне сепаратора 2 в нижнюю часть сепаратора 2. При этом за счет барботации жидкой фракции фекальных стоков образуется вспененная фекальная масса, которая вследствие ее малой плотности всплывает и оказывается в основном над колосниковой решеткой 21. В зоне сепаратора 2, где расположена вспененная фекальная масса, происходит бурное истечение содержащихся в пузырьках паров воды. Для увеличения скорости парообразования в сепараторе 2 поддерживается температура не ниже 37°C, при которой обеспечивается доходящее до 50% разрушение молекулярных связей воды. С учетом того, что фекальные стоки имеют близкую к 37°C температуру, необходимый небольшой подогрев жидкой фекальной фракции в сепараторе 2 обеспечивается за счет сжатия газа при работе вентилятора высокого давления 10.

Перенасыщенный парами воды газообразный продукт при проходе от сепаратора 2 через трубопровод 17 встречает виртуальную преграду в виде лазерного излучения высокой мощности, обеспечиваемого линейкой диодных лазеров 25. Здесь происходит очистка газового потока от всех мельчайших твердых включений и микроорганизмов, которые практически полностью разрушаются на молекулярном уровне, приобретая структуру газообразного продукта. Таким способом осуществляется обеззараживание газообразных продуктов, получающихся в результате разделения в сепараторе 2 фекальных стоков на газообразную и сгущенную фракции.

В дальнейшем водяные пары через трубопровод 17 для выпуска водяного пара поступают в гидроциклон 12, где обеспечивается резкое расширение газа, и следовательно, и его охлаждение до температуры ниже 37°С. Молекулярные связи воды восстанавливаются, и пар конденсируется в капельки воды. Вода выпадает в сборник конденсата 13 и из него в очередном цикле смыва подается в унитаз 1. Таким образом обеспечивается рециркуляция воды в туалетном модуле. Выделившийся в гидроциклоне 12 газ из него через трубопровод 14, воздуховод 11 и блок форсунок 23 в результате работы вентилятора высокого давления 10 опять поступает в сепаратор 2. Тем самым достигается рециркуляция газа в туалетном модуле.

В результате процесса испарения воды вспененная фекальная масса теряет воду и превращается в сгущенную фракцию фекальных стоков, которая под действием силы тяжести сползает по наклонной плоскости колосниковой решетки 21 к отверстию 19 камеры 20 расщепления и синтеза и проходит через него в камеру 20 расщепления и синтеза. Продвигаясь по камере 20, сгущенная фракция фекальных стоков проходит через ряд линеек диодных лазеров 27', 27''…27⁽ⁿ⁾, где каждая из линеек диодных лазеров 27', 27”…27⁽ⁿ⁾ создает лазерное излучение высокой мощности. В зоне лазерного излучения каждой из линеек диодных лазеров 27', 27''…27⁽ⁿ⁾ при температуре не ниже 2000°C углеродсодержащие вещества, в том числе и болезнетворные организмы, разрушаются, разлагаясь на атомы кислорода, водорода, углерода и т.д. В дальнейшем при наличии высокой температуры и в присутствии водяного пара происходят реакции газификации продуктов разрушения с образованием синтетического газа. Синтетический газ выводится через отверстие 28 в камере 20 расщепления и синтеза и может быть использован в качестве топлива. Количество рядов линеек диодных лазеров определяется массой фекальных стоков, которая подлежит обработке.

Следствием обработки сгущенной фракции фекальных стоков посредством ряда линеек диодных лазеров 27', 27''…27⁽ⁿ⁾ является обеззараживание фекальных стоков и их переработка с получением только газообразных веществ, не содержащих соединений азота.

Таким образом, посредством туалетного модуля обеспечивается минимизация ущерба для окружающей среды за счет уменьшения вредных выбросов и потребления воды и воздуха, за счет обеззараживания промежуточных продуктов, получающихся после разделения фекальных стоков в сепараторе 2.

Так как вакуум создается в малом объеме фекальной магистрали 6 между разгрузочным клапаном 7 и обратным клапаном 8, то уменьшается перепад давления между выходным отверстием унитаза 1 и сепаратором 2, что снижает уровень шума в процессе смыва фекалий.

Вследствие того, что посредством эжектора 29 увеличивается скорость продвижения фекальных стоков, снижаются требования к перепаду давления между выходным отверстием унитаза 1 и сепаратором 2, следствием чего является снижение уровня шума при пользовании туалетом.

Источники информации

1. Патент США №4.819.279 кл. 4/300. Vacuum toilet system. 11.04.89.

2. Патент США №5.495.626 кл. 4/435. Electrical control device. 05.03.96.

3. Патент США №5.245.711 кл. 4/435. Vacuum toilet system. 21.09.93.

Изобретение относится к устройствам для переработки и обеззараживания испражнений в замкнутой системе жизнеобеспечения как на транспорте, так и в индивидуальной среде обитания. Модуль содержит унитаз, приемник фекальных стоков, фекальную магистраль от унитаза до приемника фекальных стоков с разгрузочным клапаном, устройство смыва с водяным насосом, вакуумный аппарат, соединенный трубопроводом с фекальной магистралью, контроллер. В модуль введены устройство рециркуляции газа и воды, устройство для обеззараживания, камера расщепления и синтеза с рядом линеек диодных лазеров. В качестве приемника фекальных стоков выполнен сепаратор, в котором обеспечивается температура не ниже 37°C. В фекальной магистрали после разгрузочного клапана установлен обратный клапан с направлением открытия в сторону сепаратора. Сепаратор снабжен выполненным в его верхней части трубопроводом для выпуска водяного пара, отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза, сетью отверстий на дне. Во внутреннем объеме сепаратора между его трубопроводом для выпуска водяного пара и отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза установлена колосниковая решетка с наклоном от трубопровода для выпуска водяного пара до отверстия для входа в камеру расщепления и синтеза. Устройство для рециркуляции газа и воды содержит вентилятор высокого давления, гидроциклон со сборником конденсата, воздуховод с форсунками на одном конце. К входу гидроциклона подсоединен выход трубопровода для выпуска водяного пара в сепараторе, гидроциклон соединен трубопроводом с входом вентилятора высокого давления, к выходу которого подсоединен воздуховод с форсунками, выходы форсунок соединены с отверстиями в дне сепаратора. Водяной насос соединен трубопроводом со сборником конденсата. Устройство для обеззараживания выполнено в виде линейки диодных лазеров, входящей в трубопровод для выпуска водяного пара между выходом сепаратора и входом в гидроциклон, в камере расщепления и синтеза линейки диодных лазеров расположены последовательно по длине камеры. Обеспечивается минимизация выброса загрязняющих продуктов, потребления воды и воздуха, а также снижение уровня шума. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Туалетный модуль, содержащий унитаз, приемник фекальных стоков, фекальную магистраль от унитаза до приемника фекальных стоков с разгрузочным клапаном, устройство смыва с водяным насосом, вакуумный аппарат, соединенный трубопроводом с фекальной магистралью, контроллер, отличающийся тем, что в него введены устройство рециркуляции газа и воды, устройство для обеззараживания, камера расщепления и синтеза с рядом линеек диодных лазеров, в качестве приемника фекальных стоков выполнен сепаратор, в котором обеспечивается температура не ниже 37°C, в фекальной магистрали после разгрузочного клапана установлен обратный клапан с направлением открытия в сторону сепаратора, сепаратор снабжен выполненным в его верхней части трубопроводом для выпуска водяного пара, отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза, сетью отверстий на дне, во внутреннем объеме сепаратора между его трубопроводом для выпуска водяного пара и отверстием для входа в камеру расщепления и синтеза установлена колосниковая решетка с наклоном от трубопровода для выпуска водяного пара до отверстия для входа в камеру расщепления и синтеза, устройство для рециркуляции газа и воды содержит вентилятор высокого давления, гидроциклон со сборником конденсата, воздуховод с форсунками на одном конце, к входу гидроциклона подсоединен выход трубопровода для выпуска водяного пара в сепараторе, гидроциклон соединен трубопроводом с входом вентилятора высокого давления, к выходу которого подсоединен воздуховод с форсунками, выходы форсунок соединены с отверстиями в дне сепаратора, водяной насос соединен трубопроводом со сборником конденсата, устройство для обеззараживания выполнено в виде линейки диодных лазеров, входящей в трубопровод для выпуска водяного пара между выходом сепаратора и входом в гидроциклон, в камере расщепления и синтеза линейки диодных лазеров расположены последовательно по длине камеры.

2. Туалетный модуль по п.1, отличающийся тем, что в фекальной магистрали между разгрузочным клапаном и обратным клапаном выполнен эжектор, фекальная магистраль соединена трубопроводом с вакуумным аппаратом в зоне эжектора.