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Anlage zum Abtransport von Abfällen, insbesondere Exkrementen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Abtransport von Abfällen, insbesondere Exkrementen, die in einer in einer Wasserklosettschüssel vorhandenen Wasseransammlung enthalten sind, welche Klosett- schüssel ein Auslassventil hat, das den Auslass der Klosettschüssel im Ruhezustand abschliesst und das beim Entleeren der Klosettschüssel geöffnet wird, wobei dieser Auslass mit einem rohrförmigen Transportkanal verbunden ist, der zu einem Aufnahmegefäss führt, in dem ein unterhalb dem Atmosphären- druck liegender Druck aufrecht erhalten wird. Ein solches System ist unter anderem in der brit. Patent- schrift Nr. 867, 664 beschrieben.
Es ist bekannt, den Transportkanal mit im Abstand abgeordneten Wasserscheiden und jeden Lei- tungsabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wasserscheiden mit einer Tasche zur Aufnahme der
Flüssigkeit zu versehen.
Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen jeder Tasche nur ein kleiner Bruchteil des Leitungsvolumens zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wasserscheiden ist. Die
Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrie- ben ; es zeigen die Fig. la und 1b eine schematische Darstellung einer Anlage gemäss der Erfindung, die
Fig. 2 bis 11 eine schematische Darstellung der Funktion der erfindungsgemässen Anlage und die Fig. 12 bis 15 verschiedene Ausführungsformen der die Stopfen bildenden Taschen oder Wasserverschlüsse.
In der Wasserklosettschüssel l nach Fig. la werden von einem regelbaren Wasserzufluss kommendes
Wasser und irgendwelche Abfälle, z. B. Exkremente, gesammelt und so lange zurückgehalten, wie der steuerbare Auslass 3 geschlossen bleibt. Der Auslass 3 ist über eine insgesamt mit 200 bezeich- nete Transport-oder Entleerungsleitung 3 mit einem unter Unterdruck stehenden Auffanggefäss 201 verbunden. Eine elektrisch betätigte Evakuierungspumpe 202 ist über elektrische Leitungen 203 und 204 durch ein druckempfindliches Relais 205 gesteuert. Die Saugseite der Pumpe 202 ist mit dem Behälter 201 über eine Leitung 206 und ihre Auslassseite über eine Leitung 207 mit der
Atmosphäre verbunden. Das Relais 205 ist so ausgelegt, dass es die Pumpe dann in Gang setzt, wenn der Druck innerhalb des Gefässes 201 eine obere Grenze erreicht hat, z.
B. einen Druck, der 6/10 des Atmo- sphärendruckes beträgt und die Pumpe stillsetzt, wenn ein genügend hohes Vakuum wieder hergestellt ist, z. B. ein Vakuum mit 4/10 des Atmosphärendruckes.
Wenn der Auslass 3 geöffnet wird, wird der Schlüsselinhalt einem unterhalb dem Atmosphären- druck liegenden Druck ausgesetzt, der auf die Auslassseite wirkt. Der Differenzdruck zwischen diesem
Unterdruck und demAtmosphärendruckbewirktdieFortbewegungdurch den Auslass 3 in das Rohr 200.
Der Auslass 3 wird nach dem Abtransport des Schlüsselinhalts noch eine gewisse Zeit lang offenge- halten, so dass durch den Auslass 3 ein beträchtliches Luftvolumen in die Leitung 200 strömt. An- schliessend daran wird der Auslass nach einer vorbestimmten Zeit geschlossen. Flüssigkeit, die während einer Schliessperiode des Auslasses 3 im Verlauf von einem oder mehreren Entleerungsvorgängen in die Leitung 200 gelangt, wird in einer oder mehreren einer Vielzahl von Taschen oder Wasserver- schlüssen 208-212 gespeichert.
Wenn der Auslass geschlossen wird, entleert jede Tasche einen Abschnitt der Leitung. So entleert die Tasche 208 den Abschnitt zwischen dem Auslass 3 und der Rohrbiegung 213, die als Wasser-
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selber beträchtlich reduziert wurde. Ausserdem wird der Pfropfen mehr und mehr deformiert, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Pfropfen und der Rohrwand mehr und mehr vermindert wird.
In Fig. 4 hat der Pfropfen 227 seine Berührung mit der Oberseite der Rohrwand verloren und die hinter dem Pfropfen einströmende Luft zerreisst den Pfropfen in Teile, wodurch Flüssigkeitstropfen und
Schaum 231 gebildet werden, welche Teilchen schnell durch das Rohr hindurchgetrieben werden.
Im Zustand nach Fig. 5 ist der Schaum weitergetrieben worden und die Rohrwand ist über den ge- samten Weg vom Punkt 3 bis zum Punkt 224 mit Flüssigkeit benetzt worden.
Beim Zustand nach Fig. 6 ist das Ventil 4 geschlossen worden, wodurch der Zufluss atmosphärischer
Luft abgestoppt und frische Flüssigkeit in die Schüssel 1 gefüllt wurde. Die in der Auslassleitung ver- bleibende Flüssigkeit läuft nach entgegengesetzten Richtungen zu den tiefsten Stellen der Rohrbiegungen zwischen dem Ventil 4 und den Punkten 223 und 224, wo sie kleinere oder grössere Flüssigkeits- ansammlungen bildet. Die grösste Flüssigkeitsansammlung wird in diesem Zustand bei Punkt 223 lie- gen, wobei der Flüssigkeitsspiegel 332 auf der linken Seite der Ansammlung die Oberseite 232 der
Rohrbiegung gerade berührt, während der rechts liegende Flüssigkeitsspiegel 234 etwas höher lie- gen wird.
Die Luftverdünnung im Behälter 225 hat zur Folge, dass die gesamte Luft, die einen höheren
Druck als den im Behälter 225 herrschenden Druck, nämlich 0, 5 kg/cm !, hat, sich in Richtung des
Behälters zu bewegen versucht. Wenn dann der Druck des Luftkissens 227, das zwischen dem Ven- til 4 und dem Spiegel 232 eingeschlossen ist, wesentlich grösser ist als der Druck im Behälter 225, werden bei Punkt 223 Luftblasen 225 durch die Flüssigkeit 236 hindurchgesaugt, bis der Druck des eingeschlossenen Luftkissens 237 nur noch so viel höher als der Druck im Behälter 235 ist, wie der Höhe der Flüssigkeitssäule 238 entspricht.
Die Flüssigkeitsansammlung 236 bildet so einen neuen Pfropfen, der das Rohr abdichtet und als zweiter Pfropfen bezeichnet werden kann und der u. a. zur Folge hat, dass die Entleerungsleitung 219 durch einen Flüssigkeitsverschluss in zwei Abschnitte unterteilt ist, von denen der eine vom Ventil 4 bis zum Punkt 223 und der zweite vom Punkt 223 bis zum Behälter 225 reicht. Der Luftdruck in den einzelnen Abschnitten ist schrittweise verschie- den. Die Funktion des Luftkissens 237 wird weiter unten erläutert werden.
In Fig. 7 ist der Zustand nach einem zweiten Öffnungsvorgang des Ventils 4 dargestellt, durch welchen Öffnungsvorgang die nächste Entleerungsperiode eingeleitet wurde. Hiebei wird ein neuer
Flüssigkeitspfropfen 239 aus dem Auslass 3 der Schüssel in die Entleerungsleitung ausgestossen, u. zw. wieder auf Grund der Wirkung des Atmosphärendruckes auf die Aussenfläche 240 des Pfropfens.
Die Innenfläche 241 ist in diesem Fall zunächst dem niedrigen Druck des Luftkissens 237 ausgesetzt, welcher Druck gleich dem Druck im Behälter 225 plus dem Druck ist, der durch das Gewicht der Säule 239 ausgeübt wird. Der zweite Pfropfen 238 wird zunächst auf seiner linken Seite 242 dem gleichen Druck ausgesetzt. Da jedoch das zwischen den Pfropfen 236 und 239 eingeschlossene Luftkissen mit der Fortbewegung des Pfropfens 239 zunehmend komprimiert wird, wird der Luftdruck im Kissen 237 entsprechend zunehmen. Der zweite Pfropfen 226 wird dann mehr und mehr beschleunigt, jedoch mit geringerer Kraft als dies der Fall war, als der Pfropfen 227 sich in der Lage entsprechend Fig. 2 befunden hat. Auch wird die Beschleunigung des Pfropfens 239 infolge des Gegendruckes, der sich bei der Kompression des Luftkissens 237 aufbaut zunehmend geringer werden als am Anfang.
Beim Zustand nach Fig. 8 hat der Pfropfen 239 seine Berührung mit der Oberseite der Rohrwand aufgegeben und hinter sich Flüssigkeitsmengen 243 an der Rohrwand zurückgelassen und ausserdem Flüssigkeitstropfen und Schaum 244 gebildet, die durch die Leitung hindurchgetrieben werden. Der Pfropfen 236 hat sich nun über eine etwas kürzere Entfernung als die Flüssigkeit des Pfropfens 239 bewegt. Von diesem Zeitpunkt an, wird dann, wenn der Pfropfen 239 seine Berührung mit der Rohrwand verloren hat, Luft rasch vorbeiströmen und der Pfropfen 236 wird, wenn er noch vorhanden ist, einem erhöhten Treibdruck ausgesetzt, so dass seine Beschleunigung beträchtlich zunimmt. Die Wasseransammlung beim Punkt 224 bleibt eher erhalten, da sie nur von Luft niedrigen Druckes passiert wird.
Beim Zustand nach Fig. 9 wurde das Ventil 4 wieder geschlossen und der Zufluss atmosphärischer Luft hat aufgehört. Das Wasser in der Entleerungsleitung fliesst auf Grund der Neigung des Rohres zu den Taschen 223 und 224, wo es sich sammelt und neue zweite und dritte Pfropfen 245 und 246 bildet. Der Behälter 225 versucht alle Luft an sich zu ziehen, die einen grösseren Druck als den Behälterdruck, z. B. 0, 5kg/cm , hat, so dass die neu gebildeten Pfropfen 245 und 246 sich so einstellen werden, wie es in der Skizze (Fig. 9) angedeutet ist, d. h. dass die linken Flüssigkeitsspiegel 247 und 249 jeweils tiefer liegen als die auf der rechten Seite befindlichen Flüssigkeitsspiegel 248 und 250.
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Luftblasen, wie sie bei 251 und 252 angedeutet sind, werden durch die Wasseransammlungen wandern, wodurch das gesamte System nach und nach in einen Zustand gelangt, bei dem der Druck des
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wie der Druck im Behälteri entspricht und bei dem der Druck des zwischen dem Ventil 4 und dem Spiegel 247 eingeschlossene
Luftkissens 258 gleich dem Druck im Behälter 225 zuzüglich einem Druckwert, der der Summe der Flüssigkeitssäulen 253 und 254 entspricht, ist.
Wenn gemäss Fig. 10 das Ventil 4 zum dritten Mal geöffnet wird, wird der Atmosphärendruck einen ersten Pfropfen 225, das Luftkissen 228 einen zweiten Pfropfen 256 und das Luftkissen 259 einen dritten Pfropfen 257 in den Behälter 225 treiben. Dieses Mal wurde der Pfropfen 255 offensichtlich nicht durch eine so hohe Druckdifferenz beeinflusst wie beim Zustand nach Fig. 2 und noch viel weniger durch eine Druckdifferenz, wie sie beim Zustand nach Fig. 7 auftritt. Der Pfrop- fen 255 wird jedoch anfänglich noch beträchtlich beschleunigt, wonach die Beschleunigung zu- nehmend geringer wird.
Der Pfropfen 256 wird nur nach und nach im Masse der Zusammenpressung des Luftkissens 258 infolge der Bewegung des Pfropfens 255 beschleunigt, während der Pfrop- fen 257 noch später und noch weniger stark beschleunigt wird, nämlich erst dann, wenn der Pfrop- fen 256 so weit bewegt wurde, dass das Luftkissen 257 in einem nennenswerten Masse zusammen- gedrückt wurde.
Beim Zustand gemäss Fig. 11 sind alle Pfropfen zerrissen und es wird durch die über die Entleerungs- leitung 219 eintretende Atmosphärenluft während einer kurzen Zeit nach dem Schliessen des Schie- bers 4 nur Schaum vorwärts getrieben. Kurze Zeit danach tritt wieder der Zustand gemäss Fig. 9 ein.
Das System hat nun seinen Gleichgewichtszustand erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass während der Zeit, während der der Schieber 4 geschlossen ist, die Entleerungsleitung in mit Luft gefüllte Abschnitte oder Luftkissen geteilt ist, die durch einen oder mehrere Pfropfen voneinander ge- trennt sind, wobei der Luftdruck dieser Kissen vom Behälter 225 zum Schieber 4 hin schrittweise zunimmt. Wenn der Schieber 4 geöffnet wird, wird zuerst der erste durch den Inhalt der geschlossenen
Schüssel gebildetete Pfropfen eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Erst danach wird der zweite Pfrop- fen in Bewegung gesetzt, und erst dann, wenn letzterer sich eine gewisse Strecke weit bewegt hat, wird der dritte Pfropfen in Bewegung kommen usw.
Dies bedeutet, dass dann, wenn die Entleerungsleitung eine nennenswerte Länge hat, der erste
Pfropfen den Behälter 225 nicht erreichen wird, bevor er in Stücke zerfallen ist ; sehr oft gilt dies auch für den zweiten Pfropfen. Es kann höchstens sein, dass der dritte Flüssigkeitspfropfen oder ein
Pfropfen noch höherer Ordnung oder wenigstens die Flüssigkeit dieses Pfropfens den Behälter 225 er- reichen wird.
In jedem Fall ist klar, dass so lange, wie ein Flüssigkeitspfropfen die Leitung vollständig ausfüllt, dieser mit einer grossen Kraft durch das Rohr bewegt wird, u. zw. mindestens während der Zeit des Entleerungsvorganges, während der eine entsprechende Druckdifferenz zwischen den beiden Endflächen des
Pfropfens wirksam ist.
Anderseits muss klargestellt werden, dass die die Pfropfen bildenden Taschen bei den Punkten 223 und 224 durch eine ausreichend grosse mit Luft gefüllte Rohrlänge voneinander getrennt sein müssen, um zu vermeiden, dass die Pfropfenlänge zu gross und damit die Beschleunigung zu klein wird, insbesondere wenn die Entleerungsleitung einen ansteigenden Abschnitt hat, so dass die Schwerkraft der Bewegung des Pfropfens entgegenwirkt.
Wegen der Tatsache, dass der Luftdruck auf die Flächeneinheit des Querschnittes des Flüssigkeitspfropfens einwirkt, sind ausschliesslich folgende Grössen für die Beschleunigung massgebend :
1. Die Länge des Flüssigkeitspfropfens,
2. die Grösse der Differenz des Luftdruckes zu beiden Seiten des Pfropfens,
3. die Grösse der Reibungskräfte, die der Pfropfenbewegung entgegenstehen und
4. die Richtung der Schwerkraft relativ zur Bewegungsrichtung.
Wenn z. B. die gesamte Entleerungsleitung mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann das System nicht mehr zufriedenstellend arbeiten. Es ist ferner klar, dass die Flüssigkeitspfropfen umso früher zerfallen werden, je grösser der Rohrdurchmesser ist, weshalb dieser nicht zu gross sein sollte. Sobald der Pfropfen in Stücke zerfallen ist oder sobald er nicht mehr über seinen ganzen Umfang in Berührung mit der Rohrwand ist, hört die kolbenähnliche Funktion des Pfropfens auf, so dass der Vortrieb weniger wirksam ist.
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Bei den Systemen nach den Fig. 1 bis 11 bilden die Böden der Rohrsenkungen Taschen 223 und 224, während die darin gespeicherte Flüssigkeit Flüssigkeitspfropfen bildet. Wenn man animmt, dass das
Volumen V einer Tasche so gross ist, dass es gerade ausreicht, um im Rohr eine Flüssigkeitsdichtung zu bilden, ist offensichtlich dass das Volumen der Taschen bei 223 und 224 nur ein kleiner Bruchteil des durch jede Tasche zu entleerenden Rohrvolumens zwischen zwei Wasserscheiden, nämlich zwischen den Wasserscheiden 220,221 und 222 ist. Dies steht offensichtlich auch in Verbindung mit den Nei-
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bei 261 berührt, mit der oberen Wand des tiefsten Punktes des Rohres sich vom Berührungspunkt 261 weit nach beiden Seiten erstreckt.
Die Flüssigkeitssäule wird sich im Falle einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten eine beträchtliche Strecke nach der Niederdruckseite hin erstrecken.
In Fig. 1 sind geringe Rohrneigungen dargestellt, wobei sogar ein waagrechtes Stück enthalten ist ; die Taschen 208 - 212 jedoch haben eine spezielle Form, die nachfolgend besprochen wird.
In Fig. 13 ist eine speziell geformte Tasche dargestellt, die S-Krümmungen 262 und 263 und einen halbkreisförmigen Taschenraum 264 mit einem verhältnismässig kleinen Krümmungsradius aufweist. Wenn das Taschenvolumen gemäss Fig. 12 mit Vl und dasjenige gemäss Fig. 13 mit V ; bezeichnet wird, ergibt sich folgende Beziehung :
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schnitt 265 gemäss Fig. 14 vorgesehen werden. Im gezeichneten Fall wird das Volumen V 28% des
Volumens V 1 betragen.
Gemäss Fig. 15 hat die Tasche senkrechte Abschnitte 305 und 306, wodurch die Taschentiefe nach Wunsch vergrössert werden kann. Dies ist bei langen, annähernd waagrechten Abschnitten der Ent- leerungsleitung von Bedeutung. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein mässiger Flüssigkeitsan- stieg im Ausgangsschenkel 306 kein Überfliessen der Flüssigkeit in den benachbarten annähernd waag- rechten Rohrabschnitt 307 zur Folge hat. Ausserdem wird dieser mässige Anstieg sofort eine Flüssig- keitssäule ergeben, die der Druckdifferenz, die den Ansteig verursachte, entgegenwirkt.
Im Falle langer annähernd waagrechter Abschnitte gemäss Fig. 1 ist es besonders wichtig, dass Wasserscheiden 213 - 217 mit einem Abstand von zirka 20 bis 30 m eingebaut werden. Zwischen jedem Paar benachbarter Wasserscheiden sind Taschen 208 - 212 vorgesehen. Diese Taschen werden so ausgebildet, dass sie ein kleines Volumen haben, etwa ein Volumen in der Grössenordnung von 1 1.
Wenn der innere Rohrdurchmesser 44 mm ist bedeutet dies, dass das Taschenvolumen nur 1/30 des Rohrvolumens zwischen einem Paar im Abstand von 20 m angeordneten benachbarten Wasserscheiden beträgt.
Um die oben ausgeführten Grundprinzipien der Erfindung zu verwirklichen, sollten folgende Regeln beachtet werden. Das Volumen V jeder Tasche nach den Fig. 12, 13 und 14 sollte in einem Bereich liegen, der durch die Formel
V = c. dus definiert ist, wobei c ein Koeffizient zwischen 1, 5 und 15 und d der Innendurchmesser des Rohres im Bereich der Tasche ist.
Die Luftmenge, die nach dem Entleeren der Klosettschüssel in das Rohr einströmt, hat einen wesentlichen Einfluss auf das Bild nach Fig. 9, das den Zustand nach mehreren Entleerungsprozessen bei geschlossenem Schieber 4 und nach Einstellung eines Ruhezustandes darstellt. Je länger die Öffnungszeit des Schiebers 4 ist, desto geringer wird die in den Taschen 223 und 224 während der Zwischenzeit zwischen zwei Leerungen in den Taschen verbleibende Flüssigkeitsmenge sein und umgekehrt. Durch Einstellen der Öffnungszeit des Schiebers 4 durch den Montageingenieur kann die in den Taschen verbleibende Flüssigkeitsmenge bestimmt werden.
Um eine zuverlässige Funktion einer Entleerungsleitung, die im wesentlichen waagrecht oder bergab verläuft, sicherzustellen, sollte das verbleibende Flüssigkeitsvolumen 1/2-10% des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taschen eingeschlossenen Luftkissenvolumens sein. Dies ist insbesondere bei Rohren wichtig, die sich über eine Ent-
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femung von 100 m oder mehr erstrecken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zum Abtransport von Abfällen, insbesondere Exkrementen, die in einer in einer Wasser- klosettschüssel vorhandenen Wasseransammlung enthalten sind, welche Klosettschüssel ein Auslassventil hat, das den Auslass der Klosettschüssel im Ruhezustand abschliesst und das beim Entleeren der Klosett- schüssel geöffnet wird, wobei dieser Auslass mit einem rohrförmigen Transportkanal verbunden ist, der zu einem Aufnahmegefäss führt, in dem ein unterhalb dem Atmosphärendruck liegender Druck aufrecht erhalten wird und der Transportkanal mit im Abstand angeordneten Wasserscheiden und jeder Leitungs- abschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wasserscheiden mit einer Tasche zur Aufnahme der
Flüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen jeder Tasche (208 - 212,
223,224)
nur ein kleiner Bruchteil des Leitungsvolumens zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wasserscheiden (213 220-222) ist.