CN101357047A - 一种太空马桶 - Google Patents
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Abstract
一种太空马桶，包括壳体(1)和安装在其内的粪便采集系统和收集系统，粪便采集系统为具有管状输送槽(2)的电动螺旋给料机构，进料口也即进便口(3)为输送槽的开口末端且向上凸出壳体外，卸料口也即出便口(4)开在输送槽侧壁，螺旋转轴(5)内置于输送槽内且与其可以相对轴向位移，采集电动机(6)输出通过一中间带有凸环的短轴(7)带动螺旋转轴，短轴的一端为六角头配合螺旋转轴端面的内六角孔(8)，短轴另一端的外表面开有一段螺旋槽(9)，采集电动机输出轴上固定有配合短轴的轴套(10)，轴套内壁有凸块(11)对应于短轴的螺旋槽；粪便收集系统接出便口。本发明采用体内便体采集技术解决排泄物漂浮问题，操作简便体积小能耗成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种马桶，尤其是涉及一种适用于在失重的太空中使用帮助排便的马桶(也可用于便秘者)。
背景技术
遨游开发太空，是人类自古以来梦寐以求的愿望。50年来，人们为了插上遨游太空的翅膀、作出了不懈努力和伟大的牺牲。1957年10月4日 前苏联 世界上第一颗人造地球卫星升空，1961年4月12日 前苏联 世界上第一艘载人航天飞船升空，1964年10月12日 前苏联 世界上第一艘多人航天飞船升空，1965年3月18日 前苏联宇航员——列昂诺夫进行了人类历史上第一次舱外太空活动，1969年7月20日 美国宇航员——尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·奥尔德林实现了人类第一次登月飞行。
当前苏联和美国一次次在航天领域展开激烈竞争时，中国人也在不断进行着航天技术的研究和探索。2003年10月15日，“神舟”五号载人飞船成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送上了太空。2005年10月12日，“神舟”六号载人航天飞船成功发射，使中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。
然而开发太空还存在着一系列技术困难，最伤脑筋的就是如何解决人在飞船中的生活问题。许多宇航员进入太空后往往会发生便秘，不理想的太空马桶也会让他们无法排泄，对排泄物的处理更是束手无策。目前，美国、俄罗斯和中国“神六”采用的太空马桶，在卫生、舒适、清洁、方便、安全、耗能等方面都存在着诸多问题：美国奋进号航天飞机所配太空马桶造价2340万美元，工作原理：采用抽气导流原理。引导排泄物和人体分离并导入集便袋。缺点：结构复杂、体积庞大；在失重状态下，人体无法准确把握如厕姿态；使用方式烦琐，操作稳定性较差。俄罗斯太空马桶造价1900万美元，工作原理：采用抽气导流，分离收集。缺点：结构繁琐、操作复杂、体积庞大、能耗高。中国神舟六号所使用的太空马桶耗资1800万元人民币，工作原理：沿用传统太空抽气马桶原理仿制，缺点：皮揣密封性存在安全隐患、操作复杂、使用成功率低、体积庞大、能耗高。
据报道：美国航天飞船在11次成功太空飞行中，太空马桶就发生了10次事故，其中几次因为太空马桶发生重大事故，而几乎导致机毁人亡。传统太空马桶的技术缺陷，已经不可避免的成为航天飞行中的严重安全隐患。因此，各国航天科学家也一直在探索，力图突破太空马桶的技术瓶颈。中国航天局副局长、神六访港代表团团长、神六现场总指挥胡世祥在航天英雄代表团访港演讲中指出：″神州″六号在飞行过程中急需解决的问题就是宇航员的正常排泄和排泄物的处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种采用体内便体采集技术解决排泄物漂浮问题，操作简便体积小能耗成本低的太空马桶。
解决上述技术问题，可以通过以下的技术方案来实现：一种太空马桶，其特征是：包括壳体和安装在其内的粪便采集系统和收集系统，所述的粪便采集系统为具有管状输送槽的电动螺旋给料机构，进料口也即进便口为管状输送槽的开口末端且向上凸出壳体外，卸料口也即出便口开在输送槽侧壁，螺旋转轴内置于输送槽内且与其可以相对轴向位移，处于输送槽下方的工作清洗电动机输出通过一中间带有凸环的短轴带动螺旋转轴，短轴的一端为六角头配合螺旋转轴端面的内六角孔，短轴另一端的外表面开有一段螺旋槽，工作清洗电动机输出轴上固定有配合短轴的轴套，轴套内壁有凸块对应于短轴的螺旋槽，短轴中间的凸环与输送槽之间的轴身上套有压缩弹簧；所述的粪便收集系统接出便口。
所述的粪便收集系统包括：一集便袋、一板状的集便袋装载器、片状的出便口开闭器和连接片，以及集便袋罩盒和出便口开闭驱动机构，固定在壳体内的板状集便袋装载器上开有对应于前述出便口的开口并在板的外侧制有凸环，集便袋袋口套在集便袋装载器开口凸环上；在集便袋装载器内侧表面上、沿开口的一侧有两条平行、竖立的导向压条，片状的出便口开闭器和连接片通过一卡扣可拆卸地连成一体，并可相对移动地被限制在导向压条之间的集便袋装载器内侧表面上，其中连接片被夹在出便口开闭器与装载器内侧表面之间；出便口开闭驱动机构为收集电机带动齿轮齿条啮合，竖向的齿条固定在出便口开闭器的外表面上；集便袋罩盒可拆卸地扣接在壳体上并将集便袋装载器及集便袋包裹其中。
所述的壳体由底座及固定在其上的合起、具有纵向分界面的前、后盖构成，粪便采集系统和收集系统固定安装在合起呈柱状的前后盖内，进便口向上凸出壳体外，水平的出便口朝向前后盖的分界面。
在上述基础上，本发明还可进一步完善：
所述的工作清洗、收集电动机由电池提供电源，电机输出经过减速齿轮箱；
所述的螺旋转轴为双头螺旋转轴；
所述的螺旋转轴与输送槽间可以相对轴向位移的结构为：螺旋转轴的动力输入端部有一段为光身轴颈，支承在管状输送槽端部的一段对应的管口上；
所述的螺旋转轴端部装有防护胶套；
所述的壳体顶部装有顶盖盖住凸出壳体外的进便口；
所述的集便袋罩盒可拆卸地扣接在壳体上的结构为：集便袋罩盒的两侧分别制有弹性搭扣，壳体的前后盖对应处装有脱扣按钮；
所述的出便口开闭器和连接片通过一卡扣可拆卸地连成一体的结构为：连接片朝向开闭器面有一凸出的弹性卡扣，出便口开闭器对应处开有对应孔；
所述的连成一体的出便口开闭器和连接片可相对移动地被限制在导向压条之间的集便袋装载器内侧表面上的结构为：连成一体的出便口开闭器和连接片安放在集便袋装载器内侧表面上对应的凹槽内，导向压条设在凹槽两边沿上并向槽中延伸，限制连成一体的出便口开闭器和连接片脱出凹槽；或是连成一体的出便口开闭器和连接片直接安放在集便袋装载器内侧表面上，两侧的导向压条为角铁状相向布置限制连成一体的出便口开闭器和连接片脱出凹槽。
所述的集便袋采用生物碳化材料制造，可将粪便中的水分及臭味分子吸附；
设有动态阻尼探测控制系统，其包括压力传感器或应变传感器及控制芯片，控制芯片与压力传感器或应变传感器及工作清洗电动机分别有控制线电连接，压力传感器或应变传感器设在电动螺旋给料机构的螺旋转轴上感应粪便对螺旋转轴的压力。
本发明的有益效果：1、操作简便，航天员只需5-7分钟即可完成如厕；2、采用体内便体采集技术，科学解决排泄物漂浮问题；3、体积小，仅为传统太空马桶的二十五——三十分之一，有效节省舱内空间；3、能耗低，单次充电，可使用30～35次；4、成本低，单套造价1万元人民币。
附图说明
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步的详细说明：
图1是本发明的太空马桶实施例的结构外观立体示意图；
图2是实施例的结构组成分解立体示意图；
图3是实施例的部分结构组成分解立体放大示意图；
图4是实施例的粪便采集系统结构组成分解立体示意图；
图5是实施例连成一体的出便口开闭器和连接片可相对移动地被限制在导向压条之间的集便袋装载器内侧表面上的结构横剖面示意图；
图6是从另一个侧面看的连成一体的出便口开闭器和连接片可相对移动地被限制在导向压条之间的集便袋装载器内侧表面上的结构组成分解立体放大示意图；
图7是实施例的集便袋罩盒可拆卸地扣接在壳体前后盖上的结构组成分解立体示意图；
图8是实施例的粪便采集系统电机驱动的结构组成分解立体示意图之一；
图9是图8的另一个视角的示意图；
图10是实施例的粪便收集系统电机驱动的结构组成分解立体示意图之一；
图11是图10的另一个视角的示意图；
图12是壳体及外罩的结构组成分解立体示意图。
图中：1-壳体，2-管状输送槽，3-进料口也即进便口，4-卸料口也即出便口，5-螺旋转轴，6-工作清洗电动机，7-凹环短轴，8-螺旋转轴端面内六角孔，9-短轴螺旋槽，10-齿轮轴套，11-齿轮轴套内壁凸块，12-集便袋，13-集便袋装载器，14-出便口开闭器，15-连接片，16-集便袋罩盒，17-出便口开闭驱动机构，18-集便袋装载器开口，19-集便袋装载器凸环，20-集便袋装载器内侧表面导向压条，21-工作清洗电动机减速齿轮箱；22-收集电动机减速齿轮箱，23-电池，24-螺旋转轴端部胶套，25-顶盖，26-集便袋罩盒两侧弹性搭扣，27-壳体前后盖脱扣按钮，28-连接片弹性卡扣，29-出便口开闭器对应孔，30-壳体底座，31-前盖，32-后盖，33-收集电机，34-齿条，35-压缩弹簧，36-压力传感器，37-控制芯片。
具体实施方式
如图1至图12所示的本发明的太空马桶实施例，包括壳体1和安装在其内的粪便采集系统和收集系统，壳体1由底座30及固定在底座上、具有纵向分界面的前后盖31、32构成，粪便采集系统和收集系统固定安装在合起前后盖内，参见图1所示的本发明外观立体示意图及图2所示的结构组成分解立体示意图，图3是从另一个角度看的部分结构组成分解立体放大示意图。
粪便采集系统结构组成参见图2至图4，图4为粪便采集系统结构组成分解立体示意图，本实施例的粪便采集系统为具有管状输送槽2的电动螺旋给料机构，螺旋转轴5为双头螺旋，进料口也即进便口3为管状输送槽2的开口末端且向上凸出合起的前后盖31、32外，壳体1合起的前后盖31、32顶部装有顶盖25盖住凸出的进便口3，卸料口也即出便口4开在输送槽2侧壁，水平朝向前后盖31、32的分界面，参见图2、图3，螺旋转轴5的动力输入端部有一段为光身轴颈，支承在管状输送槽2端部的一段对应的管口上，故而螺旋转轴5内置于输送槽2内且与其可以相对轴向位移，参见图4；处于输送槽2下方的工作清洗电动机6的输出经过减速齿轮箱2，参见图2、图3及图8和图9，减速齿轮箱的输出齿轮上制有一轴套10，通过一中间带有凹环的短轴7带动螺旋转轴5，短轴7的一端为六角头配合螺旋转轴端面的内六角孔8，短轴7另一端的外表面开有一段螺旋槽9，齿轮轴套10内壁有凸块11对应于短轴螺旋槽9，短轴中间的凸环与输送槽之间的轴身上套有压缩弹簧35，参见图4。
粪便收集系统参见图2、图3和图6，包括：一集便袋12、一板状的集便袋装载器13、片状的出便口开闭器14和连接片15，以及集便袋罩盒16和出便口开闭驱动机构17，固定在壳体1前后盖31、32内的板状集便袋装载器13上开有对应于前述出便口4的开口18并在板的外侧制有凸环19，集便袋12的袋口就套在集便袋装载器开口凸环19上集便，参见图6；参见图2、图3和图5，在集便袋装载器13内侧表面上、沿开口的一侧有两条平行、竖立的导向压条20，片状的出便口开闭器14和连接片15可拆卸地连成一体，并可相对移动地被限制在导向压条之间的集便袋装载器内侧表面上，其中连接片被夹在出便口开闭器与装载器内侧表面之间，连接片15朝向开闭器的一面有一凸出的方形弹性卡扣28，开闭器14对应处开有对应的方孔，连接片的卡扣和出便口开闭器所对应的方孔是间隙配合，连接片可以轻易的取出，开闭器只能带着连接片上下运动，连成一体的出便口开闭器14和连接片15安放在集便袋装载器13内侧表面上对应的凹槽内，导向压条20设在凹槽两边沿上并向槽中延伸，限制连成一体的出便口开闭器和连接片脱出凹槽(当然，也可将连成一体的出便口开闭器和连接片直接安放在集便袋装载器内侧表面上，两侧的导向压条为角铁状相向布置限制连成一体的出便口开闭器和连接片脱出凹槽)。
参见图2、图3和图10、图11，出便口开闭驱动机构17为：收集电机33通过减速齿轮箱22减速，减速齿轮箱的输出输出齿轮与一齿条34啮合，竖向的齿条34固定在出便口开闭器14的外侧表面上；集便袋罩盒16的两侧分别制有弹性搭扣26，壳体的前后盖对应处装有脱扣按钮27，如此集便袋罩盒16便可拆卸地扣接在壳体上并将集便袋装载器13及集便袋12包裹其中，且集便袋装载器13的顶部和底部有扣位和集便袋罩盒16扣合，连接片被压条固定在集便袋装载器的沟槽内，它只能上下滑动。
动态阻尼探测控制系统：包括压力传感器36及控制芯片37，控制芯片37与压力传感器36及工作清洗电动机6分别有控制线电连接，本例的压力传感器36设在电动螺旋给料机构的螺旋转轴的底端，感应粪便对螺旋转轴的压力，控制芯片37设在工作清洗电动机减速齿轮箱21上。
工作清洗电动机、收集电动机均由电池23提供电源。
工作时双螺旋切片头受粪便的压力在弹簧35的作用下向前推进直到3毫米距离，清洗时双螺旋切片头在弹簧反作用下退回到原位。
工作原理是：将系统的进便口插入人体排泄器官内，启动系统，当动态阻尼探测控制系统的压力传感器或应变传感器感应到粪便对双螺旋涡杆的压力后将电信号发送到控制芯片，控制芯片控制工作清洗电动机将双螺旋涡杆顶出管状输送槽约5、6毫米采挖体内排泄物，通过双螺旋涡杆将排泄物挤压传递入粪便收集袋。航天员排泄完后，按下关闭按钮，粪便收集系统就会自动封闭，航天员便可从粪便收集系统中取下粪便收集袋，将其放入收集箱中。粪便收集系统包含复式自动封口装置、集便袋和集便舱。集便舱可实现复式自动封口，集便袋采用生物碳化材料制造，可将粪便中的水分及臭味分子吸附。
当便体收集完毕后自动开闭器在齿轮作用下带动连接片往上走，自动开闭器封闭主体上的出便口，连接片封闭需要拆卸部分的开口(在这可以说是进便口)。需要拆卸时按左右外壳上的脱扣按扭，然后罩盒在装在它里面的弹簧的反作用力下带动集便袋装载器和连接片弹出主题一段距离，然后就可以用手去拿了。
清洗过程：壳体外部有清洗按扭，按清洗的按扭时，旋转轴会高速反转(工作时约一百多转一分钟，而清洗时可达三四千转)，水由现在的出便口进入，由进便口出来。
Claims (10)
1、一种太空马桶，其特征是：包括壳体(1)和安装在其内的粪便采集系统和收集系统，所述的粪便采集系统为具有管状输送槽(2)的电动螺旋给料机构，进料口也即进便口(3)为输送槽(2)的开口末端且向上凸出壳体(1)外，卸料口也即出便口(4)开在输送槽(2)侧壁，螺旋转轴(5)内置于输送槽(2)内且与其可以相对轴向位移，处于输送槽(2)下方的工作清洗电动机(6)输出通过一中间带有凸环的短轴(7)带动螺旋转轴(5)，短轴(7)的一端为六角头配合螺旋转轴(5)端面的内六角孔(8)，短轴(7)另一端的外表面开有一段螺旋槽(9)，工作清洗电动机(6)输出轴上固定有配合短轴(7)的轴套(10)，轴套(10)内壁有凸块(11)对应于短轴(7)的螺旋槽(9)，短轴中间的凸环与输送槽之间的轴身上套有压缩弹簧(35)；所述的粪便收集系统接出便口(4)。
2、根据权利要求1所述的太空马桶，其特征是：所述的粪便收集系统包括：一集便袋(12)、一板状的集便袋装载器(13)、片状的出便口开闭器(14)和连接片(15)，以及集便袋罩盒(16)和出便口开闭驱动机构(17)，固定在壳体(1)内的集便袋装载器(13)上开有对应于前述出便口(4)的开口(18)并在集便袋装载器的外侧制有凸环(19)，集便袋(12)袋口套在凸环(19)上；在集便袋装载器(13)内侧表面上、开口(18)的下方有两条平行、竖立的导向压条(20)，出便口开闭器(14)和连接片(15)通过一卡扣可拆卸地连成一体，并可相对移动地被限制在导向压条(20)之间的集便袋装载器(13)内侧表面上，其中连接片(15)被夹在出便口开闭器(14)与集便袋装载器(13)内侧表面之间；出便口开闭驱动机构(17)为收集电机(33)带动齿轮齿条啮合，齿条(34)竖向的固定在出便口开闭器(14)的外表面上；集便袋罩盒(16)可拆卸地扣接在壳体(1)上并将集便袋装载器(13)及集便袋(12)包裹其中。
3、根据权利要求2所述的太空马桶，其特征是：所述的壳体(1)由底座(30)及固定在其上的具有纵向分界面、且合起的前后盖(31、32)构成，粪便采集系统和收集系统固定安装在合起的前后盖(31、32)内，进便口(3)向上凸出合起的前后盖(31、32)外，水平的出便口(4)朝向前后盖的分界面。
4、根据权利要求3所述的太空马桶，其特征是：所述的螺旋转轴(5)为双头螺旋转轴。
5、根据权利要求4所述的太空马桶，其特征是：所述的螺旋转轴(5)与输送槽(2)间可以相对轴向位移的结构为：螺旋转轴(5)的动力输入端部有一段为光身轴颈，支承在输送槽(2)端部的一段对应的管口上。
6、根据权利要求5所述的太空马桶，其特征是：设有动态阻尼探测控制系统，其包括压力传感器或应变传感器(36)及控制芯片(37)，控制芯片与压力传感器或应变传感器及电动螺旋给料机构的工作清洗电动机(6)分别有控制线电连接，压力传感器或应变传感器设在电动螺旋给料机构的螺旋转轴上感应粪便对螺旋转轴的压力。
7、根据权利要求6所述的太空马桶，其特征是：所述的壳体(1)顶部装有顶盖(25)盖住凸出壳体外的进便口(3)。
8、根据权利要求7所述的太空马桶，其特征是：所述的集便袋罩盒(16)可拆卸地扣接在壳体上的结构为：集便袋罩盒(16)的两侧分别制有弹性搭扣(26)，壳体的前后盖(31、32)对应处装有脱扣按钮(27)。
9、根据权利要求8所述的太空马桶，其特征是：所述的出便口开闭器(14)和连接片(15)通过一卡扣可拆卸地连成一体的结构为：连接片(15)朝向出便口开闭器(14)面有一凸出的弹性卡扣(28)，出便口开闭器(14)对应处开有对应孔(29)。
10、根据权利要求9所述的太空马桶，其特征是：所述的连成一体的出便口开闭器(14)和连接片(15)可相对移动地被限制在导向压条(20)之间的集便袋装载器内侧表面上的结构为：连成一体的出便口开闭器(14)和连接片(15)安放在集便袋装载器(13)内侧表面上对应的凹槽内，导向压条(20)设在凹槽两边沿上并向槽中延伸，限制连成一体的出便口开闭器(14)和连接片(15)脱出凹槽；或是连成一体的出便口开闭器(14)和连接片(15)直接安放在集便袋装载器内侧表面上，两侧的导向压条(20)为角铁状相向布置限制连成一体的出便口开闭器和连接片脱出凹槽。
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