CN103612642A - 一种机车用化学型节水便器系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机车用化学型节水便器系统及控制方法，包括座便器和污物箱。其中座便器主要包括便盆、排泄阀、搅拌装置、下粉装置、排污装置，包括排泄阀装置、冲洗装置、下粉装置、搅拌装置、排污储藏装置，所述的排泄阀装置的一侧设有与其相通的冲洗装置，排泄阀装置的底部与其相通的搅拌装置，所述的搅拌装置与下粉装置相通，且搅拌装置与排污储藏相通。其中，污物箱可设置在卫生间内，无需悬挂在车底；粉末药剂由天然高分子有机化合物配置而成，具有消毒、杀菌、除臭、吸收的功效，能将粪便快速熟化处理，达到粪便无臭无害化处理。该系统具有节水、节能、结构简单、维护方便等特点，尤其适用于空间紧凑的机车、飞机、轮船司机使用。

Description

一种机车用化学型节水便器系统及控制方法

 

技术领域

本发明属于卫生设备领域，涉及一种化学型免水冲的粪便处理设备及控制方法，尤其适用于空间紧凑的机车、飞机、轮船司机使用。

背景技术

粪便直排问题一直困扰着我国铁路事业的发展，2003年“非典”以后，铁路列车开始大批量改造加装集便器系统。目前列车厕所主要有水冲式集便器和免水冲式集便器两大类，其中水冲式的集便器包括压力冲水式和真空抽吸式两种，美国摩诺哥、瑞典依瓦克、韩国昌源等公司已经将该技术推广到各个列车系统。

免水冲式包括打包式、生态型等，其结构和处理形式各异，例如中国专利200910008633.6《适合机车或轮船司机使用的生态厕所》、200410060362.6《干化式生态厕所》、200910008634.0《客运列车生态厕所》、国外专利PCT/CN2007/002591、美国专利US20060143814A1、台湾专利TW0408207B等均对便器除臭、微生物发酵等技术进行了介绍，这些技术已经广泛应用在铁路客车、机车上，经过装车试行一段时间后，依然存在一系列问题。水冲式便器主要表现在：用水量大、结构管路复杂、故障率高、需增加卸污单元、卸污菌群传播等问题；微生物处理技术效率低、处理完厕所臭气不能完全消除、发酵槽内部拐角清理难等问题；打包式处理方式存在运行成本高、污物搬运尴尬的问题。上述几种情况存在要么“节水不节支”，要么“节支不节水”的现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种专门为解决铁路粪便直排问题的化学型免冲水式的粪尿处理洁具，其采用了高效的无害化、资源化处理剂，对每次产生的排泄物进行消毒、杀菌、除臭和熟化处理，使之形成为天然的有机肥。本产品集成了化学、电子、机械、控制、材料等领域的多项新技术，具有节能节水、杀菌环保、资源再生等特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种机车用化学型节水便器系统，包括排泄阀装置、冲洗装置、下粉装置、搅拌装置、排污储藏装置、系统控制装置，所述的排泄阀装置的一侧设有与其相通的冲洗装置，排泄阀装置的底部与其相通的搅拌装置，所述的搅拌装置与下粉装置相通，且搅拌装置与排污储藏相通，所述排泄阀装置、冲洗装置、下粉装置、搅拌装置和排污储藏装置的控制信号均接至系统控制装置中，实现系统协调动作。

所述的系统还包括一个消毒装置，所述的消毒装置单独的设于系统的一侧。 

所述的排泄阀装置包括便盆、气动阀门、电磁阀门和气源管路，所述的气动阀门安装在便盆下面，大小便后，粪便尿液需通过气动阀门进入搅拌装置；气源管路为气动阀门提供气源，且电磁阀门安装在气源管路中，控制气源管路的开闭，进而实现对气动阀门的控制。

所述便盆内表面喷涂纳米抗油污材料。 

所述冲洗装置包括冲洗管路和冲洗环，所述的冲洗环安装在便盆的一侧，通过冲洗管路与水源相接。

所述下粉装置包括粉箱，所述的粉箱安装便盆外壳后部的支架上，且连接与其相通的下粉管，所述的下粉管与螺旋输送装置相通，且所述的螺旋输送装置通过电机驱动装置驱动，且所述的电机驱动装置将粉箱内的化学药剂粉末输送到搅拌槽。

所述的螺旋输送装置包括输送电机、下粉螺旋轴、同步带和同步轮，输送电机通过同步轮和同步轴驱动下粉螺旋轴。

所述搅拌装置包括搅拌槽、电机驱动机构、搅拌机构，所述的搅拌槽与便盆相通，且在搅拌槽内设有一个由电机驱动的搅拌机构。

所述排污储藏装置包括排污泵和储物箱，所述的搅拌槽通过排污管与污物箱相通，且排污泵设置于搅拌槽的排污口。

所述消毒装置，采用多重纳米光子波空气净化器，该装置放置在卫生间内。

所述排泄阀装置中的电磁阀门、冲洗装置中的冲洗管路、下粉装置中的电机驱动装置、螺旋输送装置中的输送电机、搅拌装置中的电机、排污储藏装置中的排污泵、消毒装置中的空气净化器，其接口与信号均接至系统控制装置中。

一种机车用化学型节水便器系统的控制方法，如下:

步骤1: 在控制装置中按下冲洗键；

步骤2：控制系统判断粉沫传感器是否正常？若不正常，报警并提示添加粉末，若正常，转到步骤3；

步骤3：判断气源压力是否大于3Mpa？若是，则转到步骤4，若否，则检查气源压力；

步骤4：等待2秒中后，冲洗阀打开，冲洗时间0.5S；

步骤5：下粉电机启动，动作时间T；

步骤6 ：搅拌电机启动，动作时间4-6分钟；同时搅拌电机启动到4分30秒的时候，排污泵动作；

步骤8 ：控制装置判断冲洗键的累计次数为是否30次？若否，报警并提示添加粉末，若是，系统停止。

本发明的工作过程如下：

按下冲洗按钮后，系统通过气源管路将排泄阀门打开，同时通过冲洗环喷入少量清水；在重力作用下粪便落入搅拌槽后，系统驱动下粉电机工作，驱动同步轮输送机构向搅拌槽内定量输送粉末；一定时间后，排泄阀门关闭，同时搅拌电机工作，驱动搅拌装置将粉末和粪便搅拌，4~10分钟后，排污泵动作，将污物排入污物箱中，完成一个处理循环。其中本便盆内壁采用了纳米级抗污粒子的高分子新材料，确保表面无污染；粉末由天然的矿物粉末和高分子有机化合物配置而成，具有高效杀菌除臭浓缩的特效。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1） 采用便盆表面纳米镀层技术，根据实际工况，配合高压喷水冲洗模块，最大限度地提高了冲洗效率，节约用水量达85%以上，甚至做到完全免水冲效果；

2）采用螺旋下粉机构，通过步进电机驱动同步带、同步轮，在控制下粉时间和转速的基础上，可使下粉机构简单可靠、下粉准确，同时可降低产品材料成本；

3）采用表面喷涂纳米镀层材料的三叶式搅拌桨进行搅拌，搅拌一定时间后，通过直流自吸排污泵，将处理物排到污物箱内，可最大限度地排空搅拌槽内污物，以便等待下一次循环使用，可使系统无故障连续运行；

4）化学药剂内添加了吸水、除臭、消毒杀菌材料，可达到快速杀菌熟化粪便的功效；处理排放物满足粪便无害化卫生标准、恶臭污染物排放标准。同时在卫生间内，安装纳米光氢离子空气净化机，使卫生间内空气流通无异味；

5）采用本处理技术，可免去悬挂在车底的污物箱；改为放置在卫生间内的小型污物箱，内置塑料袋，当污物满后，将处理物提出至车外指定堆放点，以便使之成为无毒无害的土壤专用改良原理，实现资源二次利用。

附图说明

图1 干式便器系统正面图；

图2 干式便器系统右剖视图；

图3 干式便器系统左剖视图；

图4 干式便器系统后视图；

图5 系统控制流程图；

图6 系统维护流程图；

图中：1.便器外壳  2.加粉口 3.便器盖 4.吸污管  5.排污泵  6.排污管 7.污物箱 8.便盆 9.冲洗管 10.粉箱 11.化学药粉 12.下粉管 13.下粉螺旋轴 14.同步轮A 15.同步带A 16.同步轮B 17. 下粉电机 18.输粉管 19.搅拌轴 20. 搅拌桨 21. 底板 22. 支块 23. 搅拌槽 24. 闸板阀 25. 支架 26.搅拌电机 27.同步轮C 28.同步带B 29. 同步轮D 30.卡槽 31.传感器。

具体实施方式

如图1~6所示，便器外壳1的形状，便盆口处抛物线光滑过渡，下面呈方形，后面有个方

形盒子，整个便器侧面有个开口。

如图1所示，便器外壳1上部设置加粉口2，便器外壳1上安装便器盖3，吸污管4从便器外壳1的一侧下部伸出，与排污泵5入口相连；排污泵5的另一侧连接排污管6，排污管6伸直污物箱7内。

其中，所述便器外壳1采用玻璃钢材质，所述吸污管4具有一定抗负压能力；所述排污泵5具备一定的自吸能力，同时泵腔能够通过不低于20mm粒径的颗粒，干转运行时间不低于1分钟，不仅短时可以抽气而且能够抽吸气液混合物；污物箱7内可放置塑料袋，可将污物排放至塑料袋内，方便清理。

如图2所示，所述便器外壳1内设置便盆8，便盆8下放置气动闸板阀24，气动闸板阀

24下放置搅拌槽23；系统工作时，气动闸板阀24打开后，粪便从便盆8落入搅拌槽23内。系统采用气动闸板结构，一方面在使用时，打开板阀，不使用时关闭板阀，使粪便尿液气味与外界隔绝；另一方面根据实际工况提供外源气源，在给定气源压力大于0.3Mpa以上时，开启关闭可靠性高，有利于增加系统的稳定性。

所述便器外壳1后部设置粉箱10并安装在支架25上，粉箱10下部安装下粉管12，下粉

管12另一端与输粉管18相连；输粉管18与搅拌槽23相连；化学药剂11通过加粉口2加到粉箱10内，化学药剂11靠重力作用通过下粉管12流到输粉管18中，在搅拌轴13的作用下流到搅拌槽23中。

所述螺旋下粉轴13，是通过下粉电机17依次驱动同步轮B16、同步带A15、同步轮A14带动螺旋下粉轴13转动，其中，所述电机17为直流步进电机。

搅拌电机26固定在支架25上，搅拌电机26依次驱动同步轮C27、同步带B28、同步轮

D29转动，从而驱动搅拌轴19、搅拌桨20运动。搅拌桨20在一定的转速下将落入搅拌槽23的粪便和化学药剂均匀混合，其中，搅拌轴19的旋转速度一般为60~90rpm，搅拌时间为4~6分钟。

搅拌槽23一侧依次与吸污管4、排污泵5、排污管6、污物箱7相连。在搅拌一定时间后，排污泵5动作，将污物排出至污物箱7中。

为更好的缩小安装空间，搅拌槽23下部安装垫块22，使同步轮C27、同步带28、同步轮29在搅拌槽底下运转。其中所述垫块可以均匀支撑在搅拌槽底部的三个角上。

卡槽30、支架25安装在底板28上，便器外壳1的开口卡在卡槽30上。采用卡槽的连接形式，可以方便便器内的水管、气管、电线管等从便器外壳中集中出入，与外部连接。

冲洗环9根据需要连接外部冲水管，在便器运行时喷入少量清水；根据实际运行的需求，可设置传感器31，用于检测粉箱内粉末所剩多少，给出报警信号。

其中，排污泵5、冲洗管9、下粉电机17、闸板阀24、搅拌电机26、传感器31的接口与信号均接至系统控制装置中，该装置可根据空间维护情况，安装在机车上，便于统一检修。

发明所述下粉电机同步带轮连接结构、排污管路连接结构、支架与底板的连接结构等不仅包含图中所示描述实例，同时包含其他原理相同的、不同形状尺寸的安装形式。

其中便盆8和搅拌槽23内表面均喷涂新型抗油污材料，实践中喷涂特氟龙涂层效果较好。

化学药剂的配置主要由吸水树脂、杀菌消毒粉末、腐植酸、除臭剂等按一定比例配置而成，配置后使其富含甲基、乙基、羟基、草酸根、氨基等，达到粪便短时间内杀菌除臭并熟化成糊状的目的。处理完后，处理物达到符合无害化卫生标准及恶臭污染物排放标准的规定。

工作流程：按下冲洗按钮后，系统通过气源管路将排泄阀门打开，同时通过冲洗环喷入少量清水；在重力作用下粪便落入搅拌槽后，系统驱动下粉电机工作，驱动同步轮输送机构向搅拌槽内定量输送粉末；一定时间后，排泄阀门关闭，同时搅拌电机工作，驱动搅拌装置将粉末和粪便搅拌，4~6分钟后，排污泵动作，将污物排入污物箱中，完成一个处理循环。

小便使用：为节约药剂，小便后不建议按冲洗按钮；在便盆内尿液储存较多后，可按冲洗按钮。

大便使用：每次大便完毕后，按下冲洗按钮；每次系统处理时间间隔为4~6分钟，连续使用系统时，在时间间隔内，下一个冲洗动作视为无效指令；本次处理循环完毕后，方可进入下一个冲洗循环。

维护流程：按下维护按钮后，系统通过气源管路将排泄阀门打开，同时喷入一定量清水，搅拌电机动作，驱动搅拌机构清洗搅拌槽一定时间后，排污泵动作，将清洗后产生的污水排入污物箱中，完成一个清洗循环。

其中，系统控制流程，如图5所示；

步骤1: 在控制装置中按下冲洗键；

步骤2：控制系统判断粉沫传感器是否正常？若不正常，报警并提示添加粉末，若正常，转到步骤3；

步骤3：判断气源压力是否大于3Mpa？若是，则转到步骤4，若否，则检查气源压力；

步骤4：等待2秒中后，冲洗阀打开，冲洗时间0.5S；

步骤5：下粉电机启动，动作时间T；

步骤6 ：搅拌电机启动，动作时间4-6分钟；同时电机启动到4分30秒的时候，排污泵动作；

步骤8 ：控制装置判断冲洗键的累计次数为是否30次？若否，报警并提示添加粉末，若是，系统停止。

系统维护流程，如图6所示，如下：

步骤1: 在控制装置中按下维修键；

步骤2：1S后，启动闸板阀；

步骤3 判断气源压力是否大于3Mpa？若是，则转到步骤4，若否，则检查气源压力；

步骤4等待2秒中后，冲洗阀打开，冲洗时间1 S；

步骤5 搅拌电机启动，动作时间4-6分钟；同时电机启动到4分30秒的时候，排污泵动作；

步骤6 控制装置判断清洗动作是否够2次？若是，系统停止，并关闭闸板阀，若否，系统报警并提示添加粉末。

Claims (10)

1. 一种机车用化学型节水便器系统， 其特征在于：包括排泄阀装置、冲洗装置、下粉装置、搅拌装置、排污储藏装置、系统控制装置，所述的排泄阀装置的一侧设有与其相通的冲洗装置，排泄阀装置的底部与其相通的搅拌装置，所述的搅拌装置与下粉装置相通，且搅拌装置与排污储藏相通，所述排泄阀装置、冲洗装置、下粉装置、搅拌装置和排污储藏装置的控制信号均与系统控制装置相连。 

2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的系统还包括一个消毒装置，所述的消毒装置单独的设于系统的一侧，采用多重纳米光子波空气净化器。

3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的排泄阀装置包括便盆、气动阀门、电磁阀门和气源管路，所述的气动阀门安装在便盆下面，大小便后，粪便尿液需通过气动阀门进入搅拌装置；气源管路为气动阀门提供气源，且电磁阀门安装在气源管路中，控制气源管路的开闭，进而实现对气动阀门的控制。

4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述便盆内表面喷涂纳米抗油污材料。

5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述冲洗装置包括冲洗管路和冲洗环，所述的冲洗环安装在便盆的一侧，通过冲洗管路与水源相接。

6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于： 所述下粉装置包括粉箱，所述的粉箱安装便盆外壳后部的支架上，且连接与其相通的下粉管，所述的下粉管与螺旋输送装置相通，且所述的螺旋输送装置通过电机驱动装置驱动，且所述的电机驱动装置将粉箱内的化学药剂粉末输送到搅拌槽。

7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述的螺旋输送装置包括下粉螺旋轴、同步带和同步轮，电机通过同步轮和同步轴驱动下粉螺旋轴。

8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌槽、电机驱动机构、搅拌机构，所述的搅拌槽与便盆相通，且在搅拌槽内设有一个由电机驱动的搅拌机构。

9. 如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述排污储藏装置包括排污泵和储物箱，所述的搅拌槽通过排污管与污物箱相通，且排污泵设置于搅拌槽的排污口。

10.如权利要求1所述的系统的控制方法，其特征在于：如下:

步骤1: 在控制装置中按下冲洗键；

步骤2：控制系统判断粉沫传感器是否正常？若不正常，报警并提示添加粉末，若正常，转到步骤3；

步骤3：判断气源压力是否大于3Mpa？若是，则转到步骤4，若否，则检查气源压力；

步骤4：等待2秒中后，冲洗阀打开，冲洗时间0.5S；

步骤5：下粉电机启动，动作时间T；

步骤6 ：搅拌电机启动，动作时间4-6分钟；同时搅拌电机启动到4分30秒的时候，排污泵动作；

步骤8 ：控制装置判断冲洗键的累计次数为是否30次？若否，报警并提示添加粉末，若是，系统停止。

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