CN115233677B - 一种尿水分离的超节水小便器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种尿水分离的超节水小便器及使用方法，属于卫生设施技术领域。该小便器包括机械传动系统、冲厕水循环系统和尿水分离系统，尿水分离器分为冲厕水区域和尿液区域，冲厕水区域下方出口通过冲厕水导流管与冲厕水箱连接，尿液区域下方出口通过尿液导流管与尿液收集箱连接，尿水分离器上方入口与小便斗下方管口连接，尿水分离器后方的拨片通过动作线与重力压杆连接，尿水分离器分离尿液和冲厕水至尿液区域和冲厕水区域通过重力压杆控制且完全由重力做功。本装置结构巧妙、稳定性高、无需电耗、节约水资源、回收尿液资源化、安装维护成本低且符合用户使用习惯。
Description
技术领域
本发明涉及卫生设施技术领域，特别是指一种尿水分离的超节水小便器及使用方法。
背景技术
我国属于严重缺水国家，人均水资源占有量不到2100立方米，仅为世界平均水平的28％；而年用水总量高达6015.5亿立方米，年平均缺水量500多亿立方米，有超过2/3的城市面临严重的缺水问题。同时，随着社会的发展进步，移动厕所设施的需求越来越多，在无市政管网地区，普通小便器的使用面临着一些问题：(1)移动式厕所需要通过外部高位水箱蓄水进行冲水清洁，长时间使用需要持续补水；(2)废水收集箱需要持续的收集倾倒，无法实现移动厕所自身水资源的循环利用。通过改变传统小便器的结构设计，可以实现在“节能”的基础上实现移动厕所的污水“减排”以及尿液的“资源化”回用。
研究表明尿液具有重要的化工和医药价值，尿液中含有大量的氮、磷、钾元素，是农业生产所需肥料的重要成分，可进行资源化回收利用。此外尿液中可提取出一种治疗溶栓的特效药物成分—尿激酶，尿激酶是治疗心血管疾病的功能药物，市场稀缺且价值较高，因此收集的人类原尿液具有极高的回收利用价值。但是，目前尿液回收仍存在问题。小便器的尿液回收基本采用两种方式：(1)为了回收尿液，不进行冲水，将小便器的尿液连接到收集容器中，但是采用这种方式，小便器存在脏臭的问题，卫生间气味难闻，不符合现代清洁卫生间的标准；(2)直接冲水后再回收，将小便器的尿液连接到收集容器，收集水尿混合液体，但随着使用次数增加，水尿混合液收集体积大，造成卫生间收集空间有限，且人工频繁回收成本高，物流运输费高，加之污水中尿液成分浓度低，回用需要进一步的浓缩提炼，成本高，经济性差。
为解决以上尿液回收方式存在的问题，设计出一种尿水分离的超节水小便器。为移动式小便器的尿液收集问题，以及冲厕水循环回用问题提供了一种新颖高效的解决方案，促进尿液资源化利用，减少冲厕污水排放。
发明内容
本发明为解决传统小便器使用过程中耗水量大、尿液回收困难等问题，提供一种尿水分离的超节水小便器及使用方法。
该小便器包括机械传动系统、冲厕水循环系统和尿水分离系统，
其中，机械传动系统包括踏板、重力压杆、钢丝绳、滑轮、配重片、链条、链轮、传动轴和棘轮组；
冲厕水循环系统包括吸附净化柱、冲厕水抽水管、仿生瓣膜、水泵、U型管和冲厕水送水管；
尿水分离系统包括尿水分离器、冲厕水区域、尿液区域、小便斗、冲厕水导流管、尿液导流管、动作线、冲厕水箱和尿液收集箱；
踏板连接重力压杆，重力压杆另一端连接动作线和钢丝绳，钢丝绳另一端通过上下滑轮组的上滑轮与链条连接，链条与链轮啮合，链条另一端连接第二段钢丝绳，并依次绕过过滑轮组的下滑轮和装置顶端滑轮与配重片相连，链轮中心设置传动轴，链轮外部设置棘轮组，棘轮组连接水泵，水泵连接U型管，U型管通过冲厕水送水管连接尿水分离器，尿水分离器底部设置隔开且左右对称的冲厕水区域和尿液区域，导流开口位于尿水分离器内壳旋转挡板上，冲厕水区域下方出口通过冲厕水导流管与冲厕水箱相连，尿液区域下方出口通过尿液导流管与尿液收集箱相连，尿水分离器上方入口与小便斗下方管口相连，尿水分离器后方的拨片通过动作线与重力压杆相连，冲厕水箱上部设置吸附净化柱，吸附净化柱上部通过冲厕水抽水管连接至水泵。
其中，冲厕水抽水管中段内部设置仿生瓣膜。
冲厕水循环系统由吸附净化柱完成对冲厕水的过滤，由U型管和仿生瓣膜完成对水泵的液封，由水泵将冲厕水由低位提升至用于冲洗小便斗的高位，且这一过程完全由重力做功。
传动轴只能在顺时针转动即配重片下落时通过棘轮组带动水泵工作。
吸附净化柱柱芯中填充物从底部至顶部依次为初级过滤PP棉(填充体积比例3～5％)、沸石(填充体积比例20～30％)、活性炭(填充体积比例30～54％)、抑菌陶瓷小球(填充体积比例20～30％)、二次过滤PP棉(填充体积比例3-5％)。
尿水分离器分离尿液和冲厕水分别至尿液区域和冲厕水区域这一动作通过重力压杆控制且完全由重力做功。
该小便器使用时，使用者站上机械传动系统的踏板时，系统开始运作，在重力作用下，人体压动踏板驱动重力压杆通过动作线使尿水分离器开口导向尿液区域，尿液经尿液导流管流至尿液收集箱，完成如厕尿液的收集；同时由重力压杆、钢丝绳、链条、链轮组成的传动装置联带配重片上移；
使用者松开踏板时，被提升至高位的配重片下落，通过棘轮组带动水泵开始吸水，冲厕水经吸附净化柱净化后，经过冲厕水抽水管、仿生瓣膜被水泵提升至装置高位，顺势下流经过倒置的U型管、冲厕水送水管冲洗小便斗；
踏板依靠钢丝绳受力变化自动复位，带动动作线使尿水分离器开口导向冲厕水区域，经冲厕水导流管流至冲厕水箱，完成冲厕水的收集；
冲厕完成后，装置复原。
上述冲厕水箱中储存的冲厕水，无需接入城市网中，能够在远离城市管网以及缺水地区使用。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，设计联动式尿水分离器，根据如厕顺序实现尿水分离，回收并浓缩原尿资源，极大减少尿液价值的浪费；通过设计重力压杆联动结构，利用人体重力自提引水，无需使用电力，节约能源，可推广于非网管地区和缺水地区；且该小便器使用的冲厕水经多层吸附过滤柱净化达标，可回用超5000次，实现循环超节水。
附图说明
图1为本发明的尿水分离的超节水小便器结构示意图；
图2为本发明的尿水分离的超节水小便器的尿水分离系统结构示意图；
图3为本发明的尿水分离的超节水小便器的机械传动系统结构示意图；
图4为本发明的尿水分离的超节水小便器的冲厕水循环系统结构示意图；
图5为本发明的尿水分离的超节水小便器的机械传动系统中传动轴上部件配合示意图；
图6为本发明的尿水分离的超节水小便器的机械传动系统中棘轮组配合示意图；
图7为本发明的尿水分离的超节水小便器的尿水分离系统中尿水分离器实现分离冲厕水和尿液示意图。
其中：1-踏板；2-重力压杆；3-尿液收集箱；4-冲厕水箱；5-钢丝绳；6-滑轮；7-配重片；8-吸附净化柱；9-冲厕水抽水管；10-仿生瓣膜；11-链条；12-链轮；13-传动轴；14-棘轮组；15-水泵；16-U型管；17-冲厕水送水管；18-尿水分离器；19-冲厕水区域；20-尿液区域；21-小便斗；22-冲厕水导流管；23-尿液导流管；24-动作线；25-旋转挡板；26-导流开口；27-拨片；28-弹簧。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种尿水分离的超节水小便器及使用方法。
如图1所示，该小便器包括机械传动系统、冲厕水循环系统和尿水分离系统，
其中，机械传动系统包括踏板1、重力压杆2、钢丝绳5、滑轮6、配重片7、链条11、链轮12、传动轴13和棘轮组14；
冲厕水循环系统包括吸附净化柱8、冲厕水抽水管9、仿生瓣膜10、水泵15、U型管16和冲厕水送水管17；
尿水分离系统包括尿水分离器18、冲厕水区域19、尿液区域20、小便斗21、冲厕水导流管22、尿液导流管23、动作线24、冲厕水箱4和尿液收集箱3；
如图3，踏板1连接重力压杆2，重力压杆2另一端连接动作线24和钢丝绳5，钢丝绳5另一端通过上下滑轮组的上滑轮与链条11连接，链条11与链轮12啮合，链条11另一端连接第二段钢丝绳并依次绕过滑轮组的下滑轮和装置顶端滑轮与配重片7相连，链轮12中心设置传动轴13，链轮12外部设置棘轮组14，棘轮组14连接水泵15，水泵15连接U型管16，U型管16通过冲厕水送水管17连接尿水分离器18，如图2，尿水分离器18底部设置隔开且左右对称的冲厕水区域19和尿液区域20，导流开口26位于尿水分离器18内壳旋转挡板25上，如图7，冲厕水区域19下方出口通过冲厕水导流管22与冲厕水箱4相连，尿液区域20下方出口通过尿液导流管23与尿液收集箱3相连，尿水分离器18上方入口与小便斗21下方管口相连，尿水分离器18后方的拨片27通过动作线24与重力压杆2相连，如图4，冲厕水箱4上部设置吸附净化柱8，吸附净化柱8上部通过冲厕水抽水管9连接至水泵15，冲厕水抽水管9中段内部设置仿生瓣膜10。
冲厕水循环系统由吸附净化柱8完成对冲厕水的过滤，由U型管16和仿生瓣膜10完成对水泵15的液封，由水泵15将冲厕水由低位提升至用于冲洗小便斗21的高位，且这一过程完全由重力做功。
如图6和图7，传动轴13只能在顺时针转动即配重片7下落时通过棘轮组14带动水泵15工作。
吸附净化柱8柱芯中填充物从底部至顶部依次为初级过滤PP棉(填充体积比例3～5％)、沸石(填充体积比例20～30％)、活性炭(填充体积比例30～54％)、抑菌陶瓷小球(填充体积比例20～30％)、二次过滤PP棉(填充体积比例3-5％)。
尿水分离器18分离尿液和冲厕水分别至尿液区域20和冲厕水区域19这一动作通过重力压杆2控制且完全由重力做功。
具体的，该小便器中小便斗主体的冲厕水送水管17与倒置的U型管16相连，随后依次经过离心水泵15、仿生瓣膜10和吸附净化柱8，最后通向冲厕水箱4；小便斗21的底部为尿液出口，通过软管与尿水分离器18相连，尿水分离器18分为冲厕水区域19和尿液区域20，且有两个出口，一个出口通过冲厕水导流管22与冲厕水箱4相连，另一个出口通过尿液导流管23与尿液收集箱3相连。其中，冲厕水箱4有两个水管开口。
机械传动系统通过踏板1控制配重片7的上升和下降状态，间接完成棘爪盘的两种状态的转换，从而实现低位水向高位水的输送。
如图7，尿水分离器18的拨片27和弹簧28与机械传动系统的重力压杆2通过动作线24连接，通过重力压杆2的上下拨动，驱动尿水分离器18实现圆形挡板的旋转，从而实现原尿和循环冲厕水的有效分离。
该小便器的微污染冲厕水可循环回用超5000次，处理水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质(GB/T 18920-2020)》中冲厕用水标准。
该小便器在使用时，具体过程如下：如厕过程，人站上踏板，依靠重力向下压动重力压杆2驱动装置提升配重片7并联动尿水分离器18出口导向尿液收集箱3，原尿被收集；冲厕过程，人离开踏板1，配重片7下落带动棘轮组14旋转启动水泵15运转吸水，冲厕水经吸附净化柱8净化并被提升至高位，水顺势下流冲洗小便斗壁，重力压杆2恢复初始位置联动尿水分离器18导向冲厕水箱4，冲厕水流通过冲厕水导流管22被收集至冲厕水箱4中供循环回用。
尿水分离系统的设计能够很好的实现尿液与冲厕水的分离，在保证了尿液纯度的同时降低了冲厕水回收净化的难度。
机械传动系统的设计保证了只有配重片7可以驱动水泵15工作，避免了水泵15反转造成的倒吸。
该小便器有效解决了传统小便器使用过程中耗水量大、尿液回收利用困难等问题，具有运行成本低，使用简便，安全卫生性好，原尿分离回收利用，并能高效节水等优势，可推广应用到可移动厕所、无网管且公共人流量较大的地区等，在日常使用该小便器的过程中节省大量水资源，并资源化尿液，具有很好的经济价值。其设计思路契合国家节能减排和可持续发展理念，具有广阔的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种尿水分离的超节水小便器，其特征在于，包括机械传动系统、冲厕水循环系统和尿水分离系统，
其中，机械传动系统包括踏板、重力压杆、钢丝绳、滑轮、配重片、链条、链轮、传动轴和棘轮组；
冲厕水循环系统包括吸附净化柱、冲厕水抽水管、仿生瓣膜、水泵、U型管和冲厕水送水管；
尿水分离系统包括尿水分离器、冲厕水区域、尿液区域、小便斗、冲厕水导流管、尿液导流管、动作线、冲厕水箱和尿液收集箱；
踏板连接重力压杆，重力压杆另一端连接动作线和钢丝绳，钢丝绳另一端通过上下滑轮组的上滑轮与链条连接，链条与链轮啮合，链条另一端连接第二段钢丝绳，并依次绕过滑轮组的下滑轮和装置顶端滑轮与配重片相连，链轮中心设置传动轴，链轮外部设置棘轮组，棘轮组连接水泵，水泵连接U型管，U型管通过冲厕水送水管连接尿水分离器，尿水分离器底部设置隔开且左右对称的冲厕水区域和尿液区域，导流开口位于尿水分离器内壳旋转挡板上，冲厕水区域下方出口通过冲厕水导流管与冲厕水箱相连，尿液区域下方出口通过尿液导流管与尿液收集箱相连，尿水分离器上方入口与小便斗下方管口相连，尿水分离器后方的拨片通过动作线与重力压杆相连，冲厕水箱上部设置吸附净化柱，吸附净化柱上部通过冲厕水抽水管连接至水泵；冲厕水抽水管中段内部设置仿生瓣膜；
尿水分离器分离尿液和冲厕水分别至尿液区域和冲厕水区域这一动作通过重力压杆控制且完全由重力做功。
2.根据权利要求1所述的尿水分离的超节水小便器，其特征在于，所述冲厕水循环系统由吸附净化柱完成对冲厕水的过滤，由U型管和仿生瓣膜完成对水泵的液封，由水泵将冲厕水由低位提升至用于冲洗小便斗的高位，且这一过程完全由重力做功。
3.根据权利要求1所述的尿水分离的超节水小便器，其特征在于，所述传动轴只能在顺时针转动即配重片下落时通过棘轮组带动水泵工作。
4.根据权利要求1所述的尿水分离的超节水小便器，其特征在于，所述吸附净化柱柱芯中填充物从底部至顶部依次为初级过滤PP棉、沸石、活性炭、抑菌陶瓷小球、二次过滤PP棉。
5.根据权利要求1所述的尿水分离的超节水小便器的使用方法，其特征在于，使用者站上机械传动系统的踏板时，系统开始运作，在重力作用下，人体压动踏板驱动重力压杆通过动作线使尿水分离器开口导向尿液区域，尿液经尿液导流管流至尿液收集箱，完成如厕尿液的收集；同时由重力压杆、钢丝绳、链条、链轮组成的传动装置联带配重片上移；
使用者松开踏板时，被提升至高位的配重片下落，通过棘轮组带动水泵开始吸水，冲厕水经吸附净化柱净化后，经过冲厕水抽水管、仿生瓣膜被水泵提升至装置高位，顺势下流经过倒置的U型管、冲厕水送水管冲洗小便斗；
踏板依靠钢丝绳受力变化自动复位，带动动作线使尿水分离器开口导向冲厕水区域，经冲厕水导流管流至冲厕水箱，完成冲厕水的收集；
冲厕完成后，装置复原。
6.根据权利要求1所述的尿水分离的超节水小便器，其特征在于，所述冲厕水箱中储存的冲厕水，无需接入城市网中，能够在远离城市管网以及缺水地区使用。
7.根据权利要求4所述的尿水分离的超节水小便器，其特征在于，所述初级过滤PP棉填充体积比例为3～5％、沸石填充体积比例20～30％、活性炭填充体积比例30～54％、抑菌陶瓷小球填充体积比例20～30％、二次过滤PP棉填充体积比例3-5％。
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