CN1253635C - 用于真空马桶的排出阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于一种真空马桶系统中的排出阀(70)，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道。该排出阀(70)包括一个壳体(78)，其限定一个入口(80)和一个出口，以及一个可转动的排出阀元件，其位于壳体内用于选择性地建立该入口和出口之间的流体连通。阀元件的圆周形成有一系列齿轮齿。设置一个致动器(76)，其具有一个适用于与排出阀元件的圆周相啮合的可转动的正齿轮。

Description

用于真空马桶的排出阀
技术领域
本发明总体上涉及一种马桶，具体地是涉及真空马桶系统，更为具体地是涉及排出阀。
背景技术
在现有技术中已知的真空马桶系统通常是用于车辆中和固定设备中。典型的真空马桶系统包括一个马桶槽，该马桶槽用于容纳垃圾并具有一个与一个真空下水管道相连的出口。一个排出阀位于该马桶槽出口和真空下水管道之间，以选择性地建立它们之间的流体连通。该真空下水管道与一个集污舱相连，该集污舱处于一个真空源、例如一个吸入式输运器的部分真空压力下。当排出阀打开时，马桶槽中的物质便由于在马桶槽的内部和下水管道的内部之间的压力差而被运输到下水管中。传统的真空马桶系统还包括一个冲洗流体源和一个用于控制向马桶槽中引入冲洗流体的冲洗流体阀。
传统排出阀的组装是非常复杂的。这样的阀通常具有一个与一个致动器相连接的可运动的阀元件，该致动器操纵该阀元件在打开和关闭位置之间的运动。该阀元件和致动器之间的连接通常包括枢转臂、接合处和其它构件，它们增加了阀组装的复杂性。另外，通常需要传动装置来将致动器的速度降低到所需的阀致动速度。通常需要具有四个级或更多级的齿轮头来获得所需的速度。然而，每一级引入了摩擦和其它损失，它们降低了从致动器到阀元件的动力传送的效率。
此外，传统排出阀在冲洗操作中不理想地产生高的噪声。当排出阀响应于一个冲洗命令而打开时，除了垃圾和冲洗流体之外，大量的空气也被推入下水管道中。空气流经一个相对窄的马桶槽出口，从而产生噪声。该噪声可能会被马桶槽的形状而进一步放大。已知的用于减少噪声的装置是在冲洗循环中将一个辅助空气源引入下水管道中。然而，该装置需要一个单独的阀和致动器，从而增加了马桶的成本和复杂性。
此外，一般而言是真空马桶系统，特别是排出阀，在维护时是非常困难且费时的。维护问题在飞行器应用中是特别重要的，其中要有大量的子系统安装在板上。根据航空工业的通常实践，每个子系统包括一个或多个构件，这些构件一旦失效就必需被替换，这些替换构件被通称为航线可替换单元(LRUs)。目前，整体马桶组件被定义为用于真空马桶系统的LRU。因此，一条航线必需储备一个或多个替换用马桶，以备马桶失效之需，从而该替换用马桶可以替换有故障的马桶。然后在该有故障的马桶上进行一种“试验台试验”，以确定该马桶中哪些构件已经失效。然后修理或替换这些有故障的构件(这可能包括对马桶的很大程度的拆卸和重新组装)，以使该马桶可以重新用在另一个飞行器上。
在马桶修理过程中进行的每一个步骤都是极为困难和费时的。为了从一个飞行器上拆下整个马桶需要拆卸至少四个自锁安装的紧固件、一个电连接件、一个接地母线、一个饮用水管线连接件和一个垃圾排出管连接件。每一个连接件都可能是难于接近的，并可能需要一种特别的工具以便使之松开和断开连接。然后相同的连接件必需重新连接到替换用马桶上。
即使有可能只拆下和替换一个单一马桶构件，但这样做是极为困难和费时的。构件的拆卸需要断开数个导线和管件的连接，而且这些构件通常是位于难于接近的位置。另外，判断一个构件或数个构件是否已失效也是很难的。存在同时有多个构件失效的多种组合情况，这就可能导致故障判断错误和对没有故障的构件进行替换或修理。
传统排出阀还使用难于安装和更换的密封件。如上所述，一个排出阀通常具有一个位于一个壳体内的运动阀元件。密封件通常设置在壳体内，以防止阀元件与壳体的上游侧和下游侧之间的泄漏。因此，阀壳体必须被拆卸以拆除和更换一个失效的密封件。
另外，传统真空马桶不能提供关于阀位置的适当反馈。传统的排出阀通常由一个电机致动器驱动，该电机致动器具有机械限位开关和信号开关，以控制阀位置。这样的开关在使用和维护方面是极为复杂的。这些开关必需精确的设置，以在合适的时间触发，并且经常需要特殊的工具来设置开关。此外，由于将开关放置在致动器中，而使它们易受机械磨损和接触腐蚀，这可能改变开关的设置，从而需要重新设置。另外，润滑剂或其它物质可能进入开关中，导致开关失效。最重要的是，这些传统的装置是不可靠的，因为阀位置是根据致动器位置推断的。因此，传统方法并不对致动器可能工作而阀却不工作的各种失效情况作出响应，例如在连接致动器和阀的连接被断开或有故障时。
发明内容
根据本发明的某些方面，提供了一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道。该排出阀包括一个壳体，其限定一个入口和一个出口，以及一个可转动的排出阀元件，其位于壳体内用于选择性地建立该入口和出口之间的流体连通，其中数个阀元件的圆周形成有一系列齿轮齿。一个致动器具有一个适用于与排出阀元件的圆周相接合的可转动的齿轮。
根据本发明的某些其它方面，提供了一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道。该排出阀包括一个壳体，该壳体限定一个适用于与垃圾容器出口流体连通的冲洗阀入口、一个与下水管道流体连通的冲洗阀出口、一个与环境空气流体连通的进气阀入口和一个与下水管道流体连通的进气阀出口。一个可运动的阀元件位于壳体内并限定第一和第二孔，该阀元件具有一个关闭位置和一个打开位置，在该关闭位置，该阀元件阻断冲洗阀入口和冲洗阀出口之间的流体连通以及进气阀入口和进气阀出口之间的流体连通，在该打开位置，该第一和第二孔建立冲洗阀入口和冲洗阀出口之间的流体连通以及进气阀入口和进气阀出口之间的流体连通。
另外，根据本发明的某些其它方面，提供了一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道。该排出阀包括一个壳体，该壳体限定一个适用于与垃圾容器出口流体连通的冲洗阀入口和一个与下水管道流体连通的冲洗阀出口。一个可运动的阀元件位于壳体内并限定一个第一孔。该阀元件具有一个关闭位置和一个打开位置，在该关闭位置，该阀元件阻断冲洗阀入口和冲洗阀出口之间的流体连通，在该打开位置，该第一孔建立冲洗阀入口和冲洗阀出口之间的流体连通。设置一个第一密封件，其具有一个圆筒形的壁，该壁的尺寸适用于从壳体的外部插入冲洗阀入口，该圆筒形壁具有一个底部边缘，该边缘适用于接合并密封可运动的阀元件。
另外，根据本发明的某些其它方面，提供了一种真空马桶系统中的排出阀。该排出阀包括一个壳体，该壳体限定一个排出阀入口和一个排出阀出口。一个阀元件位于壳体内，该阀元件可在一个关闭位置和一个打开位置之间运动，在该关闭位置，该阀元件阻断排出阀入口和排出阀出口之间的流体连通，在该打开位置，建立排出阀入口和排出阀出口之间的流体连通。设置一个传感器，其用于检测阀元件的位置，该传感器位于壳体外。
另外，根据本发明的某些其它方面，提供了一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的马桶槽和一个可处于部分真空下的下水管道。该排出阀包括一个壳体，该壳体限定一个适用于与马桶槽出口流体连通的排出阀入口、一个与下水管道流体连通的排出阀出口。一个密封件设置在排出阀出口内，和一个阀盘设置在该壳体内并具有由一个槽缝连接的第一和第二孔。该第一孔、第二孔和槽缝将该阀盘分成第一和第二半阀盘，该阀盘可在一个关闭位置和一个打开位置之间转动，在该关闭位置，该第一和第二半阀盘中的一个半阀盘接合该密封件以阻断流动，在该打开位置，该第一和第二孔中的一个孔与密封件对齐以允许流体从其间流过。槽缝允许第一和第二半阀盘响应于排出阀出口处的部分真空而偏转，以使阀盘在关闭位置时与密封件更可靠地接合。
从下文仅以示例方式进行的详细说明及其所附简图，本领域的普通技术人员将清楚所要求保护的和公开的本装置中固有的其它特征和优点。
附图说明
图1A和1B是根据本发明的一种装有一个排出阀的真空马桶的透视图。
图2是图1的真空马桶的原理图。
图3是一个装入图1的真空马桶中的包括有该排出阀的阀组的放大透视图。
图4A和4B是该排出阀的透视图。
图5是该排出阀的分解透视图。
图6是一个优选阀元件实施例的侧视图。
具体实施方式
在图1A、1B和2中示出的真空马桶10具有一个带有根据本发明的一个排出阀70的阀组8。真空马桶10包括一个马桶槽36，其用于容纳垃圾并与阀组8相连。在该优选实施例中，马桶槽36由一个框架20支撑，以形成一个可替换的马桶槽组件，如在共同拥有的和共同悬而未决的、系列号为No.09/713,861、主题为“马桶槽组件”的US专利申请中详细说明的那样，该申请在此作为本文的参考。该车辆设置有一个下水管道11、一个与下水管道11相连的真空罐13和一个用于使真空罐13处于部分真空压力下的真空源(未示出)。该车辆还包括一个冲洗流体源15，其与一个冲洗流体供给管线19相连。至少一个冲洗流体分配器、例如喷嘴46设置在马桶槽36的内侧，以便将冲洗流引导到马桶槽的整个表面上。一个冲洗流体管连接阀组8和喷嘴46。
如图3所示，阀组8包括四个子构件：一个排出阀70、一个冲洗阀72、一个喷涌控制单元(FCU)74和一个致动器76。该优选阀组在共同拥有的和共同悬而未决的、系列号为No.09/713,870、主题为“用于真空马桶的阀组”的US专利申请中被详细说明，该申请在此作为本文的参考。虽然本文所说明和示出的排出阀70被整体装在阀组8中，但应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，排出阀70可设置成一个分开的独立构件。
排出阀70包括一个排出阀壳体78，该壳体被分成两个半壳体78a、78b。如图4A和4B清楚所示，壳体78包括一对入口79、80，它们形成在半壳体78a中，并对准形成在半壳体78b中的一对出口81、82。壳体78还限定一个腔室，该腔室用于容纳一个排出阀元件，例如阀盘83。一个轴84安装在阀盘83上，并具有两个端部84a、84b。在半壳体78a、78b中形成孔，它们的尺寸分别可容纳轴端部84a、84b，从而支撑阀盘83围绕轴84转动。阀盘83的圆周形成有齿轮齿85，一对孔86、87形成穿过阀盘83。孔86、87相互间隔开，从而当阀盘83转动时这两个孔同步调准相关的入口/出口对79/81、80/82。在所示实施例中，孔85、86和相关的入口/出口对79/81、80/82相互间隔180度。
根据所示实施例，入口79与输送管44的一端相连，输送管44的另一端安装在马桶槽36的出口上。在该优选实施例中，输送管44包括一个适用于与马桶槽出口摩擦和密封接合的配件47(图1A)，从而输送管44可以快速且容易地安装到马桶槽出口上，并也可快速且容易地从其上拆下来。一个进气止回阀45安装在另一个入口80上，并取向成允许流体流入入口80，但却防止流体排出止回阀45(图1A和2)。一个U形出口管12(图1B)具有一个连接到出口81上的第一端部和一个连接到出口82上的第二端部。出口管12还具有一个通向排出管21的支管17。在该优选实施例中，支管17包括一对间隔开的销，排出管21包括一对就位成接合上述销的J形槽口，从而排出管21可拆卸地安装在支管17上。另外，当上述销和J形槽口间隔180度时，排出管21在安装前可简单地通过转动该排出管而就位成或者是右手排出的或者是左手排出的，而不需要改变其它的马桶构件。排出管21的自由端适用于可释放的连接下水管道11，例如用一个蛤壳式连接件(未示出)来连接。
在工作中，当盘孔86、87对准入口/出口对79/81、80/82时，排出阀70不仅将垃圾从输送管44输送到下水管道11中，而且还将附加的空气经过进气止回阀45推入下水管道11中。该附加的进气减小了通常在喷涌过程中产生的噪声。
致动器76设置用于驱动阀盘83。如图4A清楚所示，致动器76包括一个正齿轮90，该正齿轮与围绕阀盘83的圆周形成的齿轮齿85相啮合。正齿轮90安装在一个可转动的轴92上，一个驱动件设置用于使轴92转动。FCU 74与致动器76可操作地连接，以控制该致动器的操作。根据所示实施例，阀盘83可以沿一个单一的方向转动一个90度的增量，以打开和关闭排出阀70。作为选择方案，阀盘83也可以前后往复转过一个90度的弧度，以打开和关闭排出阀70，或者也可以根据其它的阀盘设计和布置形式以其它方式控制阀盘83。
根据本发明的其它方面，设置外密封件来防止阀盘83和阀壳体78之间的流体泄漏。如图5清楚所示，四个密封件95设置成每一个都具有一个圆筒形的壁96，该壁的尺寸适用于插入入口79、80和出口81、82中。每一个密封件95还包括一个唇部97，该唇部与壳体78的外表面相接合以限定圆筒形壁96进到壳体78中的行程。圆筒形壁96具有一个在完全插入壳体78中时足以接合并密封阀盘83的高度。在阀盘83的转动过程中保持密封件95和阀盘83之间的密封接合以防止流体泄漏。密封件95可被插入壳体78的外侧，并从该处拆除下来，从而免去拆卸排出阀壳体78来更换密封件的需要。密封件95优选由超高分子量聚乙烯制成。
存在于出口管12内的真空压力将作用在一个关闭的阀盘83上，以将阀盘83拉向插入在出81、82中的密封件95，从而向密封件施加能量。因此，应该理解的是，插入在入口79、80中的密封件95在工艺上不与阀盘83密封，而是帮助阀盘83在壳体78内的对中。在图6所示的一个替代阀盘实施例中，设置了一个分式阀盘183来进一步加强形成在出81、82处的密封。阀盘183形成有一对由一个槽缝180连接的孔186、187。槽缝180将阀盘183分为两个半阀盘184、185，它们沿垂直于阀盘183的平面(或是进入和离开如图6所示的页面)的方向上更容易挠曲。由于增加的挠性，半阀盘184、185更易于响应出口管12中的真空压力，从而更可靠的密封出81、82。
FCU 74包括一个壳体150，该壳体安装在排出阀半壳体78b上，并且位置与冲洗阀72相对(图3)。壳体150包封住一个或多个用于通过致动器76来控制排出阀70的操作的电路板155(图5)。因为FCU74位于邻近致动器76的位置，所以在FCU 74和致动器76之间所需的导线的数目减小了。
另外，FCU壳体150还容纳有一个用于确定阀盘83的位置的位置传感器。如图4A清楚所示，磁铁152安装在阀盘83的轴端部84b上。轴端部84b延伸到FCU壳体150中，从而磁铁152位于邻近控制板的位置。霍尔效应开关154直接设置在电路板上用于传感检测磁铁152，并由此确定阀盘83的转动位置。在所示实施例中，一对磁铁152安装在轴端部84b上，一对霍尔效应开关154安装在电路板上。开关154根据磁铁的接近程度在开和关位置之间致动，从而指示出阀盘83的位置。因此，可以直接传感检测到阀盘83的位置，而不是基于致动器的位置来推断阀盘位置。另外，霍尔效应开关154位于FCU壳体150内，因而防止了因润滑剂或其它材料而造成的污染。
从上文可知，应该指出的是，本发明的排出阀由于围绕排出阀元件的圆周形成的齿轮齿而具有简化的阀元件驱动装置。另外，排出阀同时打开下水管和辅助空气通道，并且可沿一个单一方向操作。此外，密封件容易从阀的外部拆除，从而便于更换。
上述详细的说明只是为了清楚和便于理解而给出的，应该将其理解为不必要的限定，因为修改对于本领域的普通技术人员是显而易见的。

Claims (21)

1.一种用于一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道(11)，
其特征在于，
该排出阀(70)包括：
一个壳体(78)，其限定一个入口(79、80)和一个出口(81、82)；
一个可转动的排出阀元件，其位于壳体(78)内用于选择性地建立该入口和出口之间的流体连通，该阀元件的圆周形成有一系列齿轮齿(85)；和
一个致动器(76)，其具有一个适用于与排出阀元件的圆周相啮合的可转动的正齿轮(90)。
2.如权利要求1所述的排出阀，其特征在于，可转动的排出阀元件包括一个阀盘(83)。
3.如权利要求2所述的排出阀，其特征在于，阀盘(83)包括一个轴(84)，该阀盘围绕该轴被支撑以便转动。
4.如权利要求1所述的排出阀，其特征在于，穿过排出阀元件形成有一个孔(86、87)，其中该排出阀元件可在一个打开位置和一个关闭位置之间转动，在该打开位置，孔(86、87)与入口(79、80)和出口(81、82)对齐，在该关闭位置，该孔不与上述入口和出口对齐。
5.如权利要求4所述的排出阀，其特征在于，排出阀元件在该打开与关闭位置之间沿一个单一方向递增地转动。
6.如权利要求5所述的排出阀，其特征在于，围绕阀盘(83)的圆周形成有一系列齿轮齿(85)，并且其中致动器(76)包括一个可转动的正齿轮(90)，该正齿轮就位成与该阀盘的圆周相啮合。
7.如权利要求4所述的排出阀，其特征在于，阀盘(83)在该打开与关闭位置之间沿两个方向往复运动。
8.一种用于一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道(11)，
其特征在于，
该排出阀(70)包括：
一个壳体(78)，该壳体限定一个适用于与垃圾容器出口流体连通的入口(79)、一个与下水管道(11)流体连通的出口(81)、一个与环境空气流体连通的入口(80)和一个与下水管道(11)流体连通的出口(82)；和
一个可运动的阀元件，其位于壳体(78)内并限定第一和第二孔(86、87)，该阀元件具有一个关闭位置和一个打开位置，在该关闭位置，该阀元件阻断与垃圾容器出口流体连通的入口(79)和与下水管道(11)流体连通的出口(81)之间的流体连通以及与环境空气流体连通的入口(80)和与下水管道(11)流体连通的出口(82)之间的流体连通，在该打开位置，该第一和第二孔建立与垃圾容器出口流体连通的入口(79)和与下水管道(11)流体连通的出口(81)之间的流体连通以及与环境空气流体连通的入口(80)和与下水管道(11)流体连通的出口(82)之间的流体连通。
9.如权利要求8所述的排出阀，其特征在于，阀元件包括一个阀盘(83)。
10.如权利要求8所述的排出阀，其特征在于，可转动的阀元件被支撑以便在壳体(78)内转动，孔(86、87)相对于该阀元件的转动轴线间隔开大约180度。
11.如权利要求10所述的排出阀，其特征在于，阀元件在该打开关闭位置之间沿一个单一方向转动。
12.如权利要求10所述的排出阀，其特征在于，阀元件在该打开与关闭位置之间按90度的增量转动。
13.如权利要求10所述的排出阀，其特征在于，阀元件在该打开与关闭位置之间沿两个方向往复运动。
14.一种用于一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的垃圾容器和一个可处于部分真空下的下水管道(11)，其特征在于，该排出阀(70)包括：
一个壳体(78)，该壳体限定一个适用于与垃圾容器出口流体连通的入口(79)和一个与下水管道(11)流体连通的出口(81)；
一个可运动的阀元件，其位于壳体(78)内并限定一个第一孔(86)，该阀元件具有一个关闭位置和一个打开位置，在该关闭位置，该阀元件阻断与垃圾容器出口流体连通的入口(79)和与下水管道(11)流体连通的出口(81)之间的流体连通，在该打开位置，该第一孔建立与垃圾容器出口流体连通的入口(79)和与下水管道(11)流体连通的出口(81)之间的流体连通；和
一个第一密封件(95)，其具有一个圆筒形的壁(96)，该壁的尺寸适用于从壳体(78)的外部插入与垃圾容器出口流体连通的入口(79)，该圆筒形壁具有一个底部边缘，该边缘适用于接合并密封可转动的阀元件。
15.如权利要求14所述的排出阀，其特征在于，其还包括一个第二密封件(95)，其具有一个圆筒形的壁(96)，该壁的尺寸适用于从壳体(78)的外部插入与下水管道(11)流体连通的出口(81)，该圆筒形壁具有一个底部边缘，该边缘适用于接合并密封可转动的阀元件。
16.如权利要求14所述的排出阀，其特征在于，该真空马桶系统还包括一个进气阀(45)，其中壳体(78)还限定一个与环境空气流体连通的入口(80)和一个与下水管道(11)流体连通的出口(82)，还包括一个第一进气阀密封件(95)，其具有一个圆筒形的壁(96)，该壁的尺寸适用于从壳体(78)的外部插入该与环境空气流体连通的入口(80)，该圆筒形壁具有一个底部边缘，该边缘适用于接合并密封可转动的阀元件。
17.如权利要求16所述的排出阀，其特征在于，其还包括一个第二密封件(95)，其具有一个圆筒形的壁(96)，该壁的尺寸适用于从壳体(78)的外部插入该与下水管道(11)流体连通的出口(82)，该圆筒形壁具有一个底部边缘，该边缘适用于接合并密封可转动的阀元件。
18.如权利要求14所述的排出阀，其特征在于，第一密封件(95)包括超高分子量聚乙烯。
19.一种用于一种真空马桶系统中的排出阀，该真空马桶系统具有一个限定一个出口的马桶槽(36)和一个可处于部分真空下的下水管道(11)，
其特征在于，
该排出阀(70)包括：
一个壳体(78)，该壳体限定一个适用于与马桶槽出口流体连通的排出阀入口(79)和一个与下水管道(11)流体连通的排出阀出口(81)；
一个位于排出阀出口(79)内的密封件(95)；
一个阀盘(183)，其位于该壳体内且具有由一个槽缝(180)连接的第一和第二孔(186、187)，该第一孔、第二孔和槽缝将该阀盘分成第一和第二半阀盘(184、185)，该阀盘可在一个关闭位置和一个打开位置之间转动，在该关闭位置，该第一和第二半阀盘中的一个半阀盘接合密封件以阻断流动，在该打开位置，该第一和第二孔中的一个孔与密封件对齐以允许流体从其间流过；
其中，槽缝(180)允许第一和第二半阀盘(184、185)响应于排出阀出口(81)处的部分真空而偏转，以使阀盘(183)在关闭位置中与密封件(95)更可靠地接合。
20.如权利要求19所述的排出阀，其特征在于，壳体(78)还限定一个入口(80)和一个出口(82)，其中一个第二密封件(95)位于该出口(82)内，其中，当该阀盘处于关闭位置时该第一和第二半阀盘(184、185)中的一个半阀盘也接合第二密封件(95)，当该阀盘(183)处于关闭位置时该第一和第二孔(186、187)中的一个孔也对齐第二密封件(95)。
21.如权利要求19所述的排出阀，其特征在于，阀盘(183)的圆周形成有一系列齿轮齿。
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