DE102015118197A1

DE102015118197A1 - System und Verfahren zur Behandlung von flüssigen Abfällen in Schwerelosigkeit

Info

Publication number: DE102015118197A1
Application number: DE102015118197.5A
Authority: DE
Inventors: Terrell Lee Morrison
Original assignee: Hamilton Sundstrand Space System International Inc
Current assignee: Hamilton Sundstrand Space System International Inc
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2016-04-28
Also published as: US20160115052A1; US9586843B2

Abstract

Eine Abfallbehandlungsanordnung umfasst einen Schlauch mit einem Einlass für die Aufnahme von Abfall. Eine Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten befindet sich im Schlauch und ist entfernbar am Schlauch angebracht.

Description

Mit der Ausnahme von Windeln gibt es derzeit zwei Lösungen in Bezug auf die Urinhandhabung in der Erdumlaufbahn. Die erste Lösung ist das Ablassen des Urins über Bord, was beim Shuttle Orbiter und anderen früheren Raumschiffen der Vereinigten Staaten angewandt wurde. Die zweite Lösung ist das Verstauen des Urins an Bord, was in den sowjetischen/russischen Sojus-Raumschiffen und der Internationalen Raumstation angewandt wurde. Das Verstauen von Urin an Bord ist für neue Raumschiffe zur gewünschten Herangehensweise geworden.
In Urinalsystemen von Raumschiffen, wo Urin über lange Zeiträume gesammelt und gelagert wird, ist die Vorbehandlung von Urin von äußerster Wichtigkeit. Es ist herausgefunden worden, dass die Vorbehandlung dazu dient, die Zuverlässigkeit solcher Systeme zu erhöhen und dazu dient, die Menge an Wartungszeit zum Reinigen und Reparieren von Systemausstattung zu reduzieren. Insbesondere ist die Vorbehandlung von Urin in Urinalsystemen von Raumschiffen erforderlich, um Gerüche zu kontrollieren, Harnstoffe zu entfernen und das mikrobielle Wachstum zu kontrollieren. Außerdem ist die Vorbehandlung erforderlich, um die Verschmutzung der Ausstattung und Rohre durch Urinablagerungen zu reduzieren oder zu beseitigen und dadurch eine lange Nutzung der Urinsammelausstattung sicherzustellen.
Typischerweise enthält Urin etwa 96 Prozent Wasser und etwa 4 Prozent Feststoffe in Lösung. Etwa die Hälfte der Feststoffe besteht aus Harnstoff, (NH2)2CO, während der Rest der Feststoffe Chlorid, Natrium, Kalium, Stickstoff, Ketosteroide, Phosphat, Schwefel, Ammoniak, Kreatinin und Harnsäure beinhaltet. Ohne irgendeine Form von Vorbehandlung zersetzen sich viele der Bestandteile von Urin bei Raumtemperatur und werden mit Bakterien verunreinigt, was zur weiteren Zersetzung führt. Insbesondere Harnstoff zersetzt sich, was zur Bildung von Ammoniak und Kohlendioxid führt, und eine erhebliche Menge an Feststoffen setzt sich aus Lösung ab, was zur Verschmutzung der Urinsammelausstattung führt. Außerdem erleichtert die Verdunstung von Wasser im Urin, die sich durch den Luftporengehalt darin ergibt, die Absetzung von Urinsalzen.
Historisch wurde im Raumschiff eine Urinvorbehandlungsanordnung für Raumschiffe (SUPA) verwendet, um die Vorbehandlung des Urins zu handhaben. Jedoch erfordert die Urinvorbehandlungsanordnung für Raumschiffe den täglichen Austausch eines kompletten Abschnitts eines Urineinlassschlauchs. Abhängig von der Länge der Mission muss das Raumschiff mehrere Urinvorbehandlungsanordnungen für Raumschiffe für die Crewmitglieder transportieren und lagern. Die Urinvorbehandlungsanordnungen für Raumschiffe sind schwer und erfordern eine erhebliche Menge an Platz zum Lagern. Daher besteht ein Bedarf an einer leichtgewichtigen Urinvorbehandlungsanordnung für Raumschiffe, die einfach gelagert und ausgetauscht werden kann.
Eine Abfallbehandlungsanordnung umfasst einen Schlauch mit einem Einlass für die Aufnahme von Abfall. Eine Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten befindet sich im Schlauch und ist entfernbar am Schlauch angebracht.
Besondere Ausführungsformen können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale aufweisen. Diese können miteinander kombiniert sein, soweit nicht ausdrücklich anderes angegeben.
Die Anordnung kann weiter einen an der Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten angebrachten Filter umfassen, wobei der Filter und die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten entfernbar am Schlauch angebracht sind.
Der Filter kann einen Randabschnitt umfassen, der an einen am Schlauch neben dem Einlass angebrachten Kragen angrenzt.
Die Anordnung kann weiter einen Trichter umfassen, der an den Randabschnitt angrenzt.
Die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten kann in einem durchlässigen Beutel hängend vorgesehen sein.
Der Filter kann eine konische Form umfassen und die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten kann an einem distalen Ende der konischen Form des Filters angebracht sein.
Die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten kann Oxon umfassen und in Serie am Filter angebracht sein.
Die Anordnung kann ferner einen wegwerfbaren Behälter zum Umgeben des Einasses und der Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten umfassen.
Der Schlauch kann zwischen dem Einlass und einem Vorratsbehälter durchgehend sein.
Ein Verfahren zur Handhabung einer Flüssigabfallanordnung kann umfassen: Umgeben eines wegwerfbaren Behälters um ein distales Ende eines Schlaucheinlasses einer Flüssigabfallanordnung; und Entfernen einer Vorbehandlungsanordnung aus dem Schlaucheinlass, während der wegwerfbare Behälter den Schlauch umgibt.
Die Anordnung kann zur Verwendung in der Schwerelosigkeit konfiguriert sein.
Die Vorbereitungsanordnung kann einen Filter umfassen und eine Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten vom Filter können in einem durchlässigen Beutel hängend angeordnet sein und entfernbar am Schlaucheinlass angebracht sein.
Der Schlauch kann einen Kragen umfassen, der sich an einem distalen Ende befindet. Der Filter kann einen Randabschnitt umfassen, der an den Kragen angrenzt.
Die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten kann in Serie am Filter angebracht sein.
Das Verfahren kann weiter das Leiten des flüssigen Abfalls in den Schlaucheinlass mit einem Trichter, indem Luft in den Schlaucheinlass gezogen wird, umfassen.
Dieses und andere Merkmale der offenbarten Beispiele können durch die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen, die nachfolgend kurz beschrieben werden können, verstanden werden.
1 zeigt ein beispielhaftes Abfalleinschlusssystem.
2 zeigt eine beispielhafte Flüssigabfalleinlassanordnung.
3 zeigt einen Querschnitt der Flüssigabfalleinlassanordnung der 2.
4 zeigt einen wegwerfbaren Behälter, der an einem distalen Ende der Flüssigabfalleinlassanordnung angebracht ist.
5 zeigt den wegwerfbaren Behälter, der das distale Ende der Flüssigabfalleinlassanordnung umgibt.
6 zeigt eine Vorbehandlungsanordnung, die sich im wegwerfbaren Behälter befindet.
1 stellt ein Abfalleinschlusssystem 20 zur Verwendung in Umgebungen der Schwerelosigkeit wie in einem Raumschiff oder einer Raumstation dar. Das Abfalleinschlusssystem 20 umfasst einen Vorratsbehälter 22, einen Festabfalleinlass 24 und eine Flüssigabfalleinlassanordnung 26.
Wie in 2 gezeigt umfasst die Flüssigabfalleinlassanordnung 26 einen flexiblen Schlauch 28, der sich zwischen dem Vorratsbehälter 22 und einem Kragen 30 erstreckt. Im dargestellten Beispiel ist der flexible Schlauch 28 durchgehend zwischen dem Kragen 30 und dem Vorratsbehälter 22. Der Kragen 30 ist an einem distalen Ende des flexiblen Schlauchs 28 an einem ersten Ende 30a des Kragens 30 befestigt und umfasst einen Trichter 32, der sich neben einem zweiten gegenüberliegenden Ende 30b des Kragens 30 befindet. Obwohl der Kragen 30 im dargestellten Beispiel am flexiblen Schlauch 28 angebracht gezeigt wird, könnte der Kragen 30 weggelassen werden, sodass der Trichter 32 direkt am flexiblen Schlauch 28 angebracht wird.
Wie in 3 gezeigt umfasst die Flüssigabfalleinlassanordnung 26 eine Vorbehandlungsanordnung 34. Die Vorbehandlungsanordnung 34 umfasst einen konischen Filter 36, der an einem ersten Ende an der Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten 40 und an einem Randabschnitt 38 angebracht ist. Der Randabschnitt 38 bildet einen allgemein kreisförmigen Ring, der an das zweite Ende 30b des Kragens angrenzt. Der Randabschnitt 38 ist am Kragen 30 befestigt, wenn der Trichter 32 am Kragen 30 angebracht ist. Der Randabschnitt 38 kann eine Mehrzahl von axialen Schlitzen 39 umfassen, die jeweils auf einen einer Mehrzahl von umlaufenden Schlitzen 31 im Kragen 30 ausgerichtet sind, um eine einer Mehrzahl von Tabletten 33, die sich an einem distalen Ende des Trichters 32 befinden, aufzunehmen. Jede der Mehrzahl von Tabletten 33 kann in einem der axialen Schlitze 39 aufgenommen und dann in einen der Mehrzahl von umlaufenden Schlitzen 31 gedreht werden, um die axiale Bewegung des Trichters 32 relativ zum Kragen 30 zu sperren.
Obwohl nur eine(r) aus der Mehrzahl von Tabletten 33, axialen Schlitzen 39 und umlaufenden Schlitzen 31 im dargestellten Beispiel gezeigt wird, versteht es sich, dass die Mehrzahl von Tabletten 33, axialen Schlitzen 39 und umlaufenden Schlitzen 31 jeweils umlaufend um den Trichter 32 und den Kragen 30 verteilt ist.
Im dargestellten Beispiel befindet sich die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten 40 in einem flüssigkeitsdurchlässigen Beutel 42. Der durchlässige Beutel 42 stellt den Vorbehandlungstabletten 40 eine Stütze bereit, damit sie linear oder in Serie entlang einer axialen Länge des flexiblen Schlauchs 28 platziert werden können. Die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten 40 ist aus einer Substanz wie Oxon oder einer anderen geeigneten Vorbehandlungschemikalie gefertigt, die verhindert, dass der flüssige Abfall, wie zum Beispiel Urin, zur Bildung von Feststoffen im Vorratsbehälter 22 beiträgt. Die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten 40 befindet sich in Serie, um die Menge an Kontakt zu erhöhen, die die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten 40 mit dem flüssigen Abfall hat. Durch die Vorbehandlung des flüssigen Abfalls mit den Vorbehandlungstabletten 40 wird die durch eine hohe Konzentration an Urin im Vorratsbehälter 22 verursachte Bildung von Feststoffen reduziert. Dies erhöht die Einfachheit des Ausleerens, Spülens und Sterilisierens des Vorratsbehälters 22 und der übrigen Komponenten des Abfalleinschlusssystems 20 nach der Verwendung.
Während des Betriebs des Abfalleinschlusssystems 20 hilft eine Abfallverarbeitungseinheit 50 beim Ziehen des flüssigen Abfalls in die Abfalleinlassanordnung 26 und Trennen des flüssigen Abfalls von Luft. Die Abfallverarbeitungseinheit umfasst einen Motor 52, der ein Gebläse 54 antreibt, um einen Luftstrom in die Flüssigabfalleinlassanordnung 26 zu erzeugen, um den flüssigen Abfall in den Vorratsbehälter 22 hinter der Vorbehandlungsanordnung 34 zu ziehen. (1). Der Luftstrom nach innen wird benötigt, um den flüssigen Abfall durch die Abfalleinlassanordnung 26 zu ziehen, da das Abfalleinschlusssystem 20 in einer Umgebung der Schwerelosigkeit oder Beinahe-Schwerelosigkeit verwendet wird. Wenn das Gebläse 54 den flüssigen Abfall einzieht, trennt ein Trenner 56 den flüssigen Abfall 58 von der Luft 60 und lässt die Luft 60 aus dem Abfalleinschlusssystem 20 ab und leitet den flüssigen Abfall 58 in den Vorratsbehälter 22.
Die Vorbehandlungsanordnung 34 kann durch Drehen des Trichters 32 relativ zum Kragen 30 und Bewegen des Trichters 32 axial weg vom Kragen 30 entfernt und ausgetauscht werden. Jedoch beschränkt sich das Verfahren des Austauschs der Vorbehandlungsanordnung 34 nicht auf Anwendungen, bei denen der Trichter 32 drehbar am Kragen 30 angebracht ist. Wie in 4 gezeigt, ist ein wegwerfbarer Behälter 44 wie ein Gummihandschuh oder ein Plastikbeutel um einen Außendurchmesser des Kragens 30 platziert, sodass der wegwerfbare Behälter 44 den Randabschnitt 38 und zumindest einen Teil des Kragens 30 umgibt. Sobald der wegwerfbare Behälter 44 den Randabschnitt 38 und zumindest einen Teil des Kragens 30 umgibt, wird der wegwerfbare Behälter in Richtung des flexiblen Schlauchs 28 gezogen, sodass ein offenes Ende 48 des wegwerfbaren Behälters 44 den flexiblen Schlauch 28 umgibt.
Ein Benutzer kann dann einen Bodenabschnitt des wegwerfbaren Behälters 44 greifen und den Randabschnitt 38 vom Kragen 30 trennen. Sobald der Randabschnitt 38 vom Kragen 30 getrennt ist, können der Filter 36 und die Vorbehandlungstabletten 40 aus der Flüssigabfalleinlassanordnung 26 entfernt werden. Das offene Ende 48 des wegwerfbaren Behälters 44 kann dann um die Vorbehandlungsanordnung 34 geschlossen und mit einem Verschluss 46 abgedichtet oder zu einem Knoten geknotet werden, um die verwendete Vorbehandlungsanordnung 34 im wegwerfbaren Behälter 44 zu halten.
Da die Vorbehandlungsanordnung 34 keinen Teil des flexiblen Schlauchs 28 enthält, kann der wegwerfbare Behälter 44, der die Vorbehandlungsanordnung 34 enthält, dann in einem Fortschrittsmodul zur Entsorgung aus dem Raumschiff oder der Raumstation entsorgt werden und muss im Falle des Raumschiffs nicht zurück zur Erde gebracht werden.
Die vorstehende Beschreibung ist beispielhaft anstatt einschränkend. Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele, die nicht zwingend vom Kern dieser Offenbarung abweichen, werden einem Fachmann möglicherweise bewusst. Der Umfang des rechtlichen Schutzes dieser Offenbarung kann nur durch Prüfen der nachfolgenden Patentansprüche festgestellt werden.

Claims

Abfallbehandlungsanordnung (20), umfassend: einen Schlauch (28) mit einem Einlass für die Abfallaufnahme; und eine Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40), die sich im Schlauch befinden, wobei die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) entfernbar am Schlauch (28) angebracht ist.
Anordnung (20) nach Anspruch 1, weiter umfassend einen an der Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) angebrachten Filter (36), wobei der Filter (36) und die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) entfernbar am Schlauch (28) angebracht sind.
Anordnung (20) nach Anspruch 2, wobei der Filter (36) einen Randabschnitt umfasst, der an einen am Schlauch (28) neben dem Einlass angebrachten Kragen (30) angrenzt.
Anordnung (20) nach Anspruch 3, weiter umfassend einen Trichter (32), der an den Randabschnitt angrenzt.
Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) in einem durchlässigen Beutel (42) hängend vorgesehen ist.
Anordnung (20) nach Anspruch 5, wobei der Filter (36) eine konische Form aufweist und die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) an einem distalen Ende der konischen Form des Filters (36) angebracht ist.
Anordnung (20) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) Oxon umfasst und in Serie am Filter (36) angebracht ist.
Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend einen wegwerfbaren Behälter (22) zum Umgeben des Einlasses und der Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40).
Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schlauch (28) zwischen dem Einlass und einem Vorratsbehälter (22) durchgehend ist.
Verfahren zur Handhabung einer Flüssigabfallanordnung (20), umfassend: Anordnen eines wegwerfbaren Behälters (22) um ein distales Ende eines Schlaucheinlasses einer Flüssigabfallanordnung herum; und Entfernen einer Vorbehandlungsanordnung von dem Schlaucheinlass, während der wegwerfbare Behälter (22) den Schlaucheinlass umgibt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Anordnung zur Verwendung in der Schwerelosigkeit konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Vorbereitungsanordnung einen Filter (36) umfasst und eine Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) in einem durchlässigen Beutel vom Filter (36) hängend vorgesehen ist und entfernbar am Schlaucheinlass angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schlauch (28) einen Kragen (30) umfasst, der sich an einem distalen Ende befindet und der Filter (36) einen Randabschnitt umfasst, der an den Kragen (30) angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mehrzahl von Vorbehandlungstabletten (40) in Serie am Filter (36) angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, weiter umfassend das Leiten des flüssigen Abfalls in den Schlaucheinlass mit einem Trichter, indem Luft in den Schlaucheinlass gezogen wird.