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Die Erfindung betrifft eine Trenntoilette mit einer Toilettenschüssel und separaten Ableitungen für Fäkalien und Urin, wobei die Ableitung für Fäkalien am tiefsten Punkt der Toilettenschüssel angeordnet ist, sowie ein Fahrzeug mit einer Trenntoilette.
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Sogenannte Separations- oder Trenntoiletten sind beispielsweise aus der
WO 92/19824 A1 bereits bekannt. Dort werden voneinander getrennte Becken zum Auffangen von Urin und anderen Fäkalien bereitgestellt. Die
JP 4 051404 B lehrt einen in einer Toilettenschüssel angeordneten Schlitz zum Auffangen des Urins.
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Eine weitere Trenntoilette zeigt die
WO 2014/022873 A2 . Auf https://www.urinetrap.com/ sind weitere Details dieser Trenntoilette (englisch NoMix Toilet) zum Zeitpunkt dieser Anmeldung abrufbar. Urin wird unter Ausnutzung der Oberflächenspannung in einen getrennten Ablauf - die Urinfalle - ableitet und so vom Rest, insbesondere von Fäkalien oder anderen Feststoffen, separiert. Der Abfluss von Urin erfolgt schwerkraftgetrieben über die Urinfalle, während Spülwasser größtenteils in die Kanalisation gelangt, da es aufgrund der speziellen Formgebung der Toilette und aufgrund des Drucks, mit welchem es in die Toilette abgegeben wird, über die Urinfalle überschießt.
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Durch die beschriebenen Anordnungen der beiden Auslassöffnungen für flüssige und feste Ausscheidungen ergeben sich zwangsläufig Einschränkungen hinsichtlich der Effektivität der Urin-Trennung für die sitzende und stehende Funktion. Auch gibt es Einschränkungen hinsichtlich der unterschiedlichen weiblichen und männlichen Anatomie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trenntoilette mit effektiver Trennung von Urin und festen Ausscheidungen anzugeben.
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Gelöst wird die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Eine erfindungsgemäße Trenntoilette umfasst eine Toilettenschüssel und separate Ableitungen für Fäkalien und Urin, wobei die Ableitung für Fäkalien am tiefsten Punkt der Toilettenschüssel angeordnet ist und wobei die Toilettenschüssel einen oberen und einen unteren Teil aufweist, wobei der untere Teil zumindest teilweise vom oberen Teil umschlossen wird und zwischen dem oberen und unteren Teil umlaufend eine Öffnung zur Ableitung von Urin angeordnet ist.
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Die Toilettenschüssel ist sowohl für die stehende als auch die sitzende Nutzung geeignet ausgebildet und kann auch als Leibstuhl bezeichnet werden. Sie ist schüsselförmig mit einer inneren Wandung zum Auffangen und Ableiten von Ausscheidungen ausgeformt. Die innere Wandung ist mit einer umlaufenden Öffnung zur Ableitung des Urins versehen. Die umlaufende Öffnung kann auch als umlaufende Urinfalle bezeichnet werden. Sie kann relativ schmal ausgebildet sein, der Abstand der inneren Wandung des oberen Teils zur inneren Wandung des unteren Teils ist also relativ klein.
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Die innere Wandung des oberen Teils der Toilettenschüssel ist in einem unteren Abschnitt durchgehend zumindest teilweise bis hinter den unteren Teil der Toilettenschüssel geführt und umschließt diesen somit, insbesondere einen oberen Abschnitt des unteren Teils der Toilettenschüssel, umlaufend zumindest teilweise. Der obere Abschnitt des unteren Teils der Toilettenschüssel ragt also etwas in den oberen Teil der Toilettenschüssel hinein und im Bereich des Überlapps umschließt der Obere den unteren Teil.
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Die umlaufende Öffnung verläuft über 360° der inneren Wandung der Toilettenschüssel. Sie verläuft insbesondere in einer im Wesentlichen horizontalen Ebenen über die gesamte innere Wandung. Diese Ebene, welche von der umlaufenden Öffnung in der Toilettenschüssel aufgespannt wird, kann auch leicht geneigt sein. Gemäß einer Weiterbildung ist die umlaufende Öffnung zur Ableitung des Urins zwischen oberem und unterem Teil im unteren Drittel der Toilettenschüssel angeordnet.
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Durch die umlaufende Urinfalle wir der Urinstrahl unabhängig vom Auftreffpunkt auf die innere Wandung des oberen Teils der Toilettenschüssel durch Reibungskräfte, laminar entlang der inneren Wandung des oberen Teils der Toilettenschüssel geführt und in die umlaufende Öffnung geleitet. Von dort kann der so aufgefangene Urin mittels einer von der Ableitung für Fäkalien separaten Ableitung für Urin abgeleitet werden.
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Nur der Urinstrahl, der zentral in die, insbesondere mittige, Ableitung für Fäkalien am tiefsten Punkt der Toilettenschüssel oder unterhalb der umlaufenden Urinfalle auf den unteren Teil der Toilettenschüssel auftrifft, kann nicht separiert werden und wir deshalb über die Ableitung für die Fäkalien mit abgeleitet.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist der obere Teil der Toilettenschüssel eine umlaufende Aufweitung im Bereich der umlaufenden Öffnung der Toilettenschüssel auf, wobei der obere Teil den unteren Teil der Toilettenschüssel im Bereich der umlaufenden Aufweitung umschließt. Die umlaufende Aufweitung ist also im unteren Abschnitt des oberen Teils der Toilettenschüssel angeordnet. Somit kann der obere Abschnitt des unteren Teils der Toilettenschüssel in den oberen Teil der Toilettenschüssel hineinragen, wodurch er vom oberen Teil umlaufend umschlossen wird, frei von einem Vorsprung des unteren Teils zum oberen Teil bzw. frei von einem Versatz nach Innen im Verlauf der inneren Wandung der Toilettenschüssel vom oberen zum unteren Teil hin im Bereich der umlaufenden Öffnung. Die relativ schmale umlaufende Öffnung könnte somit auch als Schlitz von einem Benutzer wahrgenommen werden.
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Auf den oberen Teil der Toilettenschüssel auftreffender Urin wird schwerkraftgetrieben unter Ausnutzung der Oberflächenspannung über den oberen Teil der Toilettenschüssel in die umlaufende Öffnung abgeleitet. Hierzu kann die umlaufende Aufweitung des oberen Teils der Toilettenschüssel gemäß einer weiteren Weiterbildung mit einer stetig verlaufenden Rundung ausgebildet sein, die so bemessen ist, dass am oberen Teil der Toilettenschüssel auftreffender und herablaufender Urin oder andere Flüssigkeiten vorgegebener Dichte und Oberflächenspannung schwerkraftgetrieben unter Ausnutzung der Oberflächenspannung über die Rundung der umlaufenden Aufweitung in die umlaufende Öffnung abgeleitet wird. Die Rundung könnte als Ablaufrundung bezeichnet werden, die Aufweitung auch als Ausbuchtung. Durch die Rundung wird der abgeleitete Urin hinter den Überlapp zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Toilettenschüssel geführt, dort gegebenenfalls aufgefangen und ist somit separat von den Fäkalien abführbar. Die umlaufende Öffnung könnte auch als Einlauföffnung bezeichnet werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Toilettenschüssel einen Rücksprung ihrer inneren Wandung vom oberen Teil zum unteren Teil hin im Bereich der umlaufenden Öffnung auf. Durch diesen Rücksprung zwischen dem oberen und unteren Teil der Toilettenschüssel im Bereich der umlaufenden Öffnung, ist diese vom oberen Teil optisch überdeckt und für einen Nutzer visuell kaum von oben sichtbar und zudem gut gegen eventuelle Kontamination durch Fäkalien geschützt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Toilettenschüssel eine umlaufende Auffangrinne für Urin auf, die unterhalb der umlaufenden Öffnung angeordnet ist. Die Auffangrinne ist somit zwischen dem den unteren Teil umschließenden unteren Abschnitt des oberen Teils der Toilettenschüssel und dem oberen Abschnitt des unteren Teils der Toilettenschüssel und somit außerhalb der Inneren Wandung der Toilettenschüssel angeordnet. Durch die umlaufende Urinfalle wird der Urinstrahl unabhängig vom Auftreffpunkt auf die innere Wandung des oberen Teils der Toilettenschüssel durch Reibungskräfte, laminar entlang der inneren Wandung des oberen Teils der Toilettenschüssel geführt und über die Ablaufrundung in die Auffangrinne der Urinfalle geleitet und dort aufgefangen.
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Ein Urinablauf kann weitergebildet an einem tiefsten Punkt der Auffangrinne angeordnet sein, um den aufgefangenen Urin abzuleiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der obere Teil der Toilettenschüssel in die Ablaufrinne münden bzw. in diese übergehen.
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Weitergebildet sind der obere und untere Teil der Toilettenschüssel als zwei separat gefertigte Schalen ausgebildet. Diese sind insbesondere zur Toilettenschüssel zusammengefügt. Weitergebildet sind der obere und untere Teil der Toilettenschüssel im Bereich der Auffangrinne miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden. Umfassen der obere und der untere Teil der Toilettenschüssel ein Metall oder eine Metalllegierung, wie in einer weiteren Weiterbildung der Erfindung oder sind sie insbesondere aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus nichtrostendem Edelstahl, hergestellt oder bestehen überwiegend aus einem Metall oder einer Metalllegierung, so können sie beispielsweise miteinander verschweißt sein, beispielsweise im Bereich der Auffangrinne mit einer umlaufenden Schweißnaht verbunden sein.
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In einfacher Weise sind der obere und untere Teil der Toilettenschüssel als Metalldrück- oder -tiefziehteil gefertigt.
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Somit kann die Toilettenschüssel relativ einfach in ein Gesamtsystem einer Vakuumtoilette integriert werden, welche aus weiteren um die Toilettenschüssel angeordneten Bauteilen besteht. Die Toilettenschüssel kann alternativ auch aus anderen Werkstoffen, wie z.B. Sanitärkeramik hergestellt sein.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Trenntoilette als Vakuumtoilette ausgebildet und dann insbesondere entsprechend ausgestattet.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist der untere Teil der Toilettenschüssel, insbesondere der obere Abschnitt des unteren Teils der Toilettenschüssel, im Bereich der umlaufenden Öffnung einen umlaufenden Falz auf.
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Die Wandung des unteren Teils ist umgefalzt und weist somit eine nach innen, in die Toilettenschüssel weisende Wandung auf - die innere Wandung - als auch, auf der anderen Seite des Falzes, eine nach außen weisende Wandung auf, welche beispielsweise in die Auffangrinne mündet bzw. in diese übergeht. Die Wandung ist somit durchgehend und kann stetig verlaufen.
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Das Prinzip der Urin-Trennung funktioniert gemäß der Erfindung mit umlaufender Urinfalle sowohl in der sitzenden als auch der stehenden Position des Nutzers der Trenntoilette. Eine Kontamination des Urins mit den Fäkalien wird somit effektiv und bestmöglich ausgeschlossen. Die Trennung erfolgt dabei passiv, also ohne zusätzliche, insbesondere bewegte, Teile und ohne zusätzliche Energie. Das Grundprinzip ist für verschiedene Ausführungen adaptierbar. So auch entsprechend als Vakuumtoilette, da die Toilettenschüssel gut in bisher bestehende Vakuumtoiletten-Systeme mit Wasserspülung integrierbar ist. Dadurch ist auch ein geringerer Wasserverbrauch gegenüber normalen NoMix-Spültoiletten erzielbar. Anstelle eines relativ großen Abwassertanks sind nun vielmehr zwei kleinere Urin- und Fäzes-Tanks vorzusehen oder ein kombinierter Urin- und Fäzes-Tank mit zwei getrennten Kammern, die vom Bauraum kleiner als ein herkömmlicher Abwassertank ausgebildet sein können. Die Bauraumnachteile der Toilettenschüssel gegenüber bekannten Vakuumtoiletten mit Wasserspülung sind hiergegen unwesentlich. Damit einhergehend sind auch Gewichtsersparnisse, insbesondere bei Verwendung in Fahrzeugen, verbunden. Der separat aufgefangene Urin ist als Wertstoff, z.B. für die Düngemittelproduktion verwendbar.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst die Trenntoilette eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Urin umfasst, welche zwischen der Ableitung für Urin und einem Urin-Tank angeordnet ist.
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Weitergebildet weist die Vorrichtung zur Aufbereitung von Urin wenigstens eine Elektrolysezelle zur elektrochemischen Ausfällung von Struvit auf, insbesondere umfassend wenigstens eine Anode umfassend Magnesium.
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Durch die Aufbereitung des Urins, welche insbesondere eine Struvit-Ausfällung auf elektrochemischen Weg ermöglicht, wird Urinstein in dem Leitungssystem der Anlage vorgebeugt. Es sind keine zusätzlichen Chemikalien für die Struvit Ausfällung erforderlich, da die Aufbereitung mittels Elektrolyse unabhängig vom pH-Wert des Urins funktioniert. Gleichzeitig werden Keime im Urin abgetötet und eine Wiederverkeimung wird verlangsamt. Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Urin zwischen der Ableitung für Urin und dem Urin-Tank, insbesondere zwischen dem wenigstens einen Absperrorgan und dem Urin-Tank, wirkt als integrierter Urin-Zwischentank, was einen zusätzlichen Zwischentank hinfällig werden lässt und weitere Bauraumvorteile bewirkt. Abgesetztes Struvit kann separat abgezogen und weiterverarbeitet werden. Separierter Urin im Urin-Tank kann als Wertstoff, insbesondere für die Düngemittelproduktion, eingesetzt werden. Das gewonnene Struvit ist geruchlos, frei von Arzneimittelrückständen und Schwermetallen und kann deshalb ebenfalls als Dünger verwendet werden. Es handelt sich insgesamt um eine Rohstoffrückgewinnung über die Struvitausfällung im Sinne der Kreislaufwirtschaft.
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Separat abgeleitete und aufgefangene Fäkalien können ebenfalls in einem Bioreaktor behandelt werden, was die Entsorgungsintervalle zusätzlich vergrößert (Beispiel Bioreaktor der Fa. Protec (http://www.akwauv-protec.com). Alternativ können sie zu Kompost weiterverarbeitet, oder thermisch verwertet werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Luft-, Wasser- oder Landfahrzeug, beispielsweise ein Schienenfahrzeug, insbesondere des öffentlichen Personenverkehrs, umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Trenntoilette.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Trenntoilette im Teilschnitt,
- 2 zeigt einen Detailschnitt der Trenntoilette aus 1,
- 3 zeigte ein Ausgestaltungsbeispiel einer Aufbereitungsvorrichtung für Urin.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Trenntoilette im Teilschnitt dargestellt. In 2 ist ein Ausschnitt dieser Trenntoilette näher veranschaulicht, weshalb beide Figuren nachfolgend gemeinsam beschrieben werden.
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Die Trenntoilette umfasst eine Toilettenschüssel 1 mit separaten Ableitungen für Fäkalien 4 und Urin 15, wobei die Ableitung für Fäkalien 4 am tiefsten Punkt der Toilettenschüssel 1 angeordnet ist.
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Die Toilettenschüssel 1 umfasst einen oberen Teil 2 und einen unteren Teil 3. Sowohl der obere als auch der untere Teil 2 und 3 sind hier als zwei Schalen aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt, beispielsweise separat als Metalldrück- oder -tiefziehteil gefertigt und miteinander verschweißt. Der obere Teil 2 weist die Form einer beidseitig offenen, positiv gekrümmten Schale auf.
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In einem unteren Abschnitt 12 des oberen Teils 2 weist dieser eine nach unten offene, umlaufende Aufweitung 6 auf. Dadurch ist ein Durchmesser des oberen Teils 2 im unteren Abschnitt 12 größer als der Durchmesser eines oberen Abschnitts 13 des unteren Teils 3. Der untere Teil 3 wird im Bereich seines oberen Abschnitts 13 vollständig vom oberen Teil 2 im Bereich seines unteren Abschnitts 12 umschlossen.
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Der obere Teil 2 und untere Teil 3 der Toilettenschüssel 1 bilden gemeinsam die innere Wandung 11 der Toilettenschüssel 1 und umgrenzen somit einen Raum zum Auffangen von Ausscheidungen.
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Zur Ableitung von auf den oberen Teil 2 auftreffenden Urin ist zwischen dem oberen Teil 2 und unteren Teil 3 umlaufend eine Öffnung 5 zur Ableitung des Urins angeordnet. Die umlaufende Öffnung 5 erstreckt sich somit über 360° des gesamten Durchmessers der Toilettenschüssel 1, insbesondere in einem unteren Drittel der Toilettenschüssel 1.
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Unabhängig vom Auftreffpunkt auf die innere Wandung 11 des oberen Teils 2 der Toilettenschüssel 1 wird Urin durch Reibungskräfte, laminar entlang der inneren Wandung 11 des oberen Teils 2 der Toilettenschüssel 1 geführt und in die umlaufende Öffnung 5 geleitet. Dazu weist die umlaufende Aufweitung 6 des oberen Teils 2 eine stetig verlaufende Rundung 7 auf, die ausgeformt ist, dass am oberen Teil 2 der Toilettenschüssel 1 auftreffender und herablaufender Urin schwerkraftgetrieben unter Ausnutzung der Oberflächenspannung über die Rundung 7 der umlaufenden Aufweitung 6 in die umlaufende Öffnung 5 abgeleitet wird.
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Der Urin wird also entlang der inneren Wandung 11 des oberen Teils 2 der Toilettenschüssel in den Raum zwischen dem oberen Teil 2 und dem unteren Teil 3 geführt, in welchem der obere Teil 2 den unteren Teil 3 umschließt. Dort wird er mittels einer ebenfalls umlaufenden Auffangrinne 9 aufgefangen und gesammelt am tiefsten Punkt der Auffangrinne 9 durch einen dort angeordneten Ablauf 15 für aufgefangenen Urin abgeführt.
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Die Ablaufrinne 9 wird hier gebildet durch eine an den unteren Teil 3 an- oder aus diesem ausgeformten Kragen oder Krempe. Zunächst weist hier der untere Teil 3 im oberen Abschnitt 13 einen Falz 10 auf. Daran anschließend befindet sich die Auskragung, welche die Auffangrinne 9 bildet, so dass der untere Teil 2 eine durchgehende Wandung vom Inneren der Toilettenschüssel 1 über den Falz 10 bis zur Auffangrinne 9 aufweist. Umgekehrt weist auch der obere Teil 2 eine durchgehende Wandung vom Inneren der Toilettenschüssel 1 über die Rundung 7 der umlaufenden Aufweitung 6 bis hinter den umschlossenen oberen Abschnitt 13 des unteren Teils 3 auf, welche in die umlaufende Auffangrinne 9 mündet. Eine Schweißnaht 14, entlang welcher der obere Teil 2 mit dem unteren Teil 3 stoffschlüssig verbunden sind, befindet sich in diesem Ausgestaltungsbeispiel im Bereich der Auffangrinne 9. Im Bereich der Auffangrinne 9 besteht somit ein Überlapp zwischen dem oberen und dem unteren Teil 2 und 3 der Toilettenschüssel 1.
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Im Bereich der umlaufenden Öffnung 5 weist die innere Wandung 11 der Toilettenschüssel 1 einen relativ kleinen Rücksprung 8 auf. Durch diesen Versatz zwischen der oberen und unteren Schale, im Bereich der umlaufenden Öffnung 5, ist diese visuell kaum von oben erkennbar und zudem gut gegen ev. Kontamination durch Fäkalien geschützt.
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Um die die Fäkalien- und Urinableitung 4 und 15, mit einer minimalen Wassermenge geruchsdicht aufzufüllen und zu verschließen, kann eine Spüldüse 16 innerhalb der Toilettenschüssel 1 angeordnet sein, die entsprechend geeignet ausgebildet und ausgerichtet ist.
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An den Urinablauf 15 kann eine Aufbereitungsvorrichtung für Urin angeschlossen sein.
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3 zeigt nun ein Ausgestaltungsbeispiel einer Aufbereitungsvorrichtung 17 für Urin im Quer- und Längsschnitt.
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Die Aufbereitungsvorrichtung 17 weist ein Gehäuse 18 mit einem Urin-Zulauf 19 und einem elektrischen Anschluss 20 auf. Der Urin-Zulauf 19 der Aufbereitungsvorrichtung 17 ist mit dem Urinablauf 15 der der Toilettenschüssel 1 und somit auch mit der Ableitung 5 für Urin strömungstechnisch verbunden, und nimmt den in der Toilettenschüssel 1 aufgefangenen und aus dieser abgeleiteten Urin auf. Die Aufbereitungsvorrichtung 17 wirkt somit auch als eine Art Zwischentank. Darüber hinaus weist das Gehäuse 18 einen Auslass 21 auf, welcher gegebenenfalls über ein weiteres Absperrventil 27 mit einem nachgelagerten Urin-Tank verbunden ist. Der Auslass 21 ist an einem tiefsten Punkt des Gehäuses 18 angeordnet. Über diesem sammeln sich Struvit-Ausfällungen 26, welche durch den Auslass 21 abgeführt werden können.
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Dem Auslass 21 gegenüber ist ein Schraubdeckel 22 mit einem weiteren elektrischen Anschluss 23 und mit einer Druckleitung 24 für die Zuführung von Druckluft in das Gehäuse 18, beispielsweise um das Gehäuse zu entleeren, oder um das Gehäuse 18 unter Unterdruck zu setzen, beispielsweise um Urin anzusaugen. Mit dem Schraubdeckel 22 ist eine Opfer-Anode 25 verbunden, welche in den Reaktorraum des Gehäuses 18 ragt. Die Opfer-Anode 25, insbesondere ein Magnesiumstab, ist mit dem elektrischen Anschluss 23 des Schraubdeckels 22 elektrisch verbunden. Dieser wiederum ist mit dem Plus-Pol einer Gleichstromquelle verbunden. Der Magnesiumstab ist ein Verschleißteil und muss in periodischen Abständen erneuert werden. Das Gehäuse 18 der Aufbereitungsvorrichtung 17 selbst wird mit dem Minus-Pol der Gleichstromquelle verbunden und dient als Kathode.
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Urin wird per Teilvakuum in die Aufbereitungsvorrichtung 17 gesaugt und eine Struvit-Ausfällung aus dem Urin wird auf elektrochemischen Wegen herbeigeführt. Dabei werden gleichzeitig eventuell vorhandene Keime durch die Elektrolyse weitgehend abgetötet. Struvit sammelt sich auf dem Grund des Aufbereitungsvorrichtung 17 und wird in dem nächsten Prozessschritt mittels Überdruckes in den Urin-Tank weiterbefördert. Im Urin-Tank sind die Struvit-Ausfällungen unproblematisch, weil sie dort nicht austrocknen und sich auf dem Behältergrund sammeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9219824 A1 [0002]
- JP 4051404 B [0002]
- WO 2014022873 A2 [0003]
