DE4112888A1 - Vakuum-toilettensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Toilettensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vakuum-Toilettensysteme sind bereits seit vielen Jahren im Gebrauch. Da sie beträchtlich weniger Spül­ wasser als konventionelle Gravitationstoilettensysteme benötigen, und ihre Rohre und Fittings nur kleine Abmes­ sungen erfordern, haben sie sich insbesondere in Passa­ giertransport-Anwendungen als brauchbar erwiesen, wie z. B. in Flugzeugen, Schiffen und Bahnen, aber sie werden auch zunehmend in Wohnhausprojekten verwendet.

Ein Vakuum-Toilettensystem besteht konventionel­ lerweise aus einer Anzahl von Abfall aufnehmenden Toi­ letten, wobei jede über ein Abwasserventil mit einem Abwasserrohr verbunden ist, dessen Inneres unter einem wesentlich geringeren Druck steht, als die Toiletten. Die Abwasserrohre führen in einen Abwassersammeltank, aus dem das Abwasser nach einer bestimmten Benutzungs­ periode des Systems entleert wird. Um das Leeren der Toiletten zu unterstützen, und um die Sauberkeit und Hygiene zu verbessern, werden die Toilettenschüsseln bei der Entleerung des Abfalls aus der Schüssel in das Abwasserrohr mit Spülwasser gespült, das in die Schüssel eingeleitet wird.

Um eine befriedigende Abfallentleerung der Toi­ letten zu erzielen, und um einen effektiven Abfalltrans­ port durch die Abwasserrohre in den Sammeltank sicherzu­ stellen, wird in dem Abwasserrohr ein spezifischer Unterdruck benötigt. Dieser Unterdruck ist normalerweise wenigstens ungefähr 40 kPa unter dem atmosphärischen Druck. In einem großen Vakuum-Toilettensystem, wie dem in US 41 84 506 beschriebenen, wird ein konstanter Unter­ druck in dem Abwasserrohr kontinuierlich aufrechterhal­ ten. In kleinen Systemen, die nur eine oder zwei Toilet­ ten enthalten, wie dem in US 42 97 751 beschriebenen, ist das Volumen, das unter Vakuum gesetzt werden muß, relativ klein. In einem solchen Fall kann das notwendige Vakuum zufriedenstellend in Verbindung mit jedem Benut­ zungs- und Spülzyklus erzeugt werden. Die Erfindung bezieht sich auf solche kleinen Vakuum-Abwassersysteme mit diskontinuierlicher Vakuumerzeugung.

Normalerweise wird die Vakuum-Erzeugungsvorrich­ tung solange betrieben, wie zur Herstellung eines spezi­ fischen Unterdrucks notwendig ist, oder im Fall eines großen Systems solange, wie zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdruckpegels nötig ist. In einem kleinen System beginnt die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung zu ar­ beiten, wenn ein Spülzyklus in Gang gesetzt wird. Eine Druckmeßvorrichtung stellt sicher, daß die Vakuumerzeu­ gung fortgesetzt wird, bis ein bestimmter Unterdruck erreicht ist. Die Dauer dieser Betriebsperiode variiert entsprechend dem unter Vakuum stehenden Volumen des Systems.

In einem System, in dem das Abwasserrohr in offe­ ner Verbindung mit dem Abwassersammeltank steht, hängt das unter Vakuum stehende Volumen von dem im Tank vor­ handenen Flüssigkeitspegel ab. Je kleiner das System ist, umso größer sind die relativen Änderungen des unter Vakuum stehenden Volumens, da das Tankvolumen groß ist im Vergleich zum Volumen des Abwasserrohrs. In kleinen Systemen dieser Art ist der optimale Unterdruck zur Erzielung einer zufriedenstellenden Entfernung von Ab­ fall aus den Toiletten und zum effektiven Transport durch das Abwasserrohr in den Sammeltank nicht konstant, sondern variiert entsprechend dem freien unter Unter­ druck stehenden Volumen. Wie oben erläutert, variiert dieses Volumen entsprechend dem Flüssigkeitspegel in dem Sammeltank. Bei einem geringen Flüssigkeitspegel in dem Tank, und folglich einem großen unter Vakuum ste­ henden Volumen, wird ein geringerer Unterdruck benötigt, und bei einem hohen Flüssigkeitspegel im Tank, und folg­ lich einem kleinen unter Vakuum stehenden Volumen, wird ein größerer Unterdruck benötigt. Folglich ist der kon­ stante Unterdruckpegel, der in konventionellen Vakuum- Toilettensystemen erzeugt wird, für kleine Systeme der genannten Art nicht die optimale Lösung.

Um das Problem zu lösen, stets einen optimalen Unterdruckpegel zu erhalten, kann ein Regelsystem be­ nutzt werden, das den Flüssigkeitspegel im Sammeltank registriert, um die Betriebsperiode der Vakuum-Erzeu­ gungsvorrichtung einzustellen. Jedoch wäre ein solches Regelsystem zum Variieren der Betriebszeiten teuer und aufgrund seiner Komplexität nicht völlig zuverlässig. Das Problem ist daher, ein kleines Vakuum-Toiletten­ system der genannten Art zu entwerfen, in dem der Unter­ druckpegel, der bei jedem Benutzungs- und Spülzyklus erzeugt wird, nicht konstant ist, sondern an die Varia­ tion des unter Unterdruck stehenden Volumens angepaßt ist, ohne die Kosten eines solchen Systems übermäßig zu erhöhen oder seine Zuverlässigkeit zu vermindern.

Dieses Problem wird mit einem Vakuum-Toiletten­ system gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen.

Die Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung mit einer Vorrich­ tung versehen wird, mit der die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung aktiviert und auf eine Weise geregelt wird, daß ihre Betriebszeit im wesentlich konstant bleibt. Untersuchungen haben gezeigt, daß diese einfache Maßnahme automatisch sicherstellt, daß der Unterdruckpegel für jede Benutzung sich auf oder dicht bei dem Optimum für das jeweilige freie unter Unterdruck stehende Volumen des Systems befindet. Somit ergibt in einem System der genannten Art eine konstante Laufzeit stets die Möglichkeit zur automatischen Beibehaltung eines Unterdruckpegels, der den effizientesten Betrieb des Systems bewirkt.

Um die vorteilhafteste konstante Laufzeit der Vakuum-Erzeugungsvorrichtung zu finden, besteht der bequemste Weg darin, die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung des Systems mit leeren Abwasserrohr und Sammeltank laufen zu lassen, und festzustellen wie lange es dauert, bis ein ausreichender Unterdruckpegel zum Abfalltrans­ port erreicht ist. Die Praxis hat gezeigt, daß in einem kleinen Vakuum-Toilettensystem der beschriebenen Art ein Unterdruckpegel von wenigstens 22 kPa unter dem atmosphärischen Druck normalerweise befriedigende Ergeb­ nisse liefert. Die erhaltene Laufzeit, um diesen Unter­ druckpegel bei leerem Tank zu erreichen, kann als Basis­ wert für die Installationseinstellung eines speziellen Systems benutzt werden, so daß stets, unabhängig vom Flüssigkeitspegel im Sammeltank, der optimale Betriebs­ unterdruck für das System hergestellt wird.

Experimente zeigen, daß die zufriedenstellendste Größe eines Sammeltanks für ein System gemäß der Erfin­ dung, bestehend aus einem oder zwei Toiletten, 120 bis 600 Liter, vorzugsweise 200 bis 500 Liter beträgt. Nor­ malerweise sollte die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung eine solche Kapazität haben, daß der benötigte Unterdruck in 6 Sekunden oder weniger, vorzugsweise in nicht mehr als 4 Sekunden hergestellt wird. Weiterhin ist es wich­ tig, um sicherzustellen, daß das System effizient arbei­ tet, daß ein Sammeltank im Bereich von 120 bis 200 Litern normalerweise nicht mehr als auf 80% seines Volumens gefüllt werden soll, ein Tank von 200 bis 300 Litern nicht mehr als auf 85%, und ein Tank mit mehr als 300 Litern nicht mehr als auf 90%.

Um sicherzustellen, daß ein ausreichendes freies Volumen verfügbar ist, um das System effizient zu be­ treiben, sollte mindestens ein gesamtes freies Volumen von 30 Litern in dem Abwasserrohrsystem zwischen den Abwasserventilen der Toiletten und dem Sammeltank und oberhalb des höchsten akzeptablen Flüssigkeitspegels in dem Tank vorhanden sein. Die Länge der Abwasserrohre zwischen den Abwasserventilen und dem Sammeltank sollte höchstens 20 Meter betragen, vorzugsweise höchstens 15 Meter. Es wird empfohlen, daß die Abwasserrohre einen freien Innendurchmesser zwischen 40 und 70 Millimeter haben sollten, vorzugsweise zwischen 44 und 65 Millime­ ter. Dies stellt sicher, daß der Abfall zufriedenstel­ lend durch die Rohre transportiert wird, während gleich­ zeitig ein unnötig großes freies Volumen in den Rohren vermieden wird, welche durch die Vakuum-Erzeugungsvorrich­ tung evakuiert werden.

Der Sammeltank ist vorzugsweise mit einem Alarm­ system verbunden, welches eine Warnung ausgibt, wenn der Flüssigkeitspegel den für die Tankgröße kritischen Punkt erreicht, so daß er geleert wird, bevor der Be­ trieb des Systems nachteilig beeinflußt wird.

Die Erfindung wird nun detaillierter in Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Vakuum-Toilettensystems zeigt.

Das Vakuum-Toilettensystem, das in der Zeichnung dargestellt ist, ist zur Installation in Passagiertrans­ portvorrichtungen, wie z. B. einem Eisenbahnwagen oder ähnliches, entworfen worden. Es besteht aus einer Toi­ lette mit einer Schüssel 1, die über ein normalerweise geschlossenes Abwasserventil 2 mit einem Abwasserrohr 3 verbunden ist. Das Abwasserrohr 3 speist über einen Luftseparator 4 einen Sammeltank 5, welcher mit einem alarmauslösenden Meßgerät 6 versehen ist, welches bei­ spielsweise anzeigt, wenn der Füllstand des Sammeltanks 5 ein Maß erreicht hat, das eine Leerung erfordert. Der Sammeltank 5 kann durch Absaugen durch das Rohr 7 geleert werden.

Die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung ist eine Saug­ strahlpumpe 8, welche das Rohr 3 und den Tank 5 durch ein Filter 9 evakuiert. Die Saugstrahlpumpe 8 wird mit­ tels komprimierter Luft betrieben, die von einem Lei­ tungsnetz 17 durch ein ferngesteuertes spulenbetriebenes Ventil 10 eingespeist wird. Luft aus dem Preßluftsystem 17 wird gleichfalls über ein anderes ferngesteuertes spulenbetriebenes Ventil 11 zu einer Einheit 12 gelei­ tet, die aus einer Wasserleitung 15 zugeführtes Spülwas­ ser unter Druck setzt und in die Toilettenschüssel 1 leitet. Ein Spülknopf 13 an der Wand des Toilettenab­ teils ist mit der Kontrolleinheit 14 verbunden, welche die verschiedenen Funktionen des Systems ausführt.

Um das System zu starten, wird der Spülknopf 13 betätigt, der einen Impuls an die Kontrolleinheit 14 sendet, welche das spulenbetriebene Ventil 10 öffnet, woraufhin Druckluft durch die Saugstrahlpumpe 8 strömt. Somit wird innerhalb einiger Sekunden ein Unterdruck in dem Sammeltank 5 und dem Abwasserrohr 3 erzeugt. Das spulenbetriebene Ventil 10 bleibt für eine vorge­ gebene Zeit offen, innerhalb der ein Unterdruckpegel erzeugt wird, der vom Flüssigkeitspegel in dem Sammel­ tank 5 abhängt. Zu einem festen Zeitpunkt des Betriebs­ zyklus öffnet sich das spulenbetriebene Ventil 11, wo­ durch Wasser in den Druckbehälter 12 geleitet wird, der daraufhin Druckwasser der Toilettenschüssel 1 zu­ führt. Ein weiteres spulenbetriebenes Ventil 16 öffnet sich, wodurch Druckluft dem Abwasserventil 2 zugeführt wird, worauf sich dieses öffnet. Dadurch wird der Abfall durch den atmosphärischen Druck in das Abwasserrohr 3 und in den Sammeltank 5 gedrückt.

Mit dem Sammeltank 5 und der Vakuum-Erzeugungs­ vorrichtung 8 können weitere Toiletten mit ihren zuge­ hörigen Rohren und anderem Zubehör verbunden werden. Jedoch ist das System nicht für eine große Anzahl von Toiletten geeignet. Die maximale Anzahl der Toiletten in einem System ist normalerweise 4, vorzugsweise nur 2. Ein Rückschlagventil 18 ist in dem Saugrohr 19 dicht an dem Sammeltank 5 vorgesehen, um den darin erzeugten Unterdruck aufrechtzuerhalten.

Claims (9)

1. Vakuum-Toilettensystem bestehend aus einer relativ kleinen Anzahl von Toiletten (1) und einem Ab­ wassersammeltank (5), einem Abwasserrohr (3), das in offener Verbindung mit dem Tank (5) steht und jede Toi­ lette (1) mit dem Tank (5) verbindet,einen normalerweise geschlossenen Abwasserventil (2), das jede Toilette mit dem Abwasserrohr (3) verbindet, und einer Vakuum- Erzeugungsvorrichtung (8) zur Erzeugung eines teilweisen Unterdrucks in dem Tank (5) und dem Abwasserrohr (3), wobei der teilweise Unterdruck nur dann erzeugt wird, wenn ein Toilettenspülimpuls einer Größenordnung gegeben wird, der einen effektiven Transport des Abwassers von einer der Toiletten (1) in den Tank (5) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum- Erzeugungsvorrichtung (8) mit Mitteln (10, 14) versehen ist, mit denen die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung (8) aktiviert und auf eine Weise geregelt wird, daß ihre Betriebszeit bei jedem normalen Toilettenleerungs- Betriebszyklus im wesentlichen konstant bleibt, wodurch ein Unterdruckpegel erzeugt wird, der entsprechend dem gesamten freien Volumen über der Flüssigkeitsoberfläche in dem Tank (5) und in dem Abwasserrohr (3) oder -rohren (3) variiert.

2. Vakuum-Toilettensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System maximal vier, vorzugsweise maximal zwei Toiletten ent­ hält.

3. Vakuum-Toilettensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ zeit für die Vakuum-Erzeugungsvorrichtung (8) so einge­ stellt wird, daß ein Unterdruck von wenigstens 22 kPa unter dem atmosphärischen Druck erreicht wird, wenn das Abwasserrohr (3) und der Sammeltank (5) leer sind.

4. Vakuum-Toilettensystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum- Erzeugungsvorrichtung (8) eine solche Vakuumerzeugungs­ kapazität besitzt, daß eine Betriebszeit von maximal 6 Sekunden, vorzugsweise maximal 4 Sekunden erzielt wird.

5. Vakuum-Toilettensystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasser­ sammeltank (5) ein Volumen zwischen 120 und 600 Litern, vorzugsweise zwischen 200 und 500 Litern hat.

6. Vakuum-Toilettensystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel­ mittel (6, 14) so angeordnet sind, daß sie einen Alarm geben, wenn ungefähr 80% des Volumens eines Abwasser­ sammeltanks (5) mit 120 bis 200 Litern, ungefähr 85% des Volumens eines Tanks mit 200 bis 300 Litern, und ungefähr 90% des Volumens eines Tanks mit mehr als 300 Litern,mit Abwasser gefüllt ist.

7. Vakuum-Toilettensystem nach einem der vorheri­ gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Gesamtvolumen von wenigstens 30 Litern über jedem akzep­ tablen maximalen Flüssigkeitspegel in dem Abwassersam­ meltank (5) und in dem Abwasserrohrsystem (3), zwischen Abwasserventilen (2) der Toiletten (1) und dem Tank (5), vorhanden ist.

8. Vakuum-Toilettensystem nach einem der vorheri­ gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Abwasserrohrs (3) zwischen dem Abwasserventil (2) einer jeden Toilette (1) und dem Abwassersammeltank (5) maximal 20 Meter, vorzugsweise maximal 15 Meter beträgt.

9. Vakuum-Toilettensystem nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Innendurchmesser des Abwasserrohrs (3) zwischen 40 und 70 Millimeter, vorzugsweise zwischen 44 und 65 Millime­ ter beträgt.