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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine unabhängige Nutzzelle.
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Während großer Bauarbeiten
ist es üblich,
dass Nutzzellen an Ort und Stelle platziert werden, um zeitweilige
Büros,
Waschräume
und Toiletten für
die Bauarbeiter unterzubringen. Typischerweise sind solche Nutzzellen
leicht transportierbar und werden unter Verwendung von Dieselgeneratoren
mit Energie versorgt, welche innerhalb der Nutzzelle selber untergebracht
sind. Solche Generatoren neigen jedoch dazu, laut zu sein, die Umgebung
mit umweltverschmutzenden Abgasen zu verschmutzen, und erfordern
einen Kraftstofftank, welcher eine beträchtliche Kraftstoffmenge für die Dieselmaschine
erfordert, welcher häufig
aufgefüllt
werden muss.
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Die
US 5,107,637 beschreibt
eine Nutzzelle, welche eine solarbetriebene Beleuchtung und Speicherbatterien
zum Ansammeln und Speichern von einer elektrischen Energie während der
Tageslichtstunden hat, um innerhalb der Nutzzelle eine Beleuchtung
bereitzustellen. Jedoch ist kein Mittel zur Selbstaufheizung der
Nutzzelle bereitgestellt.
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Es
ist eine Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, eine Nutzzelle
bereitzustellen, welche die zuvor genannten Nachteile löst oder
wesentlich mindert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine unabhängige
Nutzzelle bereitgestellt, welche eine Stromerzeugungseinrichtung,
die eine natürliche
Energiequelle nutzt; mindestens eine Batterie, die an die Stromerzeugungseinrichtung
angeschlossen ist, um elektrischen Strom zu speichern, der von der Stromerzeugungseinrichtung
erzeugt wird, um bei Bedarf Vorrichtungen in der Nutzzelle mit elektrischen
Strom zu versorgen; und eine Steuereinrichtung, die von der Batterie
oder den Batterien mit Strom versorgt wird und dazu ausgelegt ist,
zu irgendeiner vorgegebenen Zeit ein Wiederaufladen von irgendeiner
der Batterien durch die Stromerzeugungseinrichtung zu steuern, enthält; dadurch
gekennzeichnet, dass ein Brenner vorgesehen ist, um Luft über eine Wärmetauscheranordnung
zur Verwendung in der Nutzzelle zu erwärmen; und die Steuereinrichtung
auch den Betrieb des Brenners und der Wärmetauscheranordnung steuert.
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Vorzugsweise
ist eine Solar-Stromerzeugungseinrichtung bereitgestellt, welche
zumindest ein Solarpaneel enthält,
das aus einer Vielzahl von Fotovoltaik-Zellen zusammengesetzt ist.
Alternativ ist eine Wind-Stromerzeugungseinrichtung bereitgestellt,
welche zumindest eine Windturbine enthält, die an einen Dynamo angeschlossen
ist.
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Somit
wird die Nutzzelle bei der vorliegenden Erfindung über eine
natürliche
Energiequelle mit elektrischem Strom versorgt, und wird über den
Brenner mit Wärmeenergie
versorgt. Dies ist eine sehr wirksame Art und Weise, um die Nutzzelle
mit Energie zu versorgen, welche vorteilhafterweise im Gegensatz
zu herkömmlichen
Nutzzellen dieses Typs steht, welche einen Diesel- oder Benzingenerator
als eine Elektrizitätsquelle
verwenden, welche als Energie für
elektrische Elemente verwendet wird, um jegliche erforderliche Erwärmung zuzuführen.
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Ebenfalls
vorzugsweise befindet sich das Solarpaneel oder die Windturbine
auf dem Dach oder an den Seiten von der Nutzzelle.
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Ebenfalls
vorzugsweise sind zumindest zwei Batterien bereitgestellt, und bestimmt
die Steuereinrichtung, welche der Batterien betrieben wird, um die Steuereinrichtung
und die Vorrichtungen mit Strom zu versorgen, und welche gegebenenfalls
aufgeladen werden muss.
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Ebenfalls
vorzugsweise sind die Batterien innerhalb einer isolierten Kammer
untergebracht. Dies dient dazu, um ihre Betriebstemperatur nahe
der Temperatur beizubehalten, bei welcher sie am wirksamsten arbeiten.
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Ebenfalls
vorzugsweise wird die isolierte Kammer, in welcher die Batterien
untergebracht sind, mit erwärmter
Luft versorgt.
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Ebenfalls
vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung den Betrieb der Wärmetauscheranordnung
und das Anlaufen des Brenners, wann nötig, wie dies durch einen oder
mehrere Thermostate bestimmt wird.
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Ebenfalls
vorzugsweise ist das Innere der Nutzzelle mit einem Thermostaten
versehen, der auf die Steuereinrichtung aufgeschaltet ist, um eine
Zufuhr erwärmter
Luft aus der Wärmetauscheranordnung
in die Nutzzelle zu steuern, um das Innere der Nutzzelle zu erwärmen.
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Ebenfalls
vorzugsweise enthält
der Brenner einen Gasbrenner.
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Ebenfalls
vorzugsweise ist ein Sensor bereitgestellt, um das Eintreten eines
Benutzers in die Nutzzelle zu erfassen. Vorzugsweise ist der Sensor auf
die Steuereinrichtung aufgeschaltet, die, nach Erfassen des Eintretens
des Benutzers in die Nutzzelle, die Vorrichtungen in eine einsatzbereite
Bereitschaftszustandsbetriebsart versetzt.
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Ebenfalls
vorzugsweise schaltet der Sensor automatisch eine elektrische Beleuchtung
in der Nutzzelle ein, wenn ein Benutzer die Nutzzelle betritt, und
schaltet die Beleuchtung aus, wenn die Nutzzelle verlassen wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mittels Beispiel mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
schematische Darstellung des Inneren von einer solarbetriebenen,
transportierbaren Nutzzelle ist, welche zur Verwendung als eine
Toilette ausgestattet ist, von der Vorderseite aus betrachtet;
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2 eine
schematische Darstellung des Inneren von der in 1 gezeigten
Nutzzelle ist, von der Rückseite
aus betrachtet;
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3 eine
schematische Darstellung des Inneren von der in 1 und 2 gezeigten
Nutzzelle ist, von der Seite in Richtung eines in 1 gezeigten
Pfeils III betrachtet; und
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4 eine
schematische Darstellung des Inneren von einer windbetriebenen transportierbaren Nutzzelle
ist, von der Rückseite
aus betrachtet.
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Die
Ausführungsformen
der unabhängigen Nutzzelle,
wie im Folgenden beschrieben, sind dazu gedacht, um als transportierbare
Nutzzellen zur Verwendung bei Baustellen und dergleichen verwendet zu
werden, wo Toiletteneinrichtungen andererseits nicht verfügbar sind.
Die Nutzzelle kann, wie in den Zeichnungen gezeigt, zum Transport über Tieflader freistehend
sein oder als ein Anhänger
adaptiert sein und mit seinen eigenen Rädern bereitgestellt sein. Es wird
jedoch anerkannt, dass eine Nutzzelle gemäß der Erfindung, wenn erforderlich,
beispielsweise mit zusätzlichen
Badeinrichtungen, wie beispielsweise eine Dusche oder als ein Büro, eine
Küche,
eine Behausung oder Weiteres ausgestattet sein kann, und leicht
transportierbar erstellt sein kann, indem sie eine zum Transport über einen
Lastkraftwagen oder ein weiteres Fahrzeug geeignete Größe hat oder
derart entworfen ist, um dauerhaft platziert zu werden, wobei sie
beispielsweise im Falle von einer Toiletten-Nutzzelle leicht zu
adaptiert ist, um an eine Hauptwasserversorgung und an die Entwässerung oder
einen Abwasserkanal angeschlossen zu werden. Solche Anordnungen
belassen ihre Elektrizitätsversorgung
gemäß der Erfindung
unbeeinflusst und unabhängig.
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In
einer ersten Ausführungsform
ist eine unabhängige
Nutzzelle gemäß der Erfindung
solarbetrieben. Die in 1 bis 3 gezeigte
solarbetriebene Nutzzelle 1 enthält eine Benutzerhauptkabine 2,
welche in mehrere Räume
aufgeteilt werden kann, und eine Steuerkabine 3, in welcher
sich eine Einrichtung zur Verwendung beim Betrieb von der Nutzzelle für den Zweck,
für welchen
sie entworfen wurde, befindet, und auf welche vom Inneren oder Äußeren von
einer Seite von der Kabine zugegriffen wird. Im vorliegenden Fall
ist die Nutzzelle 1 als eine Toilette ausgestattet, und
wird die Hauptkabine durch erwärmte
Luft erwärmt
und mit einer Spültoilette 4,
einem Urinbecken 5, welches gespült werden kann, ein Waschbecken 6 mit
einem Warm- und Kalt-Wasserhahn und einem Warmlufttrockner 7 bereitgestellt. Die
Nutzzelle 1 ist dazu gedacht, eine transportierbare Nutzzelle
zu sein, so dass sie ebenfalls mit einem Frischwassertank 8 und
einem Schrnutzwasser- und Abwassertank 9 bereitgestellt
ist, wobei sich beide unterhalb des Bodens von der Hauptkabine 2 befinden.
Ein elektrischer Strom zur Verwendung des Betriebes von der Nutzzelle 1 wird
durch ein Solarpaneel oder durch Paneele 10 erzeugt, welche
jeweils eine Mehrzahl von Fotovoltaik-Zellen auf eine herkömmliche
Art und Weise enthalten. Die Paneele 10 können an
den Seiten oder auf dem Dach von der Nutzzelle 1 platziert
werden, sind jedoch vorzugsweise auf einem flachen Dach von der
Nutzzelle 1 platziert. Diese Platzierung ist nicht nur
zum Einfangen von dem gesamten verfügbaren Sonnenlicht am wirksamsten,
da es unwahrscheinlich ist, dass das Dach von der Nutzzelle 1 durch
Pflanzen, Fahrzeuge oder weitere Bauwerke an einer Baustelle abgedunkelt
wird, sondern bedeutet ebenfalls, dass die Paneele 10 sich
dort befinden, wo sie nicht einfach gestört oder beschädigt werden
können.
Ebenfalls, unter der Annahme, dass die Nutzzelle 1 eine
typische rechteckige parallelförmige
Kastenform hat, steht der gesamte Dachbereich von der Nutzzelle 1 zur
Verfügung,
um die Paneele 10 unterzubringen.
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Innerhalb
der Steuerkammer 3 befindet sich zumindest eine Batterie 11.
Bei den meisten Nutzzellen wird angenommen, dass sich dort zwei
Batterien befinden werden, welche innerhalb einer isolierten Kammer 12 untergebracht
sind, und welche mit den Paneelen 10 verbunden sind und
die durch die Paneele 10 erzeugte elektrische Energie speichern
können.
Unter der Annahme, dass die zwei Batterien herkömmliche „Erholungs-"Batterien sind, wobei
jede 12 V erzeugt, wurde herausgestellt, dass vier herkömmliche
Solarpaneele 10, welche sich auf dem Dach von der Nutzzelle
befinden, ausreichen, um eine der Batterien durch ungefähr das Sonnenlicht von
einem Tag aufzuladen. Jede vollständig aufgeladene Batterie 11 wird
für ungefähr fünf Tage
eines normalen Gebrauchs von einer Nutzzelle 1, welche wie
oben beschrieben ausgestattet ist, eine Energie zuführen.
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Die
Batterien 11 versorgen eine Steuereinheit 13 mit
Energie, welche sich innerhalb der Steuerkammer 3 befindet,
und welche den Betrieb von allen elektrischen Vorrichtungen, welche
innerhalb der Nutzzelle 1 enthalten sind, steuert, indem
der Betrieb von den Batterien 11 gesteuert wird. Die Einheit 13 ist dazu
ausgelegt, zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt zu bestimmen und zu steuern,
welche der Batterien 11 dazu betrieben werden wird, um
die Steuereinheit und die elektrischen Vorrichtungen mit Energie
zu versorgen, und welche, wenn überhaupt
irgendeine, durch die Solarpaneele 12 aufzuladen ist. In
dieser Hinsicht ist ein geeignetes Umschaltmittel (nicht gezeigt)
bereitgestellt, um einen glatten Übergang zwischen den Batterien 11 zu
erzielen.
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Innerhalb
der Steuerkammer 3 ist ebenfalls ein Brenner 14 enthalten,
welcher durch Kraftstoff mit Energie versorgt wird, wie beispielsweise
Flaschengas oder Öl,
welches in einem Tank 15 gelagert ist, welcher sich am
Bodenbereich von der Steuerkammer 3 befindet. Der Brenner 14 kann
derart ausgewählt
sein, dass seine Wirksamkeit derart ist, dass der Tank 15 selten
aufgetankt zu werden braucht, und derart, dass keine umweltbelastenden
Abgase emittiert werden. Es wird jedoch anerkannt, dass jeglicher
geeignete Kraftstoff verwendet werden kann.
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Der
Brenner 14 bildet ein Teil von einer Wärmetauscheranordnung 16,
wobei der Brenner 14 dazu verwendet wird, um Luft über den
Wärmetauscher 16 zur
Verwendung innerhalb der Nutzzelle 1 zu erwärmen. Die
Wärmetauscheranordnung 16 enthält daher
ein Pumpen/Lüfter-Mittel,
um erwärmte Luft
an verschiedene Einsätze
innerhalb der Nutzzelle 1, wie durch einen oder mehrere
Thermostate bestimmt, bereitzustellen. Es gibt insbesondere vier Hauptverwendungen
für die
erwärmte
Luft. Zunächst wird
sie zum Erwärmen
des Inneren von der Hauptkabine 2, wenn erforderlich, verwendet.
Zu diesem Zwecke ist die Kammer 2 mit einem Thermostat 17 bereitgestellt,
welcher mit der Steuereinheit 13 verbunden ist, welche
ebenfalls dazu verwendet wird, um den Betrieb der Wärmetauscheranordnung 16 und
das Anlaufen des Brenners 14 zu steuern. Zweitens wird
die erwärmte
Luft, wenn erforderlich, an den Warmlufttrockner 7 zugeführt, welcher
seinen eigenen Lüfter
(nicht gezeigt) enthält,
um dem Benutzer die Luft zuzuführen.
Drittens wird die erwärmte Luft
dazu verwendet, um eine Versorgung von Warmwasser zu erwärmen, welches
in einem Warmwassertank 18 gelagert ist, welcher von dem
Frischwassertank 8 aufgefüllt wird. Die erwärmte Luft
wird über eine
Hülle (nicht
gezeigt), welche den Tank 18 umgibt, geleitet. Das erwärmte Wasser
wird dazu verwendet, um den Warmwasser-Wasserhahn des Waschbeckens 6 zu
versorgen, und es wird Frischwasser an die Spülsysteme für die Toilette 4 und
das Urinbecken 5 und an die Wasserhähne des Waschbeckens 6 durch
Wasserpumpen 18 zugeführt,
welche durch die Batterien 11 unter der Steuerung von der
Steuereinheit 18 mit Energie versorgt sind. Schließlich wird
die erwärmte
Luft dem Inneren der isolierten Kammer 12, welche die Batterien 11 enthält, zugeführt, um
sie auf eine Temperatur beizubehalten, bei welcher sie mit maximaler
Wirksamkeit arbeiten. Dies ist insbesondere während kalter Wetterlagen wichtig.
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Um
die Aktivierung der verschiedenen elektrischen Vorrichtungen innerhalb
der Nutzzelle 1, wie beispielsweise die Wasserpumpen 18,
der Trockner 7 und dergleichen, sicherzustellen, befindet
sich ein Infrarotsensor 19 innerhalb der Kammer 2,
um zu erfassen, wenn jemand eintritt. Der Sensor 19 ist
mit der Steuereinheit 13 verbunden, welche dann die elektrischen
Vorrichtungen, wie beispielsweise die Wasserpumpen 18,
den Trockner 7, in eine einsatzbereite Bereitschaftszustandsbetriebsart
aktiviert. Der Sensor 19 kann ebenfalls dazu verwendet
werden, um automatisch eine elektrische Beleuchtung 20 innerhalb
der Kammer 2 einzuschalten, und sie auszuschalten, wenn
die Kammer 2 verlassen wird.
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Es
wird anerkannt, dass die Nutzzelle 1 mit weiteren elektrisch
betriebenen Vorrichtungen bereitgestellt werden kann, welche durch
die Batterien 11 mit Energie versorgt werden können, wie
für die
Benutzung von der Nutzzelle geeignet.
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In
einer zweiten Ausführungsform
von einer Nutzzelle 21, wie in 4 gezeigt,
enthält
die Stromerzeugungseinrichtung zumindest eine Windturbine 22,
die an einen Dynamo 23 angeschlossen ist. Wie bei den Solarpaneelen 10 können die
Turbinen auf dem Dach oder an den Seiten von der Nutzzelle platziert
werden, jedoch ist die beste Stelle auf dem Dach von der Nutzzelle 21.
Der Dynamo ist mit den Batterien 11 und mit der Steuereinrichtung 13 elektrisch verbunden.
In weiteren Hinsichten ist die Nutzzelle 21 gleich der
Nutzzelle 1, wie mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung eine unabhängige Nutzzelle bereit, welche
die Probleme in Zusammenhang mit herkömmlichen Nutzzellen von diesem
Typ löst,
indem sie so gut wie leise ist, wenige oder keine Abgase erzeugt
und einer geringen Wartung bedarf, wobei, im Gegensatz zum Auffüllen und
Entleeren von den Tanks 8 und 9, der Kraftstofftank 15 einer
weniger häufigen
Wartung bedarf. Insbesondere bedarf die Nutzzelle 1 oder 21 in dieser
Hinsicht keinen Diesel- oder
Benzinkraftstoff. Obwohl erwartet wird, dass die natürlichen
Energiequellen in den meisten Fällen
entweder Solarenergie oder Windenergie sein werden, wäre es möglich, die Nutzzelle
derart anzupassen, dass sie von Wasserenergie Gebrauch macht, wenn
sie nahe einer Quelle von fließendem
Wasser positioniert wird.