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>n Ferfeotioïmement au transport de détritus
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La présente invention concerne un dispositif d'évacuation des excréments rassemblas dans une accumultion d'eau dans la cuvette d'un cabinet, muni d'une soupape de déchargement, qui ferme en position normale l'orifice de sortie du cabinet et qui peut être ouverte quand la cuvette doit être vidée, ledit orifice de sortie étant lié à un conduit de transport conduisant à un récipient, dans lequel on maintient une pression inférieure à la pression atmosphérique. Un tel dispositif est décrit, entre autres,,dans le brevet britannique n 867.664.
Le est de cette invention est d'améliorer le débit de détritus dans le conduit de transport et elle est caractérisée en ce que ledit tuyau de transport est muni de divisions espacées ou de séparations d'eau.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
Les figures 1A et 1B sont des schémas de montage selon le dispositif.
Les figures 2 à 11 sont des schémas de fonctionnement du dispositif.
Les figures 12 à 15 illustrent différents modes de réalisation des tampons formant des poches ou des siphons.
L'eau venant d'une source contrôlable et tous les excréments contenus dans la cuvette du cabinet représenté sur la figure 1 sont rassemblés et retenus, tant qu'un orifice de sortie contrôlable 3 reste fermé.
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L'orifice de sortie 3 communique par un tuyau de déchargement ou de transport, désigné d'une manière générale par 200, avec un récipient 201, mis sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. Une pompe 202 d'évacuation mue électriquement est contrôlée par un réglage à relais 205, sensible à la pression grâce aux conducteurs électriques 203 et 204. L'admission de la pompe 202 est liée au récipient 201 par le conduit 206 et le refoulement est lié à l'atmosphère par le conduit 207. Le réglage à relais 205 est tel, qu'il entraîne la mise en service de la pompe. Quand la pression à l'intérieur du récipient 201 atteint une limite supérieure, telle que par exemple les 6/10 de la pression atmosphérique, et fait arrêter la pompe, quand un vide suffisant se rétablit, correspondant par exemple aux 4/10 de la pression atmosphérique.
Quand l'orifice de sortie 3 est ouvert, le contenu de la cuvette est soumis à une pression inférieure à la pression atmosphérique du coté de l'orifice de sortit et la différence de pression, s'exerçant sur le contenu, l'entraîne, à travers l'orifice de sortie 3 danale conduit 200, L'orifice de sortie 3 doit rester ouvert après l'entraînement du contenu, de telle sorte que, en plus, un grand volume d'air passe dans le conduit 200 par l'orifice de sortie 3. On ferme ensuite l'orifice de sortie 3 au bout d'un temps prédéterminé. Tout liquide restant, pendant la période de fermeture de l'orifice de sortie 3, dans le conduit 200, à la suite d'une ou plusieurs phases de déchargement, se rassemble dans une ou plusieursdes nombreuses poches ou siphons 208 à 212.
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Quand l'orifice de sortie est fermé, chaque poche draine une partie du conduit, ainsi la poche 208 draine la partie comprise entre l'orifice de sortie 3 et la courbure du conduit 213 et joue le rôle d'une division ou d'une séparation d'eau. La poche 209 draine la partie comprise entre les divisions 213 et 214, la poche 210, la partie comprise entre les divisions 214 et 215, la poche 211 la partie comprise entre les divisions 215 et 216 et la poche 212 la partie comprise entre les divisions 216 et 217.
Un point remarquable de ce dispositif est que le conduit entre la cuvette de cabinet 1 et le récipient 201 peut avoir des inclina '.sons différentes et, ainsi éviter des obstacles naturels, tels qu'un rocher souterrain 218 ; il suffit de prévoir un simpel coude dans le conduit, ainsi qu'on le montre en 216.
Le conduit est de préférence en plastique, par exemple en polyéthylène, ou d'un type suffisamment rigide pour résister aux différences de pression qui règnent entre l'atmosphère et la pression dans le récipient 201, et aussi pour tenir compte de toute pression normalement exercée par le sol. Il est important que la surface interne du tuyau soit lisse, pour éviter que des particules solides adhèrent à la paroi. On réduit aussi par là même le frottement entre le liquide et la paroi. Le diamètre interne du conduit est compris, en pratique, entre 40 et 60 mm. Les résultats les meilleurs sont obtenus, si la diamètre minimum peut excep- tionnellement être aussi petit que 35 mm ou même descendre jusqu'à 19 mm.
On peut utiliser des conduits de ce type de longueur considérable, par exemple 100 ou 200 m, en évitant les joints ou du moins en réduisant leur nombre.
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Les figures 2 à 11 illustrent schématiquement les conditions de fonctionnement* Le conduit de déchargement 219 comprend trois divisions 220, 221 et 222 et deux poches intermédiaires 223 et 224. L'orifice de sortie 3 de la cuvette du cabinet 1 est sous le contrôle d'une soupape 4 qui est mise en oeuvre par un mécanisme, (non représenté) quand le contenu de la cuvette doit être vidé et qui s'abaisse à nouveau après un certain temps prédéter" miné, en refermant l'office de sortie 3. Le récipient d'évacuation 225 contient de l'air sous la pression constante de 0,5 kg/cm2,
Avant l'ouverture de la soupape 4, une accumulation d'eau se produit dans le fond de la cuvette 1, se montant par exemple à 0,8 litre.
Le diamètre intérieur du conduit 219 étant dans ce cas de 44 mm, de manière que l'eau contenue dans la cuvette corresponde à une longueur théorique du conduit de 53 cm plein d'un mélange liquide homogène. Pour clarifier la figure, l'échelle du diamètre du conduit est environ 5 fois plus grande que l'échelle axiale ou longitudinale, ce qui correspond à un espacement réel des points 3,223 et 224 d'environ 4 m.
En pratiqua ces distances peuvent être considérablement plus longues, ce qui d'ailleurs n'est pas d'une grande importance dans le fonctionnement. D'une manière générale, il ne àu, attribuer aucune dimension exacte aux figures ci-jointes.
Sur la figure 2, on suppose que la soupape 4 vient d s'ouvrir, de telle sorte que la pression atmosphérique, qui règne dans la cuvette 1, agit sur la surface extrême @auche 226 d'un tampon de liquide 227, formé dans
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le conduit à partir du contenu de la cuvette 1, tandis que l'extrémité droite 228 du tampon est soumise directe- ment à la pression réduite du récipient 225.
Comme la résistance de l'air à l'écoulement est pratiquement insignifiante aux vitesses obtenues ici et en négligeant le frottement dans le liquide, la différence de pression résultante agissant par le tampon 227 se monte à environ 0,5 kg/cm2, Pour une longueur de tampon de 53 cm, cette différence de pression correspond, pour un tuyau horizon- tal, à une force d'accélération de 1000 x 0,5 = 9,5fois
55 le propre poids du tampon, et, pour un conduit vertical, à 8,5 fois ce poids. On peut considérer qu'une force de cet ordre d@@grandeur agit pratiquement aussi longtemps que le tampon 227 forme un tout et assure un contact circulaire complet avec les parois du conduit 219, agissant ainsi comme un piston, pourvu qu'aucun autre tampon n'agisse dans le tube.
En raison de sa faible longueur, le tampon 227 atteint très rapidement une vitesse considérable, telle que 20 à 30 m par sec. Cepen- dant, quand il parcourt le conduit, le tampon laisse sur son passage du liquide 229 le long des parois du conduit, et les forces de gravité agissant transversalement sur le tampon tendent à l'aplatir. En raison du fait que le mouvement du tampon de liquide rencontre une résistance plus élevée le long des parois du conduit qu'au centre du tampon, la surface extrême arrière 226 devient concave et la surface extrême avant 228 convexe.
Sur la figure 3, l'aspect du tampon est repré- senté lorsqu'il a traversé la section montante du conduit entre les points 3 et 220. Le tampon a maintenant perdu
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des quantités de liquide 229 et 230 considérables sur les parois du conduit-, de telle sorte que la masse de liquide du tampon lui-même est considérablement réduite.
En outre, le tampon se déforme de plus en plus, de sorte que la surface de contact entre le tampon et la paroi du conduit est de plus en plus réduite.
Sur la figure 4, le tampon 227 n'est plus en contact avec la paroi supérieure du conduit et le courant d'air dépasse le liquide restant et l'éparpillé en gouttelettes de liquide et en écume 231 qui sont rapidement évacuées par le conduit.
Sur la figure 5, l'écume a été entraînée plus loin et les parois ont été humidifiées par le liquide sur toute la distance comprise entre le point 3 et le point 224.
Sur la figure 6, la soupape 4 est fermée ; l'arrivée d'air à la pression atmosphérique est arrêtée et du liquide remplit à nouveau la cuvette 1.
Le liquide restant dans le conduit de déchargement s'écoule maintenant vers le bas, pouvant prendre des directions opposées il se dirige vers le fond des dépressions à l'intérieur de la soupape et aux points 223 et 224, où il se formetdes accumulations de liquide plus ou moins grandes. L'accumulation de liquide la plus grande se situe, à cette phase, au point 223 où le niveau gauche 232 est juste au contact de la paroi supérieure 233 du coude du conduit, tandis que le niveau 234 du coté droit est quelque peu plus élevé. La raréfaction de l'air dans le récipient 225 entraîne que tout l'air, qui a une pression plus élevée que celle qui règne dans le récipient
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225 ou 0,5 kg/cm2, a tendance à se mouvoir vers ce récipient.
Si alors la pression du coussin d'air 237 emprisonné entre la soupape 4 et le niveau 232 est considérablement plus élevée que cela, des bulles d'air 235 sont aspirées à travers le liquide-236 au point 223, jusqu'à ce que la différence de pression entre le coussin d'air emprisonné 237 et la pression qui règn dans le récipient 225 corresponde à la hauteur de la colonne de liquide 238. Le liquide 236 forme ainsi un nouveau tampon, qui obture le conduit et peut être appelé un tampon secondaire et qui entraîne, entre autres, que le conduit de déchargement 219 est divisé par un siphon de liquide en deux sa .Lions, l'une qui va de la soupape 4 au point 223 et la seconde du point 223 au récipient 225* La pression d'air entre les différentes sections varie d'une manière discontinue.
La fonction du coussin d'air 237 sera expliquée plus bas.
En se référant à la figure 7, dans laquelle la soupape 4 est ouverte pour la deuxième fois, pour le début d'une nouvelle opération d'évacuation, un nouveau tampon de liquide 239 est évacué de l'orifice de sortie 3 de la cuvette dans le conduit de déchargement, sous l'action de la pression atmosphérique sur la surface arrière 240. La surface avant 241 est, dans ce cas, soumise tout d'abord à la faible pression du coussin d'air 237, qui est égale à la somme des pressions du récipient 225 et de celle due au poids de la colonne 238 du tampon secondaire 236. Le tampon secondaire 236 est soumis initialement sur sa partie extrême gauche 242 à la même pression.
Cependant, à mesure que le coussin d'air 237
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emprisonné entre les tampons 236 et 239 est graduellement comprimé par l'avancement du tampon 239, la pression d'air dans le tampon 237 s'accroît corrélativement. Le tampon secondaire 236 est alors accéléré de plus en plus, mais a un taux moins élevé que celui du tampon 227 quand ce dernier était dans le même position, selon la figure 2. Aussi, l'accélération du tampon 239 devient graduellement plus faible, en raison de la oontrepression due à la compression du coussin d'air 237.
Dans la position représentée sur la figure 8, le tampon 239 n'est plus en contact avec la paroi supérieure du conduit et abandonne derrière lui des quantités de liquide 243 sur les parois du conduit, en produisant des gouttelettes et de l'écume 244, qui s'écoulent à travers le conduit. Le tampon 236 est maintenant mis en mouvement, mais sur une distance quelque peu plus courte que le liquide provenant du tampon 239.A partir du moment où le tampon 239 n'est plus au contact des parois du conduit, de l'air atmosphérique passe rapidement et, s'il est encore intact, le tampon 236 est soumis à une pression accrue dans le sens de son déplacement, de sorte que son accélération est accrue considérablement. L'accu. mulaticn d'eau au point 224 reste à peu près constante, puisque seul un courant d'air à faible pression la traverse.
Sur la figure 9, la soupape 4 est refermée et le flux d'air à pression atmosphérique cesse. L'eau du conduit de déchargement s'écoule en raison de l'inclinai- son du conduit vers les "poches" en 223 et 224, où elle
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s'accumule et forme un nouveau tampon secondaire 245 et un nouveau tampon tertiaire 246. Le récipient 225 tend à aspirer tout l'air qui est à une pression supérieure à la sienne, par exemple à 0,5 kg/cm2 et les tampons nouvellement formés 245 et 246 se placeront ainsi, comme il est indiqué sur la figure, en ayant leurs niveaux gauches 247 et 249 respectivement à une hauteur inférieure à celle de leurs niveaux droits 248 et 250.
Des bulles d'air traversent les accumulations deau, comme on l'indique en 251 et 252 et par là, le dispositif atteint graduellement un équilibre tel, que la pression du coussin d'air 259 emprisonné entre les niveaux 248 et 249 est égale à la sor@@ des pressions correspondant à celle qui règne dans le récipient 225 et à celle due à la colonne de liquide 253, et celle du coussin d'air 258 emprisonné entre la soupape 4 et le niveau 247 est égale à la somme des pressions correspondant à celle qui règne dans le récipient 225 et à celles dues aux colonnes de liquide 253 et 254.
Quand, selon la figure 10, la soupape 4 est ouverte pour la troisième fois, l'air sous pression atmosphérique entraîne un tampon primaire 255, le coussin d'air 258, un tampon secondaire 256, le coussin d'air 259 et un tampon tertiaire 257 vers le récipient 225, Cette fois-ci, le tampon 255 ne subit pas une différence de pression aussi élevée que celle indiquée sur la figure 2, et ne subit même pas la différence de pression qui agit selon la figure 7. Le tampon 255 a cependant toujours une accélération initiale considérable qui se réduit graduellement.
Le tampon 256 est seulement accéléré
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graduellement à mesure que le coussin d'air 258 est comprimé par le mouvement du tampon 255 et le tampon 257 est accéléré encore plus tard et a un taux plus faible, c'est-à-dire seulement quand le tampon 256 s'est déplacé si loin, que le coussin d'air 259 a eu le temps d'être comprimé notablement.
Dans la position représentée sur la figure 11, tous les tampons ont éclaté et seule de l'écume de déplace sous l'effet de l'air entrant à la pression atmosphérique dans le conduit de déchargement 219, jusqu'à ce que la soupape 4 soit refermée. Aussitôt que ceci est accompli, on retrouve les conditions de la figure 9.
Le dispositif a maintenant atteint son état stable caractérisé en ce que, tant que la soupape 4 est fermée, le conduit de déchargement est divisé en sections remplies d'air ou coussins d'air, séparées l'une de l'autre par un ou plusieurs tampons de liquide, la pression d'air des coussins croissant d'une manière discontinue du récipient 225 à la soupape 4. Quand la soupape 4 est ouverte, tout d'abord, le tampon primaire formé par le contenu de la cuvette fermée atteint une grande vitesse* Ce n'est qu'ensuite que le tampon secondaire est mis en mouvement et ce n'est que lorsque ce dernier a parcouru une certaine distance, que le tampon tertiaire commence à se déplacer, etc ...
Ceci signifie que si le conduit de déchargement a une longueur quelconque notable, le tampon primaire n'atteint jamais le récipient 225 dans un état cohérent et qu'il se disperse auparavant et qu'aussi, très souvent, le tampon secondaire, en tant que tel, n'atteint pas
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le récipient 225. Il se peut aussi que ce ne soit que le tampon tertiaire ou le liquide qui en provient, ou même un tampon d'ordre encore plus élevé, ou du moine le liquide qui le composait, qui atteint réellement le récipient 225.
Dans tous les cas, il est évident que, tant qu'un tampon de liquide emplit le conduit sur toute sa circonférence, il est poussé dans le conduit avec une grande force, au moins pendant une période assez courte du processus d'évacuation, période qui dure jusqu'à ce qu'une différence de pression correspondante s'exerce entre les surfaces extr8mes du tampon.
D'autre part, it fau* préciser clairement que le tampon, formant des poches aux points 223 et 224, doit être séparé par une longueur de conduit remplie d'air suffisante pour éviter que la longueur du tampon soit trop grande et l'accélération trop faible, et en particulier, si, en mme temps, le conduit présente une rampe de sorte que la force de gravité contrarie le mouvement.
En raison du fait que la pression d'air agit par unité de surface de la section droite du tampon de liquida, s'est exclusivement (1) la longueur du tampon liquide, (2) la valeur de la différence de la pression spécifique de l'air, (3) la valeur des forces de frottement résis- tant aux mouvements du tampon et (4) la direction des forces dues à la pesanteur qui régiront l'accélération.
Si, par exemple, le conduit de déchargement est rempli tout entier d'un liquide, le dispositif ne fonctionne plus d'une manière satisfaisante. Il est par ailleurs évident que les tampons de liquide s'éparpillent plus rapidement, si le diamètre du conduit est plus grand, celui-ci ne doit donc pas être trop grand. Dès que le
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tampon s'est éparpillé ou même de qu'il n'est plus en contact avec les parois du conduit tout au long de sa circonférence, la poussée à la manière d'un piston n'existe plus, de sorte que le transport est moins efficace.
Sur les figures 2 à 11, le fond des dépres- sions forme des poches 223 et 224 et le liquide emmaga- siné dans celles-ci forme des tampons de liquide. Si l'on considère que le volume V d'une poche est défini comme étant le volume minimum de liquide qui est néces- saire pour fournir une obturation liquide dans le conduit, il est évident que les volumes V des poches en 223 et 224 ne représentent qu'une petite fraction du volume du con- duit à drainer par chaque poche située entre deux divi- sions adjacentes, telles qu'en 220,221 et 222 respec- tivement. Ceci est évidemment en liaison avec les incli- naisons des sections du conduit adjacentes aux poches en question. Sur les figures 2 à 11, ces inclinaisons varient de 15 à 60 environ par rapport à un plan horizontal.
Cependant, si les inclinaisons sont petites, telles que 5 comme on le montre sur la figure 12, ou même encore plus petites par exemple 1 , ou environ 1 pour 60 ou 1 pour 100; le volume de la poche sera considérable, parce que le niveau d'eau 260, assurant le contact en 261 avec la paroi supérieure au point le plus bas de celle-ci, stétend très loin de chaque coté du point de contact 261.
La colonne de liquide, dans le cas d'une différence de pression entre les deux cotés, s'étend sur une distance considérable du coté de la pression faible.
Sur la figure 1 aussi, les inclinaisons du conduit sont plutôt petites et on a même représenté une
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partie horizontale, mais les poches 208 à 212 ont une forme particulièreque l'on va maintenant expliquer.
Sur la figure 13, on montre une poche de forme spéciale ayant des coudes en S 262, 263 et constituant une poche senti-circulaire 264, da rayon de courbure rela- tivement faible. Si le volume de la poche de la figure 12 est désigné par V, et celui de la poche de la figure 13 par V3, on a, tel que le montre le dessin, V3 19% de V1.
Si l'on souhaite rendre le volume de la poche quelque peu plus grand, on peut prévoir une section hori zontale 265, comme le montre la figure 14. Dans le cas représente, le volume V2 représente les 28% du volume V1.
Sur la figure 15, la poche a des parties verti- cales 305 et 306, par lesquelles sa profondeur peut être accrue à volonté.
Ceci a une grande importance pour des sections longues, presque horizontale, du conduit de déchargement.
De cette manière, on s'assure qu'une montée modérée de liquide dans la jambe de sortie 306 n'entraîne pas une inondation de liquide dans le conduit presque horizontal adjacent 307. De plus, cette élévation modérée produit immédiatement une colonne de liquide contrariant la différence de pression qui a produit la montée de liquide.
Dans le cas de sections longues, presque hori- zontales, comme sur la figure 1, il est particulièrement important de prévoir des divisions ou des séparations d'eau 213 et 217, avec un espace de quelque 20 à 30 m.
Entre deux divisions adjacentes, on prévoit des poches 208 à 212 respectivement. On donne ensuite à ces poches
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une certaine forme, de manière qu'elles aient un petit volume, par exemple de l'ordre de 1 litre. Si le diamètre interne du conduit est de 44/mm, ceci signifie que le volume de la poche sera environ seulement de 1/30 du volume du conduit entre les divisions adjacentes séparées de 20m,
Pour se conformer aux principes mentionnés ci dessus, les règles pratiques suivantes seront suivies.
Le volume V de chaque poche, comme il a été défini sur les figures 12,13 et 14, doit correspondre à l'ordre de grandeur définie selon la formule V= c x d3 dans laquelle c est un coefficient allant de 1,5 à 15 et d est le diamètre interne du conduit dans la région de la poche.
La quantité d'air admise à travers l'orifice de sortie après l'évacuation des contenus liquides, a une influence importante sur l'état représenté sur la figure 9 quand, après plusieurs phases d'évacuation, la soupape 4 est fermée et quand on peut considérer que la période sans mouvement représente l'état stable de fonctionnement. Plus les périodes d'ouverture de la soupape 4 sont longues, plus sont petites les quantités de liquide restant dans les poches 223 et 224, pendant la période sans mouvement et inversement. En fixant la période d'ouverture de la soupape 4, on peut fixer le montant de liquide qui reste dans les poches.
Pour obtenir une sécurité dans le fonctionnement répété des conduits d'évacuation ayant une direction à peu près horizontale ou descendante, le volume de liquide restant doit être compris entre 0,5 et 10% du volume des coussins d'air emprisonnés entre deux poches consécutives. Ceci est particulièrement important pour les conduits qui s'attendent sur une distance de 100 m ou plus.