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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumtoilette mit einem Spülsystem
und ein Verfahren zum Betreiben der Vakuumtoilette mit Spülsystem,
insbesondere eine Vakuumtoilette mit Spülsystem für
ein Luftfahrzeug.
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Hintergrund der Erfindung
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Bekannte
Spülvorrichtungen für eine Vakuumtoilette erfordern
nach einer Benutzung der Toilette das Auslösen eines Spülvorgangs
durch Betätigung einer Auslöseeinrichtung. Es
erfolgt dann zunächst ein Zuführen von Spülflüssigkeit
in die Toilette und anschließend ein Öffnen eines
Absaugventils, um die eingebrachten Flüssigkeiten und Feststoffe
in den Bereich eines Abwassertanks zu leiten. Der Transportvorgang
erfolgt dabei üblicherweise durch eine Druckdifferenz zwischen
dem Abwassertank und dem Aufstellungsraum der Vakuumtoilette. Während
des Spülvorganges erfolgt bei herkömmlichen Systemen
zum Spülen einer Vakuumtoilette eine erhebliche Geräuschemission
aufgrund der beim Spülvorgang hervorgerufenen Luftströmungen,
die durch eine Trichterwirkung des Toilettenbeckens noch verstärkt
werden kann.
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Aus
US 2006/0288472 ist
eine Vakuumtoilette bekannt, bei der Wasser am oberen Rand in eine Toilettenschüssel
eingegeben wird und der Randbereich oben seitlich mit Öffnungen
versehen ist. Der Deckel ist beim Absaugen geschlossen, sodass beim Absaugen
Luft durch die Öffnungen angesaugt wird, wobei sich die
Luft mit dem Wasser mischt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
kann als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden eine Vakuumtoilette
mit einem Spülsystem sowie ein Verfahren zum Spülen
einer Vakuumtoilette anzugeben, sodass während der Durchführung
eines Spülvorgangs auftretenden Geräuschemissionen
vermindert die Reinigungswirkung in der Toilettenschüssel
sicherstellt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand
der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen
verkörpert werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform wird eine Vakuumtoilette
bereitgestellt mit einem ersten Volumen, umfassend eine erste Öffnung
zum Zuführen von einem zu entsorgenden Medium, wobei die
erst Öffnung unterdruckdicht verschließbar ist, und
eine zweite Öffnung, an die eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung
anschließbar ist zum Abführen des zu entsorgenden
Mediums; einem zweiten Volumen, das ein Reservoir für ein
Spülmedium umfasst; und einer Düsenanordnung mit
einer eine Düsenmündung aufweisenden Düse,
wobei die Düsenanordnung das zweite Volumen mit dem erste
Volumen derart verbindet, dass die Düsemündung
in das erste Volumen gerichtet ist, und das Spülmedium
durch einen Druckunterschied zwischen dem ersten Volumen und dem
zweiten Volumen durch die Düse von dem zweiten Volumen
gerichtet in das erste Volumen gelangt, wobei der Druckunterschied
durch einen im ersten Volumen erzeugten Unterdruck hervorgerufen wird.
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Mit
einer derartigen Vakuumtoilette kann ein Spülmedium in
die Toilette eingespritzt werden, wobei der für da Einspritzen
erforderliche Druck nicht wie herkömmlich allein durch
eine Druckbeaufschlagung eines Reservoirs für ein Spülmedium
erreicht wird, sondern durch ein Erzeugen eines Unterdruckes auf
der Seite, auf der eine Einspritzdüse eines Spülmediums
mündet. Mit anderen Worten wird nach wie vor eine Druckdifferenz
erzeugt, jedoch jetzt durch ein Evakuieren eine Toilettenschüsselbereiches,
aus dem ohnehin das Abwasser bzw. die Fäkalien abgesaugt
werden. Auf diese Weise werden durch das Evakuieren sowohl das Absaugen
vorgenommen, als auch das Bereitstellen einer Druckdifferenz, die
für ein Funktionieren einer Düse für
ein Spülmedium notwendig ist.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist erste Volumen eine
Innenwand mit einer wenigstens teilweise konkaven Wölbung
auf und die Düsenmündung ist derart ausgerichtet,
dass die Strömung des Spülmediums entlang der
konkaven Wölbung verläuft.
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Auf
diese Weise kann eine Strömung eines aus der Düsenmündung
austretenden Spülmediums über eine lange Distanz
laminar auf der Innenfläche einer Toilettenschüssel
gehalten werden. Diese laminare Strömung ermöglicht
auf Grund der hohen Energie eine gute Reinigungswirkung.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist die Vakuumtoilette
eine Leitvorrichtung zum Leiten des Spülmediums auf, die
derart angeordnet ist, dass sie eine Turbulenz einer Strömung des
Spülmediums von der Düsenmündung weg
verschiebt, sodass die Strömung länger laminar
bleibt.
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Durch
eine Leitvorrichtung für ein Spülmedium kann das
aus der Spüldüse austretende Spülmedium,
etwa Spülwasser, Spülluft oder eine Mischung von
Spülwasser und Spülluft stabilisiert werden. Dabei
kann eine Grenzschicht durch Ausblasen von Leitluft in die Grenzschicht
stabilisiert werden und der Oberflächentransport in der
Toilettenschüssel weiter verbessert werden. Insbesondere
kann die Leitluft ebenfalls aus einem Reservoir für Spülluft
bezogen werden. Die Leitluft mit der die Strömung des Spülmediums
derart beblasen wird, dass das Spülmedium durch die Beblasung
geleitet wird, trägt dabei weitere Energie in die Strömung
des Spülmediums ein, sodass eine Ablösung der
Strömung von der Innenwand vermieden werden kann. Löst
sich die Strömung von der Innenwand, so kann diese Strömung die
Innenwand nicht mehr reinigen. Durch eine Verlängerung
des unteren Endes der Spüldüse mit eine Leitvorrichtung
können Luftmassenwirbelbildungen weiter reduziert werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform umfasst das zweite Volumen
ein Reservoir für ein gasförmiges Spülmedium
und ein Reservoir für ein flüssiges Spülmedium.
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Das
Vorsehen eines Reservoirs für ein gasförmiges
Spülmedium ermöglicht die Verwendung eines leichten
Spülmediums, insbesondere wenn das gasförmige
Spülmedium aus der Umgebung der Vakuumtoilette bezogen
werden kann. Eine Verwendung von beispielsweise Luft reduziert den
Umfang von beispielsweise Wasser, welches alternativ als Spülmedium
verwendet werden müsste. Das Vorsehen eines Reservoirs
für ein flüssiges Spülmedium wie etwa
Wasser erhöht in einigen Fällen die Reinigungswirkung,
da Wasser häufig zur Beschwerung und Anlösung
von Schmutzpartikeln verwendet wird. Ein Vorsehen von Reservoirs
für sowohl ein gasförmiges als auch ein flüssiges
Spülmedium ermöglicht eine Optimierung des Reinigungsvorgangs.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist die Leitvorrichtung
ausgebildet, um ein gasförmiges Spülmedium um
das Reservoir für ein flüssiges Spülmedium
herumzuleiten.
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Durch
eine Leitvorrichtung beispielsweise in Form einer strömungsoptimierten
Verkleidungen kann der Lärmpegel während des Spülvorganges
gesenkt und die Strömungsenergie in der Spülluft
erhöht werden. Die Spüldüse konzentriert
die Strömungsenergie auf der Toilettenschlüsseloberfläche und
optimiert den Oberflächentransport.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist die Vakuumtoilette
eine Teilungsvorrichtung auf, die ausgelegt ist, ein von dem Reservoir
für ein gasförmiges Spülmedium herangeführtes
gasförmiges Spülmedium in eine erste Teilmenge
und in eine zweite Teilmenge aufzuteilen, wobei die erste Teilmenge
mit dem flüssigen Spülmedium versetzt wird.
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Auf
diese Weise kann das herangeführte gasförmige
Spülmedium im Umfang der ersten Teilmenge sowohl für
eine Anmischung eines Fluids bestehend aus gasförmigen
und flüssigen Bestandteilen verwendet werden, als auch
im Umfang der zweiten Teilmenge zum Einleiten in eine Leitvorrichtung oder
einen Leitkanal, um mit diesem Anteil der Spülluft eine
Leitluft bereitzustellen, die zur Beblasung des Fluids verwendet
wird, um die Turbulenzen von de Düsenmündung wegzuschieben.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform verlässt die erste
Teilmenge die Düsenanordnung näher zu der Innenwand
des ersten Volumens als die zweite Teilmenge.
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Die
erste Teilmenge kann mit einer Spülflüssigkeit
vermischt werden. Die Spülströmung wird auf der
einen Seite durch beispielsweise die gewölbte Innenwand
der Toilettenschüssel geleitet und kann am Ablösen
von der Wand gehindert werden durch die Beblasung mit der zweiten
Teilmenge, die weiter von der Innenwand beabstandet die Düsenanordnung verlässt, jedoch
in einem gewissen Winkel auf die Spülströmung
gerichtet ist, um diese Spülströmung stabil laminar
zu halten.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist die Leitvorrichtung
ausgelegt, um die zweite Teilmenge eines gasförmigen Spülmediums
zu leiten.
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Die
zweite Teilmenge des gasförmigen Spülmediums kann
dabei von der Leitvorrichtung geführt werden, sodass die
Leitvorrichtung nicht nur die gesamte herangeführte Spülluftmenge
vor der Düsenanordnung im zweiten Volumen leitet, sondern
auch die Teilmenge, die zur stabilisierenden Beblasung der Spülströmung
verwendet wird.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist das zweite Volumen
eine Öffnung zu einer Umgebung der Vakuumtoilette auf.
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Das
Reservoir für ein gasförmiges Spülmedium
kann somit aus einem praktisch unbegrenzt zur Verfügung
stehenden Vorrat von beispielsweise Umgebungsluft aufgefüllt
werden, was in der Regel durch einfaches Nachströmen von
Luft durch die Öffnungen in das zweite Volumen erfolgt.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist eine Innenwand des
ersten Volumens eine antiadhäsive bzw. hydrophobe Oberfläche
auf.
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Die
Toilette kann durch den Einsatz einer antiadhäsiven Oberfläche
als wasserlose Toilette betrieben werden. Eine hydrophobe Oberfläche
verhindert die Anhaftung meist flüssiger Fäkalbestandteile, sodass
durch das Spülmedium die Anhaftungskraft der Schmutzpartikel
nicht mehr überwunden werden muss. Die Oberfläche
kann dabei entsprechend beschichtet sein oder einer Oberflächenbehandlung
unterzogen sein, oder bereits aus einem entsprechenden Material
gefertigt sein.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist die Vakuumtoilette
einen Deckel auf, der bewegbar ist zwischen einer ersten Position
und einer zweiten Position, wobei der Deckel in der ersten Position
das erste Volumen unterdruckdicht verschließt und in der
zweiten Position das erste Volumen zum Zuführen eines zu
entsorgenden Mediums freigibt.
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Der
Deckel kann dabei nicht nur zur Geräuschminimierung dienen,
sondern auch um die für die Funktion notwendige unterdruckdichte
Abdichtung zu gewährleisen. Zur sinnfälligen Verwendung der
Toilette muss der Deckel jedoch auch die obere Öffnung
der Toilettenschüssel freigeben.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist die Düse eine
Schlitzdüse, die wenigstens teilweise im wesentlichen parallel
zu der ersten Öffnung verläuft.
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Eine
Schlitzdüse kann einen Strahl eines Spülmediums
bereits beim Austritt aus der Düsenmündung vorformen
und eine Richtung und Ausbreitung vorgeben. Die Ausbildung einer
Ringdüse parallel, d. h. in einem im Wesentlichen gleich
bleibenden Abstand zu der ersten oberen Öffnung, ermöglicht
einen gleichmäßigen Strömungsverlauf
und damit eine gleichmäßige Reinigung. Dabei kann
es notwendig sein eine Ringdüse in regelmäßigen
Abständen seitlich an der Mündung abzustützen,
um den Schlitzabstand konstant zu halten.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weist die Vakuumtoilette
ein erstes Ventil auf, dass die zweite Öffnung zu einer
Unterdruckerzeugungsvorrichtung freigibt, ein zweites Ventil, dass eine
ein flüssiges Spülmedium freigibt, und eine Steuerungsvorrichtung,
die ausgelegt ist, um einen zeitlichen Ablauf der Ansteuerung des
ersten Ventils und des zweiten Ventils zu steuern.
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Eine
Koordinierung der Ventilansteuerung lässt eine weitere
Optimierung der Reinigungswirkung im Hinblick auf die notwendige
minimale Spülflüssigkeitsmenge zu. Eine Veränderung
der Öffnungszeitdauern und der Öffnungszeitpunkte
kann dabei auf der Grundlage einer mittels Sensorik festgestellten
Verunreinigung vorgenommen werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum
Betreiben einer Vakuumtoilette ein Unterdruckdichtes Verschließen
eines ersten Volumens nach einem Zuführen von einem zu
entsorgenden Medium; ein Erzeugen eines Unterdruckes in dem ersten
Volumen zum Absaugen des zu entsorgenden Mediums und zum Erzeugen
einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Volumen und einem zweiten
Volumen; ein Einbringen eines Spülmediums aus dem zweiten
Volumen mittels des in dem ersten Volumen erzeugten Unterdrucks
in das erste Volumen durch eine das zweite Volumen mit dem ersten
Volumen verbindende Düse mit einer Düsenmündung,
die in das erste Volumen gerichtet ist; und ein Absaugen des zu
entsorgenden Mediums.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform wird ein Luftfahrzeug mit
einer erfindungsgemäßen Vakuumtoilette bereit
gestellt.
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Durch
die vorausgegangenen Maßnahmen wird der Benutzerkomfort
durch geringere Geräuschemissionen und die Hygiene durch
eine verbesserte Toilettenschüsselreinigung gesteigert.
Weiterhin kann bei gleich bleibender Reinigungswirkung Gewicht eingespart
werden, bzw. bei gleicher bleibender Menge einer Spülflüssigkeit
die Reinigungswirkung erhöht werden.
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Es
sei angemerkt, dass unter einer Vakuumtoilette auch ein Vakuumurinal
oder -bidet verstanden wird. Selbstverständlich ist eine
erfindungsgemäße Anordnung auch als Waschbecken
oder ganz allgemein als eine Entsorgungsvorrichtung verwendbar, wie
etwa eine Einrichtung zum Entsorgen von allgemeinen Abfällen
wie beispielsweise Küchenabfällen in Flugzeugen.
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Es
sollte bemerkt werden, dass sich die im Folgenden beschriebenen
Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen
auf die Vorrichtung, das Verfahren und das Luftfahrzeug beziehen.
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Die
einzelnen Merkmale können auch untereinander kombiniert
werden.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme
auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
erläutert und verdeutlicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispielhafte
Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf
die folgenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumtoilette.
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2 zeigt
eine Detailansicht der in 1 gezeigten
Vakuumtoilette.
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3 zeigt
verschiedene beispielhafte Ausführungsformen von Düsenmündungen.
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4 zeigt
ein Luftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumtoilette.
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5 zeigt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
beispielhafter Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumtoilette 1.
Diese Schnittansicht verdeutlicht nicht nur die einzelnen Komponenten
der Vakuumtoilette 1, sondern auch die Strömungsverläufe des
Spülmediums 11, 34, 35.
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Es
sei angemerkt, dass ein flüssiges Spülmedium 35 beispielsweise
Wasser sein kann, jedoch auch jede andere für eine Spülung
geeignete Flüssigkeit sein kann. Ebenso kann ein gasförmiges
Spülmedium 11 beispielsweise Luft sein, jedoch
kann auch jedes andere für eine Spülung geeignete
Gas oder Gasgemisch verwendet werden. Die Verwendung der Begriffe
Wasser bzw. Luft sind im Sinne der Beschreibung daher nur beispielhaft,
jedoch keinesfalls Einschränkend zu sehen und dienen hier
der verständlicheren Beschreibung des Gegenstandes der
Erfindung.
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Voraussetzung
für die Funktion der Vakuumtoilette 1 ist ein
vollständig gedichteter Toilettendeckel 10. Der
Toilettendeckel dichtet dabei die Umgebung 7 der Vakuumtoilette 1 gegen
einen im Inneren herrschenden Unterdruck in einem ersten Volumen 41 ab,
wobei das erste Volumen 41 beispielsweise im Wesentlichen
durch das Innere einer Toilettenschüssel 6, eine
Verkleidung 5 und den die Toilettenschüssel 6 verschließenden
Toilettendeckel 10 gebildet wird. Durch den gedichteten
Toilettendeckel 10 kann bei einem im ersten Volumen 41 herrschenden
Unterdruck ein Spülmedium 11, 34, 35,
etwa in Form von Spülluft 11, Spülflüssigkeit 35 oder
einer Mischung davon 34, hinter einer als ein zweites Volumen 42 fungierenden
Toilettenschüsselverkleidung 5 angesaugt werden,
um dann durch eine Düse 13 in das erste Volumen 41 eingespritzt
zu werden. Die Toilettendeckelabdichtung 3 kann sich zwischen
Toilettendeckel 10 und einer Dichtkante des ersten Volumens 41 befinden.
Es kann jedoch auch eine separate Abdichtung zwischen Toilettendeckel 10 und
Toilettenbrille 2, sowie zwischen Toilettenbrille 2 und
dem ersten Volumen 41 vorgesehen sein. In 1 ist
die Abdichtung zwischen Deckel 10 und Verkleidung 5 vorgenommen
worden. Der Deckel 10 kann dabei drehbar um eine Drehachse 16 gelagert
sein.
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Weiterhin
sollte während des Absaugvorganges das Ansaugen von Nebenluft
durch zusätzliche Öffnungen in der Toilettenschüssel 6 zu
dem ersten Volumen 41 minimiert werden, um ein Ziehen von Fremdluft
zu vermeiden, was die Wirkungsweise der Vakuumtoilette stört.
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Die
in 1 zu sehende Vakuumtoilette 1 enthält
eine Toilettenschüssel 6 mit einem Reservoir für
ein flüssiges Spülmedium 4, das eine Öffnung
in Form einer Düse aufweisen kann, beispielsweise in Form
eines Spülrings oder einer Mehrzahl von Spüldüsen 4.
Der Spülring oder die Spüldüsen(n) 4 können
im Bereich einer in lotrechter Richtung oberen Begrenzung der Toilettenschüssel 6 angeordnet
werden. Ein Spülmedium 35, etwa Spülwasser,
kann über eine Spülwasserversorgungsleitungsleitung 22, eine
Spülleitung 20 und ein Spülventil 21 an
das Reservoir für ein flüssiges Spülmedium
bzw. den Spülring oder Spüldüse(n) 4 geliefert
werden, wenn das Spülventil 21 geöffnet
wird. Im geschlossenen Zustand des Spülventils 21 erfolgt
keine Lieferung des Spülwassers an den Spülring
oder Spüldüse(n) 4. Es sei angemerkt,
dass ein Reservoir für ein flüssiges Spülmedium
von der Düse 13 aus gesehen sowohl vor als auch
hinter dem Spülventil 21 angeordnet sein kann,
also auch ein Rest Spülwasser in dem Spülring
verbleiben kann, wenn das Ventil 21 geschlossen ist.
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Bei
einem Spülvorgang wird das Spülventil 21 geöffnet
und Spülwasser über einen Spülring oder Spüldüse(n) 4 in
die Toilettenschüssel 6 eingesprüht oder
gespritzt. Das Spülwasser kann dabei sowohl durch ein Druckbeaufschlagung
in der Leitung 20, 22, als auch durch die Gravitation,
als auch durch den Unterdruck im ersten Volumen aus der Öffnung
des Reservoirs 4 für eine Spülflüssigkeit 35 austreten.
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Die
Toilettenschüssel 6 kann als zweite Öffnung
einen Ablauf 18 aufweisen, der an eine Ablaufleitung 15 angeschlossen
ist.
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Die
Toilettenschüssel 6 hat eine vorbestimmte Neigung
bzw. Wölbung, um darin befindliche Flüssigkeiten
und Feststoffe aufgrund von Schwerkraft in Richtung des Ablaufs 18 zu
transportieren.
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Nach
dem Ablauf 18 mündet das Transportgut an ein Absaugventil 19 das
an eine ein Vakuumsystem 17 angeschlossen ist, welches
einen Unterdruck bzw. ein Vakuum erzeugen kann, sodass in der Abwasserleitung 15 vor
dem Ventil ein Unterdruck vorherrscht. Das Absaugventil 19 kann
geöffnet und geschlossen werden und erzeugt im geöffneten
Zustand in der Toilettenschüsselablaufleitung 15 einen Sogstrom
und damit in dem geschlossenen ersten Volumen 41 einen
Unterdruck.
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Wie
in 1 durch die gestrichelten Linien gezeigt, werden
das Absaugventil 19 über einer Steuerleitung 26 und
das Spülventil 21 über eine Steuerleitung 25 durch
eine Steuereinheit 23 angesteuert. Die Steuereinheit 23 ist
mit einer Auslöseeinrichtung 24 verbunden, die
gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Bedienknopf ist, der von einem Benutzer der Vakuumtoilette betätigt
werden kann, um nach einer Druckbetätigung die Steuereinheit 23 aktiviert
und den Spülvorgang auszulösen. Alternativ kann
der Spülvorgang mit einer entsprechenden Sensorik automatisch
ausgelöst werden.
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Die
Steuereinheit 23 gibt Einschaltzeiten für das
Spülventil 21 und das Absaugventil 19 vor.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform öffnet sich
zuerst das Spülventil 21, wodurch Spülwasser
in die Toilettenschüssel 6 eingeleitet wird und
vorhandene Verunreinigungen in der Toilettenschüssel 6 über
den Ablauf 18 in die Toilettenschüsselablaufleitung
bzw. Abwasserleitung 15 transportiert werden. Nach oder
mit einer zeitlichen Überschneidung der Wasserspülung
wird das Absaugventil 19 geöffnet, wodurch die
im Bereich der Toilettenschüssel 6 und Toilettenschüsselablaufleitung 15 angesammelten Substanzen
(Flüssigkeiten und Feststoffe) aufgrund einer von dem Vakuumsystem 17 erzeugten
Druckdifferenz in die Abwasserleitung 15 und weiter in
das Vakuumsystem 17 abgeführt werden.
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Diese
Reinigungs- und Transportvorgänge können eine
reine Luftspülung durch Öffnen des Absaugventils,
Wasserspülung durch Öffnen des Spülventils
und zeitgleiche Luft- und Wasserspülung sein.
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Zur
Minimierung eines Geräuschemissionszeitraums sowie zur
Gewährleistung einer ausreichenden Reinigungsfunktion kann
beispielsweise für das Absaugventil 19 eine Einschaltdauer
von etwa einer Sekunde und für das Spülventil 21 eine
Einschaltdauer von etwa drei Sekunden vorgesehen sein.
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Die
Spülluft 11 und das Spülwasser 35 können
der Toilettenschüssel 6 über eine Düsenanordnung 9,
zur Verbesserung der Toilettenschüssel-Oberflächenreinigung,
zugeführt werden. Die Geometrie der Düsenanordnung 9 sollte
so ausgelegt sein, dass die hydrodynamische Grenzschicht auf der
Toilettenschüsseloberfläche bis zum Ablauf 18 möglichst
laminar, zum effektiven Transport, überströmt
wird. Die Düsenanordnung kann dabei beispielsweise eine
Spüldüse 13 in Form einer Ringdüse
oder Schlitzdüse sein. Der Transport von Feststoffen und
Flüssigkeiten wird über die Scherkraft, deren Richtungsvektor
parallel zur Toilettenschüsseloberfläche wirkt,
erreicht. Die Spüldüse erzeugt in dieser Anwendung
eine Strömung in die freie Umgebung und wird nur durch
die Toilettenschüsselwand begrenzt. Weil das aus der Spüldüse 13 ausströmende Spülmedium 11, 34, 35,
etwa in Form eines Fluids 34, besthend aus einer Mischung
aus Spülwasser und Spülluft, und die Luft aus
der Toilettenschüssel 6 unterschiedliche Geschwindigkeiten
haben, entsteht zwischen ihnen eine Scherschicht, aus der sich ein Freistrahl
entwickelt. Die Toilettenschüssel 6 wird überströmt
und die Luft aus der Toilettenschüssel 6 wird
angesaugt und mitgerissen. Der Kernbereich des Freistrahls wird
mit der Länge des austretenden Fluids 34, beginnend
an der Mündung 36 der Spüldüse 13,
vom Rand her von der angesaugten Luft aufgelöst. Von der
Strahlmitte nach außen hin nimmt die Geschwindigkeit ab.
Die Strömungsenergie aus der Spüldüse 13 soll
zur Optimierung des Oberflächentransportes, zum großen
Teil auf der Toilettenschüsseloberfläche, genutzt
werden. Für eine kleine Reynolds-Zahl ist die hydrodynamische
Grenzschicht laminar und alle Teile der Grenzschicht – einer
parallelen Strömung – sind der Hauptströmung
gleichgerichtet. Ab einen kritischen Wert wird die laminare Strömung
instabil und geht bei vorhandenen äußeren Störungen
eine turbulente Strömung über. Weiterhin hängt
der Wert für den Übergang zur Turbulenz von der
betrachteten Geometrie der Toilettenschüssel 6 und
anderen Faktoren ab.
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Die
Toilettenschüsselinnenseite 14 ist konkav gewölbt.
Die tangential ausströmenden Fluide 34 aus der
Spüldüse 13 werden durch den resultierenden
Richtungsvektor des Fluidstroms an der Toilettenschüsselwölbung
abgelenkt. Durch diese Ablenkung wird begünstigt, dass
der Fluidstrom 34 bei idealer laminarer Strömung überwiegend
an der Grenzschicht geführt wird. Die Geometrie der Toilettenschüssel 6,
besonders die Baugröße und die Wölbung
der Innenseite 14 der Toilettenschüssel 6, muss,
um einen idealen Transport zu gewährleisten, der Spüldüsenausrichtung
und Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms angepasst
werden.
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Eine
gleichmäßige bzw. homogene Strömungsverteilung
kann durch eine zentrale Absaugung in der Toilettenschüssel 6 mit
zentralen symmetrischen Ablauf 18 erreicht werden.
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2 zeigt
eine detaillierte Ansicht der Düsenanordnung 9 mit
der strömungsrelevanten Umgebung.
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Die
Vakuumtoilette 1 kann mit einer Spüldüse 13 mit
Spülluftleitvorrichtung 27 ausgestattet werden.
Ab einen kritischen Wert wird die laminare Strömung instabil
und geht bei kleinen äußeren Störungen
aus der Umgebung der Toilettenschüssel in eine turbulente
Strömung über. Da die Moleküle der turbulenten
Strömung energiereicher sind, können sie der Toilettenschüsselkontur
leichter folgen, jedoch wirkt sich diese Energieanreicherung in
einen Anstieg des Widerstandes aus. Die Strömung ist nach
einer gewissen Lauflänge nicht mehr in der Lage, der Kontur zu
folgen, so dass sie die Kontur verlässt und von ihr ablöst.
Ein optimaler Transport muss auf der gesamten Lauflänge,
vom unteren Ende der Spüldüse 36 bis
zum Ablauf 18 erreicht werden. Die Ablösung auf dieser
Lauflänge und das Umschlagen der Grenzschicht von laminar
zu turbulent kann durch eine Spüldüse 13 mit
Spülluftleitvorrichtung 27 weiter unterdrückt
werden. Die Stabilisierung der Grenzschicht wird erreicht, indem
zusätzlich beschleunigte Luft in die Grenzschicht eingeleitet
wird. Diese zusätzlich beschleunigte Luft kann beispielsweise
vorher von dem angesogenen Spülluftstrom 11 abgeteilt werden,
etwa durch eine Teilungsvorrichtung 37. Die so abgeteilte
Spülluft kann über einen Leitkanal 30 und
eine Leitkanalmündung 28 ausgeblasen werden und
bringt zusätzliche Energie in die Grenzschicht ein, wodurch
diese stabilisiert wird. Sie kann länger laminar an der
Toilettenschüssel 6 anliegen ohne umzuschlagen.
Weiterhin wird der negative Effekt der Spüldüse 13 mit
einer Ablösung der Strömung am Düsenaustritt 36 durch
den aus der Leitkanalmündung 28 austretenden Spülluftstrom 11 gedampft
und kann in Richtung Grenzschicht geleitet werden. Diese Energie
wird zusätzlich zur Oberflächenreinigung genutzt.
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Durch
den zusätzlichen Leitkanal 30 wird das untere
Ende der Spüldüse 13, d. h. deren Mündung 36,
zum unteren Ende einer durch die Leitkanalmündung 28 gebildeten
Düse in Bezug auf die Strömungsablösung
am Düsenaustritt 36. Das Ausblasen von Luft aus
dem Leitkanal 30 in die Grenzschicht kann weiter durch
eine Verlängerung des unteren Endes der Spüldüse 13 mit
Leitvorrichtung 27 erreicht werden. Weiterhin können
durch die Verlängerung Luftmassenwirbelbildungen reduziert
werden, die bei der Vermischung von durch den Spülkanal 31 und dessen
Mündung 29 austretender nasser Spülluft 34 mit
aus der Leitkanalmündung 28 austretender Spülluft 11 auftreten
können.
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Die
Strömungsgeschwindigkeiten im Leitkanal 30 und
im Spülkanal 31 sollten derart über die Spaltmaße
D4 und D3 eingestellt werden, dass die geforderten Werte der Toiletteneinheit
in Bezug auf Reinigungswirkung und Schallemissionen erreicht werden.
Die Spülluftleitvorrichtung 27 kann mit Stegen
an die Spüldüse 13 oder die Toilettenschüssel 6 angebunden
werden. Weiterhin ist für einen „idealen" Reinigungsprozess
neben den vorausgegangenen Auslegungskriterien die Spülwassermenge,
Spülwasserdruck, Düsenbohrung und Anzahl der Sprühring
oder Sprühdüse(n), entscheidend. Die Spülwassermenge
sollte bei einem Spülvorgang zur Gewichtseinsparung möglichst
gering, bei optimaler Reinigungswirkung sein. Bei entsprechendem
Spülwasserdruck, Düsenbohrung wird das Spülwasser
in kleinen Wasserpartikeln der Spülluft im Spülkanal 31 gemischt
und in der Spüldüse 13 bzw. im Spülkanal 31 beschleunigt.
Die kleinen Wasserpartikel können die Festkörper
besser benetzten, beschweren und werden am Ablauf 18 abgesaugt.
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Vorstellbar
sind unterschiedliche Reinigungsprozeduren. In einer Ausführungsform
werden 3 Vorgänge durchlaufen. In einem ersten
Schritt erfolgt das Einsprühen von Spülwasser
zum „beschweren" von leichten Transportgut. In einem zweiten Schritt
erfolgt ein gleichzeitiges Spülen und Absaugen über
das Vakuumsystem 17. In einem dritten Schritt erfolgt ein
Absaugen ohne Spülwasser. Die Zeiten der Spül-
und Absaugvorgänge sind entsprechend eines „idealen"
Reinigungsprozesses" und Schallemissionszeitraums festzusetzen.
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Die
Spüldüse 13 und die Spüldüsenanordnung 9 mit
Spülluftleitvorrichtung 27 kann als Ringdüse
oder mehrere verbundene Düsen ausgeführt sein. Die
Spüldüse 13 ist ein in Strömungsrichtung
konisch zulaufender Spalt zwischen Toilettenschüsseloberfläche 14 und
Verkleidung 5 der sich von D2 auf D1 verkleinert. Die Spüldüse 13 und
die Spüldüsenanordnung 9 mit Spülluftleitvorrichtung 27 ist
am oberen Rand 12 der Toilettenschüssel 6 angeordnet.
Der Strömungsquerschnitt ist in Strömungsrichtung
so gewählt, dass möglichst geringe Strömungsverluste erreicht
werden, insbesondere Turbulenzen vermieden werden. Der Strömungsquerschnitt
kann zu diesem Zweck über einige Bereiche in Strömungsrichtung
konstant gehalten werden bevor die Verkleinerung auf den Spalt D1
eintritt. Durch die konzentrische Anordnung kann daher zum Konstanthalten
des Strömungsquerschnitts die Spaltbreite in dem Maß vergrößert
oder verkleinert werden, in dem sich der Umfang des Strömungsbereiches
verändert.
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Durch
den Einsatz einer Spüldüse 13 oder Spüldüsenanordnung 9 mit
Spülluftleitvorrichtung 27 kann die Toilettenschüsselreinigung
verbessert werden.
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Die
Vakuumtoilette 1 kann auch als eine wasserlose Toilette
betrieben werden. Die Spülwasserversorgungseinheit mit
Spülventil 21, Spülleitung 20 und
Sprühring oder Sprühdüse(n) 4 entfallen.
Die Toilettenschüsselgeometrie sollte ein schwerkraftgetriebenes
Ablaufen des Transportgutes an der Toilettenschüsseloberfläche
unterstützen. Weiterhin kann in der Innenwand 14 der
Toilettenschüssel 6 eine antiadhäsive
Oberflächenbeschichtung zur Unterstützung des
Ablauf- und Transportverhaltens eingesetzt werden, um Toilettenschüsselreinigung
weiter zu verbessern. Folglich kann bei gleich bleibender Reinigungswirkung
Spülwasser und gleichzeitig Gewicht eingespart werden.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Toilette
mit einer Spüldüse 13 bzw. einer Düsenanordnung 9 und
einer optimierten Spülluftzuführung 33 ausgestattet.
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Die
Spülluft 11 wird bei herkömmlichen Toiletten
hinter der Toilettenschüssel 6 über den
Toilettenschüsselrand 12 zwischen Toilettenschüsselverkleidung 5,
Sprühring oder Sprühdüse(n) 4 und
Toilettenschüsselinnenfläche 14 in die
Toilettenschüssel 6 zum Ablauf 18 hin
abgesaugt. Beim Spülvorgang stellt der Sprühring
oder Sprühdüse(n) 4 einen Strömungswiderstand
im Spülluftstrom dar. Hinter dem Strömungswiderstand
in Strömungsrichtung entwickelt sich ein turbulentes Strömungsfeld.
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Um
dies zu verhindern kann die Toilette mit strömungsoptimierten
Verkleidungen 8 ausgeführt werden. Durch die strömungsoptimierten
Verkleidungen 8 kann der Lärmpegel während
des Spülvorgangs gesenkt werden, denn die Turbulenzen in
einer Strömung erzeugen grundsätzlich Schallemissionen.
Weiterhin kann durch die Verringerung von Strömungswiderständen
eine Erhöhung der Strömungsenergie in der Spülluft 11 mit
einer verbesserten Reinigungswirkung auf der Toilettenschüsseloberfläche erreicht
werden. Eine strömungsoptimierte Verkleidung 8 für
das Reservoir für ein flüssiges Spülmedium
bzw. den Spülring oder Sprühdüse(n) 4 und
Toilettenschüsselrand 12 sowie eine strömungsoptimierte
Toilettenverkleidung 5 zur Spülluftzuleitung und
Spülluftumlenkung am oberen Ende der Toilettenschüssel 6 mit
gleichmäßigen Spaltmaß D1 bis zur Spüldüsenanordnung 13 kann
eingesetzt werden, um die gewünschten positiven Effekte
zu erreichen.
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3 zeigt
eine Anzahl von unterschiedlichen Düsenmündungskonfigurationen.
Im Fall a sind die beiden Mündungen des Spülkanals 29 und
des Leitkanals 28 in Form von Schlitz- bzw. Ringdüsen ausgeführt.
Die Ausführungsform b zeigt die Mündungen des
Spülkanals 29 und des Leitkanals 28 in Form
von kürzeren Schlitzen, während die Ausführungsform
c die Kombination von Schlitz- und Runddüse zeigt. Diese
Ausführungen schränken die möglichen
Ausführungsformen jedoch nicht ein, sondern zeigen nur
eine begrenzte Auswahl von möglichen Düsenanordnungen.
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4 zeigt
ein Luftfahrzeug 100 mit einer darin befindlichen Vakuumtoilette 1 gemäß einer
Beispielhaften Ausführungsform.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrensablaufes einer beispielhaften
Ausführungsform. Demgemäß kann das Verfahren
die folgenden Schritte aufweisen. Unterdruckdichtes Verschließen
eines ersten Volumens nach einem Zuführen von einem zu entsorgenden
Medium S1, wobei nach einer sinnfälligen Benutzung der
Vakuumtoilette der Deckel verschlossen wird. Erzeugen eines Unterdruckes
in dem ersten Volumen zum Absaugen des zu entsorgenden Mediums und
zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Volumen und
einem zweiten Volumen S2. Dies kann durch Betätigen bzw.
Aktivieren einer Absaugvorrichtung 17 erfolgen. Einbringen eines
Spülmediums aus dem zweiten Volumen mittels des in dem
ersten Volumen erzeugten Unterdrucks in das erste Volumen durch
eine das zweite Volumen mit dem ersten Volumen verbindende Düse mit
einer Düsenmündung, die in das erste Volumen gerichtet
ist S3. Dabei kann als Spülmedium sowohl Luft, als auch
Wasser, als auch eine Mischung davon verwendet werden. Absaugen
des zu entsorgenden Mediums S4. Die Schritte S2, S3 und S4 können auch
teilweise oder vollständig parallel erfolgen. Ein entsprechender
Ablauf wird vom Fachmann entsprechend vorgesehen.
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Obwohl
die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, können
verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung
auch in anderen Bereichen als der Luftfahrt einsetzbar, beispielsweise
in Zügen oder Schiffen, wo ebenfalls Vakuumtoiletten verwendet
werden und das Problem der Reduzierung der Geräuschemission
gegeben ist. Ferner können andere Einschaltzeiten für
das Absaugventil und das Spülventil in Abhängigkeit
von der Dimensionierung der Vakuumtoilette eingestellt werden.
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Ergänzend
ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen
Elemente oder Schritte ausschließt und „eine"
oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden
sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer
oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht
als Einschränkung anzusehen.
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- 1
- Vakuumtoilette
- 2
- Toilettenbrille
- 3
- Toilettendeckelabdichtung
- 4
- Reservoir
für ein flüssiges Spülmedium
- 5
- Toilettenschüsselverkleidung
- 6
- Toilettenschüssel
- 7
- Umgebung
der Vakuumtoilette
- 8
- Verkleidung
- 9
- Düsenanordnung
- 10
- Toilettendeckel
- 11
- gasförmiges
Spülmedium bzw. Spülluft
- 12
- Toilettenschüsselrand
- 13
- Düse
- 14
- Innenwand
der Toilettenschüssel
- 15
- Abwasserleitung
bzw. Ablaufleitung
- 16
- Drehpunkt
Toilettendeckel
- 17
- Vakuumsystem
- 18
- Ablauf
- 19
- Absaugventil
- 20
- Spülleitung
- 21
- Spülventil
- 22
- Spülwasserversorgungsleitung
- 23
- Steuerungseinheit
- 24
- Auslöseeinrichtung
- 25
- Steuerungsleitung
Spülventil
- 26
- Steuerungsleitung
Sbsaugventil
- 27
- Leitvorrichtung
- 28
- Leitkanalmündung
- 29
- Spülkanalmündung
- 30
- Leitkanal
- 31
- Spülkanal
- 32
- erste Öffnung
des Volumens
- 33
- Luftzuführung
- 34
- Mischung
aus gasförmigem und flüssigem Spülmedium
(Fluide, Spülluft + Spülwasser)
- 35
- flüssiges
Spülmedium bzw. Spülwasser
- 36
- Düsenmündung
- 37
- Teilungsvorrichtung
- 41
- erstes
Volumen
- 42
- zweites
Volumen
- 100
- Luftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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