SE506007C2 - Vakuumavloppssystem med ejektor - Google Patents

Description

15 20 25 30 506 007 2 Uppfinningen är betydligt enklare till sin uppbyggnad än de kända systemen. Genom att luft används såsom drivmedel i ejektorn är upp- finningen speciellt lämplig för användning i tåg eller andra fordon, där det normalt finns ett tryckluftssystem, som primärt tjänar andra ändamål, men som även kan användas såsom drivsystem för en vakuumavloppsanlägg- ning enligt uppfinningen. Uppfinningen medför i ett sådant fall inga extra kostnader för tryckluftssystemet, vars kapacitet normalt mer än väl räcker till för den lilla förbrukning som behövs i ett vakuumavloppssystem enligt uppfinningen. Om det av någon orsak visar sig vara lämpligare, kan man givetvis inom ramen för uppfinningen, använda något annat fluidum än luft såsom drivmedium i ejektorn.

Vid användning av uppfinningen föreligger den risken att det uppstår ett tillfälligt stopp eller en uppbromsning av avloppstransporten nedströms om I ejektorn. l så fall kommer ejektorns funktion att snabbt höja trycket i avloppsledningen och detta tryck kan fortplanta sig till en till avloppet ansluten klosettskål, så att en tryckstöt i fel riktning uppstår där. För att eliminera denna risk kan man mellan klosettskålen och ejektorn anordna säkerhetsorgan, vilka, om trycket mellan ejektorn och klosettskålen vid öppen avloppsventil stiger högre än trycket i klosettskålen, snabbt avstänger ejektorn eller på annat sätt reducerar eller eliminerar tryck- höjningen. Dessa säkerhetsorgan kan lämpligen omfatta såväl en tryck- känslig säkerhetsventil som en ejektorns drivsystem påverkande tryckvakt.

På detta sätt uppnås den högsta säkerheten, eftersom såväl avstängning av ejektorn som reducering av trycket kan åstadkommas samtidigt.

En synnerligen enkel men pålitlig säkerhetsventil kan åstadkommas genom att till avloppsröret ansluta en flexibel slang som normalt hålls i ett sådant böjt läge, att ett tillslutande veck bildas på slangen, men som vid ökat tryck i slangen har möjlighet att inta en rakare position, så att vecket öppnar sig och bildar en genomströmningskanal. Vid undertryck i avlopps- ledningen fungerar det tillslutande vecket såsom en backventil, eftersom det yttre atmosfärtrycket kommer att pressa ihop slangens veck så att det bildar en helt tät tillslutning av slangen. För eventuell utströmning via slangen anordnas på lämpligt sätt en rörkanal som exempelvis leder till systemets uppsamlingskärl för avloppsmassa. 10 må 20 25 30 35 506 007' 3 l ett på optimalt sätt konstruerat system enligt uppfinningen räcker det att ejektorn matas med tryckluft under högst några sekunder. Vid ett dynamiskt tryck i tryckluftsnätet på ca 5 bar krävs normalt mindre än 5 sekunders tillförsel av luft till ejektorn för att åstadkomma tömning av en klosett. Därvid kan trycket i avloppsledningen mellan avloppsventilen och ejektorn reduceras med 25 - 45 %, vilket är fullt tillräckligt för att åstadkomma effektiv tömning av en klosett. Den luftmängd som tillförs ejektorn är normalt av storleksordningen 1000 liter/minut, varvid luftens volym beräknas vid normalt atmosfärtryck. Det är givetvis fördelaktigt att reducera den mängd luft som matas till ejektorn så mycket som möjligt utan att dock därvid äventyra avloppssystemets säkra funktion. Ju mindre luftförbrukningen är, desto mindre är också energiförbrukningen.

Energiförbrukningen vid ett tömningsförlopp påverkas också av volymen hos det utrymme som skall sättas under undertryck. .Ju mindre denna volym är, desto mindre blir energiåtgången. Den del av avloppsröret som sätts under undertryck får dock inte vara alltför kort, eftersom vakuumvoly- men då blir för liten för att åstadkomma effektiv tömning av en klosett. Det har visat sig vara lämpligt att i en anordning enligt uppfinningen anordna ejektorn så, att avloppsrörets längd mellan avloppsventilen och ejektorn är 1 5 m, företrädesvis 2 3 m.

Den tryckluftsdrivna ejektorns funktion kan ytterligare effektiviseras genom att den del av avloppsröret som utgör ejektorns utblåsningsrör inom det avsnitt där ejektorns funktion åstadkommer ett betydande undertryck omfattar en inre flexibel slangliknande del som mellan sin yttre yta och avloppsröret bildar ett mot avloppsrörets inre avtätat rum som står i förbindelse med den röret omgivande atmosfären. Under ejektorns funk- tion kommer en på detta sätt monterad slang av strömningskrafterna och av det yttre atmosfärtrycket att dras ihop till en diameter som är betydligt mindre än avloppsrörets diameter. En sådan flexibel slang ökar ejektorns effekt väsentligt och tryckluftsförbrukningen kan då reduceras, i många fall med upp till 2/3. Den slangliknande delen monteras lämpligen omedelbart nedströms om det avsnitt där ejektorns insugningsrör ansluter sig till ejektorns utblåsningsrör och kan ha en längd på endast ca 10 cm. För att slangen skall fungera på bästa sätt, är det lämpligt att slangens uppströms belägna del förses med ett antal axiellt riktade förswvningar som under- lättar slangens kontraktionsrörelse speciellt i dess begynnelsefas. Det har 10 15 20 25 30 506 007 4 visat sig att en på lämpligt sätt konstruerad slang av gummi och med en godstjocklek på ca 1 mm och en längd på 110 mm, som på nämnt sätt inmonteras i ett avloppsrör med en innerdiameter på 54 mm, kan dra ihop sig så att den fria öppningen i slangens mitt har en diameter på endast ca 10 mm.

Den i avloppsröret integrerade ejektorn kan uppbyggas på olika sätt.

Antingen kan man, såsom är normalt vid ejektorer låta insugningsröret ansluta sig i vinkel till utblåsningsröret. Då är det lämpligt att avloppsrörets till ejektorn anslutna del och avloppsrörets från ejektorn utgående del med varandra bildar en vinkeln på minst 120°, företrädesvis minst 135°. Vid mindre vinkel är risken för störningar i avloppsmassans strömning genom avloppsröret större. Man kan även tänka sig att avloppsröret vid ejektorn löper i huvudsak rätlinjigt och att ejektorns arbetsmedium tillförs antingen % via perifert i avloppsröret anordnade munstycken eller genom ett mun- stycke som utifrån genom avloppsrörets vägg sträcker sig in i avloppsröret.

I det sistnämnda fallet är det viktigt att munstycket förses med sådana avledande ytor att risken för att avloppsmaterial fastnar i munstycket eller dess monteringsdetaljer minimeras.

Uppfinningen beskrivs i det följande närmare med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka - fig 1 schematiskt visar en vakuumavloppsanläggning enligt uppfinningen, - fig 2 schematiskt visar ett snitt av en säkerhetsventil avsedd för en anläggning enligt uppfinningen, - fig 3 schematiskt visar ett axialsnitt av en ejektor enligt upp- finningen, - fig 4 visar en sidovy av en till ejektorn enligt fig 3 hörande gummimanschett, - fig 5 schematiskt visar en ändvy av gummimanschetten enligt fig 4 i kontrakterat tillstånd, - fig 6 och 7 schematiskt visar ejektorer av annat utförande än ejektorn enligt fig 1 och 3, - fig 8 visar ett exempel på ett tidschema för de olika funtionerna i ett vakuumavloppssystem enligt uppfinningen. 10 wå 20 25 30 506 0071 5 På ritningarna betecknar 1 en klosettskål, vars utloppsöppning 2 normalt tillsluts av en skivventil 3, som kan vara av det slag som beskrivs i patentskriften US 4713847. Omedelbart nedströms om skivventilen 3 börjar vakuumavloppet 4, som sätts under undertryck, då man önskar tömma klosettskålen 1. Undertrycket åstadkoms av en tryckluftsejektor 5, som utgör en integrerad del av avloppsröret, som från ejektorn 5 fortsätter till en uppsamlingstank 6. Den del 7 av avloppsröret som befinner sig mellan ejektorn 5 och uppsamlingstanken 6 utgör inte ett vakuumavlopp, eftersom det befinner sig på ejektorns 5 trycksida. Även uppsamlings- tanken 6 befinner sig utanför vakuumsystemet och står följaktligen under atmosfärtryck.

Då man önskar tömma klosettskålen 1, ger man via en tryckknapp 8 eller via något annat lämpligt organ en elektrisk signal till en styrcentral 9, som styr anläggningens alla funktioner. Styrcentralen 9 påverkar ejektorns 5 fjärrstyrda matarventil 10 och öppnar den, varvid tryckluft från ett tryckluftssystem 11 börjar strömma in i ejektorn. Tryckluften utgör ejektorns arbetsmedium och åstadkommer på mycket kort tid ett betydande undertryck i ejektorn och i avloppsröret 4. Efter ca 2,5 s har önskad vakuumnivå, dvs. en trycksänkning på ca 40 % uppnåtts i avloppsröret 4.

Då öppnas skivventilen 3 snabbt och atmosfärtrycket trycker momentant innehållet i klosettskålen 1 ut i avloppsröret 4. Ejektorn 5 är då fortfarande i gång och upprätthåller ett undertryck framför den genom röret 4 framrusande avloppsproppen och blåser samtidigt röret 7 tomt från där eventuellt kvarbliven vätska eller orenlighet. Avståndet L mellan skiv- ventilen 3 och ejektorn 5 är i den visade utföringsformen ca 2,3 m. För att skydda systemet från icke-önskvärda tryckstötar har vakuumavloppsröret 4 försetts med en säkerhetsventil 13 och en till styrcentralen 9 ansluten tryckvakt 17, som vid förhöjt tryck i röret 4 via styrcentralen snabbt stänger av lufttillförseln till ejektorn 5.

Samtidigt med att ejektorn 5 är i funktion och ventilen 3 öppnas tillförs klosettskålen 1 en önskad mängd spolvätska, som spolar och rengör klosettskålens inre yta. Denna funktion beskrivs icke närmare här, eftersom den tillhör känd teknik och inte i och för sig inverkar på uppfinningens tillämpning. 10 15 20 25 30 35. 506 007 6 Såsom framgår av fig 8 avstängs ejektorn normalt ca 0,5 s efter det att ventilen 3 har öppnats. På denna tid hinner avloppsmassan fram till och förbi ejektorn 5. Eftersom avloppsmassan drivs framåt av den omgivande atmosfärluftens tryck, är det viktigt att ventilen 3 hålls öppen så länge, normalt ca 3 s, att en tillräckligt stor mängd luft via klosettskålens utloppsöppning 2 kan strömma in i avloppsröret 4. Sedan ventilen 3 efter avslutad tömning av klosettskålen 1 åter stängts, håller styrcentralen 9 den spärrad i ca 5 s för att säkerställa att allt avloppsmaterial når fram till uppsamlingstanken 6 innan nästa spolning äger rum.

I fig 2 visas schematiskt en enkel säkerhetsventil i form av en flexibel slang 12. Slangen 12 befinner sig inne i ett omgivande skyddsrör 13 och är vikt ungefär 90° så att ett veck 14 bildas på slangen. Detta veck tillsluter normalt slangen, speciellt då trycket utanför slangen är större än inne i _ vakuumavloppsröret 4, som slangens inre står i förbindelse med via en öppning 15. Om däremot ett övertryck uppstår i avloppsröret 4, påverkas slangen 12 av detta övertryck och den rätar då ut sig något till det med streckande linjer visat läget 12a. Då uppstår en öppning 14a vid den punkt som normalt tillsluts av vecket 14. Genom öppningen 14a kan övertrycket i röret 4 ledas bort. Slangens 12 skyddsrör 13 har en i fig 2 icke visad fortsättning som på lämpligt sätt ansluter säkerhetsventilen till avloppsröret 7 nedströms om ejektorn, såsom schematiskt visas i fig 1, eller direkt till uppsamlingstanken 6, i vartdera fallet på ett sätt som möjliggör gravita- tionsstyrd strömning.

I fig 3 visas schematiskt en föredragen utföringsform av en ejektorn enligt uppfinningen. Vakuumavloppsröret 4 löper i en vinkel på 135° i förhållande till avloppsröret 7 nedströms om ejektorn 5. I den visade utföringsformen är vakuumavloppsröret 4 i huvudsak vågrätt och avloppsröret 7 lutar nedåt i strömningsriktningen, men man kan också tänka sig att rören 4 och 7 löper i huvudsak parallellt men på olika nivåer eller i olika vertikalplan, varvid avloppsröret 4 just före ejektorn 5 är böjt i ca 45° för att ansluta sig till ejektorn. Den i fig 3 visade utföringsformen har dock visat sig vara den bästa med avseende på driftsäkerheten.

Ejektorns 5 arbetsmedium tillförs genom röret 11 och blåses med ett dynamiskt tryck på ca 5 bar genom en ca 3 mm stor öppning i rörets spets in i ejektorn 5 i avloppsrörets 7 längdriktning. Omedelbart nedströms om 10 w, 20 25 30 35 506 007 7 röret 11 bildas vid ejektorns funktion ett några tiotal centimeter lång avsnitt, där ejektorn åstadkommer ett betydande undertryck. Ungefär mitt i detta avsnitt har inmonterats en flexibel gummislang 18, som mellan sitt yttre yta och det omgivande röret 16 bildar en tryckkammare, som via en öppning 19 står i förbindelse med atmosfären. Genom att slangen 18 vid sin nedströmsände är dubbelvikt såsom visas i fig 3, har den relativt stor rörelsefrihet. Det av ejektorn 5 åstadkomna undertrycket i samverkan med atmosfärtrycket som via öppningen 19 påverkar slangen 18 medför att slangen veckar ihop sig på det sätt som schematiskt visas i fig 5, så att den fria öppningen 20 i slangens mitt när ejektorn är i gång har en diameter på endast ca 10 mm. Denna funktion hos slangen har visat sig ha en synnerligen gynnsam inverkan på ejektorns 5 effektivitet och bidrar starkt till att minska ejektorns luftförbrukning. När avloppsmassa passerar genom slangen 18 ger den hopveckade slangen efter så, att även större fasta beståndsdelar utan svårighet passerar genom slangen.

Såsom framgår av fig 4 har slangen 18 i sin inloppsände en ringförstyvning 21 från vilken sträcker sig fyra axiellt riktade förstyvningar 22, som når nästan fram till det avsnitt som utgör slangens axiella mittparti då slangens nedströmsände är dubbelvikt såsom visas i fig 3 och 4. Förstyvningama 22 medför att slangen 18 vid ejektorns funktion sammandrar sig på önskat sätt så att en regelbunden hopveckning enligt fig 5 åstadkoms. Fig 5 visar slangen 18 i kontrakterat tillstånd sedd i axiell riktning från dess nedströms ände. Slangens 18 godstjocklek är ca 1 mm, vid förstyvningrna 21 och 22 ungefär det dubbla. I utföringsformen enligt fig 3 är röret 7 nedströms om ejektorn 5 och slangen 18 ca 40 % större i diameter än vakuumavlopps- röret 4 före ejektorn. Detta utförande minskar risken för stopp eller alltför långsam strömning i röret 7.

Fig 6 visar en ejektor 5a som är avsedd för en sådan utföringsform av uppfinningen där vakuumavloppsröret 4 och det nedströms om ejektorn belägna avloppsröret 7 ligger i rät linje med varandra. Ejektorn arbets- medium tillförs genom ett rör 11a, som nedifrån sträcker sig i huvudsak vinkelrätt genom ejektorrörets vägg fram till centrum av ejektorn 5a. För att fasta beståndsdelar i avloppsmassan inte skall fastna på röret 11a, förses röret på sin uppströmssida med en avledande plåt eller liknande 23, vars övre kant 23a löper snett i en vinkel på företrädesvis högst 30° från ejektorrörets inre yta till toppen av luftinblåsningsröret 11a. Omedelbart 10 15 20 25 S06 007 8 nedströms om inblåsningsröret 11a har ejektorn en kontrakterande genom- strömningsdel 24 följd av en expanderande del 25, vilka är utformade på det sätt som är vanligt i ejektorer. l den i fig 3 visade ejektorn behövs rördelarna 24 och 25 inte, eftersom slangen 18 ger i huvudsak samma funktion.

Fig 7 visar en ejektor 5b, som också är avsedd för rätlinjig montering av ett avloppsrör. l denna utföringsform tillförs luften via ett endast antyd- ningsvis visat tillförselrör 11b till en ringkanal llc, från vilken den via ett antal perifert anordnade luftinblåsningskanaler 11d blåses in i ejektorns genomströmningsrör.

Fig 8 visar schematiskt de olika funktionssekvenserna vid en tömning av klosettskålen 1 i ett system enligt fig 1. Tömningsförloppet startas genom att tryckknappen 8 påverkas under en kort tid såsom fältet 8a visar. Då sätts ejektorn 5 i gång och arbetar under ca tre sekunder såsom fältet 5c visar. Ungefär en halv sekund innan ejektorns 5 funktion slutar öppnas skivventilen 3 och hålls öppen i ca tre sekunder såsom fältet 3a visar.

Ejektorns funktion sänker trycket i vakuumavloppsröret 4 med ca 40 kP såsom kurvan 4a visar. I och med att skivventilen 3 öppnar stiger trycket i röret 4 snabbt och uppnår efter någon sekund sitt ursprungliga värde.

Efter det att skivventilen 3 stängts är systemet spärrat under en tid T på ungefär fem sekunder för att undvika att upprepade spolningar mycket tätt efter varandra skall åstadkomma funktionsstörningar i systemet.

Uppfinningen begränsar sig inte till de visade utföringsformerna, utan ett flertal varianter och modifikationer därav är tänkbara inom ramen för nedanstående patentkrav.

Claims (10)

10 15 20 25 30 506 007 PATENTKRAV

1. Ett speciellt för klosetter avsett vakuumavloppssystem omfattande en tömningsbar enhet (1), såsom en klosettskål e.dyI., med en utloppsöppning (2) och en vid utloppsöppningen belägen, normalt stängd avloppsventil (3), som, då den öppnas, direkt förbinder den tömningsbara enheten (1) med ett avloppsrör, som omfattar en första del (4) ansluten till den tömnings- bara enheten (1) och en andra del (7) ansluten till en uppsamlingsbehållare (6) för avloppssubstans, samt en mellan dessa delar (4,7) belägen ejektor (5) med organ för drivande av ejektorn (5), så att den före öppnandet av avloppsventilen (3) åstadkommer ett så betydande undertryck i avlopps- rörets första del (4), så att innehållet i den tömningsbara enheten (1), då avloppsventilen (3) öppnas, momentant trycks ut i avloppsröret (4) av atmosfärtrycket, kännetecknat därav, att ejektorn består av en gasdriven ejektor (5) som är inbyggd i själva avloppsröret (4,7) så att ejektorhusets insugningsrör och ejektorns utblåsningsrör (7) utgörs av själva avloppsröret (4,7), varvid avloppssubstans kommer att transporteras i avloppsrörets första del (4) på grund av tryckskillnaden mellan atmosfären och det av ejektorn producerade undertrycket och i avloppsrörets andra del (7) åtminstone huvudsakligen av det i ejektorns utblåsningsrör producerade övertrycket.

2. System enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att mellan den tömningsbara enheten (1) och ejektorn (5) finns säkerhetsorgan (13,17) som är anordnade att, om vid öppen avloppsventil (3) trycket mellan ejektorn (5) och den tömningsbara enheten (1) stiger högre än trycket i den tömningsbara enheten (1), snabbt avstänga ejektorn (5) och/eller på annat sätt, t.ex. med ett tryckstyrt utloppsorgan (12), reducera tryckhöjningen.

3. System enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att säkerhetsorganen omfattar en säkerhetsventil i form av flexibel slang (12) som normalt hålls i ett sådant böjt läge att ett tillslutande veck (14) bildas på slangen.

4. System enligt något av de ovanstående patentkraven, kännetecknat därav, att ejektorns drivsystem (11) är anordnat att mata ejektorn (5) med tryckluft under högst några sekunder med ett flöde av storleksordningen 1000 l/min. 10 15 20 506 007 10

5. System enligt något av de ovanstående patentkraven, kännetecknat därav, att avloppsröret (4,7) är anslutet till ejektorn i vinkel så att avloppsröret (4,7) omedelbart före och efter ejektorn (5) bildar en vinkel på minst 120°, företrädesvis minst 135°.

6. System enligt något av de ovanstående patentkraven, kännetecknat därav, att avloppsröret (4,7) vid ejektorn (5) löper i huvudsak rätlinjigt och att ejektorns arbetsmedium är anordnat att tillföras antingen perifert i avloppsröret (4) eller genom ett munstycke (lla), som utifrån genom avloppsrörets vägg sträcker sig in i avloppsröret.

7. System enligt något av de ovanstående patentkraven, kännetecknat därav, att avloppsrörets (4) längd (L) mellan avloppsventilen (3) och ejektorn (5) är 1 5 m, företrädesvis 2 3 m.

8. System enligt något av de ovanstående patentkraven, kännetecknat därav, att den del av avloppsröret (4,7) som utgör ejektorns utblåsningsrör inom det avsnitt (16) där ejektorns funktion åstadkommer ett betydande undertryck omfattar en inre flexibel slangliknande del (18), som mellan sin yttre yta och avloppsröret (16) bildar ett mot avloppsrörets inre avtätat rum som står i förbindelse med den röret (16) omgivande atmosfären för att under ejektorns (5) funktion av strömningskrafterna och det yttre atmosfär- trycket dras ihop till en diameter som är betydligt mindre än avloppsrörets (16) diameter.

9. System enligt patentkravet 8, kännetecknat därav, att den slangliknande delen (18) är monterad omedelbart nedströms om det avsnitt, där ejektorns (5) insugningsrör ansluter sig till ejektorns utblåsningsrör och har en längd på ca 10 cm.

10. System enligt patentkravet 8 eller 9, kännetecknat därav, att den slangliknande delens (18) uppströms belägna del är försedd med ett antal förstyvningar (21,22)