下水道系统的制作方法

专利名称：下水道系统的制作方法
这个发明涉及一种下水道系统。
已知的下水道系统有三种基本类型。最常用的是常规的重力下水道系统，它的下水道管是倾斜向下的，其中，污水的流动是依靠重力。在压力下水道系统中使用过压来输送污水通过小口径的下水道管。此压力系统并没有广泛使用，虽然它有优点，如管道尺寸小和有可能向上铺设管道。在真空下水道系统中，下水道管中的压力被减小到约一半大气压，使用大气压和下水道管子中减小的压力之差输送污水。在船舶、航空器和火车中真空下水道系统获得广泛的应用。原则上，它有与压力下水道系统相同的优点。真空下水道系统的主要缺点是费用相对较高，和与下水道相连的卫生设备必须通过通常关闭的排放阀与下水道系统分离，这可能引起满溢的问题。
已知的第四种下水道系统是低真空度的下水道系统。低真空度下水道系统技术上是在重力下水道系统和真空下水道系统之间。在低真空度下水道系统的情况下，抽水马桶可通过水封与下水道管连接，如与重力下水道系统中一样，或者通过通常关闭的排放阀，如与普通的真空下水道系统一样。为排空低真空度系统的抽水马桶，在下水道管子中产生相对低的真空度(约低于大气压0.1到0.4巴)。在这类某些已知的系统中，已经用水闸装置作为在真空下的空间，如下水道管和在大气压下的收集容器之间的连接装置。由于在水闸的密封表面上的沉积造成的泄漏，使得这样的水闸装置操作的可靠性很差。公开的专利文件SE358196描述了低真空度系统，其中真空的产生需要在下水道管中的单向阀。实践表明这样的单向阀将不能在长时期运行过程中令人满意地工作。还有，它很难避免灰尘被吸入从下水道管引入到真空发生器的导管中，该导管正常时只应有空气。这些困难看起来对销售按照公开的专利文件SE358196生产的装置是不利的。一般说来，这类已知的系统有这样简陋或粗糙的设计，肯定使它们的操作可靠性受到影响。它们基本上销售个人的卫生间设备，如用于夏季别墅或类似建筑物。
本发明的目的是为带有几个卫生单元，如抽水马桶和小便池的建筑物开发一种下水道系统，特别是多家庭的建筑物，如公寓建筑物和旅馆、医院或类似的建筑物。目的是提供一种简单和操作可靠的下水道系统，它既不需要费用很高的技术解决方案，典型的如真空下水道系统，也不需要常规的大直径向下倾斜的下水道管的下水道管网。相反，下水道管将是小口径的，并将可能在相当长的距离内水平铺设，甚至在某些短距离内向上铺设的下水道管。
本发明的另一个目的是减小卫生单元的水消耗到这样的程度，使得将包含所谓黑水的卫生设备下水道与包含所谓灰水的其他污水下水道分离，和将抽水马桶的粪便进行生物处理，使得在经济上变得有利可图。这就要求每次抽水马桶冲洗的水量不应超过2升，最好不超过1升。因此，抽水马桶粪便的固体含量将是高的，它使得将抽水马桶粪便与其他污水分开处理经济上是可行的。
本发明的第三个目的是得到一种操作可靠低成本的吸入系统，用于排空卫生单元，在该系统中从卫生单元抽出的粪便液体可从真空区自由地流入到大气压区，而不需通过单向阀或其他阻碍流动的装置。
第四个目的是应该很容易安装按照本发明的系统，作为现有建筑物中常规重力下水道系统的替换，或者在建筑新建筑物中代替重力系统，因此，建筑物的内部下水道系统的排放端应该可以直接连接到为建筑物服务的外部下水道，或者连接到抽水马桶粪便特殊的下水道网络。
对本发明的应用来说很重要的是，每个抽水马桶(或其他卫生单元)应该有它自己的分离的分支下水道管和它自己的分离的真空发生器。只是间歇地产生真空(压力减小)，即分别在每次所需的卫生单元的排空时间。真空发生器，即产生真空的装置，必须允许粪便从下水道系统的真空区段自由流入到在大气压下的区段。下面描述用于这个目的的合适设计。每个卫生单元的分支下水道管可以与卫生单元的真空发生器的公共管下游连通。
对实际应用来说，很重要的是较小量的液体可以从抽水马桶中流出，而不会起动作为产生真空基础的正常排空循环。这样，一个人可以把一个杯水倒入抽水马桶中而不需要采取任何特殊的措施。
由于真空是对每次排空操作分别产生的，重要的是必须降低压力的容积不能太大。另一方面，为了达到足够的真空能力以便确保可靠的排空作用，需要一定的最小真空容积。为了提供合适的容积，推荐在水封和产生真空的装置之间的下水道管的长度在2到50米之间，最好在5到15米。通过抽吸排空抽水马桶需要相对较小口径的下水道管。因而在抽水马桶的出口和产生真空的装置之间的这段长度的下水道管的内径最大65毫米是有利的，最大为55毫米更好。
空气驱动的喷射器，最好是与下水道管成一整体的所谓开机喷射器，已经表明它本身适合于按照本发明的系统。以加压空气或其他加压气体供给这样的喷射器作为工作介质是有利的。在工作介质是加压气体的情况下，为了达到足够快地建立起真空，工作介质应在几秒钟之内以700到2000升/分(l/min)最好是1000到1500升/分的流速供给喷射器。单位升/分是相对在温度20℃和大气压下计算的体积。供应给喷射器工作介质动态压力在7-40千帕(KPa)，最好是10到30KPa是有利的。
提到的这类在线喷射器是有用的，因为抽水马桶的粪便可以很容易地通过喷射器。在美国专利5,813,061号中描述了合适的一类喷射器，它的公开内容结合于此作为参考。这种喷射器能产生相当大的真空(较低的绝对压力)，它比按照本发明的系统中所需的真空度要高，但是通过减小工作介质的流量可以做到修整喷射器的性能。通过将该喷射器与下水道管成一角度连接，通常能得到最佳的操作可靠性，所以刚好在喷射器之前和之后的这两段下水道管形成至少120°，最好为135°的角度。
根据美国专利5,813,061号中所描述为相同理由，推荐在在线喷射器的上游设有安全阀，即减压阀。这是为在流动扰动喷射器下游的情况下，防止喷射器的工作介质的压力以反流的方式被传送到卫生单元。安全装置也可以包括压力传感器，如果喷射器的下水道管上游中的压力超过给定的阈值，它迅速地切断到喷射器的工作介质的流动。
可以由在卫生单元与下水道连接处的空间作为排风机安装的送风机等来供给喷射器工作介质。那么可以用从排风机排出的空气作为喷射器中的工作介质，只要排风机有足够高的功率。另一种合适的喷射器的工作介质源是从中央真空清洁系统排出的空气，如果有这样的系统存在的话。
如果人们不想使用在线喷射器或另一种允许直通流动的真空发生器，真空发生器也可布置成脱线的，即在与下水道管连接的分支线中。在这种情况下，为了防止将粪便液体、水分或灰尘抽入到真空发生器中，需要在抽水马桶排空过程的早期关闭真空发生器。然而在真空发生器已经关闭之后，可能需要在支下水道管中维持真空。真空发生器的惯性防止在功率切断之后立即停止。这个作用可在一段短时间内维持真空。此外，通过将下水道管设计成竖立的管子，管的下端在足够大体积的水封中，可以维持真空。当在下水道中产生真空时，在水封中的某些液体被抽吸向上进入到竖直管子中，在那里形成水柱。当真空发生器关闭时，水柱下降并维持下水道管中的真空。水柱和支下水道管的体积比影响该操作。因为按照本发明的系统中的真空约为大气压的3％到20％(这样绝对压力是大气压的97％到80％)，竖立管的垂直尺寸不必大于2米。对大多数实践应用，竖立管约1米就足够了。
通过确定抽水马桶的水封的尺寸和冲洗水的供应量，从而使每次抽水马桶排空所用的冲洗水量不超过2升，或者最好是1升，这样就获得下面的优点，在抽水马桶粪便中的液体量小到将抽水马桶粪便与其他污水分离成为有利可图。
下面将参考附图对本发明作更详细的描述，在附图中

图1表示按照本发明吸入下水道系统的单个抽水马桶；图2表示有多个按照本发明的抽水马桶的建筑物；和图3表示有单个抽水马桶的真空下水道系统，其中真空发生器设有竖立管。
在附图中，标记1表示抽水马桶，在它的出口导管处带有水封2。内径约为50毫米的支下水道管3与抽水马桶1相连。下水道3引入到空气驱动喷射器4。当吹风机10通过供料管7向喷射器4供给合适压力的空气时，喷射器迅速地在管3中产生约10％的真空(这样在管子中的绝对压力是大气压的90％)。从而在抽水马桶中环境空气的压力迫使水封2中的液体以及抽水马桶中的粪便和水迅速进入到下水道管3中。
只要在供料管7中保持空气流动，喷射器4继续产生真空，在几秒钟之后从抽水马桶1来的所有粪便将已经达到喷射器。粪便通过喷射器并流入到喷射器4的下水道管下游的第二部分9。因为喷射器的工作介质都排入到喷射器的下水道管下游中，喷射器的下游压力有点高于大气压。这较高的压力给已经通过喷射器4的粪便在管9中额外的向前推力，使它流入到市政下水道5或一般为几幢房屋服务的其他收集导管中。管9最好比管3有略为大点的口径，管9的孔的横截面积比管3的孔大70-100％。抽水马桶1和喷射器4之间的管3的长度约6米。管3终端和管9之间的角度约150°，它对所示的这种类型喷射器是有利的数值。
在喷射器4的上游，在距离约1米到不到1米的地方有安全装置8，如敏感的安全阀，或另一种当管3中的压力升高到阈值之上时，停止送风机10的装置。安全装置8也可以同时有这两种功能。如阻塞或类似的情况发生，基本阻止管9中的流动。喷射器4的吸入作用停止，从喷射器的工作介质来的压力就会反向传送进入到支下水管3中。这可能造成难闻的气体和水通过水封2被吹入到抽水马桶1中。安全装置8的作用是消除这样的事故。
送风机10也能起抽水马桶所在房间12的排风机的作用。送风机10与从房间12抽吸空气的通风管13相连通。另外一种，送风机可以是中央真空清洁系统或类似的系统的送风机。送风机甚至可以放在房间12的墙中或墙后。
通过操作房间12中的冲洗按钮6，开始抽水马桶1的排空。接着送风机10起动和喷射器4在管3中产生真空。抽水马桶中的大气压迫使抽水马桶1中的内含物进入到管3中。随着起动送风机10的同时，冲洗水阀(未显示)打开，从冲洗水箱14供应冲洗水，以便冲洗抽水马桶的内表面。至少在排空抽水马桶1的开始阶段保持冲洗水阀打开。在冲洗水阀闭合之后，送风机6继续操作喷射器4一段足够长的时间，以便使抽水马桶的粪便全部通过喷射器4。时间是通过可调节的时间继电器(未显示)控制的。在送风机10停止之后，冲洗水阀重新打开，用干净的水充满水封2。
如果抽水马桶1设有标准型的冲洗水箱14，它有比按照本发明系统的抽水马桶所需冲洗水量大得多的体积，在冲洗水箱中的某些空间，如图1表示那样，可以用于安装驱动喷射器4的送风机10。所以得到较小的安装，使所有必要的部件在抽水马桶附近或其中。
图2表示建筑物15在三个不同楼层中共有5个抽水马桶1。每个抽水马桶1有它自己的带有送风机10的喷射器4，如参考图1所描述的那样，它在抽水马桶下水道管3中产生真空。从抽水马桶1来的下水道管3连接到公共的垂直下水道管9，它与主下水道管5相连，以便分别处理抽水马桶粪便。其他在房屋内的卫生设备，如洗脸盆17和淋浴室18有它们自己的支下道管16，这些支下水道管与市政下水道管19相连通。下水道管9在它的顶端与通风管20相连通，通风管开口在建筑物15的屋顶上面。下水道管16可以与相同的通风管相连通，或者有它们自己的通风管(未显示)。
在图2中表示的实施方案中，不需要图1中表示的安全装置8。由于垂直的下水道管9与通风管20连通，在喷射器4的下游不可能产生过压。这样就不会使压力冲击向前传送到抽水马桶1的危险。
在图1中表示的喷射器4产生真空的位置是在从抽水马桶1到下水道管5的流动路径中。图3表示脱线产生真空，即在从抽水马桶1到下水道管5的流动路径之外。抽水马桶1，它与图1和2表示的抽水马桶具有相同的结构，以与图1和图2中相同的方式连接到支下水道管3。通过电动送风机10在从管3分支出去的管21中产生真空。管21可以与图2中所示通风管20相应的导管相连通。下水道管5是大气压下，由送风机10产生的真空使布置在下水道管5上游的大水封22的液体升起。演体被提升的距离H，在10％真空度时约为1米。当送风机10关闭时，在管21中的水柱下降，这样在排空抽水马桶1和将粪便传送到管21的下部所需的时间内在管3中维持必要的真空。还有，送风机10的惯性在送风机关闭之后使真空在管3中维持一段短的时间。
从上述中可以看到，在每种情况下以抽水马桶到下水道管5的路径中没有暂时闭合部件的阻碍，如常规真空下水道系统中所用的排放阀。
本发明并不局限于公开的实施方案，但是它的几种改型是可行的，这包括其特征等价于，但并不限于文字上的意义，在随后权利要求中任何一项特征的那些变型。特别详述权利要求中的某项并不是打算限制权利要求的范围，如排斥多个这样的项目。
权利要求
1.一种下水道系统，其包括大气压下的污物系统，装有水封的卫生单元，将卫生单元连接到污物系统的支下水道管，和与该支下水道管相连通用于在支下水道管中产生低压的真空发生器，其中，真空发生器以这样的方式与支下水道管相连通，允许粪便通过支下水道管到污物系统而不会被暂时的闭合部件阻碍。
2.按照权利要求1所述的系统，其中，支下水道管的内径最大为65毫米，最好是最大为55毫米。
3.按照权利要求1所述的系统，其中，支下水道管从水封到真空发生器的长度在2到50米之间，最好5到15米之间。
4.按照权利要求1所述的系统，其中，真空发生器是空气驱动的喷射器，其有供料系统最多在几秒钟之内将压力空气供应给喷射器，流速在700到2000升/分，最好是1000到1500升/分。
5.按照权利要求1所述的系统，其中，真空发生器是空气驱动的喷射器，其有供料系统最多在几秒钟之内将压力空气供应给喷射器，流速在700到2000升/分，最好是1000到1500升/分，而动态压力是7到40千帕(KPa)，最好是10到30千帕。
6.按照权利要求1所述的系统，其中，真空发生器是在线空气驱动喷射器，它有吸入管和排放管，并与支下水道管成一整体，所以吸入管和排放管形成支下水道管的各自的部分，从而将下水道管分成上游部分和下游部分，其中支下水道管的上游和下游部分与喷射器连接成一角度，从而使紧接喷射器之前和之后的下水道管形成至少120°的角度，最好是135°。
7.按照权利要求6所述的系统，其包括在水封和喷射器之间的安全装置，以便防止形成喷射器上游的过压。
8.按照权利要求1所述的系统，其中，真空发生器是空气驱动的喷射器，该系统还包括供应空气给喷射器的送风机，送风机有吸入侧，布置用于从通风的那个空间抽取空气。
9.按照权利要求8所述的系统，其中，布置送风机的吸入侧，以从卫生单元所在的空间抽取空气。
10.按照权利要求1所述的系统，其中，一第二水封沿支下水道管与卫生单元的水封分隔开，和真空发生器是脱线的，并与第二水封的支下水道管上游相连通，其中当真空发生器在支下水道管中产生低压时，第二水封形成与真空度相应的水柱，水柱有垂直高度最大为2米，最好约1米。
11.按照权利要求1所述的系统，其中，卫生单元是抽水马桶，该系统包括冲洗水的供应，与每次排空抽水马桶相关用于冲洗抽水马桶的内部、水封，和冲洗水供应是这样定量，使每次排空抽水马桶跟随抽水马桶粪便进入支下水道管的水量不大于2升，最好不大于1升。
12.一种下水道系统，其包括大气压下的污物系统，设有水封的卫生单元，将卫生单元连接到污物系统的支下水道管，和与支下水道管相连用于在支下水道管中产生低压的真空发生器，其中，卫生单元以这样的方式与污物系统相连，允许粪便从卫生单元通过水封和支下水道管到污物系统而不会被暂时的闭合部件阻碍。
13.一种操作下水道系统的方法，该下水道系统包括大气压下的污物系统，设有水封的卫生单元，将卫生单元连接到污物系统的支下水道管，其中卫生单元是以这样的方式连接到污物系统，允许粪便从卫生单元通过水封和支下水道管到污物系统，而不会被暂时的闭合部件阻碍，该方法包括响应冲洗的指令在支下水道管中产生低压，从而迫使在卫生单元中的粪便从卫生单元进入到支下水道管内。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，产生低压的步骤是将加压空气作为工作介质最多在几秒钟之内供给气体驱动喷射器来实现，流速在700到2000升/分，最好为1000到1500升/分。
15.按照权利要求13所述的方法，其中，该系统包括沿支下水道管与卫生单元分隔开的一第二水封，产生低压的步骤是用与第二水封的上游支下道管连接的脱线真空发生器产生，以在支下水道管中产生足够的低压，以便在第二水封中形成水柱，其垂直高度最大2米，最好为1米。
16.按照权利要求13所述的方法，其中，卫生单元是抽水马桶，和该方法包括响应每次冲洗指令向抽水马桶供给冲洗水。
17.按照权利要求16所述的方法，其包括这样供应冲洗水，使得每次排空抽水马桶时跟随抽水马桶粪便进入到支下水道管的水量不大于2升，最好不大于1升。
全文摘要
一种下水道系统,其包括大气压下的污物系统,装有水封的卫生单元,将卫生单元连接到污物系统的支下水道管,和与该支下水道管相连通用于在支下水道管中产生低压的真空发生器,其中,真空发生器以这样的方式与支下水道管相连通,允许粪便通过支下水道管到的污物系统而不会被暂时的闭合部件阻碍。
文档编号E03F1/00GK1244616SQ9910893
公开日2000年2月16日 申请日期1999年7月1日 优先权日1998年7月1日
发明者B·冯瓦法尔瓦帕尔菲, B·奥尔松, A·尼尔松 申请人:埃瓦克国际有限公司