Туалет для использования в условиях космоса

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Заявка на изобретение RU2010130885/12, 26.08.2009

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2478065

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Настоящее изобретение относится к туалету, предназначенному для использования в условиях космоса, выполненному с возможностью сбора экскрементов в условиях невесомости.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проведение космических исследований с давних пор являлось мечтой человечества. За последние 50 лет люди разработали различные космические летательные аппараты, предназначенные для исследования космоса. Так, 4 октября 1957 года Россия запустила в космос первый искусственный спутник Земли, 12 апреля 1961 года был запущен первый космический аппарат с астронавтом на борту, 18 марта 1965 года российский космонавт вышел в открытый космос из кабины космического аппарата, а 20 июля 1969 года американские астронавты первыми высадились на Луну.

15 октября 2003 года был запущен пилотируемый космический аппарат Shenzhou V, а 12 октября 2005 - космический аппарат Shenzhou VI, и, таким образом, Китай стал третьей страной в мире, сумевшей развить аэрокосмическую индустрию и проводить космические исследования.

Однако до сих пор остаются нерешенными некоторые проблемы, относящиеся к выведению экскрементов в условиях космоса. Эти проблемы связаны, в частности, с тем, что туалет, устанавливаемый в космическом аппарате, имеет высокую стоимость, большие размеры, потребляет много энергии и сложен в эксплуатации.

Например, во время 11 аварий, имевших место в американских космических аппаратах, туалет 10 раз выходил из строя, создавая при этом угрозу безопасности космического корабля. Таким образом, существует необходимость скорейшего решения проблемы выведения экскрементов в условиях космического летательного аппарата.

Традиционный способ выведения экскрементов предусматривает вытягивание экскрементов с помощью воздуха и направление их в пакет. Однако конструкция, обеспечивающая выведение экскрементов в соответствии с данным способом, является сложной и крупногабаритной, при этом в условиях невесомости человеку затруднительно точно отводить экскременты в туалет.

В качестве примера традиционного решения можно привести туалет для использования в условиях космоса, раскрытый в патентном документе CN 2010100049.

Кроме того, в случае возникновения запора обычным решением проблемы является введение в анальное отверстие пальца, предмета или химического реагента для облегчения удаления экскрементов, однако подобные способы могут поранить анальное отверстие.

Настоящее изобретение направлено на уменьшение или устранение вышеуказанных недостатков.

Раскрытие изобретения

Основной задачей изобретения является создание туалета, используемого в космосе, предусматривающего возможность сбора экскрементов в условиях невесомости.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании собирающего устройства, позволяющего легко выводить экскременты в случае запора.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения туалет, используемый в условиях космоса, содержит корпус, собирающее устройство и канализационное устройство, установленные в указанном корпусе, причем собирающее устройство представляет собой электрическое загрузочное устройство, содержащее транспортирующий канал, винтовой вал, впускной элемент, прикрепленный к транспортирующему каналу, и выпускной элемент, расположенный на боковой стенке транспортирующего канала, причем винтовой вал расположен в транспортирующем канале с возможностью осевого перемещения относительно транспортирующего канала, причем собирающее устройство содержит очищающее устройство, расположенное ниже транспортирующего канала и проходящее через понижающий скорость редуктор транспортирующего канала, при этом редуктор транспортирующего канала содержит муфту, прикрепленную к выходному зубчатому колесу редуктора, при этом муфта приводит во вращение винтовой вал посредством штыря, один конец которого выполнен в виде шестигранной головки, соответствующей шестиугольному отверстию винтового вала, а на другом конце выполнена винтовая канавка, причем муфта на внутренней стенке содержит лапку, соответствующую винтовой канавке, а между данным штырем и транспортирующим каналом расположена пружина сжатия, при этом собирающее устройство соединено с выпускным элементом.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления собирающее устройство содержит направляющий цилиндр, понижающее скорость устройство, панель управления и источник питания, причем на направляющем цилиндре расположены впускной элемент и выпускной элемент. Собирающее устройство также содержит винтовой стержень, расположенный в цилиндре, при этом задний конец винтового стержня соединен с понижающим скорость устройством через соединительный элемент, причем понижающее скорость устройство соединено с источником питания переключателем, а переключатель прикреплен к панели управления.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 в аксонометрии в собранном виде показан туалет для использования в условиях космоса в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.2 в аксонометрии с пространственным разделением элементов показан туалет, используемый в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.3 в аксонометрии с пространственным разделением элементов показан еще один вид туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.4 показано поперечное сечение собирающего устройства туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.5 показано поперечное сечение, иллюстрирующее работу туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.6 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показан еще один вид туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.7 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показан другой вид туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.8 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показан вид собирающего устройства, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.9 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показан другой вид собирающего устройства, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.10 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показано канализационное устройство туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.11 в аксонометрии с пространственным разделением компонентов показан другой вид канализационного устройство туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

на фиг.12 в аксонометрии показан вид, иллюстрирующий узел основания туалета, используемого в условиях космоса, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых, исключительно в целях иллюстрации, показан предпочтительный вариант его осуществления.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения показанный на фиг.1-12 туалет, используемый в условиях космоса, содержит корпус 1, в котором размещены собирающее устройство и канализационное устройство, при этом корпус 1 имеет основание 30, переднюю крышку 31 и заднюю крышку 32, которые размещены на верхнем торце основания 30 и закрывают собирающее и канализационное устройства.

Как показано на фиг.2-4, собирающее устройство представляет собой электрическое загрузочное устройство, содержащее транспортирующий канал 2, винтовой вал 5 с двумя головками, впускной элемент 3, прикрепленный к транспортирующему каналу 2 и закрываемый передней и задней крышками 31, 32, верхнюю крышку 25, размещаемую на верхнем конце туалета и предназначенную для закрытия впускного элемента 3, и выпускной элемент 4, расположенный на боковой стенке транспортирующего канала 2. Указанный винтовой вал 5 содержит шейку, расположенную на том конце вала, на который подается приводное усилие, и предназначенную для обеспечения перемещения винтового вала 5 в транспортирующем канале 2, как показано на фиг.4. Ниже канала 2 расположено очищающее устройство 6, проходящее через понижающий редуктор канала 2, как показано на фиг.2, 3, 8 и 9, причем редуктор канала 2 содержит муфту 10, прикрепленную к выходному зубчатому колесу редуктора. Муфта 10 приводит во вращение винтовой вал посредством штыря 7, один конец которого выполнен в виде шестигранной головки, сопрягаемой с шестиугольным отверстием 8 винтового вала 5, а на другом его конце выполнена винтовая канавка 9. На внутренней стенке муфты 10 имеется лапка 11, соответствующая винтовой канавке 9. Как показано на фиг.4, между штырем 7 и каналом 2 имеется пружина 35 сжатия.

Канализационное устройство, показанное на фиг.2, 3 и 6, содержит пакет 12, крепежную пластину 13, открывающий и закрывающий элемент 14, соединительный элемент 15, кожух 16 и приводной механизм 17, причем крепежная пластина 13 располагается в передней и задней крышках 31, 32 корпуса 1 и имеет отверстие 18, соответствующее выпускному элементу 4, и кольцо 19, закрепленное вокруг отверстия 18 для установки пакета 12 для сбора экскрементов, как показано на фиг.6. Как показано на фиг.2, 3 и 5, крепежная пластина 13 содержит две параллельные планки 20, закрепленные соответствующим образом на двух ее сторонах и предназначенные для установки закрывающего и открывающего элемента 14 на соединительный элемент 15 и снятия закрывающего и открывающего элемента 14 с соединительного элемента 15, причем соединительный элемент 15 удерживается между элементом 14 и пластиной 13, а на его поверхности имеется выступающий упругий фиксатор 28, обращенный к квадратному отверстию 29, выполненному в элементе 14 так, что указанный упругий фиксатор 28 может входить в зацепление с квадратным отверстием 29 элемента 14. Такая конфигурация позволяет легко извлекать соединительный элемент 15, при этом элемент 14 может вызывать вертикальное перемещение соединительного элемента 15. Узел, состоящий из элемента 14 и соединительного элемента 15, расположен в гнезде крепежной пластины 13, при этом вдоль двух сторон гнезда проходят планки 20, препятствующие отсоединению узла, состоящего из элемента 14 и соединительного элемента 15, от гнезда. Следует отметить, что узел, состоящий из открывающего и закрывающего элемента 14 и соединительного элемента 15, может быть установлен на крепежную пластину 13, а вместо планок 20 могут использоваться элементы из уголковой стали.

Как показано на фиг.2, 3, 10 и 11, приводной механизм 17 содержит электрическое устройство 33, обеспечивающее понижение скорости понижающего редуктора. Понижающий редуктор содержит выходное зубчатое колесо, входное зубчатое колесо и установленную в нем зубчатую рейку 34, которая прикреплена к наружной боковой поверхности элемента 14. На каждой стороне кожуха 16 расположено по одному упругому крепежному элементу 26, а на передней и задней крышках 31, 32 имеются два разъединяющих средства 27, обеспечивающих снятие кожуха 16. Кожух 16 прикрепляют к корпусу 1 для того, чтобы закрыть крепежную пластину 13 и пакет 12. На верхней и нижней поверхностях крепежной пластины 13 установлены запирающие элементы, входящие в зацепление с кожухом 16, при этом в гнезде пластины 13 закрепляется соединительный элемент 15 с возможностью вертикального перемещения вдоль пластины 13.

Регулирующая демпфирование система содержит датчик 36 давления и управляющую микросхему 37, причем датчик 36 давления, управляющая микросхема 37 и очищающее устройство 6 электрически соединены с управляющей шиной. Например, датчик 36 может быть расположен на нижнем конце винтового вала 5 электрического загрузочного устройства для регистрации давления, оказываемого экскрементами на вал 5, а управляющая микросхема 37 может быть установлена на понижающем редукторе 21 очищающего устройства 6.

Для подачи питания к очищающему устройству 6 и электрическому устройству используется по меньшей мере один аккумулятор 23.

Пружина 35 продвигает режущую головку двойной спирали на расстояние 3 мм близко к собирающему устройству, и затем, во время процесса очистки, пружина 35 возвращается в свое исходное положение, при этом впускной элемент вставляется в очищаемый орган пользователя и запускается собирающее устройство так, что, когда датчик давления или тензодатчик контролирующей демпфирование системы регистрирует давление, оказываемое экскрементами, к управляющей микросхеме поступают температурные данные и очищающее устройство выталкивает двойной винтовой стержень из транспортирующего канала 2 на 5-6 мм к разрыхляемым экскрементам, и затем посредством двойного винтового стержня экскременты выдавливаются в пакет. После этого пользователь нажимает первую кнопку для закрытия собирающего устройства, извлечения пакета и помещения его в контейнер. Собирающее устройство содержит автоматически герметизирующее устройство, пакет и накопитель, причем пакет выполнен из биологически очищающих материалов для поглощения влаги и загрязненных веществ в экскрементах.

После этого посредством зубчатых колес приводится в действие открывающий и закрывающий элемент, перемещая вверх соединительный элемент для закрытия выпускного элемента, при этом соединительный элемент закрывает впускной элемент. Кроме того, на удаляющий элемент действует давление так, что пружина приводит в действие крепежную пластину и соединительный элемент для выталкивания пакета из корпуса туалета и выемки пакета вручную.

При выполнении режима очистки нажимают вторую кнопку, расположенную на корпусе, при этом винтовой вал совершает вращение в обратную сторону с высокой частотой оборотов (в рабочем режиме частота оборотов составляет около 100 об/мин, тогда как в режиме очистки - 3000-4000 об/мин), при этом вода поступает внутрь из выпускного элемента и вытекает наружу к впускному элементу.

На фиг.13-16 показано собирающее устройство, используемое для автоматического разрыхления твердых экскрементов в прямой кишке и позволяющее предотвратить растяжение прямой кишки. При этом в нем предусмотрены возможности определения температуры, тестирования экскрементов, а также наличие жидкокристаллического (ЖК) дисплея и функций отображения результатов тестирования. Направляющий цилиндр 55 содержит раздвижное устройство 100, которое включает в себя направляющий цилиндр 55, винтовой стержень 67, понижающее скорость устройство 63, соединитель 64 питания, источник 62 питания, переключатель 61, устройство 58, обеспечивающее расширение, эксцентрик 57, раздвижной элемент 52, тонкий слой 51 силикагеля, стальной лист 53, соединитель 56, ось 54 вращения, термочувствительное сопротивление 68, датчик 65 цветности, панель 59 управления с управляющей микросхемой, ЖК-дисплей 60. При этом на направляющем цилиндре 55 расположены впускной элемент 69 и выпускной элемент 66, при этом на переднем конце цилиндра установлены раздвижной элемент 52 и термочувствительное сопротивление 68, а на заднем конце закреплен датчик 65 цветности. Винтовой стержень 67 расположен в направляющем цилиндре 55, а термочувствительное сопротивление 68, датчик 65 цветности, ЖК-дисплей 60 и панель 59 управления соединены друг с другом.

В соответствии с одним из вариантов изобретения количество раздвижных элементов 52 равно трем, при этом указанные три раздвижных элемента 52 разнесены друг от друга на угол 120°.

При эксплуатации устройства впускной элемент 69 направляющего цилиндра 55 вставляют в анальное отверстие, а выпускной элемент 66 прикрепляют к пакету и включают переключатель 61 так, что понижающее скорость устройство 63 приводит во вращение винтовой стержень 67, который разрыхляет экскременты, при этом посредством эксцентрика 57 приводится в действие устройство 58, обеспечивающее расширение для приведения в возвратно-поступательное перемещение стального листа 53, так что перемещается раздвижной элемент 52, при этом термочувствительное сопротивление 68 регистрирует температуру в анальном отверстии и с помощью панели 59 управления передает данные на ЖК-дисплей 60 для их визуального отображения. Затем датчик 65 цветности тестирует экскременты и передает данные на панель 59 управления для анализа, проводимого с помощью интегральной схемы, при этом результат анализа отображается на ЖК-дисплее 60. Кроме того, на дисплее 60 отображаются состояние раздвижного элемента 52, время непрерывной работы и величина мощности. Разрыхленные экскременты выводятся через направляющий цилиндр 55 из выпускного элемента 66. Для предотвращения повреждения анального отверстия и кишечника на раздвижной элемент 52 наносят тонкий слой 51 силикагеля. Помимо этого туалет показывает дату последнего использования и время ожидания обслуживания.

Для подачи питания нажимают переключатель 61, при этом понижающее скорость устройство 63 с помощью соединителя 64 питания приводит во вращение винтовой стержень 67 и запускается обеспечивающее расширение устройство 58 для приведения в действие соединителя 56 и возвратно-поступательного перемещения стального листа 53 посредством эксцентрика 57, что вызывает непрерывное перемещение раздвижного элемента 52, обеспечивая прижатие и прочное удержание экскрементов так, что винтовой стержень 67 входит в контакт с экскрементами и хорошо разрыхляет их во впускном элементе 69, при этом состояние раздвижного элемента 52 отображается на ЖК-дисплее 60. Кроме того, термочувствительное сопротивление 68 обеспечивает измерение температуры в анальном отверстии, которая отображается на ЖК-дисплее 60, а датчик 65 цветности распознает цвет экскрементов, когда разрыхленные экскременты проходят через направляющий цилиндр 55. Затем сигнал цветности обрабатывается с помощью панели 59 управления для определения состояния здоровья пользователя, после чего винтовой стержень 67 выводит экскременты из выпускного элемента 66 через направляющий цилиндр 55.

Несмотря на то, что варианты осуществления изобретения были описаны выше на конкретных примерах, специалистам очевидно, что возможно реализовать и другие варианты осуществления, не выходящие за рамки объема правовой охраны данного изобретения.

Формула изобретения

1. Туалет для использования в условиях космоса, содержащий корпус 1, в котором размещены собирающее устройство и канализационное устройство, причем собирающее устройство представляет собой электрическое загрузочное устройство, содержащее транспортирующий канал 2, винтовой вал 5, впускной элемент 3, прикрепленный к транспортирующему каналу 2, и выпускной элемент 4, расположенный на боковой стенке транспортирующего канала 2, причем винтовой вал 5 размещен в транспортирующем канале 2 с возможностью осевого перемещения относительно транспортирующего канала 2, причем собирающее устройство также содержит очищающее устройство 6, расположенное ниже транспортирующего канала 2 и проходящее через понижающий скорость редуктор транспортирующего канала 2, при этом редуктор транспортирующего канала 2 содержит муфту 10, прикрепленную к выходному зубчатому колесу редуктора, при этом муфта 10 посредством штыря 7 приводит во вращение винтовой вал 5, причем один конец указанного штыря 7 выполнен в виде шестигранной головки, соответствующей шестиугольному отверстию 8 винтового вала 5, а на другом конце штыря выполнена винтовая канавка 9, причем на внутренней стенке муфты 10 имеется лапка 11, соответствующая винтовой канавке 9, причем между указанным штырем 7 и транспортирующим каналом 2 расположена пружина 35 сжатия, при этом собирающее устройство соединено с выпускным элементом 4.

2. Туалет по п.1, в котором канализационное устройство содержит пакет 12, крепежную пластину 13, открывающий и закрывающий элемент 14, соединительный элемент 15, кожух 16 и приводной механизм 17, причем крепежная пластина 13 расположена в корпусе 1 и имеет отверстие 18, соответствующее выпускному элементу 4, и кольцо 19, закрепленное вокруг отверстия 18 для установки пакета 12 для сбора экскрементов, причем на двух сторонах крепежной пластины 13 закреплены две параллельные планки 20 для установки открывающего и закрывающего элемента 14 на соединительный элемент 15 и снятия открывающего и закрывающего элемента 14 с указанного соединительного элемента 15, причем соединительный элемент удерживается между открывающим и закрывающим элементом 14 и крепежной пластиной 13; причем приводной механизм 17 содержит электрическое устройство 33, выполненное с возможностью приведения в действие зубчатого колеса так, чтобы оно входило в зацепление с зубчатой рейкой, и зубчатую рейку 34, установленную в нем и прикрепленную к наружной боковой поверхности открывающего и закрывающего элемента 14; причем кожух 16 прикреплен к корпусу 1 и закрывает крепежную пластину 13 и пакет 12.

3. Туалет по п.2, в котором корпус 1 содержит основание 30, переднюю крышку 31 и заднюю крышку 32, причем передняя и задняя крышки размещены на верхнем торце основания 30 и закрывают собирающее и канализационное устройства, причем когда передняя и задняя крышки 31, 32 находятся в закрытом состоянии, впускной элемент 3 выходит за их границы, а выпускной элемент 4 обращен к указанным крышкам 31, 32.

4. Туалет по п.3, в котором винтовой вал 5 представляет собой винтовой вал с двойной головкой.

5. Туалет по п.4, в котором винтовой вал 5 содержит шейку, расположенную на том конце вала, на который подается приводное усилие, и предназначенную для обеспечения перемещения винтового вала 5 в транспортирующем канале 2.

6. Туалет по п.5, в котором регулирующая демпфирование система содержит датчик 36 давления и управляющую микросхему 37, причем датчик 36 давления или тензодатчик расположен на нижнем конце винтового вала 5 электрического подающего механизма и выполнен с возможностью регистрации давления, оказываемого экскрементами на винтовой вал 5.

7. Туалет по п.5, содержащий верхнюю крышку 25 для закрытия впускного элемента, размещаемую на верхнем конце туалета когда передняя и задняя крышки 31, 32 находятся в закрытом состоянии.

8. Туалет по п.7, в котором на каждой стороне кожуха 16 расположено по одному упругому крепежному элементу 26, а передняя и задняя крышки 31, 32 оснащены двумя разъединяющими средствами 27 для снятия кожуха 16.

9. Туалет по п.8, в котором на поверхности соединительного элемента 15, обращенной к квадратному отверстию 29 открывающего и закрывающего элемента 14, имеется выступающий упругий фиксатор 28.

10. Туалет по п.9, в котором узел, состоящий из открывающего и закрывающего элемента 14 и соединительного элемента 15, расположен в гнезде крепежной пластины 13, при этом вдоль двух сторон гнезда проходят планки 20, предотвращающие отсоединение указанного узла от гнезда; или узел, состоящий из открывающего и закрывающего элемента 14 и соединительного элемента 15, установлен на пластину 13, а вместо планок 20 предусмотрены элементы из уголковой стали.

11. Собирающее устройство, содержащее направляющий цилиндр 55, понижающее скорость устройство 63, панель 59 управления, переключатель 61 и источник 62 питания, в котором направляющий цилиндр 55 содержит впускной элемент 69 и выпускной элемент 66, расположенные на указанном цилиндре, и винтовой стержень 67, расположенный в указанном цилиндре, при этом задний конец винтового стержня 67 соединен с понижающим скорость устройством 63 через соединительный элемент 64, причем понижающее скорость устройство 63 соединено с источником питания 62 переключателем 61, а переключатель 61 прикреплен к панели 59 управления.

12. Устройство по п.11, в котором направляющий цилиндр 55 содержит раздвижное устройство 100, причем указанное раздвижное устройство 100 содержит тонкий слой 51 из силикагеля, раздвижной элемент 52, стальной лист 53, соединитель 56, эксцентрик 57, обеспечивающее расширение устройство 58, причем обеспечивающее расширение устройство 58 соединено с эксцентриком 57 посредством понижающего скорость редуктора, при этом эксцентрик 57 соединен с одним концом стального листа 53 посредством соединителя 56, а другой конец стального листа 53 скреплен с тонким слоем 51 из силикагеля через раздвижной элемент 52, при этом тонкий слой 51 из силикагеля соединен с торцевой поверхностью направляющего цилиндра 55 через ось 54 вращения.

13. Устройство по п.12, в котором количество раздвижных элементов 52 равно трем, при этом указанные три раздвижных элемента 52 разнесены друг от друга на угол 120°.

14. Устройство по п.12 или 13, в котором на раздвижном элементе 52 расположено термочувствительное сопротивление 68.

15. Устройство по п.11, в котором на выпускном элементе направляющего цилиндра 55 расположен датчик 65 цветности.

16. Устройство по п.11, в котором к панели 59 управления присоединен жидкокристаллический дисплей 60.

Имя изобретателя: ЦЗИНЬ Сюйкай (CN), ФЭН Линь (CN)
Имя патентообладателя: ФЭН Линь (CN)
Почтовый адрес для переписки: 191002, Санкт-Петербург, а/я 5, ООО "Ляпунов и партнеры"

Разместил статью: miha111
Дата публикации:  6-11-2014, 01:41

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Имя не указано  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!