专利名称：加压存水弯节水马桶的制作方法
加压存水弯节水马桶
背景技术：
本人较早的美国专利7， 159， 251描述了一种节水马桶，其在分别连接至坐便器和 排水管的上存水弯和下存水弯之间延伸的排污通路中维持加压空气。在多次冲洗之间存在 的加压空气将水从上存水弯推压入坐便器以维持坐便器中较大的存水表面积，并且在冲洗 期间使用排污通道空气压力的突然下降来促进冲洗。 申请人:已经发现，以上专利中所述类型的马桶偶尔会失去上存水弯中所有的水。 彻底的调查显示，有时在有人例如通过小便将少量流体或固体施加于坐便器并且没有进行 冲洗时，那么少量的水会连同一些加压空气一起从上存水弯和下存水弯流出，而没有如同 冲洗期间发生的那样补充加压空气。这种情况会导致排污通路中损失几乎所有的空气压 力，并且上存水弯中的水被虹吸出去。水的缺少会导致污水道中的气体进入浴室。防止这 种空气压力的意外损失以及因而发生的虹吸的方式将是非常有价值的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了这样一种类型的马桶，其包括加压排污通路，其 防止多次冲洗之间空气压力的意外损失。这种马桶包括位于马桶水箱中的压力产生容器， 用于在每次冲洗之后产生一定量的加压空气。该容器具有闭合顶部，因此在每次冲洗后的 水箱再填充期间水流入容器时，容器中的空气受压。容器的闭合顶部优选地高于最高的水
箱水位，因此即使排污通路中的一些加压空气意外地损失，也有大量的加压空气可用来维 持排污通道中的初始空气压力。容器中的空气含量容积是排污通路容积的至少30 %并且优 选地至少50%。 水箱通过横截面受限的孔连接至隔离用于每次冲洗的大多数水的隔离器。这确保 了在冲洗快结束时仅是缓慢的水流进入隔离器。孔的尺寸(横截面积)对于确定是否存在 良好的冲洗有着很大的影响。申请人通过允许插塞(每个对应于预定尺寸的孔)插入孔或 从中移除来容易地调节孔的尺寸从而调节冲洗。 本发明的新特点尤其在所附权利要求中阐述。本发明从下面结合附图的描述中将 得到最好的理解。
图1是本发明的马桶的局部立体图，并且马桶水箱的一部分被切除。
图2是图1所示马桶的上部沿着图1的线2-2截取的正面剖视图。
图3是图1所示马桶的下部的剖视图，示出了在冲洗之前的状态。
图4是图3所示马桶的回流防止件的剖视图。
具体实施例方式
图1示出本发明的马桶IO，其包括陶土段，该陶土段包括坐便器12和从坐便器12 通向污水道16的排污通道14。水源20包括水箱22和冲洗阀24，冲洗阀24将已经存储于
5水箱中的隔离器40内的水排出。在冲洗期间，排出的水流过水道26以及坐便器顶部的开 口，进入坐便器。排污通道包括上存水弯30和下存水弯32以及在它们之间延伸的排污通 路34。水源20包括都位于水箱22中且作为单个结构的一部分的隔离器40和容器70。再 填充阀50在每次冲洗之后允许水进入水箱，直到水箱中的水位达到水箱全满水位52。冲洗 阀24位于水箱内的隔离器40的底部中，因此在每次冲洗时通过冲洗阀分配的大部分水是 已经处于隔离器中的水。 图2示出了 冲洗阀24包括操作来以用如箭头56所示将冲洗阀元件55提升离开 冲洗阀座57的机构54。在冲洗阀元件升高时，其在阀座上方浮动直到隔离器中的水位降 低至低位，然后闭合。每次冲洗中释放的大部分水是位于冲洗阀24周围、隔离器区域59中 的主要冲洗量58。隔离器40优选地延伸到几乎容器全满高度52的上方。 一些冲洗水是 来自周围水箱区域62的水，其通过水箱-隔离器孔64进入隔离器，这会降低周围水箱区域 62中的水位。另外的水是通过通道72来自在其上部产生气压和真空的容器42的水。通道 72优选地在冲洗阀周围延伸超过180° ，并且通道72实际上完全围绕隔离器40延伸。于 是，腔室80中的水位86在冲洗开始时迅速下降，然而通道72很窄以确保在冲洗阀闭合之 前水不会从通道的底部74完全流出。容器在通道水位84处的横截面(以向下的视角看) 小于水位86处的上部腔室部分的横截面的一半。在每次冲洗之后，再填充阀50再填充水 箱，并且隔离器以及容器腔室在通道72处的下部的水位恢复至其原始水位。
容器42用作多次冲洗之间的加压空气源并且在每次冲洗的早期阶段用作真空 源。容器42具有腔室80，其上部在每次冲洗之前存储加压空气。在水箱每次再填充水期 间，当水位从容器低水位84升高至容器填充水位86时，容器上部82中的空气被压縮。典 型的压力是1. 5厘米水柱(1. 5厘米高的水柱的底部的压力)，大约是0. 02磅/平方英寸 (0. 3巴)。导管90将腔室的上部连接至在上存水弯和下存水弯之间延伸的排污通道。
图3示出在上存水弯30和下存水弯32之间延伸的排污通路34，在冲洗之前，排 污通路包含加压空气。加压空气升高坐便器12中的水位，以在坐便器中形成增大的存水表 面积以及增大水的体积98。存水表面的顶部位于上存水弯的下游端处的水位92上方距离 A处，其中距离A等于(在5mm内)排污通路中以厘米水柱计的空气压力。下存水弯32的 上游端中的水位94在下存水弯的下游端中的水位96下方距离B处，其中B等于A。
如上所述，申请人已经发现偶尔所有的水会离开坐便器。申请人相信这是由于将 中等量的材料增加至坐便器，如同有人在夜间小便而没有冲洗一样。这种增加最初会引起 少量的水向下流到下存水弯并且引起一些加压空气起泡通过下存水弯，从而降低排污通路 34中的空气压力并且降低坐便器中的水位。材料的进一步增加会引起上存水弯中的所有水 虹吸出去，并且引起坐便器中的所有水虹吸出去。由于排污通道中的空气压力损失导致坐 便器中的这种"神秘的"水损失能够通过增大连接至排污通道的加压空气的容积以使得少 量加压空气的损失不会显著降低空气压力来避免。 图2示出申请人如何获得通过导管90连接至排污通路的大量的加压空气。水箱 中的水的水箱全满水位52在水箱底部53上方大约20厘米。在每次冲洗期间的较早阶段， 容器中的水位迅速下降，从水位86下降至接近水位84，并且真空填充容器向下至大约水位 84。真空通过导管90施加至排污通路34(图3)以帮助将坐便器的内容物抽入排污通路。 在冲洗开始之后，容器42(图2)中的水位朝着容器填充水位86升高。水升高大约10厘米的高度C并且倾向于将容器上部中的空气加压至大约3厘米水柱的压力。冲洗快结束时， 任何超过1. 5厘米水柱(0. 02psi或0. 3巴)的空气压力通过导管90和下部存水弯逸出， 直到容器上部82中的压力下降至大约1. 5厘米水柱的期望水平。 申请人:通过将容器腔室上部82的顶部100定位于水箱全满高度52的上方并且优 选地在容器全满高度上方至少1厘米，在容器上部82中获得大量的加压空气。用水将容器 填充至水箱全满高度52下方距离D的水位86，其中D等于(在5mm内)存水弯的高度A和 B，并且大约为1. 5厘米。容器腔室顶部在容器填充水位86上方的大高度E允许存储大量 的加压空气。申请人倾向于，容器在水位86和84之间的水的体积至少和排污通路的容积 一样大以在冲洗开始时施加显著的真空。 所示马桶的排污通路34(图3)和导管总计具有750毫升(750立方厘米)的容 积。在申请人生产并测试的已有马桶中，存在着坐便器突然排空的问题，申请人将大约150 毫升的加压空气存储在容器的顶部和导管中，或者排污通路34和导管的容积的大约20% 的加压空气存储在容器的顶部和导管中。图2的容器42存储大约500毫升的加压空气，这 是排污通道容积的大约67%。申请人发现，图2的马桶在大约250毫升的水倒入坐便器来 模拟有人小便时不会出现坐便器突然排空的问题。申请人将排污通路加上导管容积的至少 30%的加压空气存储在容器中，并且优选地将排污通路加上导管容积的至少50%的加压空 气存储在容器中。容器腔室顶部的高度100必须在容器填充水位的高度86上方，并且优选 地位于水箱全满水位52上方。 坐便器的冲洗可能会持续数秒。在开头的两秒左右期间，有较大流量的水从隔离 器内穿过冲洗阀，并且较大的流量会使得坐便器中的水和污物被虹吸出去。这最初通过排 污通道中的真空来辅助。然后，随着隔离器中的水位降低至低水位，流量突然变慢，但是水 继续通过受限的容器通道72并且从水箱通过水箱_隔离器孔64流入隔离器并且填充存水 弯。最后，冲洗阀元件52就座于阀座上并且水流停止。重要的是在冲洗快结束时要有足够 的水缓慢地流过水箱-隔离器孔64以填充存水弯。冲洗快结束时过量的水流会浪费水。申 请人构造了水箱_隔离器孔64以使得其直径(横截面)能由制造商(或者由水管工人或 房主)容易地改变。申请人提供了具有大孔的插塞110。如果在冲洗阀元件闭合之前填充 入存水弯的水不足，那么能移除插塞从而增大冲洗快结束时的水流。如果水流太大，能替换 为具有较小孔的插塞。 如上所述，在每次冲洗快结束时空气向下流入排污通路34(图3)以在两次冲洗之 间维持其中的压力(例如大约1.5厘米水柱)。而且，在冲洗期间的较早阶段空气向上流 出排污通道，在其中形成真空。必须允许空气经由导管90自由地流动，但是来自坐便器的 废物必须排除在导管90外面，以使得其不会堵塞导管并使得其不会进入容器70将其阻塞。 如果马桶柱塞用来在试图清理堵塞时对坐便器中的水和废物加压，一些废物可能会通过导 管90被向上推入容器。为了防止这种情况，申请人提供了回流防止件120(图4)。
在正常的马桶操作期间，排污通路34中仅有低压的水。然而，如果压力增大至高 出正常冲洗期间所出现的压力(大约IO厘米水柱)太多，如同在使用马桶柱塞时，那么回 流防止件120防止水和废物沿着导管90被迫上流入容器42。很多种阀机构能用于回流防 止件。图4示出了一种包括柱塞122的阀机构，柱塞122由压縮弹簧124向下偏压以使得 柱塞头部126位于阀座130下方。在较大的向上压力(例如超过20厘米或50厘米水柱)
7施加于柱塞头部时，柱塞头部相对于阀座130向上移动至126A并且阀闭合。
附图所示马桶在每次冲洗时使用大约3升的水。已经观察到，如果一定量的水(6 升或更多)加入坐便器或者如果水箱中的水位升高得高于空气传输管(90，图2)的顶部高 度，这将会形成不利的情况。在此情况下，系统的封闭区域(或腔室80)中包含的水将进入 空气传输管。这会使得水从马桶水箱通过空气管虹吸至排污通道。 一旦这种情况开始，那 么它会一直继续直到通向水箱的水供应被关闭并且系统中的水降低至空气通过底部处的 开口 72进入系统封闭区域的点，水一般通过所述开口 (72)传输进出这个隔离器区域。申 请人发现，通过将空气传输管的顶部90T定位于水箱填充水位52上方若干厘米处并且优选 地最小至少4厘米防止了这种情况。申请人还能通过限制90T处的顶部开口 (比如从20 毫米至8毫米)来防止这种虹吸情况。 申请人:发现，冲洗阀闭合时的水位对于允许空气进入隔离区域72的水位也是很 关键的。如果冲洗阀闭合时的水位太低并且允许空气进入封闭区域，那么冲洗容积增大并 且冲洗性能降低。因此，冲洗阀需要安装为使得低水位点(冲洗阀闭合时的点)相对于通 向封闭区域的开口 74的底部足够地高以限制过量的空气进入封闭区域。冲洗阀闭合时的 水位高度应当在开口 74上方若干毫米，并且优选地在开口 74上方至少3毫米至5毫米。
因而，本发明提供了一种具有在每次冲洗结束时存储一定量加压空气的容器的节 水马桶，并且加压空气连接至位于上存水弯和下存水弯之间的排污通路。压力在冲洗开始 时转变为真空并且后来恢复为压力以改进每次冲洗。申请人通过增大在每次冲洗之前存储 的加压空气的体积避免了坐便器的突然排空。这通过将容器腔室的顶部布置为高于水箱全 满水位来实现，优选地高出水箱全满水位超过1厘米。水箱-隔离器孔包括可移除的插塞， 插塞具有贯穿其中的孔以使得孔的直径可变化以确保在每次冲洗结束时填充存水弯，但是 在每次冲洗时使用最少量的水。 尽管这里已经描述和示出了本发明的具体实施例，但是要认识到，本领域技术人 员可以很容易地进行变型和变化，并且因而，权利要求应当解释为涵盖这些变型和等同概 念。
权利要求
一种马桶，其包括坐便器(12)；排污通道(14)，其具有连接至所述坐便器(12)的上存水弯(30)和连接至排水管(16)的下存水弯(32)以及在上、下存水弯之间延伸的排污通路(34)；水箱(22)；位于所述水箱中的填充阀(50)，其在每次冲洗时让水流入所述水箱直到达到预定的水箱全满水位(52)；加压空气源(42)，其结合至所述排污通道以在每次冲洗之前在所述排污通路中形成高于大气压力的正空气压力，所述加压空气源包括容器(70)，容器具有形成定位成在每次冲洗时接收和分配水的通道(72)的下部并且具有容器上部腔室部分(82)，所述容器上部腔室部分结合至所述排污通路以向所述排污通路供应加压空气，其中其中所述容器腔室具有处于至少和所述水箱全满水位(52)一样高的第二水位处的上端(100)。
2. 如权利要求1所述的马桶，其中 所述腔室上端高于所述水箱全满水位至少1厘米。
3. 如权利要求l所述的马桶，其包括导管(90)，其具有连接至所述容器上部腔室部分的上端(90T)以及结合至所述排污通 路的下部导管端；所述导管上端处于所述水箱全满水位上方若干厘米处。
4. 如权利要求l所述的马桶，其包括 将所述容器连接至所述排污通路的导管；在两次冲洗之间，所述容器中的水处于预定的容器填充水位(86)，并且在每次冲洗期 间容器中的水下降至预定的低容器水位(84);所述容器内在所述容器填充水位和所述低容器水位之间的容积是所述排污通路(34) 和所述导管的容积的至少30%。
5. 如权利要求4所述的马桶，其中所述容器内在所述容器填充水位和所述低容器水位之间的容积是所述排污通路和所 述导管的容积的至少50%。
6. 如权利要求1所述的马桶，其包括位于所述水箱和所述坐便器之间的冲洗阀，并且 其中所述腔室的下端(72)在以向下的视角看时的横截面小于所述上部腔室部分(82)在以 向下的视角看时的横截面的一半，并且至少所述腔室下端围绕所述冲洗阀延伸超过180° 。
7. 如权利要求l所述的马桶，其包括位于所述下部腔室部分的底部处的冲洗阀(24)， 并且包括包围所述冲洗阀并且几乎延伸至所述水箱全满水位(52)的隔离器(40)，其将所述隔 离器中的主要冲洗水量(58)与所述水箱中包围所述隔离器的区域(62)中的周围水箱水隔 离开，所述隔离器具有在所述水箱的下部和所述隔离器的下部之间延伸的再填充孔(64)， 以在每次冲洗之后允许水再填充所述隔离器以及允许一些水在每次冲洗时从所述水箱通 过所述隔离器流到所述坐便器；所述再填充孔的横截面是可调节的，从而调节每次冲洗期间的水流。
8. 如权利要求l所述的马桶，其包括冲洗阀(24)，该冲洗阀定位成使得其在打开之后 继续将水释放至所述坐便器直到所述容器腔室中的水位达到所述冲洗阀闭合时的预定低水位，并且包括包围所述冲洗阀并且向上延伸至至少所述水箱全满水位的隔离器(40)，其将所述隔离器中的主要冲洗水量(58)与所述水箱中包围所述隔离器的区域(62)中的周围水箱水隔离 开，所述隔离器具有在所述水箱的下部和所述隔离器的下部之间延伸的再填充孔(64)，以 在每次冲洗之后允许水再填充所述隔离器以及允许一些水在每次冲洗时从所述水箱通过 所述隔离器流到所述坐便器；所述再填充孔定位于所述冲洗阀闭合时的所述预定低水位下方若干毫米处。
9. 如权利要求1所述的马桶，其包括导管(90)，其具有连接至所述容器上部腔室部分(100)的上部导管端以及结合至所述 排污通路的下部导管端；沿着所述导管布置的回流防止件(120)，其在所述排污通路中存在超过一般马桶冲洗 压力的高压流体时堵塞材料沿着所述导管向上进入所述容器上部腔室部分的通路。
10. —种马桶，其包括坐便器(12);排污通道(14)，其具有连接至所述坐便器的上存水 弯(30)和连接至排水管(16)的下存水弯(32)以及在上、下存水弯之间延伸的排污通路 (34);水箱(22);位于所述水箱中的容器(42)，其在每次冲洗时让水流入所述坐便器并且 具有部分(82)，所述部分存储加压空气并且结合至所述排污通路以在每次冲洗之前在所述 排污通路中形成高于大气压力1. 5厘米水柱量级的正空气压力，所述排污通路(34)和从所 述源延伸至所述排污通路的导管(90)在冲洗之前具有750毫升量级的组合容积，其中存储加压空气的所述容器源部分(82)构造成供应填充所述排污通路和导管的其压力 高于大气压力1. 5厘米水柱量级的加压空气，并且在每次冲洗之前存储等于所述排污通路 和导管的容积的至少30%的额外容积的所述加压空气，从而在每次冲洗之前尽管所述存水 弯中的水容积存在稍微变化也能维持正的排污通路空气压力。
11. 如权利要求9所述的马桶，其包括在每次冲洗之后将水箱填充至预定的水箱全满 水位(52)的再填充阀(50)，并且其中所述容器位于所述水箱中并且具有腔室，该腔室具有结合至所述水箱的下端(72) 以便让水流进容器以及从容器流出的腔室下端，并且具有用于保持加压空气的腔室上端 (IOO)，所述加压空气源还包括从所述容器上端延伸至所述排污通路以在两者之间运载空 气的所述导管；所述腔室上端(100)至少和所述水箱全满水位一样高。
12. 如权利要求11所述的马桶，其中 所述腔室上端(100)高于所述水箱全满水位(52)。
13. 如权利要求10所述的马桶，其包括位于所述水箱中并且形成隔离器(40)的结构，所述隔离器将所述隔离器内的隔离区 域(59)与隔离器周围的水箱区域(62)隔离开，所述隔离器形成连接水箱下部和隔离器下 部的水箱-隔离器孔(64);所述水箱_隔离器孔的孔尺寸能够改变。
14. 一种马桶，其包括坐便器(12);排污通道(14)，其具有连接至所述坐便器的上存水 弯(30)和连接至排水管(16)的下存水弯(32)以及在上、下存水弯之间延伸的排污通路 (34);水箱(22);位于所述水箱中的填充阀(50)，其在每次冲洗时让水流入所述水箱直到达到预定的水箱全满水位(52);以及在每次冲洗时将水从所述水箱中的隔离区域(59)释 放入所述坐便器的冲洗阀(24)，所述马桶包括用于在两次冲洗之间维持所述排污通路中的空气压力高于大气压力以及用于在每次 冲洗开始时将真空施加至所述排污通路的装置，其包括位于所述水箱中的容器(42)，该容 器具有连接至所述排污通路的容器顶部(100)并且具有结合至所述隔离区域(59)的容器 底部(72)。
15. 如权利要求14所述的马桶，其中 所述容器顶部(100)位于所述水箱全满水位(52)上方。
16. 如权利要求14所述的马桶，其包括在所述容器顶部(100)和所述排污通路(34)之间延伸的导管(90);以及 沿着所述导管布置的回流防止件(120)，其在所述排污通路中的流体压力由于有人使 用柱塞迫使水离开坐便器的缘故而突然大增时闭合以防止水沿着导管向上流动。
17. 如权利要求14所述的马桶，其中用于维持空气压力的装置包括沿着所述水箱中水的主要高度包围所述冲洗阀的容器 (42)，并且所述容器和水箱之间的空间(58)形成所述隔离区域，所述容器具有包含空气并 且连接至所述排污通路的上部(82)并且所述容器具有包围所述冲洗阀并且将水排空入所 述隔离区域的下部(72)。
全文摘要
在现有技术的具有上存水弯和下存水弯的马桶中，上存水弯偶尔会失去所有的水，导致污水道的气体进入浴室。一种马桶提供了在连接至坐便器的上存水弯(30)和连接至排水道(16)的下存水弯(32)之间的加压空气，其包括保持等于连接至存水弯的排污通路(34)的容积的至少30％的大量加压空气的加压空气源(42)。加压空气源包括其顶部通过导管(90)结合至排污通路的容器(70)，并且容器顶部中的空气由于每次冲洗之后在容器中升高的水而被压缩。容器顶部至少和马桶水箱在全满时的全满水位(52)一样高。
文档编号E03D1/08GK101730775SQ200880020357
公开日2010年6月9日 申请日期2008年12月2日 优先权日2007年12月11日
发明者菲利普·亨尼西 申请人:菲利普·亨尼西