节水发电虹吸式坐便器的制作方法

本实用新型涉及坐便器技术领域，具体涉及节水发电虹吸式坐便器。

背景技术：

能源作为社会发展的四大支柱之一，推进了人类文明前进的步伐，也为经济飞速发展和社会和谐稳定提供了必要的物质基础，对国家安全战略问题也具有十分重要的影响。但随着人口和经济的增长，能源消费缺口持续存在，人类享用经济快速发展所带来的成果，同时也面临着能源枯竭和生态持续恶化的威胁。面对人均能源占有量低，能源供应不足、环境负荷有限这一基本国情，中国政府着手推进生态文明建设，将节能减排纳入治国理政的宏伟蓝图。十九大报告中指出，当前我国面临扩大内需、调节构转方式的巨大压力，面临节能减排、改善生态环境的严峻挑战，需要通过深化改革和创新驱动，培育一批像高铁、水电一样具有全球竞争力的绿色、优势产业。

随着人们对能源危机的重视和国家出台《中华人民共和国节约能源法》、《能源中长期发展规划纲要(2004年—2020年)》(草案)政策，对节能减排，绿色能源的倡导，许多领域都在积极改进其相关产品，使得各类资源能够充分利用。

数据调查表明，卫生间用水量占家庭用水的60％到70％，其中坐便器的水量占生活的三分之一以上，2014年有媒体报道，全国冲水坐便器每年冲走90亿立方米的水量，相当于九个西湖、两个太湖的水量。国家统计局统计数据显示，2015年全国年用水总量已达到6100亿立方米，接近7000亿立方米水资源开发利用控制红线指标，其中生活用水总量接近800亿立方米，坐便器用水约占生活用水的10％，比例较高。

随着科技的进步，坐便器也发生着日新月异的变化，不断改进的新型坐便器正在涌现。根据《节水型卫生洁具》(GB/T 31436——2015)规定要求节水型坐便器单档用水量应不大于5.0升；高效节水型坐便器单档或双档的大档用水量不大于4.0升。现今，市面上的普通坐便器大部分为2.3/4.6升，或者3升、6升。在全球关注资源消耗尤其是水资源的大量消耗下，许多厂家都开始研究节水型坐便器。例如博纳坐便器3/4.5升直冲冲水，高效节水；SAN RAPHAE圣拉菲尔节水型坐便器冲水方式为单冲，用水量为4.8升；TOTO节水坐便器低水箱设计为3/4.8升实际冲水量；箭牌坐便器3L/4.5L；恒洁节水坐便器只要3.5升。

在这个全民践行绿色能源，节能减排的时代，对能源的节约和更有效利用，成为创新领域必不可少的因素。

节水坐便器的出现，在一定程度上减少了用水量，这符合目前资源保护要求，目前节水坐便器按冲水原理可分为：

1、冲落式坐便器

冲落式坐便器利用水流的冲力来排出污物，为使从便圈周围的分水孔落下的水力加大，通常池壁都设计得较陡；又为使水力集中，存水池面积较小。该种坐便器冲水方式的缺点是为使水力集中，池心存水面积较小，容易产生积垢现象；由于冲洗水流集中落在较小的存水面上，所以排污时会产生很大的噪音。

2、虹吸式坐便器

虹吸式坐便器的结构特点是便器内有一个完整的管道。形状呈侧倒状“s”形，利用给水时的水位差促进虹吸作用的形成，由于不借水力冲走污物，所以池壁坡度较缓，池底也扩大了存水面积，这解决了冲落式噪声过大的缺点。虹吸式坐便器产生虹吸作用时的时间较短，排污时间较短，冲力大，节约水。

由于坐便器是人们每天都会使用的洁具，无论冲落式坐便器还是虹吸式坐便器，其频繁产生的水流中蕴含着巨大的机械能，至今多被忽略未能加以利用。随着科技的发展，微水流发电并加以利用已成为可能。因此，研制出一种节水发电的坐便器具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有虹吸式坐便器冲水机械能不能有效利用的不足，而提供节水发电虹吸式坐便器。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：节水发电虹吸式坐便器，包括虹吸式坐便器本体，其特殊之处在于，还包括坐便器水箱组件，坐便器水箱组件包括电机箱和储水箱，储水箱通过隔板分割为净水箱和废水箱两部分；净水箱内设有补水管，补水管的侧壁设有补水口，补水口位于净水箱的上部，补水管设有补水口的端头设置止水活塞，止水活塞通过杠杆与废水箱内的悬浮球相连；电机箱与净水箱相邻设置，电机箱内设置水轮发电机，水轮发电机与储电装置相连，储电装置外接USB接口；水轮发电机的叶轮伸出电机箱后伸入净水箱并设置在对应补水口的位置；废水箱的排水口与虹吸式坐便器本体相连。

进一步地，上述节水发电虹吸式坐便器还包括滑轮开关组件，所述滑轮开关组件包括滑轮组，滑轮组的一端连接用于开合废水箱排水口的排水口塞，另一端连接下拉开关。

进一步地，为了增大费水箱的储水体积，尽量节省空间，上述废水箱位于电机箱和净水箱的同一侧，电机箱、净水箱和废水箱形成品字形结构。

进一步地，上述废水箱内设有溢水管。

进一步地，上述下拉开关设有一档和二挡，当下拉开关为一档时，排水口塞部分开启；当下拉开关为二档时，排水口塞完全开启。

进一步地，上述坐便器水箱组件的上方设置洗手池，洗手池的排水口与废水箱相连。这样设置有效节约了水资源，能够将洗手池中的废水再次利用于冲洗坐便器；同时将洗手池与坐便器一体化，在一定程度上节约了空间。

进一步地，上述储电装置为蓄电池。

进一步地，上述水轮发电机叶轮的叶片直径为50mm或70mm。

进一步地，上述洗手池设有洗手水龙头。

本实用新型的工作原理：

下拉开关至一档或二档，废水箱的排水口与虹吸式坐便器本体连通，废水流入坐便器。坐便器内废水的水面高度达到虹吸管道最高点时，虹吸管道内充满水而产生虹吸，形成抽吸力，将污物排入下水道内。

随后，废水箱中的水量下降，使得悬浮球下降；通过杠杆原理，杠杆一端的止水活塞向上移动，净水箱补水管的补水口打开，补水管向净水箱补水。在水压作用下，净水箱补水口的水流冲击叶轮转动，水轮发电机开始发电，并将电能储存于蓄电池中。

当净水箱内的水满了之后，水漫过隔板向废水箱补水，悬浮球上升；当废水箱内水位达到预设高度时，通过杠杆原理，杠杆一端的止水活塞向下移动，净水箱的补水口关闭，停止发电。

需要充电时，只需将电子产品接入USB接口即可充电。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型采用杠杆原理，将水的动能与势能通过水轮发电机转化为电能，实现了节能节水。

2、本实用新型通过净水箱补水管的水能进行发电，水轮发电机的工作环境良好，使用寿命长。

3、相对现有技术而言，本实用新型结构简单，制作成本低廉，也可利用现有虹吸坐便器进行改造，改造工艺简单可行。

4、本实用新型将洗手池与普通坐便器结合在一起，形成了一种节水储能坐便器。这样设置有效节约了水资源，能够将洗手池中的废水再次利用于冲洗坐便器；同时将洗手池与坐便器一体化，在一定程度上节约了空间。

附图说明

图1是本实用新型的水路设计原理图；

图2是本实用新型的电路设计原理图；

图3是本实用新型一个实施例的结构示意图(虹吸式坐便器本体未示出)；

图4是图3实施例的俯视图；

图5是图3实施例的左视图；

图6是本实用新型一个实施例的整体结构示意图。

图中各标号的说明如下：

1—坐便器水箱组件

11—电机箱，111—水轮发电机、1111—叶轮、112—储电装置、113—USB接口；

12—净水箱，121—补水管、1211—补水口、122—止水活塞；

13—隔板，131—杠杆；

14—废水箱，141—悬浮球、142—滑轮组、1421—排水口塞、1422—下拉开关、143—溢水管；

2—虹吸式坐便器本体；

3—洗手池、31—洗手水龙头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图6所示的节水发电虹吸式坐便器，其水路设计原理和电路设计原理参见图1和图2；该产品主要应用于家庭、酒店以及部分公共场所，主要包括坐便器水箱组件1、虹吸式坐便器本体2和设置在坐便器水箱组件1上方的洗手池3；洗手池3设有洗手水龙头31。

如图3、图4、图5所示的坐便器水箱组件1包括电机箱11和储水箱，储水箱通过隔板13分割为净水箱12和废水箱14两部分，洗手池3的排水口与废水箱14相连。废水箱14位于电机箱11和净水箱12的同一侧，电机箱11、净水箱12和废水箱14形成品字形结构。

净水箱12内设有补水管121，补水管121的侧壁设有补水口1211，补水口1211位于净水箱12的上部，补水管121设有补水口1211的端头设置止水活塞122，止水活塞122通过杠杆131与废水箱14内的悬浮球141相连；

如图4、图5所示，电机箱11与净水箱12相邻设置，电机箱11内设置水轮发电机111，水轮发电机111与储电装置112相连，储电装置112为蓄电池，其外接USB接口113；水轮发电机111的叶轮1111伸出电机箱11后伸入净水箱12并设置在对应补水口1211的位置。

废水箱14的排水口与虹吸式坐便器本体2相连。如图3所示，废水箱14内设有溢水管143，同时废水箱14内还设置滑轮开关组件，滑轮开关组件包括滑轮组142，滑轮组142的一端连接用于开合废水箱14排水口的排水口塞1421，另一端连接下拉开关1422。下拉开关1422设有一档和二挡，当下拉开关1422为一档时，排水口塞1421部分开启；当下拉开关1422为二档时，排水口塞1421完全开启。

本实施例的虹吸式坐便器本体为5/3L。坐便器总高为850mm，储水箱的高度为450mm，宽度为150mm，其中洗手池深100mm，净水池水位高度和隔板高度均为210mm，废水池水位高度为190mm。

为保证能够产生充电时所需要的功率，接下来对水轮发电机的输出功率进行验算：

一般充电器输出电压为5V，电流为1A，即有用功率为5W。

P有用＝P总×η (3-1)式中：

P有用——充电时的净功率，单位为W；

P总——总功率，单位为W；

η——水轮发电机的转换效率，一般取值为0.5—0.7。

在考虑体积小、结构简单、成本较低及便于安装的条件下，追求高效率是不现实的，因此η取0.6。

由公式3-1计算得：

水的自然流速为0.7～1.5m/s，一般家庭的主管都为DN15～25进室内，市政给水压力为0.2～0.3MPa。

P＝ρgH (3-2)

式中：

P——水管补水口压力，单位为Pa，取0.3MPa；

ρ——水的密度，为1.0×10³kg/m³；

g——重力加速度，取10m/s²；

H——设计水头，单位为m。

由公式3-2推导得：

H＝30m

Q＝Av (3-3)

式中：

Q——补水口的流量，单位为m³/s；

A——补水口的横截面积，单位为m²，圆形，半径为0.0025m；

v——补水口水流速，取边界值1.5m/s。

由公式3-3计算得：

Q＝3.0×10^-5m³/s

式中：

Q1——单位流量，单位为s^-1；

H——设计水头，单位为m；

Q——补水口的流量，单位为m³/s；

D——叶片直径，单位为m，一般为50mm或70mm，此处取50mm。

由公式3-4计算得：

Q1＝0.0022S^-1

式中：

P——实际总功率，单位为W；

ρ——水的密度，为1.0×10³kg/m³；

g——重力加速度，取10m/s²；

H——设计水头，单位为m。

Q1——单位流量，单位为s^-1；

D——叶片直径，单位为m，一般为50mm或70mm，此处取50mm。

由公式3-5计算得：

P＝9.04W＞8.3W＝P总，

采用净水箱补水发电能够产生充电时所需要的功率，故此方案可行。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。