灌注虹吸式抽水马桶的制作方法
【专利说明】灌注虹吸式抽水马桶
[0001] 相关申请交叉引用
[0002] 本专利申请根据35U.S.C. § 119(e)要求2013年4月10日提交的题也为"Primed Siphonic Flush Toilet"的美国临时专利申请No. 61/810, 664,以及于2012年11月13日 提交的题为"Primed Siphonic Flush Toilet"的美国临时专利申请No. 61/725, 832的权 益，其公开内容整体以参见的方式纳入本文。 【背景技术】 技术领域
[0003] 本发明涉及用于移走人类或其它废物的马桶的领域。本发明还涉及通过灌注水输 送系统运行以提高性能的马桶领域。
[0004] 相关技术的描述
[0005] 用于移走诸如人类废物的废品的马桶是众所周知的。以重力作为动力的马桶通常 包括两个主要部分：水箱和便池。水箱和便池可以是分开的构件，其联接在一起以形成马桶 系统（通常称为分体式马桶），或者可以组合成一个整体单元（通常称为一体式马桶）。
[0006] 通常位于便池后部上方的水箱容纳用于启动将废物从便池冲洗至下水管的水，以 及用清水填充便池的水。当用户想要冲洗马桶时，他按下水箱外部上的冲洗把手，其在水箱 内部上连接至可移动链条或杠杆。当按下冲洗把手时，其移动水箱内部上的链条或杠杆，链 条或杠杆动作以提升和打开冲洗阀，致使水从水箱流入便池，由此启动马桶冲洗。
[0007] 在冲洗循环中，必须满足三个基本目的。第一是将固体和其它废物移到排水管。第 二是清洁便池以移走沉积或粘至便池表面的任何固体或液体废物，且第三是调换便池中的 预冲洗水量，从而在两次使用之间在便池中保留相对清洁的水。第二个要求，便池的清洁， 通常通过围绕马桶便池的上周区域延伸的中空外缘来实现。一些或所有的冲洗水被引导穿 过该外缘通道并流过定位在其中的开口以将水散布在便池的整个表面并完成所要求的清 洁。第三个要求给便池重新填充清洁的水，恢复水封深度以抵抗下水道空气回流，并准备好 下一次的使用和冲洗。
[0008] 以重力作为动力的马桶可被分为两大类：直冲式和虹吸式。直冲式马桶中，马桶便 池内的水位在所有时候保持相对恒定。当启动冲洗循环时，水从水箱流出并溢入便池。这 导致水位的快速上升且过量的水在排污通道的堰上方溢出，携带与之一起的液体和固体废 物。在冲洗循环结束时，便池中的水位自然回到由堰的高度决定的均衡水平。
[0009] 在虹吸式马桶中，排污通道和其它水力通道设计成使得在水添加至便池时在排污 通道中启动虹吸。虹吸管本身是上下颠倒的U状管，其将水从马桶便池抽至下水管。当启动 冲洗循环时，水流入便池并在排污通道中的堰上方比其离开出口到排水管更快地溢出。足 够的空气最终从排污通道的下腿移走以启动虹吸，虹吸又将剩余的水抽出便池。当虹吸中 断时便池中的水位因此远低于堰的水平面，且需要提供单独的机构以在虹吸式冲洗循环结 束时重新填充马桶便池以重新建立原始水位和抵抗下水道空气回流的"保护性密封"。
[0010] 虹吸式和直冲式马桶具有固有优点和缺点。虹吸式马桶由于要求将大部分空气从 排污通道的下腿移走以启动虹吸而倾向于具有更小的排污通道，这可能导致堵塞。直冲式 马桶可通过大排污通道起作用，但通常要求在便池中更小量的预冲洗水以实现大部分国家 的管道规范中要求的100 :1的稀释程度（即，在冲洗循环期间，便池中99%的预冲洗水量 必须从便池移走并用清水替换）。该更小的预冲洗量本身表示为小"存水表面积"。该存水 表面积或便池中预冲洗水的表面面积在维持马桶的清洁方面扮演重要的角色。大存水表面 积增加了废物在接触马桶的陶瓷表面之前接触水的可能性。这降低了废物粘至陶瓷表面， 使得对于马桶，更容易经由冲洗循环清洁其自身。因此，具有小存水表面积的直冲式马桶在 使用之后，需要频繁手动清洗便池。
[0011] 虹吸式马桶具有能够通过便池中更多的预冲洗水量和更大的存水表面积来起作 用的优点。这是可能的，因为在冲洗循环最后，虹吸作用将大部分预冲洗水量从便池抽走。 当水箱重新填充时，重新填充水的一部分被引入便池中以使预冲洗水量返回至其原始水 平。以此方式，实现很多管道规范中要求的100 :1稀释程度，即使相对于从水箱离开的冲洗 水，便池中的启动水量显著更高。在北美市场中，虹吸式马桶已经获得了广泛的接受且现在 被视作标准的、被接受的马桶形式。欧洲市场中，直冲式马桶仍更被接受和受欢迎，而两种 版本在亚洲市场都是普遍的。
[0012] 根据用于实现冲洗动作的水力通道的设计，以重力作为动力的虹吸式马桶可被进 一步分成三个大类。这些种类是：非喷射、外缘喷射，以及直喷。
[0013] 在非喷射便池中，所有的冲洗水离开水箱进入便池入口区域并流过主歧管进入外 缘通道。水经由定位在外缘下方的一系列孔围绕便池的周界散布。一些孔在尺寸上设计得 更大以允许更大量的水流入便池。需要相对高的流率以在排污通道的堰上方足够快速地溢 出水以置换下腿中足够的空气并启动虹吸。在便池的清洁和预冲洗水的交换方面，非喷射 便池通常具有足够良好的性能，但在物体移除方面性能相对差。水馈送至排污通道是无效 率的且是紊流，这使得更难以足够填充排污通道的下腿和启动强虹吸。因此，非喷射马桶的 排污通道通常直径更小并含有设计成阻碍水流动的弯曲和收缩。无更小尺寸、弯曲和收缩 时，不能实现强虹吸。不幸的是，在大量废物移走方面，更小的尺寸、弯曲和收缩导致差的性 能，并导致频繁堵塞状况，这对于终端用户是极其不令人满意的。
[0014] 马桶的设计者和工程师已经通过采用"虹吸喷射"来改善虹吸式马桶的大量废物 移除。边喷马桶便池中，冲洗水离开水箱，流过歧管入口区域并流过主歧管进入如上所述的 边缘通道。部分水经由定位在边缘下方的一系列孔围绕便池的周界散布。剩余部分的水流 过定位在边缘前部处的喷射通道。该喷射通道将边缘通道连接至定位在便池的水坑中的喷 射开口。该喷射开口尺寸被设置并定位成直接在排污通道的开口处发送强力水流。当水流 过喷射开口时，其用于比非喷射便池可实现的更有效和更快地填充排污通道。流到排污通 道的该更有力和快速的水流使得马桶能够设计有更大的排污通道直径以及更少的弯曲和 收缩，相对于非喷射便池，其又改善在大量废物移除方面的性能。虽然更少量的水流出边喷 马桶的边缘，因为流过边缘通道的水被来自水箱的上游水流加压，便池清洁功能比较好。这 允许水以更高的能量离开边缘孔并在清洁便池上进行更有效的工作。
[0015] 虽然边喷便池通常优于非喷射的便池，水必须行进穿过边缘至喷射开口的长排污 通道消散和浪费了大量的可用能量。根据这种思想改进的直喷便池在废物大量移除方面可 以实现更好的性能。在直喷便池中，冲洗水离开水箱并流过便池入口和流过主歧管。在这 里，水被分成两个部分：一部分流过边缘入口端口至边缘通道，其主要目的是实现所需要的 便池清洁；第二部分流过喷嘴入口端口至"直喷通道"，该"直喷通道"将主歧管连接至在马 桶便池的水坑中的喷射开口。直喷通道可采取不同形式，有时单向围绕马桶的一侧，或"双 馈送"，其中，对称通道在连接至歧管的两侧都下行至喷射开口。与边喷便池一样，喷射开口 尺寸被设置并定位成直接在排污通道的开口处发送强力水流。当水流过喷射开口时，其用 于比非喷射或边喷便池可实现地更有效和更快地填充排污通道。流到排污通道的该更有力 和快速的水流使得马桶能够设计有甚至更大的排污通道直径以及最少化弯曲和收缩，相对 于非喷射和边喷便池，其又改善在大量废物移除方面的性能。
[0016] 虽然直接馈送喷射便池目前在较大程度上代表了大量废物移除的现有技术的状 态，马桶性能仍存在需要改善的主要方面。政府机构已经持续要求市政用水户减少它们使 用的水量。近年来，焦点大量聚集于减少马桶冲洗运行所需要的水。为了说明此点，政府机 构逐渐减少了用于马桶每次冲洗的水量，从20世纪50年代之前的7加仑/冲洗减少到20 世纪60年代末期的5. 5加仑/冲洗，又减少到20世纪80年代的3. 5加仑/冲洗。1995年 的国家能源政策法案现要求在美国销售的马桶仅可使用1. 6加仑/冲洗（6升/冲洗）。加 利福尼亚州最近通过的条例要求耗水量进一步下降至1. 28加仑/冲洗。当推行至这些水 消耗水平时，当前专利文献中描述的和在市场上可供应的1. 6加仑/冲洗马桶将失去持续 虹吸的能力。因此，制造商正被迫使和将继续被迫使减小排污通道直径并牺牲马桶的性能， 除非开发改善的技术和马桶设计。
[0017] 多个发明目标在于通过直喷概念的优化来改善虹吸式马桶的性能。例如，美 国专利No. 5, 918, 325通过改善排污通道的形状来改善虹吸式马桶的性能。美国专利 No. 6, 715, 162通过使用具有圆角入口的半径的冲洗阀和水非对称流入便池来改善性能。
[0018] 美国专利No. 8, 316, 475 B2展示了能够使用低水量确保清洗和充分虹吸的加压外 缘和直接馈送喷射构造，以满足当前的环保水使用标准。
[0019] 美国专利公开No. 2012/0198610A1也示出了一种高性能马桶，其中主歧管中的控 制件将自水箱入口进入马桶歧管的冲洗水的水流分成两部分，分别进入外缘的入口端口和 直接馈送喷射的入口端口。美国专利No. 2, 122, 834示出具有空气歧管和液压歧管的马桶， 该空气歧管和液压歧管用于将空气引入马桶冲洗循环以终止虹吸动作并阻止系统回流。其 它发明尝试通过将水箱分成独立的部分来解决外缘和喷射之间的性能问题。见美国专利 No. 1，939, 118。
[0020] 当冲洗量低至约6. 0升时，马桶的内部通道的紊流和流动限制的最小化是极为重 要的。最小化紊流和流动限制的最显著因素之一是在启动冲洗循环之前管理占据外缘和 喷射通道的空气。如果空气不能够在冲洗水迎面而来的冲洗之前离开系统，它将继续占据 通道空间并限制流动。美国专利No. 5, 918, 325描述了具有喷射通道的马桶，该喷射通道包 括空气排放装置和将喷射通道连接至外缘的通路，允许空气在冲洗时从喷射通道逃逸到外 缘。美国专利公开No. 2012/0198610 Al公开了具有下游连通端口的马桶，其同样能使空气 和/或水在喷射通道和外缘通道之间流动。
[0021] 本领域仍然需要进一步提高虹吸式马桶的性能，尤其是管理占据喷射通道的预冲 空气。本领域还需要一种在现有马桶的上述缺陷上有所改进的马桶，该马桶可抵抗堵塞，并 能够在冲洗过程中不牺牲冲洗性能而显著改善清洁。这种马桶在提供充分虹吸的同时，还 应符合节水标准和政府指导方针，各种几何形状的排污通道水消耗皆较低。
【发明内容】
[0022] 本发明公开了一种虹吸式抽水马桶组件，所述马桶组件包括至少一个喷射冲洗阀 组件，所述喷射冲洗阀组件具有喷射冲洗阀入口和喷射冲洗阀出口，所述喷射冲洗阀组件 配置成用于将流体从所述喷射冲洗阀出口输送至封闭的喷射流体路径；至少一个外缘阀， 所述外缘阀具有外缘阀入口和外缘阀出口，所述外缘阀配置成用于将流体从所述外缘阀的 出口输送至所述外缘入口端口；以及便池，所述便池具有内表面，所述内表面界定内部便池 区域，所述便池包括（a)至少一个外缘入口端口，所述外缘入口端口用于将水引入便池的 上周区域；(b)喷嘴，所述喷嘴界定至少一个喷射通道，所述喷嘴具有入口端口和喷嘴出口 端口，该入口端口与所述喷射冲洗阀流体连通，所述喷嘴出口端口位于所述便池的下部且 配置成用于将流体排放至所述便池的水坑区域，其中所述水坑区域与通向排污通道的入口 流体连通，所述排污通道具有堰，且所述封闭的喷射流体路径包括所述喷射通道；其中，所 述喷射冲洗阀位于所述排污通道的堰的上方，且其中所述封闭的喷射流体路径包括从所述 喷射冲洗阀出口延伸至所述喷嘴的出口的喷射通道，且一旦被灌注，所述封闭的流动路径 能够保持灌注有流体，并有助于阻止空气在冲洗循环启动或完成之后进入所述封闭的喷射 流体路径。
[0023] 在一实施例中，所述马桶便池组件可进一步包括外缘歧管，其中所述外缘歧管具 有外缘歧管入口开口和外缘歧管出口开口，所述外缘歧管入口开口用于接收来自外缘冲洗 阀组件的出口的流体，所述外缘歧管出口开口用于将流体输送至所述外缘入口端口。在该 实施例中，所述便池可包括至少部分地围绕所述便池的上周延伸的外缘，所述外缘界定了 从所述外缘入口端口围绕所述便池的上周延伸的外缘通道，且所述外缘具有与所述便池的 内部区域流体连通的至少一个外缘出口端口，且其中所述外缘入口端口与所述外缘歧管出 口开口流体连通。
[0024] 在该组件的另一实施例中，便池可具有外缘，所述外缘包括外缘搁板，所述外缘搁 板沿着所述便池的内表面在其上周区域从所述入口端口至少部分围绕所述便池横向延伸， 使得流体能够沿着所述外缘搁板行进并在偏离所述外缘入口端口的至少一个位置进入所 述便池的内部空间。
[0025] 所述组件还可包括配置成用于从流体源接收流体的水箱，所述水箱包括至少一个 进水阀。所述水箱可包括至少一个喷射储水器和至少一个外缘储水器，所述喷射储水器包 括喷射进水阀和至少一个喷射冲洗阀组件，且所述外缘储水器包括所述至少一个外缘阀。 在该实施例中，所述外缘储水器可进一步包括外缘进水阀，所述外缘阀是外缘冲洗阀组件 且所述外缘冲洗阀组件包括溢流管。
[0026] 所述马桶便池的内壁的在所述水坑内的至少一部分还可被配置成从所述喷嘴出 口端口朝向所述排污通道的入口向上倾斜。
[0027] 所述马桶组件较佳地能够以不超过6. 0升的冲洗量工作，更佳地所述马桶能够以 不超过4. 8升的冲洗量工作，且在某些实施例中所述马桶能够以不超过2. 0升的冲洗量工 作。
[0028] 所述至少一个喷射通道还可定位成至少部分地围绕所述便池的外表面的下部延 伸。
[0029] 所述便池的水坑区域具有喷射阱，所述喷射阱由所述便池的内表面界定并具有入 口端和出口端，其中所述喷射阱的入口端从所述喷嘴出口端口和所述便池的内部区域接收 流体，所述喷射阱的出口端与通向所述排污通道的入口流体连通；其中所述喷射阱具有水 封深度。所述喷嘴出口端口的上表面在所述喷射阱之内，且定位于在通向所述排污通道的 所述入口的上表面下方的水封深度处，该水封深度通过所述水坑区域纵向测量。所述喷射 讲水封深度可为约lcm_15cm，较佳为约2cm_12cm，进一步可为约3cm_9cm。
[0030] 在该组件的一个实施例中，所述外缘阀可以是外缘冲洗阀组件，所述外缘冲洗阀 组件具有从所述外缘冲洗阀入口延伸至所述外缘冲洗阀出口的外缘冲洗阀本体，以及外缘 冲洗阀盖（例如挡板盖）。
[0031] 所述至少一个喷射通道也可定位成至少部分地从便池下方经过。在一实施例中， 所述喷射冲洗阀组件可包括冲洗阀盖和从所述喷射冲洗阀入口延伸至所述喷射冲洗阀出 口的喷射冲洗阀本体，且其中所述喷射冲洗阀还包括防回流机构。
[0032] 本文中的在喷射冲洗阀组件或可选的外缘冲洗阀组件上的冲洗阀盖可形成成至 少部分是柔性的且打开时能够被向上剥离。
[0033] 当设置了防回流机构时，其可以是压紧连杆机构、钩和挂钩机构、提升阀机构和止 回阀中的一个或多个。
[0034] 所述喷射冲洗阀组件还可包括冲洗阀盖和从所述喷射冲洗阀入口延伸至所述喷 射冲洗阀出口的喷射冲洗阀本体。在这样的实施例中，所述冲洗阀盖可形成成至少部分是 柔性的且打开时能够被向上剥离。所述喷射冲洗阀盖还可进一步包括铰接臂和/或至少一 个索环，所述索环用于连接链条，所述链条上具有浮子。在具有至少部分柔性的盖的实施例 中，该组件还可包括防回流机构。
[0035] 本发明还公开了一种用于将虹吸式抽水马桶组件维持在灌注状态的方法，所述方 法包括（a)提供马桶便池组件，所述马桶便池组件包括至少一个喷射冲洗阀组件，所述喷 射冲洗阀组件具有喷射冲洗阀入口和喷射冲洗阀出口，所述喷射冲洗阀组件配置成用于将 流体从所述喷射冲洗阀出口输送至封闭的喷射流体路径；至少一个外缘阀，所述外缘阀具 有外缘阀入口和外缘阀出口，所述外缘阀配置成用于将流体从所述外缘阀的出口输送至 所述外缘入口端口；以及便池，所述便池具有内表面，所述内表面界定内部便池区域，所述 便池包括（i)至少一个外缘入口端口，所述外缘入口端口用于将水引入便池的上周区域； (ii)喷嘴，所述喷嘴界定至少一个喷射通道，所述喷嘴具有入口端口和喷嘴出口端口，所述 入口端口与所述喷射冲洗阀的出口流体连通，所述喷嘴出口端口位于所述便池的下部且配 置成用于将流体排放至所述便池的水坑区域，其中所述水坑区域与通向排污通道的入口流 体连通，所述排污通道具有堰，且所述封闭的喷射流体路径包括所述喷射通道；所述喷射冲 洗阀位于所述排污通道的堰的上方，且所述封闭的喷射流体路径包括从所述喷射冲洗阀出 口延伸至所述喷嘴的出口端口的喷射通道，一旦被灌注，所述封闭的流动路径能够保持灌 注有流体，并有助于阻止空气在冲洗循环启动或完成之后进入所述封闭的喷射流体路径； (b)启动冲洗循环；（c)通过所述至少一个喷射冲洗阀组件和所述至少