专利名称：节水型便器的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种卫生用便器，具体说是用一种带有存水斗和传感器的节水型便器。
2.发明背景在城市居民的日常生活中，第一用水量大户就是便器，据来自人民网的数据便器冲洗用水约占居民生活用水的40％-50％，因此，围绕它的卫生、节约用水、消除异味、经久耐用(因为许多人嫌脏而行为粗暴，致使公厕的机械阀门经常损坏)、节能、环保等问题，下至普通百姓，上至国家有关部门和领导都非常重视，甚至针对便器的制定了节水法规，但要通过规范人的行为来节水，困难很大，为此，人们在节水型便器、洁具上投入了极大的研究热情，开发了许多相关产品，不过，真正大量使用的只有红外感应控制阀门和两种免冲厕所。
红外感应控制阀门的工作原理是向前方30～60cm(厘米)的范围内发射红外光，并根据反射光信号(还有一种类型只接收人体发出的红外光)，探测是否有物体，以及根据物体停留时间的长短判断是大便还是小便，当物体离开之后再冲水。此工作方式感应的是人体反射的红外光和延续时间的长短，与排便信息无必然、直接关联，由此产生的缺陷有a.排泄物出来的时刻无感应，且不能区别大、小便信息，因此，不能及时冲水，除味。这一缺陷在最需要除味的大便时非常明显。
b.对大、小便量的多少无感应，为此，只能在6升与3升之间进行粗调整，节水效果远未到位。
c.价格高，这是由其敏感方式决定的。
d.男士使用坐便、蹲便器，并站着小便时，因为与红外传感器的距离常常大于60cm而出现错误感应。另外，红外传感器的工作原理决定了其反射光要受服装面料变化的不利干扰。
e.要求人们小便在30秒钟之内完事儿，与人们的如厕自由相抵触。
免冲厕所之一是免冲水/微水生态厕所，其优点是免冲、异味少，维护少，并把排泄物就地变成肥料，但由于生态处理、废物利用、远离排泄物、减少异味等原因它需要一容积约1立方米的大反应器，还要针对每一次排便进行填料、搅拌、强制排风，甚至还要加热，一般楼房类建筑物难以容纳，不能满足人们就近如厕的要求。
另一个免冲厕所是打包型免冲厕所。它也具有生态厕所的一些优点，但其传送、封装塑料袋的机械结构复杂，储运过程中也存在一些潜在的危险，为此，造价高，(使用)费用高。它对排泄物的多少没有敏感手段，换言之，水是不用了，但塑料袋用得多了，在封装之前的除味问题解决得不好。
目前国家建设部出台的节水型便器建材标准JC/T856-2000，要求一次冲洗总用水量不超过6升水。有很多传统抽水马桶生产厂家把这一标准提高，增加自己产品的卖点，但其工作原理决定它很难把便物冲洗干净。传统坐便器用水量大的原因是为了将室内与排污管路隔离，在坐便器下部安排了一个拐弯向上的管路，即存水弯。排水时，此存水弯结构使便物先爬坡然后再排放，阻力很大。为改进这一缺陷人们提出的解决方案大致为两类，其一是带有阀门的直通式结构，其阀门本身不存水。人类的便物带有粘性、腐蚀性，成份复杂，容易在管路中形成水垢等积留物，破坏阀门的密封性。还有其阀门的闭合存水动作不好解决。这两个问题最终都会以操作不便，性能不可靠，价格高等方式反映出来，而这正是存水弯结构的优势。另一类与本发明关系密切，即带有翻斗式阀门的节水型便器，如中国专利00241685.9、01253581.8。这类阀门本身存水，动作时既会受到开阀的翻转力，也会受到闭阀的回复力，容易发生颤动，排水不畅，所以，这类阀门在便物的流动阻力变化很大的情况下面临着四大问题，一存水状态要稳定，二排水状态也要稳定，三翻转动作要可靠，不飞溅，四结构要简单。就这四个问题而言，现有翻斗式阀门都存在明显缺陷。
总之，现有除味、节水效果好的便器都存在这样那样的问题，所以，仅在特殊场合少量应用。冲水型便器以其简单、运行费用低，感觉更卫生、舒适的优势，在便器中占据绝对的主导地位，因此，在冲水方式下如何节水意义更加重大，而现有冲水与排水技术都存在明显缺陷，为新技术留下巨大发展空间。
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发明内容
本发明的目的是直接识别、敏感大小便信息和量的多少，提供及时、恰到好处的冲水控制，降低排水阻力，相对现有产品其最大改进与提高之处在于，自动化程度和节水效果同时登上一个新的台阶，另外，除味效果佳，机械结构尺寸小、简单、紧凑，价格大大降低。
换言之，本发明要在“冲与排”两个最重要的环节上解决四大问题，第一既能区别大小便，又能知道其量的多少。第二减少如厕过程中产生的异味。第三降低自动冲水系统的价格。第四用新结构取代存水弯。
本发明的目的是按以下方式实现的，在便器冲水箱或者进水阀门处设置控制器，通过电子传感电路读出大小便信息和量的多少，并传给数字处理器，然后用水电阀门进行一系列智能控制。排水时用翻斗阀降低排水阻力。
在现实生活中，除了人造的纯水不导电之外，其他各种水都含有杂质，都导电，特别是人的排泄物。本发明正是根据这一特征提取敏感信号，其主要过程是首先利用便器的内表面将排泄物收集到一起，然后在其必经之处安置成断开状态的导电电极。当能够导电的排泄物流经两个电极之间，并将其电连在一起时，敏感电路的电阻值立刻发生明显变化，这时数据处理器根据不同的情况延迟一段时间之后，便开始冲水。
在排水方面，本发明使用了特殊的翻斗阀，其主要特征是存水斗上带有限位孔，并用它来改善机械性能。
4.
图1是本发明的坐便器存水状态图。
图2是本发明的坐便器排水，及电极分布状态图。
图3是有关螺钉电极9安装方法的结构剖视图。
5.具体实施方案关于怎么控制冲水过程，男用小便器与坐便、蹲便器是不同的，下面先说前者。
由于男用小便器使用时只与尿液相关，所以，相关内容比较简单，具体措施是利用重力原理和底部为U形的便器把尿液收集起来，并在便器底部尿液必经之处，也就是接近漏水口的位置安装螺钉电极9，并用螺母把引线10固定在电极9上，然后进行防水、防漏、防锈、绝缘处理(图中未有表示)，参考图2、3。当尿液流到至少两个感应电极之间时，使其电阻减小。数据处理器据此做出判断，并根据其持续时间的长短判断尿液的多少，决定冲水量，在尿液流动结束一、两秒之后，控制器打开水电阀门，冲水。
螺钉电极9的圆锥形大头在便器的内表面，也就是污水能够流经的那一侧表面，如图3所示，其材料为不锈钢，其顶面没有标准螺钉的十或一字沟槽，它与污水接触的表面最好镀亮铬。电极的数量至少两个，大于二个时，沿漏水口周围均布。敏感时，检测相邻电极之间是否导电。
坐便、蹲便器阀门的控制难点在于如何识别、处理大、小便信息，尤其是大便。为完成相关任务，本发明的具体实施方案使用了如下零件螺钉电极9，引线10，存水斗6，便池5，保护罩7，马桶圈2，红外发射管3，红外接收管4，反光不干胶贴8，如图1、2、3所示。电极9的疏密原则是靠近便器内表面前后方向，排泄物经过概率最高的地方密度要高一些，其他地方密度要低。如果电极9数量少，那么每一个电极9与数据处理器之间都有一条信号线，反之，将所有电极分成数量均等的小组，分组原则是每组一般由3、5个组成，每组中的电极9在沿水平方向相邻、连续，且用一条引线10连接，并向数据控制器传送信号。如果从每一个电极9引出一个信号线，可以对冲水效果进行更准确的检测，以及，如果有个别几个电极9被短路或者断路(总接不通)时可暂时把它们剔除，但接线和处理电路要复杂一些。螺钉电极9带锥面的那一端在便器的内表面，如图3所示，它与排泄物接触，所以，这一端要做防腐、耐磨、便于清洗(表面镀亮铬)处理，其表面要与便器表面齐平，或者呈球面状略微凸起一点。其另一端与引线10一起用螺母固定，如图3所示，并做防腐、绝缘、防水处理。存水斗6的存水部分为上大下小的碗形，碗壁上带有能够让水流以较低速度流出的限位孔2，存水斗6的转轴靠近马桶出水口，并在它的下方，水位超过限位孔2一定数值之后，它才能改变存水状态，做翻转动作，它完全依靠水进行密封。其材料，首选陶瓷，为此，在它与其它零部件可能发生碰撞的地方都要加缓冲垫。
通常坐便器，俗称马桶的内部都有45度左右的大角度斜面，大便与小便在这样的表面，自上而下移动、流动时前者慢，后者快，速度差别非常明显。根据这一特征，在便器内便物能够流经的绝缘瓷器表面，安排多个导电电极9，当便物与便器内斜坡上的电极接触，并形成电连接时，它就成了连接导线的电阻，并在导线中产生非常明显的电流变化。根据这一特征，敏感与控制电路自斜坡的最上端向下扫描，检测相邻的那几个电极9的电流发生明显变化，然后跟踪它们向下消失的速度，如果消失的快，表明是小便，反之则是大便。
使用坐便、蹲便器小便时，如厕者离去之后是否做一次较大冲水，要根据不同的卫生、节水标准和个人爱好来决定。关于小便结束信息的识别，就男士站着小便(马桶圈掀起时要给数据处理器一个信号)而言要根据便后延时10至30秒这样的信息来判断，除此之外要用敏感元件读取使用者的起身信息。在大便过程中，当发现便物也要及时冲水，此时的要求是只要能把便物及时冲到水坑里即可，尽最大可能减少臭味，水量要尽量小，不能使便物和脏水飞溅起来。在便器的后方要设置红外(或其他)传感器，当发现如厕者起身离开之后，进行最后的大冲水。
针对坐便器，如果让大便直接掉入水坑，除味效果佳，但至少会产生脏水飞溅问题。如果让其经斜坡再入水坑，无飞溅问题，但在斜坡上留下的残留物较多，会发出阵阵难闻的气味。而本发明的出现则会使既要除味又要无飞溅的问题得到较好的解决，这个问题在尽量避免皮肤接触的公厕中，在开放状态下蹲坑如厕时特别重要。异味少了，排风扇就用得少，还可减少噪音和电能消耗。
尿液、清水、大便与无水状态的电阻有非常明显，由小到大(可参考数值为10k、40k、60k、100k以上)的区别，再则，大便与马桶接触的位置通常靠后(相对其中心点)，只有大便才能在斜坡上长时间停留，为此，可以根据这些特征进行内容广泛的智能控制。在冲水以后还要进行效果检测，如果发现问题再进行一至两次的少量冲水，如果还解决不了问题则发出报警信号，且停止冲水。本发明敏感电路识别各种信息的能力不会是万能的，所以，在控制器上要设置带有强制性的手动大、小冲水按钮。
针对坐便器存水弯阻力大的问题本发明提出了新的解决方案，具体做法是用一个带有配重和转轴的存水斗6取代存水弯，并把它架在轴支撑上。在非排污时，存水斗6的口向上，在配重的帮助下扣在锥形马桶5的底部，其限位孔2高于马桶5的下出口，这样当存水斗6中的水位高于马桶5出口时，即可将厕所空间与排污管路隔离。当人们如厕时，进入马桶5的排泄物使水位升高的速度较慢，水从存水斗6的限位孔2排出，存水斗6不会动作，如图1所示。再则，就设计要求而言，存水斗6中的水量只有在限位孔2限定的水位之上再加500克(此数值可视不同情况而定)，才能超过配重端的力矩，这是保证存水斗6不会轻易动作的第二个措施。
如厕之后进行大冲水，短时间内水无法从限位孔2中全部排出，以及暂时还未超过配重端的力矩，水位因此而快速上涨，积蓄起来很大的力量，以应对便物阻力大小不一的情况。当力矩大到超过配重端时，存水斗6开始向下方转动。而污水向排污管方向大量流动又使其重心快速地向排污方向移动，进一步加快存水斗6的下沉速度，形成不可阻挡之势，使排污通道迅速打开，张大，污水得以向下顺畅地排放掉。存水斗6下沉时具有很大的向下引水、抽拉作用，此时存水阻力又变成了推动力，彻底消除了存水结构只起负面影响的状况。只要来水足够大且持续，存水斗6是不会抬起来的，但冲水结束以后来水被截断，存水斗6中的水迅速减少，力矩也跟着减小，配重端的力矩又占上风，使存水斗回复原态。如果存水斗6中的水位过低，本发明可以测量出来，并补充适量的水。另外，还可以通过调整存水斗下摆角度的大小(用塑料调整螺钉来实现)，解决回复时存水量过小的问题。由于排泄污水的阻力大大减小，再按最困难的情况使用固定冲水量就不合理了，所以本发明的更大作用是根据大便量的多少，做效果更佳的多则多冲，少则少冲的节水控制。
当然，即使没有敏感系统也能单独使用此翻斗阀结构，它可用来在一次3L、6L标准之下再调低冲水量，改善冲水效果。
与相关翻斗式节水型便器相比，本发明最大的不同在于在存水斗6上设置了限位孔2。存水斗6限位孔2以上的部分，在开阀时它能利用最简单的重力(直接用大水量冲击漏水口会引起飞溅)，并积蓄起较大的开阀力量，保证开阀初始阶段不产生颤振，直通排泄；在过水时，它又能保持稳定的开阀状态；在回复时，它又能兜起足够量的水，进行存水密封，简言之，本发明就翻斗阀结构的动力特性给与全面地考虑。
本发明判断如厕者离开便器的方法是，在马桶盖内圈表面法向对准马桶后方红外发射管3的地方，贴上带有反光层的不干胶带8，调整好发射管的角度，令其照射反光胶带8，并在发射管3附近安排红外接收管4，如图1、2所示。这样安排是考虑到，一发一收两条线控制的范围更大一些，有效控制区域只针对马桶圈所在范围内，红外发射3与接收管4在探测范围的一端，接线相对简单，结构紧凑。当人如厕时放下马桶圈，红外传感系统开始工作，当控制系统发现红外光被遮挡期间马桶中出现排泄物，此后又收到红外信号，随即开始大冲水。
当然这套红外控制装置还可用于蹲便器，以及主要用于洗手的水龙头等。与上述应用略有差别的是，红外光要射向洁具的陶瓷表面。在设计洁具时要从反光角度、反光率方面予以照顾，另外，反光面要安排在不被水没过的位置上。
就探测洁具范围内的有效信号而言，如果采用现在用得最多的，利用人体来反射、发射红外信号，干扰因素很复杂，这会增加产品成本，而本发明所述借助反光性能良好且稳定的物体来完成相关工作，能够把(距离)范围掌握准确，并做到电路简单，造价低，耗电量小，便于在干电池支持下进行自主控制。
关于本发明的控制电路可参考相关专利和技术书籍。
以上实施例是用来详细说明本发明的目的、特征及效果的。对于熟悉此类技术人员而言，根据上述说明可能对该具体实施例做部分变更及修改，而并不脱离出本发明的权利要求范围，这类修改均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种节水型便器，其特征是该便器包括水电阀门控制器，数据处理器，螺钉电极9，引线10，存水斗6，便池5，保护罩7，马桶圈2，反射式红外遮挡识别装置，它能够以直接、无延迟方式敏感人大小便的多少，并据此决定冲水量，它用翻斗排水方法，大大减小排水阻力。
2.根据权利要求1所述节水型便器，其特征在于便器内表面带有导电、光滑，耐磨、耐腐蚀的螺钉电极9，其位置处在接近排水口的便物必经之处，可将相邻的螺钉电极9沿水平方向连接。
3.根据权利要求1所述节水型便器，其特征在于所述敏感电路根据尿液、清水、大便、无水四种状态的电阻大小，以及大便在斜坡上移动速度慢，尿液流动速度快的特征及时区别人的大、小便和量的多少。
4.根据权利要求1所述节水型便器，其特征在于所述存水斗6的存水部分为上大下小的碗形，碗壁上带有能够让水流以较低速度流出的限位孔2，存水斗的转轴靠近马桶出水口，并在它的下方，水位超过限位孔2一定数值之后，它才能改变存水状态，做翻转动作，它在存水状态时完全依靠水进行密封。
5.根据权利要求1所述节水型便器，其特征在于所述红外装置把发射管3的红外光照射在反光性能好的物体8上，然后用接收管4接收经过反射的红外信号。
全文摘要
本发明公开了一种节水型便器，其特征是该便器包括水电阀门控制器，数据处理器，螺钉电极，存水斗，便池，保护罩，反射式红外遮挡置识别装置。该便器能够根据便物引起的电阻变化，以及大小便在斜面上流动速度快慢，以直接、无延迟方式判断人大、小便多少，并据此决定冲水量，其翻斗排水可将排水阻力大大减小，因此，不但自动化程度和节水效果都登上一个新的台阶，而且除味效果佳，价格低，机械结构尺寸小、简单、紧凑，适于普及应用。
文档编号E03D5/00GK1499019SQ02146440
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者张千山 申请人:张千山