具有水压的虹吸式马桶及其冲水方法
【专利摘要】本申请公开了一种具有水压的虹吸式马桶，在马桶本体的底部连接有冲水管，该冲水管连接着一个密闭腔体，该密闭腔体中密封性地存储有气体；在冲水管上设有冲水控制阀，用来控制冲水管是否与马桶本体的底部相连通；位于密闭腔体和冲水控制阀之间的冲水管连接着进水支管，该进水支管直接连接自来水管网；在该进水支管上设有进水控制阀，用来控制进水支管是否与自来水管网相连通。本申请具有节水效果好、不额外耗能、噪音小、体积小巧等优点。
【专利说明】具有水压的虹吸式马桶及其冲水方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种虹吸式的抽水马桶(也称坐便器、座便器)。
【背景技术】
[0002]抽水马桶根据其冲水原理不同，可以分为直冲式、虹吸式等。其中，虹吸式马桶的特点是其排水管为横向的S型，利用虹吸作用将污物吸走。
[0003]虹吸式马桶的排水管可以有多种结构。请参阅图la，这是排水管40的一种结构，由存水弯43、上升段44、下降段45、水平段46依次连接而成。其中的存水弯43、上升段44、下降段45共同构成了横向S型结构。请参阅图lb，这是排水管40的另一种结构，与图1a相比省略了水平段46。
[0004]请参阅图2，这是一种现有的虹吸式马桶的结构示意图。在马桶本体10的上方具有一圈导水结构23。该导水结构23的第一种实现形式为导水槽26。请参阅图2a，在马桶本体10的上方具有一圈向外凸出的凹槽形状的导水槽26。请参阅图2b，水流在沿着导水槽26环向流动的同时，向下呈漩涡状流动清洁马桶本体10的表面。该导水结构的第二种实现形式为导水沟24。请参阅图2c，在马桶本体10的上方具有一圈隐埋设置的导水沟24，在导水沟24底部设有多个小孔25。请参阅图2d，导水沟24中的水流在沿着导水沟24环向流动的同时，向下经由小孔25流出清洁马桶本体10的表面。水箱中的一部分水通过导水管入口 21、导水管22进入该导水结构23中，这部分水在水平方向上环绕该导水结构23流动的同时，向下冲刷着马桶本体10的表面起到清洁作用。在马桶本体10的底部连接有喷射管32和排水管40。水箱中的其余部分水通过喷射管入口 31、至少一条喷射管32高速冲入排水管40中，使横向S型的排水管40中充满水从而引发虹吸作用。
[0005]上述虹吸式马桶的冲水原理如下:
[0006]请参阅图3a，这是未冲水的情形。此时仅在马桶本体10的底部和排水管40的连接部位(即存水弯43中)具有存水，用于隔离排水管40中的异味。
[0007]请参阅图3b，这是冲水时的情形。此时由喷射管32高速喷射的冲水进入排水管40中，使得横向S型的排水管40中充满水而引发虹吸作用。同时导水结构23中环向流动且向下的冲水清洁着马桶本体10的表面。在虹吸作用下马桶本体10中的污物和水被吸走并从排水管40中排出。
[0008]上述虹吸式马桶具有如下缺点:
[0009]其一，水箱中的大部分水用于使横向S型的排水管40注满水而产生虹吸作用，只有少部分水用于洗净马桶本体10的表面，这造成了清洁能力不足。
[0010]其二，在排水管40中充满水而引发虹吸作用之前，已有大量冲水经由排水管40排走，造成了水资源的浪费。
[0011]其三，喷射管32中的冲水高速喷射进入排水管40中，不可避免地存在着噪音。
【发明内容】
[0012]本申请所要解决的技术问题是提供一种节水而又不增加耗能的虹吸式马桶。
[0013]为解决上述技术问题，本申请具有水压的虹吸式马桶在马桶本体的底部连接有冲水管，该冲水管连接着一个密闭腔体，该密闭腔体中密封性地存储有气体；在冲水管上设有冲水控制阀，用来控制冲水管是否与马桶本体的底部相连通；位于密闭腔体和冲水控制阀之间的冲水管连接着进水支管，该进水支管直接连接自来水管网；在该进水支管上设有进水控制阀，用来控制进水支管是否与自来水管网相连通。
[0014]本申请具有水压的虹吸式马桶的冲水方法为:
[0015]未冲水时，冲水控制阀和进水控制阀均关闭，密闭腔体内部稳定地存储有被密封的气体和水；由于水占据了密闭腔体的部分容积而使得所述气体被压缩，压缩后的气体对这部分水产生水压；
[0016]刚按下冲水按钮时，冲水控制阀开启，进水控制阀关闭，这两项操作的顺序不限；密闭腔体中的具有水压的水将高速喷射进入排水管中，使得排水管中充满水而弓I发虹吸作用；同时水箱中的全部水从向下清洁马桶本体的表面；在虹吸作用下马桶本体中的污物和水从排水管中排出；
[0017]经过第一时间后，冲水控制阀关闭，进水控制阀开启，这两项操作的顺序不限；具有压力的自来水挤压着密闭腔体中所密封的气体，直至所述气体的压强与自来水管网的压力相同、或者预定体积的自来水进入密闭腔体后、或者密闭腔体内的气压达到预定值时关闭进水控制阀。
[0018]本申请具有节水效果好、不额外耗能、噪音小、体积小巧等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图la、图1b是虹吸式马桶的横向S型的排水管的结构示意图；
[0020]图2是一种现有的虹吸式马桶的结构示意图；
[0021]图2a是图2中A-A位置的局部剖面示意图一；
[0022]图2b是图2a所示的导水结构的冲水水流示意图；
[0023]图2c是图2中A-A位置的局部剖面示意图二 ；
[0024]图2d是图2c所示的导水结构的冲水水流示意图；
[0025]图3a?图3b是现有的虹吸式马桶的冲水方法的示意图；
[0026]图4是本申请具有水压的虹吸式马桶的结构示意图；
[0027]图5a?图5c是本申请具有水压的虹吸式马桶的冲水方法的示意图。
[0028]图中附图标记说明:
[0029]10为马桶本体；21为导水管入口 ；22为导水管；23为导水结构；24为导水沟；25为小孔；26为导水槽；31为喷射管入口 ；32为喷射管；40为排水管；43为存水弯；44为上升段；45为下降段；46为水平段；50为密闭腔体；51为冲水管；52为冲水控制阀；53为进水支管；54为进水控制阀。
【具体实施方式】
[0030]请参阅图4，这是本申请具有水压的虹吸式马桶的结构示意图。在马桶本体10的上方具有一圈导水结构23。该导水结构23可以是图2a所示的导水槽26，也可以是图2c所示的导水沟24。导水管入口 21连接水箱、或直接连接自来水管网(此时可取消水箱)。水箱中的全部水、或自来水管网的水通过导水管入口 21、导水管22进入该导水结构23中，这部分水在水平方向上环绕该导水结构23流动的同时，向下冲刷着马桶本体10的表面起到清洁作用。在马桶本体10的底部连接有排水管40和冲水管51。该排水管40可以是图1a或图1b所示的结构。冲水管51连接着一个密闭腔体50，该密闭腔体50中密封性地存储有气体，例如为空气。所述气体如果完全占据密闭腔体50的全部容积，则与外界大气压力相同。所述气体也可以被水压缩而呈现体积缩小、压强变大的情形。在冲水管51上设有冲水控制阀52，用来控制冲水管51是否与马桶本体10的底部相连通。位于密闭腔体50和冲水控制阀52之间的那部分冲水管51连接着进水支管53，该进水支管53直接连接自来水管网。在该进水支管53上设有进水控制阀54，用来控制进水支管53是否与自来水管网相连通。
[0031] 本申请具有水压的虹吸式马桶的冲水原理如下:
[0032]请参阅图3a，这是未冲水的情形。此时仅在马桶本体10的底部和排水管40的连接部位(即存水弯43中)具有存水，用于隔离排水管40中的异味。请参阅图5a，此时冲水控制阀52关闭，进水控制阀54也关闭，密闭腔体50的内部稳定地存储有被密封的气体和水。如果气体完全占据密闭腔体50内部，则与外界大气压力相同，例如为一个标准大气压。现在有一定体积的水挤压了气体的空间，因而被压缩的气体将会对密闭腔体50、以及冲水管51和进水管53的封闭管道中的水产生一定的水压，该水压必然大于一个大气压。
[0033]请参阅图3b和图5b，这是刚按下冲水按钮时的情形。此时冲水控制阀52开启，进水控制阀54关闭，这两个操作的先后顺序不限，也可同时进行。当冲水控制阀52开启，则密闭腔体50中的具有一定水压的水将高速喷射进入排水管40中，使得横向S型的排水管40中充满水而引发虹吸作用。同时导水结构23中环向流动且向下的冲水清洁着马桶本体10的表面。在虹吸作用下马桶本体10中的污物和水被吸走并从排水管40中排出。
[0034]请参阅图5c，这是按下冲水按钮后经过第一时间的情形。此时冲水控制阀52关闭，进水控制阀54开启，这两个操作的先后顺序不限，也可同时进行。当进水控制阀54开启，则使得密闭腔体50与自来水管网相连通。由我国住房和城乡建设部发布的《中华人民共和国城镇建设行业标准?城镇供水服务》(CJ/T316-2009)第6.2条规定:供水管网末梢压力不应低于0.HMpa0我国自来水管网在4层以上建筑普遍设有二次供水的增压设施，实际的自来水管网末端压力通常大于该规定值。而密闭腔体50中所密封的气体为一个标准大气压，折合0.1Mpa0因此密闭腔体50中所密封的气体必然被具有一定水压的自来水所挤压。如果不限制进入密闭腔体50的水量，那么最终其内部密封着的气体的压力将与自来水管网的水压保持相等而达到稳定状态。如果限制进入密闭腔体50的水量，那么最终其内部密封着的气体的压力必然小于或等于当时的自来水管网的水压而达到稳定状态。
[0035]所述第一时间至少为冲水按钮被按下后直至马桶本体10中的污物和水被吸走并从排水管40中排出的时间。
[0036]在进水控制阀54开启之后，经过一段时间，就需要关闭该进水控制阀54。本申请提供如下三种控制方式:
[0037]例如，可在进水支管53处、或位于密闭腔体50和进水支管53之间的那部分冲水管51处设置液体流量计(未图示)，由其来测量进入密闭腔体50的水的流量(体积)，一旦达到预定的水量，就关闭进水控制阀54。这是通过控制进水量来调节密闭腔体50中的气体压强。
[0038]又如，可在密闭腔体50设置气压监测机构，由其来测量密闭腔体50内的气体压强，一旦达到预定的压强，就关闭进水控制阀54。
[0039]再如，可以等待足够长的时间，以使得密闭腔体50中的气体压强等同于自来水管网压力后，再关闭进水控制阀54。。
[0040]假设密闭腔体50的容积为V，其内部密封着的气体占据密闭腔体50的全部容积时的压强为P。在某一种稳定状态下，密闭腔体50中的一部分容积V1被其内部密封着的气体所占据，其余容积V2被水所占据，假设此时气体的压强为Pp P1也是开启冲水控制阀52后，冲水管51中的水流压力。根据波义耳定律，在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。+ 而V1 = V —V2，即P1= PXV^(V-V2)0这表明，通过调节进入密闭腔体50的水的体积V2，就可以调节冲水管51中的水SP1 (只要P1S自来水管网压力)。当V2恒定，则P1恒定，而无须考虑自来水管网压力的波动。
[0041]现有虹吸式马桶，其喷射管32中的水压来自于水箱的重力势能。通常水箱中的水位高度不会超过I米，以I米计算则水箱中的水的压强为0.0098Mpa。为使横向S型的排水管40中充满水而引发虹吸作用，从喷射管32中必须流出大量的水。
[0042]本申请具有水压的虹吸式马桶，其冲水管51中的水压来自于密闭腔体50中被压缩的气体，更本质地来自于自来水管网。以自来水管网的水压为0.14Mpa(相对于标准大气压而言)计，则以绝对压力描述的P1最大为0.24Mpa，以绝对压力描述的P为0.1Mpa，计算可知密闭腔体50中最多可放入7/12容积的自来水，即V2 = 7V/12时压缩气体的压强就达到0.14Mpa而保持与自来水管网的水压相同。考虑到自来水管网的水压随着地域、楼层、时间的波动，为取得较为广泛的适用性，可令V2 = V/2，则冲水管51中的水压为0.1Mpa(相对于标准大气压而言)，相当于I米高水箱中的水压的10.2倍。如果进行更稳妥的设计，可令V2 = V/4，则冲水管51中的水压为0.033Mpa (相对于标准大气压而言)，相当于I米高水箱中的水压的3.37倍。显然，为使横向S型的排水管40中充满水而引发虹吸作用，从冲水管51中流出的具有水压的水量就可以大幅减少，从而起到了显著的节水效果。
[0043]如果密闭腔体50的内部密封着的气体占据密闭腔体50的全部容积时的压强P为一个标准大气压，自来水管网的出水口压强为M个标准大气压，M > 1，则密闭腔体50中最多可存储MXV/(M + 0.1)容积的自来水，就使得所述气体压强与自来水水压相等，而达到稳定状态。公式中的0.1表示一个标准大气压，也可用更为精确的0.101等取代。
[0044]所述密闭腔体50同时存储有气体和水，可以设置专门存储气体的第一腔室和专门存储水的第二腔室，两个腔室之间以密封的、且可在密闭腔体50内部自由位移的隔离膜、隔离板等加以分隔，这样可以确保气体体积长期稳定。
[0045]如果密闭腔体50中没有设置隔离机构，气体和水相接触，那么随着气体逐渐溶于水，会使得密闭腔体50内部的气体体积逐渐减小。即使在密闭腔体50中设置有隔离机构，长久使用后也可能发生气体外泄。因此在进水支管53或其他的进气口位置增加气体补充机构，例如鼓风机等，定期为密闭腔体50补充气体。补充周期可以是通过实验、仿真、计算等得到的。而为了判断密闭腔体50中的气体是否泄漏、加气是否充足，还可为密闭腔体50设置气压监测机构，为进水支管53或其他加气口设置气体流量计等。
[0046]因此，本申请具有水压的虹吸式马桶具有如下优点:
[0047]其一，只需少量具有水压的水即可使横向S型的排水管40注满水而产生虹吸作用，节水效果明显。
[0048]其二，利用了自来水管网的正常水压实现对冲水管51流出的水生成水压，无需采用增压泵等额外设施，不增加额外耗能，成本低廉，适用性广。
[0049]其三，原本带来最大噪音的是喷射管32中的水流，现由于冲水管51中的水流大幅减少，因而噪音也显著降低。
[0050]其四，密闭腔体50的体积较小，可以设计在马桶裙边中。进水支管53直接连接自来水管网，导水管入口 21也可以直接连接自来水管网，因而可以省略水箱，减小体积。
[0051]以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有水压的虹吸式马桶，其特征是，在马桶本体的底部连接有冲水管，该冲水管连接着一个密闭腔体，该密闭腔体中密封性地存储有气体；在冲水管上设有冲水控制阀，用来控制冲水管是否与马桶本体的底部相连通；位于密闭腔体和冲水控制阀之间的冲水管连接着进水支管，该进水支管直接连接自来水管网；在该进水支管上设有进水控制阀，用来控制进水支管是否与自来水管网相连通。
2.根据权利要求1所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，当所述气体完全占据密闭腔体的全部容积，则与外界大气压力相同；或者，所述气体被自来水压缩而呈现体积缩小、压强变大的情形。
3.根据权利要求1所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，在马桶本体的上方具有一圈导水结构，导水管入口连接水箱，水箱中的全部水通过导水管入口、导水管进入该导水结构； 或者，导水管入口直接连接自来水管网，而取消水箱，自来水管网中的水通过导水管入口、导水管进入该导水结构。
4.根据权利要求1所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，在进水支管处、或位于密闭腔体和进水支管之间的那部分冲水管处设置液体流量计，用来测量进入密闭腔体的水的流量。
5.根据权利要求1所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，所述密闭腔体内设有专门存储气体的第一腔室和专门存储水的第二腔室，两个腔室之间以密封的、且可在密闭腔体内部自由位移的隔离膜、隔离板加以分隔。
6.根据权利要求1所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，在进水支管或其他进气口设有气体补充机构，用于为密闭腔体补充气体。
7.根据权利要求6所述的具有水压的虹吸式马桶，其特征是，为密闭腔体设置气压监测机构，为进水支管或其他加气口设置气体流量计。
8.一种具有水压的虹吸式马桶的冲水方法，其特征是: 未冲水时，冲水控制阀和进水控制阀均关闭，密闭腔体内部稳定地存储有被密封的气体和水；由于水占据了密闭腔体的部分容积而使得所述气体被压缩，压缩后的气体对这部分水产生水压； 刚按下冲水按钮时，冲水控制阀开启，进水控制阀关闭，这两项操作的顺序不限；密闭腔体中的具有水压的水将高速喷射进入排水管中，使得排水管中充满水而引发虹吸作用；同时水箱中的全部水从向下清洁马桶本体的表面；在虹吸作用下马桶本体中的污物和水从排水管中排出； 经过第一时间后，冲水控制阀关闭，进水控制阀开启，这两项操作的顺序不限；具有压力的自来水挤压着密闭腔体中所密封的气体，直至所述气体的压强与自来水管网的压强相同、或者预定体积的自来水进入密闭腔体后、或者密闭腔体内的气压达到预定值时关闭进水控制阀。
9.根据权利要求8所述的具有水压的虹吸式马桶的冲水方法，其特征是，所述第一时间至少为冲水按钮被按下后直至马桶本体中的污物和水从排水管中排出的时间。
10.根据权利要求8所述的具有水压的虹吸式马桶的冲水方法，其特征是，当密闭腔体的容积为V，其内部密封着的气体占据密闭腔体的全部容积时的压强为一个标准大气压，自来水管网的出水口 压强为M个标准大气压，M > 1，则密闭腔体中最多可存储容积的自来水。
【文档编号】E03D11/18GK103643731SQ201310675664
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】沈斐, 赵松原 申请人:科勒(中国)投资有限公司