一种充分利用水流动能间歇式排水冲洗马桶蹲厕的方法与流程

文档序号:23658068发布日期:2021-01-15 13:55阅读:128来源:国知局

本发明涉及抽水马桶或蹲厕水箱冲水方式,此方式特别针对马桶或蹲厕的清洗以及节水两方面。



背景技术:

后面叙述仅以马桶为例,蹲厕的情况也类似。

目前市场的抽水马桶主要分直冲式和虹吸式两大类,各有各的优点,但都有一个没办法避免的缺憾,就是使用一段时间后,马桶壁和底部存水池会积垢,时间长了会升高洗手间细菌浓度,且会散发异味,清洁起来很麻烦(一般家庭半个月就得清洁一次)。目前见得最多演示马桶冲洗能力的测试,是用500只树脂球冲水实验,但实际家庭使用中,很少有机会出现水面大量漂浮物的情况,正常情况下,排泄物都是沉在存水池中的,而要冲走排泄物,1.5升水就足够了;实际情况下,最难冲走的是粘附在桶壁上的污物。

仔细观察会发现,底部存水池水位线高度的池壁会有一圈颜色偏深的积垢,根据马桶冲水的各个性能指标分析和肉眼观察,排泄物应该是绝对被冲走了,而留在马桶存水池里面的,应该就是清水,那么里面的积垢、特别是水位线的位置颜色更深的污渍是哪里来的呢。所以,可以下的结论是,就算可以轻易冲走树脂球,但马桶并没有冲洗干净。

污渍的主要来源。如果底部存水池有排泄物没冲洗干净,稍加注意,肉眼就能看到,作为家庭使用来说,不大可能任由排泄物留在里面不处理的,所以每次冲水后的瞬间,底部存水池的留水几乎是清水,按道理是不会在短时间(半个月)内产生明显污渍的;只有当存留水中含有较高浓度污渍时,池壁才会很快出现肉眼可分辨的污渍。一个新的马桶,开始使用几次时,桶壁和存底部洁净程度是一样的,冲水清洁后,肉眼观察,桶壁和底部清洁程度也没差别,而且从桶内表面的单位面积来看,冲洗底的水量,远远超过冲洗桶壁的水量,但仍然是底部先出现明显污渍,所以,可以下的结论是,积垢主要来源于桶壁上部残留水中的污渍,慢慢流到存水池,而不是底部。

从上述两个结论可以解释,马桶使用一段时间后,底部特别脏,不是因为对底部清洁的力度不够,而是整个马桶都没清洁干净。

关于马桶用水量问题。目前市场上的主流抽水马桶,都标称为节水马桶,能找到较小冲水量的产品大概是3/6升,即小便用3升,大便用6升。用水量的设定,除了希望能尽可能清洁马桶以外,还要把排泄物从横向排污管中冲离,排到竖向排污主管中,以保证排污管通畅。作为一般家庭使用,是不是每次冲水都需要这么大的用水量冲洗排污管,值得商榷;合理安排冲水方式,既能清洁马桶,也同样保持排水管畅通,同时减少用水量。



技术实现要素:

马桶的冲洗清洁是靠水流流过桶壁来实现的。所以水流的过程细节,和最终的清洁程度密切相关。

水是牛顿流体,就是说水流中最靠近桶壁逐层向外存在速度梯度,符合牛顿粘性定律。理论上来说,无限接近桶壁的里层水流层,流速也无限接近零,成为粘性底层,表面的外层水流层,称为自由流,其流速取决于水箱里的水位与水流测量点高度差,就是势能转换动能;从自由流到粘性底层之间的过渡区域,称为边界层。截面上看,自由流理论上每个点的流速是一样的,而边界层从里到外,每个点的速度是递增的,即存在速度梯度,从接近零,到接近自由流的速度。由于边界层速度梯度,会在与自由流边界处产生涡旋把自由流卷吸进边界层,速度梯度越大,就产生强度更大的涡旋,这些被卷吸进的流体由于粘性以及湍流混合层作用,逐渐形成有旋的湍流运动,而流体和桶壁相互作用,将损失动能。这一过程,就将水流的动能最终作用到桶壁,在减低水流动能、流速的前提下,将附着于桶壁的污渍剥离带走。

根据上述理论,传统冲洗马桶的水量,一次冲3升或是6升,会有大部分的水流没有直接或者间接作用于桶壁,大量的自由流直接流走。要冲干净马桶,只需要刚好足够动能的水流,理想状态下刚好足够的标准:设定以尽可能小的水量l冲洗有污渍的马桶,水流表面在马桶底部时的流速为v1;设定以水箱正常水量冲洗完全没有污渍的马桶,水流表面在马桶底部时的流速为v0。当v1=v0时,那么此时的用水量l,即为刚好足够水量。通过多次粗略测试(肉眼观察),逐次减小冲水量(冲水量计算方法:水箱横截面面积*水位下降值)观察水流末端速度,粗略结论是:直冲式马桶l=1升水,虹吸式马桶l=1.2升水,就可以达到这一标准。

另外一方面,污渍是附着于桶壁表面的(假设桶壁是绝对光滑平整的),理论上来说不管污渍颗粒直径多小,都是突出桶壁的。水流的粘性底层厚度很小,只有几分之一毫米,当其厚度超过污渍微粒直径时,就是说粘性底层完全淹没污渍颗粒时,流体核心对污渍颗粒的影响相对较小,这种情况称为水力光滑。相反情况,当粘性底层还没形成,或者薄到让污渍颗粒突出液面,那么流体核心冲击突起的污渍颗粒,将产生旋涡,加剧湍流强度,增加动能损失;而我们知道,水流的动能损失越大,将污渍带走的可能性也越大。

根据上述理论,分多次间歇性冲水,清洁能力超过一次大水量冲洗。这种现象日常生活中应该都有体会,冲洗阳台或者厕所时,用一桶水一次性倒完和分几次倒,效果不一样。

具体实施方式:

水箱进水部分可任采用市场上成熟的浮球控制,排水建议采用电磁控制,首选电磁铁推动(牵引)凸轮或者连杆等机械部件,将排水阀提起、放下,也可直接使用电磁阀。电磁铁通电水箱底部排水阀打开,只要电磁铁一断电,由于水压很大,阀门就立即落下关闭,关闭过程很短,估计在十分之一秒级别。这样只要控制电磁阀吸合时间,就可以准确控制排水量。

为保证使用者用电安全,采用锂电池供电。为了使用方便,控制面板可以单独安放到顺手的位置,采用红外线与主机通信(类似遥控器)。水箱上的主机包含供电部件(锂电池等)、电磁铁、红外线接收及电磁铁控制电路,锂电池以外的其它元器件成本不到20元。采用单片机控制,可以完成较繁琐的操作程序。平时待机状态,仅红外线接收电路工作,功耗很小,工作电流估算8毫安左右,电磁铁工作时电流较大,但每次工作时间极短,排放1.2升水的工作时间在0.5秒左右。所以如果使用一块8000毫安时的锂电池,可以运行20天以上。机械和电控部分结构简单,生产成本低;采用质量过关的材料及元器件制作,后期故障维修几率低,也没有维护保养的必要。

控制面板功能键:

1.小便冲水方式

第一次冲水量1升,间隔15秒,再次冲水1升。间隔15秒的目的有两个:一是等马桶壁表面的水完全流走,二是让水箱进水,等水位达到最大高度时,再开启二次冲水,尽可能达到最大动能。

2.大便冲水方式

第一次冲水1.5升,目的是将排泄物完全冲出底部存水池,间隔20秒再次冲水1升,再间隔15秒,再次冲水1升。

3.应急冲水

一次性冲水6升,作为应对突发情况时使用。

4.马桶清洁

不管怎样的冲水方式,时间太长,马桶壁仍然会积垢,主要原因是自来水有一定硬度,含有不少的钙镁离子,长期冲水,会有水垢附着在桶壁上,导致桶壁光洁度下降,更不容易冲干净。从长期测试和观察,大概40天左右,桶壁上会有肉眼可见的污渍。将进水阀门关闭,往水箱中倒入相对温和的酸性清洁剂(柠檬酸等)。分9次开启冲水阀,每次间隔90秒,每次排水0.6升。整个过程15分钟左右完成。

主机设定功能(无需手动操作):

1.排污管道冲洗

设定大便冲水次数累积到5次(暂定5次),第6次使用大便冲水时,首次冲水4升,间隔25秒再次冲水2升

2.长期无人使用清洗

遇到长期没人使用的情况,外出旅游或者出差等,为避免存水池水分蒸发过度或者变质,累积3天无使用冲水功能(暂定3天)则自动冲水一次,水量3升。

以上数据均通过对我自己的马桶测试估算得出,具体到其他型号马桶,应做测试再计算相应数值。

上述使用方法仅是针对本发明希望达到的功能说明,而不是对本发明功能范围的限制,基于本发明原理上开发的其他功能,均属于本发明的保护范围。

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