專利名稱：能夠在減少的沖洗體積下工作的高性能馬桶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于除去人體或其它廢物的重力驅(qū)動馬桶的領(lǐng)域。本發(fā)明進(jìn)一步涉及能夠在減少的沖洗體積下工作的馬桶的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于除去諸如人體廢物的廢物產(chǎn)品的馬桶是公知的。重力驅(qū)動的馬桶通常具有兩個主要部件水箱和桶缸。水箱和桶缸能是分離件，它們聯(lián)接在一起形成馬桶系統(tǒng)(通常稱為分體馬桶)或者水箱和桶缸能夠組合成一個整體單元(通常稱為連體馬桶)容納水的水箱通常位于桶缸的后部上方，該水箱用于啟動廢物從桶缸向污水管道的沖洗，以及利用新水重新填充桶缸。當(dāng)用戶期望沖洗馬桶時，他按下位于水箱外部的沖洗桿，該沖洗桿在水箱的內(nèi)部連接到活動鏈或桿。當(dāng)沖洗桿被按下時，其移動水箱內(nèi)部的鏈或桿，該鏈或桿用于提升并打開沖洗閥，致使水從水箱流出并流入桶缸中，因而啟動馬桶沖洗。在沖洗周期中，必須滿足大致三個目的。第一是將固體和其它廢物移除到排泄管道。第二是清潔桶缸，以除去任何沉積或粘附到桶缸表面的固體或液體廢物，而第三是交換桶缸中的預(yù)沖水體積，從而在使用之間在桶缸中保持相對清潔的水。第二個清潔桶缸的要求通常通過環(huán)繞馬桶桶缸的上周邊延伸的中空邊緣來實現(xiàn)。將一些或全部的沖水引導(dǎo)通過此邊緣通道并流過位于其中的開口，以將水分散到桶缸的整個表面上并完成所需的清潔。重力驅(qū)動的馬桶可分成兩個常規(guī)類別沖落式和虹吸式。在沖落式馬桶中，馬桶的桶缸內(nèi)的水位總是保持相對恒定。當(dāng)啟動沖洗周期時，水從水箱流出并涌入桶缸中。這導(dǎo)致水位的迅速上升，并且多余的水溢過排污管的堰，將液體和固體廢物隨它一起帶走。在該沖洗周期完結(jié)時，桶缸中的水位自然恢復(fù)到由堰的高度確定的平衡水位。在虹吸式馬桶中，將排污管和其它水壓通道設(shè)計為使得在向桶缸添加水時，在排污管中啟動虹吸。虹吸管本身是倒置的U形管，其從馬桶桶缸中將水抽吸到廢水管道。當(dāng)啟動沖洗周期時，水流入到桶缸中，并比它能離開出口進(jìn)入污水管道更快地溢過排污管中的堰。最后將充足的空氣從排污管的下支腿移除，以啟動虹吸，而這又將剩余的水從桶缸吸出。由此當(dāng)虹吸中止時，桶缸中的水位恰好位于堰的水平高度之下，并且需要提供分離機(jī)構(gòu)來在虹吸沖洗周期的結(jié)尾重新填充馬桶的桶缸，以重新建立最初水位以及防止下水道氣體回流的保護(hù)“密封”。
虹吸式和沖落式馬桶存在固有的優(yōu)點和缺點。由于需要將大部分空氣從排污管的下支腿中移除以便啟動虹吸，所以虹吸式馬桶傾向于具有較小的排污管，較小的排污管能夠?qū)е露氯?。沖落式馬桶能夠利用大的排污管工作，但通常在桶缸中需要較小量的預(yù)沖水，以實現(xiàn)由大多數(shù)國家中的管道法規(guī)所要求的100 I的稀釋水平(即在沖洗周期中，必須將桶缸中的預(yù)沖水體積的99%從桶缸中移除并用新水替換)。此小的預(yù)沖洗體積自身表現(xiàn)為小“水斑”(water spot)。桶缸中的預(yù)沖水的水斑或表面面積在保持馬桶的清潔中起重要作用。大的水斑增大了廢物在接觸馬桶的陶瓷表面之前將接觸水的可能性。這減少了廢物與陶瓷表面的粘附，從而馬桶經(jīng)由沖洗周期來清潔自身更加容易。因此具有其小水斑的沖落式馬桶在使用之后經(jīng)常需要手動清洗桶缸。虹吸式馬桶具有能夠利用桶缸中的較大預(yù)沖水體積和較大水斑來工作的優(yōu)點。這是可能的，因為在沖洗周期結(jié)束時，虹吸作用將預(yù)沖水體積的大部分從桶缸吸出。當(dāng)水箱再填充時，將再填充水的一部分引入桶缸中，以使預(yù)沖水體積恢復(fù)到其最初水位。以這種方式，即使桶缸中的水的起始體積相對于離開水箱的沖水明顯高，仍實現(xiàn)了很多管道法規(guī)所 要求的100 I的稀釋水平。在北美市場，虹吸式馬桶已獲得廣泛的認(rèn)可并且現(xiàn)在被視為馬桶的標(biāo)準(zhǔn)、公認(rèn)形式。在歐洲市場，沖落式馬桶仍舊較受認(rèn)可和流行。然而兩種形式在亞洲市場都很普遍。取決于用于實現(xiàn)沖洗作用的水壓通道的設(shè)計，重力驅(qū)動的虹吸式馬桶能進(jìn)一步分為三個常規(guī)類別。這些類別是非噴射式、邊緣噴射式、直噴式。在非噴射式桶缸中，所有的沖水離開水箱進(jìn)入桶缸入口區(qū)，并流過主歧管進(jìn)入邊緣通道中。水經(jīng)由一系列位于邊緣下方的孔繞桶缸的周邊分散。將這些孔中的一些的尺寸設(shè)計為較大，以允許較大的水流進(jìn)入桶缸中。需要相對高的流動速率來使水足夠快速地溢過排污管的堰，以在下支腿中轉(zhuǎn)移充足的空氣并啟動虹吸。關(guān)于桶缸的清潔和預(yù)沖水的交換，非噴射式桶缸通常具有足夠優(yōu)良的性能，但是在大塊去除方面的性能相對較差。水向排污管的供給效率低并且是湍流的，這更加難以充分地填充排污管的下支腿和啟動強(qiáng)有力的虹吸。由此，非噴射式馬桶的排污管通常直徑較小并且包含設(shè)計用于阻止水的流動的彎曲和收縮。如果沒有較小的尺寸、彎曲和收縮，則將不能實現(xiàn)強(qiáng)有力的虹吸。不幸的是，較小的尺寸、彎曲和收縮導(dǎo)致在大塊去除方面的較差性能和頻繁的堵塞——使終端用戶極端不滿的狀態(tài)。馬桶的設(shè)計者和工程師已通過加入“虹吸射流”來改進(jìn)虹吸式馬桶的大塊廢物的去除。在邊緣噴射式馬桶桶缸中，沖水離開水箱，流過歧管入口區(qū)并流過主歧管進(jìn)入邊緣通道中。一部分水經(jīng)由一系列位于邊緣下方的孔圍繞桶缸的周邊分散。剩余部分的水流過位于該邊緣前部的噴射器通道。此噴射器通道將邊緣通道連接到位于桶缸的集水槽中的噴射口。該噴射口的尺寸和位置設(shè)置為在排污管的開口處直接發(fā)出有力的水流。當(dāng)水流過噴射口時，其用于比在非噴射式桶缸中所能實現(xiàn)的更有效和更快速地填充排污管。此流向排污管的更有能量和更快速的水流使得馬桶能被設(shè)計成具有較大的排污管直徑和較少的彎曲和收縮，而這又相對于非噴射式桶缸提高了大塊廢物去除的性能。盡管較小體積的水從邊緣噴射式馬桶的邊緣流出，但是由于流過邊緣通道的水被加壓，所以桶缸的清潔功能一般是可接受的。這使水能以較高的能量離開邊緣孔，并且更有效地完成清潔桶缸的工作。盡管邊緣噴射式桶缸通常優(yōu)于非噴射式的，但是水必須穿過邊緣行進(jìn)到噴射口的長路徑消耗和浪費了大量可用能量。直噴式桶缸對此概念進(jìn)行了改進(jìn)，并在大塊廢物的去除方面提供更好的性能。在直噴式桶缸中，沖水離開水箱并流過桶缸入口和主歧管。在此點處，水分成兩部分通過邊緣進(jìn)口流向邊緣通道的部分，其主要目的是實現(xiàn)理想的桶缸清潔；以及通過噴射器進(jìn)口流向“直噴通道”的部分，該“直噴通道”將主歧管連接到馬桶桶缸的集水槽中的噴射口。直噴通道能采用不同的形式，有時為圍繞馬桶一側(cè)的單向的，或者是“雙饋送的”，其中對稱的通道沿將歧管連接到噴射口的兩側(cè)向下延伸。如同邊緣噴射式桶缸那樣，噴射口的尺寸和位置設(shè)置為在排污管的開口處直接發(fā)出有力的水流。當(dāng)水流過噴射口時，其用于比在非噴射式或邊緣噴射式桶缸中所能實現(xiàn)的更有效和更快速地填充排污管。該流向排污管的更有能量和更快速的水流使馬桶能被設(shè)計成具有較大的排污管直徑和最小的彎曲和收縮，而這又相對于非噴射式或邊緣噴射式桶缸提高了大塊廢物去除的性倉泛。一些發(fā)明已瞄準(zhǔn)通過直噴概念的優(yōu)化來提高虹吸式馬桶的性能。例如在美國專利No. 5，918，325中，通過改進(jìn)排污管的形狀來提高虹吸式馬桶的性能。在美國專利 No. 6，715，162中，通過使用沖洗閥以及水向桶缸中的非對稱流動來提高性能，該沖洗閥具有結(jié)合到入口中的半徑。 盡管直饋式噴射桶缸目前代表用于大塊廢物去除的技術(shù)狀態(tài)，但是仍然需要較大的改進(jìn)。政府機(jī)構(gòu)不斷要求市政水的用戶減少他們使用的水量。近年來大部分焦點已經(jīng)在降低馬桶沖洗操作所需要的水需求量。為了表明這一點，馬桶中每次沖洗使用的水量已經(jīng)被政府機(jī)構(gòu)從7加侖/沖洗(20世紀(jì)50年代之前)逐漸降低到5. 5加侖/沖洗(截止20世紀(jì)60年代末)，又降至3. 5加侖/沖洗(20世紀(jì)80年代)。1995年的國家能源政策法案現(xiàn)在要求在美國銷售的馬桶只能使用I. 6加侖/沖洗(6升/沖洗)的水量。最近在加利福尼亞州已經(jīng)通過條例，所述條例要求將水的用量進(jìn)一步降低到I. 28加侖/沖洗。當(dāng)將目前在專利文獻(xiàn)中所描述的以及可商業(yè)購買的I. 6加侖/沖洗的馬桶推行到這些較低的水消耗水平時，這些馬桶就失去了持續(xù)虹吸的能力。因而，如果不開發(fā)改進(jìn)的技術(shù)和馬桶設(shè)計，則制造商將被迫減小排污管的直徑并損害性能。需要解決的第二個相關(guān)領(lǐng)域是能夠利用雙沖洗周期工作的虹吸式馬桶的開發(fā)?！半p沖洗”馬桶被設(shè)計用于通過加入能夠根據(jù)需要去除的廢物來選擇不同耗水量的機(jī)構(gòu)來節(jié)水。例如，1.6加侖/沖洗周期能被用于去除固體廢物，而I. 2加侖或以下的循環(huán)用于去除液體廢物。現(xiàn)有技術(shù)的馬桶在I. 2加侖或以下通常難以產(chǎn)生虹吸。因而，設(shè)計者和工程師們減小了排污管的尺寸以克服該問題，損害固體廢物去除所需的I. 6加侖循環(huán)下的性能。需要改進(jìn)的第三領(lǐng)域是直噴式馬桶的桶缸清潔能力。由于直噴式桶缸的水壓設(shè)計，進(jìn)入邊緣通道的水不被加壓，而是，它僅在噴射器通道被填充或加壓后溢入邊緣通道中。結(jié)果就是離開邊緣的水具有很低的能量，并且直噴式馬桶的桶缸清潔功能通常次于邊緣噴射式和非噴射式。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在對能克服現(xiàn)有技術(shù)馬桶中的上述缺陷的馬桶的需求，所述馬桶不僅能夠抗堵塞，而且在沖洗期間允許充分的清潔，同時允許能夠符合水資源保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和政府指導(dǎo)方針
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于除去人體或其它廢物的重力驅(qū)動馬桶，該馬桶能在減少的水體積下工作，而不減損其去除廢物和清潔馬桶桶缸的能力。本發(fā)明的各種實施例的優(yōu)點包括，但不限于，提供一種避免現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點的抗堵塞馬桶，并且提供一種具有更有效的、加壓邊緣沖洗的直饋式噴射器馬桶。在這種情況下，本發(fā)明的實施例能提供一種具有更強(qiáng)有力的直噴的馬桶，該馬桶充分利用可為其所用的勢能。在此處的實施例中，該馬桶消除了用戶為達(dá)到清潔的桶缸而啟動多次沖洗周期的需要。本發(fā)明能提供一種自清潔馬桶，并且還在低于I. 6加侖/沖洗以及如0. 75加侖/沖洗低或更低的耗水量下提供所有的上述優(yōu)點。本發(fā)明的實施例提供一種虹吸式馬桶，該馬桶適于在不明顯損及排污管尺寸的情況下以“雙沖洗”模式操作。此外本發(fā)明可提供一種具有用于較高性能的水壓調(diào)節(jié)的、直噴路徑的馬桶和/或 提供一種降低水壓損失的馬桶。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供一種新的和改進(jìn)的虹吸式、重力驅(qū)動型的馬桶，該馬桶包括馬桶桶缸組件，該馬桶桶缸組件具有諸如通過從馬桶桶缸的底部的集水槽的出口延伸到污水管道的排污管與污水出口流體連通的馬桶桶缸。該馬桶桶缸具有沿著其上周邊的邊緣，該邊緣容納通過邊緣中的至少一個開口的用于清潔桶缸的沖水的持續(xù)加壓流。流進(jìn)入邊緣通道和直饋式噴射器中的噴射器通道，同時提供離開邊緣的持續(xù)加壓流。通過將內(nèi)部水壓通路的具體特征的相對橫截面面積保持在某一特定界限內(nèi)而大致同時地保持邊緣和噴射器通道中的壓力。因為申請人已發(fā)現(xiàn)邊緣的加壓提供更強(qiáng)和更長的射流，其能夠在不損失虹吸性能的情況下填充較大的排污管，所以在較低的耗水量下保持大塊廢物的去除性能和抗堵塞性。根據(jù)上文，在一個實施例中，本發(fā)明包括一種具有馬桶桶缸組件的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，該馬桶桶缸組件包括馬桶桶缸組件入口，其與流體源流體連通；馬桶桶缸，其具有環(huán)繞其上周邊并且限定邊緣通道的邊緣，該邊緣具有進(jìn)口和至少一個邊緣出口，其中該邊緣通道進(jìn)口與馬桶桶缸組件入口流體連通；桶缸出口，其與污水出口流體連通；以及直饋式噴射器，其與馬桶桶缸組件入口流體連通，用于從流體源接收流體，并且與桶缸出口流體連通，用于排放流體，其中該馬桶能夠在不大于大約6. 0升的沖洗體積下工作并且離開該至少一個邊緣出口的水被加壓，從而表示在沖洗周期中針對時間繪制的邊緣壓力的曲線的積分超過3in. H2O S0優(yōu)選以持續(xù)的方式對該至少一個邊緣出口加壓一段時間，例如至少I秒。該馬桶優(yōu)選能夠與通過直饋式噴射器的流動大致同時地從該至少一個邊緣出口提供持續(xù)的加壓流。此外，優(yōu)選地，使用此處的馬桶的優(yōu)選實施例，表示在沖洗周期中針對時間繪制的邊緣壓力的曲線的積分超過5in. H2O S。此外，在優(yōu)選實施例中，該馬桶能夠在不大于大約4. 8升的沖洗體積下工作。在又一實施例中，該馬桶桶缸組件進(jìn)一步包括與馬桶桶缸組件入口流體連通的主歧管，該主歧管能夠從馬桶桶缸組件入口接收流體，該主歧管還與邊緣通道和直饋式噴射器流體連通，用于將來自馬桶桶缸組件入口的流體引向邊緣通道和直饋式噴射器，其中主歧管具有橫截面面積(Apm);其中該直饋式噴射器具有進(jìn)口和出口，該進(jìn)口具有橫截面面積(Ajip)且該出口具有橫截面面積(A_)，并且進(jìn)一步包括在直饋式噴射器進(jìn)口與直饋式噴射器出口之間延伸的噴射器通道；并且其中該邊緣通道具有進(jìn)口，該進(jìn)口具有橫截面面積(Arip)并且該至少一個出口具有總橫截面面積(AMP)，其中Apffl>AJip>AJop(I)Apffl>Arip>Arop(II)Apm>l. 5 (AJop+Arop)(III)Arip>2. 5 Arop(IV)在一個優(yōu)選實施例中，主歧管的橫截面面積大于或等于直饋式噴射器出口的橫截面面積和至少一個邊緣出口的總橫截面面積的和的大約150%，并且更優(yōu)選地，邊緣進(jìn)口的橫截面面積大于或等于至少一個邊緣出口的總橫截面面積的大約250%。在其它實施例中，馬桶可進(jìn)一步包括能夠使用至少兩個不同的沖洗體積來使馬桶工作的機(jī)構(gòu)。馬桶桶缸組件可具有在與由馬桶桶缸的邊緣限定的平面橫向的方向上延伸的縱向軸線，其中該主歧管在與馬桶桶缸的縱向軸線大致橫向的方向上延伸。此外在另一實施例中，本發(fā)明包括一種具有馬桶桶缸組件的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，該馬桶桶缸組件包括馬桶桶缸組件入口，其與流體源連通；馬桶桶缸，其在其中限定用于接收流體的內(nèi)部空間；邊緣，其沿馬桶桶缸的上周邊延伸并且限定邊緣通道，其中該邊緣具有邊緣通道進(jìn)口和至少一個邊緣通道出口，其中該邊緣通道進(jìn)口與該馬桶桶缸組件入口流體連通，而該至少一個邊緣通道出口構(gòu)造為允許流過邊緣通道的流體進(jìn)入馬桶桶缸的內(nèi)部空間；桶缸出口，其與污水出口流體連通；以及直饋式噴射器，其具有進(jìn)口和出口，其中該直饋式噴射器進(jìn)口與馬桶桶缸組件入口流體連通，用于將流體引入桶缸的內(nèi)部的下部，其中馬桶桶缸組件構(gòu)造為使得邊緣通道和直饋式噴射器能夠以持續(xù)加壓的方式將流體引入桶缸。在一個優(yōu)選實施例中，該馬桶桶缸組件進(jìn)一步包括與馬桶桶缸組件入口流體連通的主歧管，該主歧管能夠從馬桶桶缸組件入口接收流體，并且該主歧管還與邊緣通道的進(jìn)口和直饋式噴射器的進(jìn)口流體連通，用于將來自馬桶桶缸組件入口的流體引向邊緣通道和直饋式噴射器，其中主歧管具有橫截面面積(Apm);其中該直饋式噴射器的進(jìn)口具有橫截面面積(Ajip),且直饋式噴射器的出口具有橫截面面積(Ajtjp);并且其中該邊緣通道的進(jìn)口具有橫截面面積(Ahp)并且該至少一個出口具有總橫截面面積(A_)，其中Apffl>AJip>AJop(I)Apffl>Arip>Arop(II)Apm>l. 5 (AJop+Arop)(HI)Arip>2. 5 Arop(IV)
優(yōu)選地，主歧管的橫截面面積大于或等于直饋式噴射器出口的橫截面面積和至少一個邊緣出口的總橫截面面積的和的大約150%，并且更優(yōu)選地，邊緣進(jìn)口的橫截面面積大于或等于至少一個邊緣出口的總橫截面面積的大約250%。在某些實施例中，馬桶可進(jìn)一步包括能夠使用至少兩個不同的沖洗體積來使馬桶工作的機(jī)構(gòu)。在一實施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括一種具有馬桶桶缸組件的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，該組件包括馬桶桶缸、直饋式噴射器和邊緣，該邊緣限定邊緣通道并具有至少一個邊緣開口，其中流體通過該直饋式噴射器并通過該至少一個邊緣開口引入桶缸，一種用于提供能夠在不大于大約6. O升的沖洗體積下工作的馬桶的方法，該方法包括通過馬桶桶缸組件入口從流體源引入流體，并將該流體引入直饋式噴射器中以及引入邊緣通道中，從而流體在壓力下從直饋式噴射器以及以持續(xù)加壓的方式從該至少一個邊緣開口流入馬桶桶缸的內(nèi)部，從而表示在沖洗周期中針對時間繪制的邊緣壓力的曲線的積分超過3in. H2O *s。在優(yōu)選實施例中，表示在沖洗周期中針對時間繪制的邊緣壓力的曲線的積分超過5in. H2O S。在優(yōu)選實施例中，該馬桶能夠在不大于大約4. 8升的沖洗體積下工作。在該方法中，該馬桶桶缸組件可進(jìn)一步包括與馬桶桶缸組件入口流體連通的主歧管，該主歧管能夠從馬桶桶缸組件入口接收流體，該主歧管還與邊緣通道和直饋式噴射器流體連通，用于將來自桶缸入口的流體引向邊緣通道和直饋式噴射器，其中主歧管具有橫截面面積(Apm);其中該直饋式噴射器具有進(jìn)口和出口，該進(jìn)口具有橫截面面積(Ajip)且該出 口具有橫截面面積(A_);并且其中該邊緣通道具有進(jìn)口，該進(jìn)口具有橫截面面積(Ahp)并且該至少一個出口具有總橫截面面積(AMP)，其中該方法進(jìn)一步包括構(gòu)造該桶缸，使得Apffl>AJip>AJop(I)Apffl>Arip>Arop(II)Apm>l. 5 (AJop+Arop)(HI)Arip>2. 5 Arop(IV)在該方法的優(yōu)選實施例中，主歧管的橫截面面積大于或等于直饋式噴射器出口的橫截面面積和至少一個邊緣出口的總橫截面面積的和的大約150%，并且更優(yōu)選地，邊緣進(jìn)口的橫截面面積大于或等于至少一個邊緣出口的總橫截面面積的大約250%。根據(jù)下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種其它優(yōu)點和特征將變得顯而易見，并且這些新穎性特征將特別在所附的權(quán)利要求中被指出。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，將更好地理解上面的概述以及下文中本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述。為了圖示本發(fā)明，附圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的實施例。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于圖示的確切布置和方法。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例用于馬桶的馬桶桶缸組件的縱向、剖視圖；圖2是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例流體通過用于馬桶的馬桶桶缸組件的不同部分的流動；圖3是圖I中的馬桶桶缸組件的內(nèi)部水腔的透視圖；圖4是圖I和3中的馬桶桶缸組件的內(nèi)部水腔的進(jìn)一步的分解透示圖；圖5是針對示例8-12的數(shù)據(jù)的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯示；圖6是在示例8-12的試驗的中心點處、也就是，示例12在進(jìn)入沖洗周期的I. 2秒時的CFD仿真的側(cè)視圖；圖7是示例8-12的出口總面積(以in2計量)與主歧管的橫截面積(以in2計量)之間的關(guān)系的圖表顯不;
圖8是針對示例13-17的數(shù)據(jù)的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯示；
圖9是在示例13-17的試驗的中心點處、示例17在進(jìn)入沖洗周期的I. 08秒時的CFD仿真的側(cè)視圖；圖10是示例13-17的出口總面積(以in2計量)與主歧管的橫截面積(以in2計量)之間的關(guān)系的圖表顯不;圖11是對比示例I的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不;圖12是對比示例2的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不;圖13是對比不例3的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不;圖14是對比示例4的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不;圖15是對比示例5的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不;圖16是對比示例6的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不; 圖17是不例7的壓力(以央寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯不；圖18是示例18中引用的現(xiàn)有技術(shù)馬桶的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯示，均是I. 28加侖/沖洗；和圖19是示例18的發(fā)明的馬桶的壓力(以英寸水柱(in. H2O)計量)和時間(以秒計量)之間關(guān)系的圖表顯示。
具體實施例方式此處描述的馬桶系統(tǒng)提供邊緣噴射系統(tǒng)以及直噴系統(tǒng)的有利特征。該馬桶系統(tǒng)的內(nèi)部水通道設(shè)計為使得離開直噴系統(tǒng)的邊緣的水被加壓。該馬桶能保持與目前I. 6加侖/沖洗的馬桶一致的抗堵塞性，同時仍能以減少的耗水量提供優(yōu)良的桶缸清潔度?，F(xiàn)在參照圖1，顯示了用于重力驅(qū)動的、虹吸式馬桶的馬桶桶缸組件的實施例。此處總體指示為10的馬桶桶缸組件顯示為沒有水箱。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，任何具有如此處所示和所述的馬桶桶缸組件10的馬桶都將在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且馬桶桶缸組件10可附接到與管道系統(tǒng)(未示出)接合的馬桶水箱(未示出)或壁裝式?jīng)_洗系統(tǒng)以形成根據(jù)本發(fā)明的馬桶。因而，任何具有此處的馬桶桶缸組件的馬桶都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且用于將流體引入馬桶桶缸組件入口以沖洗馬桶的特征和機(jī)構(gòu)，無論是水箱還是其它源，是不重要的，因為任意的這種水箱或水源都可與本發(fā)明的馬桶中的馬桶桶缸組件一起使用。如將在下文更加詳細(xì)說明的，具有根據(jù)本發(fā)明的馬桶桶缸組件的馬桶的優(yōu)選實施例能夠以不大于大約6升(I. 6加侖)/沖洗并且較優(yōu)選4. 8升/沖洗(I. 3加侖)并且更優(yōu)選3. 8升(I. 0加侖)/沖洗的沖水體積提供出眾的大塊廢物的去除和桶缸的清潔?；诒竟_，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，能夠以大約6. O升或更少的沖洗體積實現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)并不意味著該馬桶在較高的沖洗體積下將不會很好地起作用，而是實際上在較高的沖洗體積下通常將的確實現(xiàn)良好的沖洗性能，然而，此能力意味著能在寬廣范圍的沖洗體積下操作的馬桶即使在6. O升或以下的較低沖洗體積下仍能實現(xiàn)有利的廢物去除和桶缸清潔，以滿足艱難的水資源保持需求。如圖I中所示，馬桶桶缸組件10包括排污管12、邊緣14，該邊緣14構(gòu)造為在其中限定邊緣通道16。該邊緣通道中具有至少一個出口 18，該出口 18用于將諸如沖水的流體從該邊緣通道16內(nèi)引入桶缸20中。該組件包括底部的集水槽部22。直饋式噴射器24(如圖3和圖4中最好地顯示)包括在直饋式噴射器進(jìn)口 28與直饋式噴射器出口 30之間延伸的噴射器通道或通路26。如所示的，具有兩個這樣的通道26，所述通道26延伸以便在總體結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)繞桶缸20向外彎曲。通道通入單一直饋式噴射器出口 30，然而，基于本公開應(yīng)當(dāng)理解，可設(shè)置不只一個此直饋式噴射器出口，每個出口位于通道26的末端處或多個這種通道的末端處。然而，優(yōu)選將射流從如所示的雙通道集中到單一直饋式噴射器出口 30中。馬桶組件具有出口 32，該出口 32也是通向排污管12的總?cè)肟?。排污?2如所示地彎曲以在 沖洗時提供虹吸并且排空進(jìn)入污水出口 34。此外馬桶桶缸組件10具有馬桶桶缸組件入口 36，該馬桶桶缸組件入口 36與流體源(未示出)，諸如來自水箱(未示出)、壁裝式?jīng)_洗器等的沖水處于連通，每個流體源從城市或其它流體供給源提供流體，諸如水。如果表示出水箱，則將它在馬桶桶缸組件的后部上方聯(lián)接到馬桶桶缸組件入口 36上。可替代地，如果水箱位于馬桶桶缸組件入口 36上方，則其能與馬桶桶缸組件10的本體成一體。此水箱將容納用于啟動從桶缸到污水管道的虹吸的水以及用于在沖洗周期之后利用新水重新填充桶缸的閥機(jī)構(gòu)。任意這樣的閥或沖洗機(jī)構(gòu)都適于與本發(fā)明一起使用。本發(fā)明還能夠與各種雙沖洗或多沖洗機(jī)構(gòu)一起使用。因此基于本公開，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，任何與水源處于連通的能夠啟動沖洗虹吸并將水引入入口 36中的水箱、沖洗機(jī)構(gòu)等都可與此處的馬桶桶缸組件一起使用，包括那些本領(lǐng)域中已知的或在將來的某一天被研發(fā)的提供雙沖洗或多沖洗的機(jī)構(gòu)，只要此機(jī)構(gòu)能向桶缸組件提供流體并且與邊緣通道的進(jìn)口和直饋式噴射器的進(jìn)口處于流體連通。入口 36允許了從流體的入口到直饋式噴射器24和邊緣通道16的流體連通。優(yōu)選地，流體從入口 36首先流過主歧管38，從該主歧管38，流動分成進(jìn)入直饋式噴射器進(jìn)口28的第一流和進(jìn)入進(jìn)口 40流入邊緣通道16中的第二流。從直饋式噴射器進(jìn)口 28，流體流入噴射器通道26中并最終通過直饋式噴射器出口 30。從邊緣通道的進(jìn)口 40，流體優(yōu)選沿兩個方向(或馬桶桶缸組件也可形成為沿僅一個方向流動)流過邊緣通道并通過至少一個，并優(yōu)選多個邊緣出口 18流出。盡管邊緣出口可以各種橫截面形狀(圓形、方形、橢圓形、三角形、狹縫狀等)構(gòu)造，但優(yōu)選為便于制造，該出口的橫截面構(gòu)造優(yōu)選為大致弧形的，更優(yōu)選為大致圓形的。在根據(jù)本發(fā)明的包括如此處描述的馬桶桶缸組件10的馬桶中，沖水例如從水箱(未示出)通過馬桶桶缸組件入口 36進(jìn)入馬桶桶缸20中，并且優(yōu)選進(jìn)入主歧管38中。在該主歧管的距入口 36最遠(yuǎn)的末端42處，水分開。如上所述，水的第一流流過直饋式噴射器24的進(jìn)口 28并流入噴射器通道26中。如上所述，第二或剩余流通過邊緣進(jìn)口 40流入邊緣通道16中。直饋式噴射器通道26中的水流向集水槽22中的噴射器出口 30并在桶缸的出口處形成強(qiáng)烈的、加壓水流，該出口還是排污管口 32。此強(qiáng)烈加壓水流能夠迅速地在排污管12中啟動虹吸以抽空桶缸并將其內(nèi)含物排泄到與污水出口 34連通的污水管道。流過邊緣通道16的水引起強(qiáng)烈的、加壓水流，從而離開各個邊緣出口 18，其用于在沖洗周期中清洗桶缸。在圖2中，以流程圖說明此處的直饋噴射馬桶的水壓通路的優(yōu)選主要特征。水從水箱44流過沖洗閥46的出口和桶缸入口 36并流入馬桶桶缸組件10的主歧管38中。然后主歧管38將水分成兩股或多股流一股通過直饋式噴射器進(jìn)口 28進(jìn)入噴射器通道24中，而另一股通過邊緣進(jìn)口 40進(jìn)入邊緣通道16中。來自邊緣通道的水通過邊緣出口 18并進(jìn)入馬桶的桶缸20。來自噴射器通道26的水通過直饋式噴射器出口 30并與來自邊緣通道16的水在馬桶的桶缸20中再次會合。再會合的流通過到達(dá)污水出口 34的排污管12和排泄管道尚開桶缸。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的直饋噴射馬桶的內(nèi)部水通道的透視圖。主歧管38、噴射器通道24和限定通道的邊緣14與排污管12顯示為一個設(shè)計，其中部件以部分不連續(xù)視圖顯示，其中部件以一定距離斷開，該距離將是集水槽22的長度。在圖4中，主歧管38、噴射器通道24和邊緣14是分開的并以分解透視圖顯示以更好地示出邊緣進(jìn)口 40和直饋噴射 進(jìn)口 28。在如圖I、圖3和圖4中所示的本發(fā)明的實施例中，主歧管、噴射器通道和邊緣通道形成為連續(xù)腔。在其它實施例中，它們可作為獨立腔形成，并且在制造過程期間開孔以形成邊緣進(jìn)口和噴射進(jìn)口。還應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的馬桶桶缸組件中使用的實際幾何結(jié)構(gòu)能發(fā)生改變，但仍能保持圖2中概述的基本流動路徑。例如，直噴進(jìn)口能通往環(huán)繞桶缸的一側(cè)不對稱延伸的一個、單一噴射器通道?；蛘咚芡ㄍh(huán)繞桶缸的兩側(cè)對稱或不對稱延伸的兩個、雙噴射器通道。噴射器通道、邊緣通道、主歧管等延伸的通路能在三維中變化。各種直饋噴射馬桶的所有可能排列都可在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。然而，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過控制指定腔和通道的橫截面面積和/或體積，具有根據(jù)本發(fā)明的馬桶桶缸組件的馬桶可設(shè)置為在低沖洗體積下具有出眾的水壓性能，包括各種現(xiàn)有技術(shù)的邊緣饋送噴射器設(shè)計的桶缸清潔能力，同時還提供各種直饋式噴射器設(shè)計的大塊去除能力。直噴射式馬桶中的邊緣的加壓為桶缸的清潔提供了上述優(yōu)點，但是發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)它還能在無需明顯損及排污管的橫截面面積的情況下將高性能擴(kuò)展到非常低的沖洗體積。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)對邊緣加壓對水壓性能具有雙重作用。首先，離開邊緣孔的加壓水具有較高的速度，而這又對粘附于馬桶桶缸的廢物施加較大的剪切力。因而，較少的水能分配到邊緣，而更多的水能分配到噴射器。其次，當(dāng)邊緣加壓時，它在整個邊緣進(jìn)口上施加增加的背壓，而這又增加噴射水的動力和持續(xù)時間。這兩個因素聯(lián)合提供了更長和更強(qiáng)的射流，允許馬桶設(shè)計者選擇使用具有較大體積而不損失虹吸性能的排污管。因而，對邊緣加壓不僅提供更強(qiáng)大的邊緣沖洗，而且它還提供了更強(qiáng)大的噴射，通過減少沖洗邊緣所需的水來實現(xiàn)較低的耗水量，并且在沒有虹吸損失的情況下使較大的排污管能在低沖洗體積下使用。實現(xiàn)上述優(yōu)點并以不大于約6. 0升/沖洗(I. 6加侖/沖洗)的沖洗體積提供出眾的馬桶性能的能力依賴于大體同時地對邊緣通道16和直噴通道24進(jìn)行加壓，從而強(qiáng)大的加壓水流大體同時從噴射器出口 30和邊緣出口 18流動。如此處所使用的，“大體同時”流動和加壓意味著通過邊緣的加壓流和直噴通道流中的每一個對于它們發(fā)生時間的至少一部分時間是同時發(fā)生的，然而，對于向邊緣和噴射器通道的流動的具體開始和停止時間可稍稍改變。也就是說，通過噴射器的流動可在與以加壓流通過邊緣通道出口的水的進(jìn)入不同的時間直接向下流過噴射器通道并從噴射器出口流出并且進(jìn)入集水槽區(qū)，而且這些流動中的一個可在另一個之前停止，但在沖洗周期的至少一部分中，流動同時發(fā)生。邊緣通道16和直噴通道24的加壓優(yōu)選通過保持如關(guān)系(I)-(IV)中那樣相對橫截面面積來實現(xiàn)Apffl>AJip>AJop(I)
_] Apffl>Arip>Arop(II)Apm>l. 5 (AJop+Arop)(III)Arip>2. 5 Arop(IV) 其中Apm是主歧管，諸如主歧管38的橫截面面積，是噴射器進(jìn)口，諸如直饋式噴射器進(jìn)口 28的橫截面面積，A,ip是邊緣進(jìn)口，諸如邊緣進(jìn)口 40的橫截面面積，Ajtjp是噴射器出口，諸如直饋式噴射器出口 30的橫截面面積，而Amp是邊緣出口，諸如邊緣出口 18的 總的橫截面面積。將水通道的幾何結(jié)構(gòu)保持在這些參數(shù)內(nèi)允許馬桶將可通過水箱中的水的重力壓頭(gravity head)得到的勢能最大化,這在將減少的水體積用于沖洗周期時變得非常關(guān)鍵。此外，將水通道的幾何結(jié)構(gòu)保持在這些參數(shù)內(nèi)實現(xiàn)直饋噴射馬桶中的邊緣和噴射器通道的大致同時加壓，使在大塊去除和桶缸清潔兩方面的性能最大化。如此處測量的，為了評估這些關(guān)系，所有面積參數(shù)被用于表示入口 /出口面積的和。例如，由于優(yōu)選具有多個邊緣出口，所以邊緣出口的面積是所有每個出口的單個面積的和。類似地，如果使用多個射流通道或出口 /進(jìn)口，那么噴射器入口面積或噴射器出口面積將分別是所有噴射器進(jìn)口的面積的和，和所有噴射器出口的面積的和。參照關(guān)系(III)和(IV)，盡管關(guān)于主歧管的面積與邊緣出口和直饋式噴射器出口的面積的和的比率，以及邊緣進(jìn)口與邊緣出口的面積的比率，此關(guān)系提供了大致最小值，但是應(yīng)當(dāng)理解，此比率能達(dá)到最大值，在該最大值處，諸如此處所述的益處可能不容易實現(xiàn)。此外對于此比率還存在這些值，即，性能在所述值處是最可能最有益的。由此，優(yōu)選關(guān)于關(guān)系(III)，主歧管的面積與邊緣出口和直饋式噴射器出口的面積的和的比率為從大約150%到大約2300%，并且更優(yōu)選從大約150%到大約1200%。此外關(guān)于關(guān)系(IV)，優(yōu)選邊緣進(jìn)口與邊緣出口的面積的比率為大約250 %到大約5000 %，并且更優(yōu)選從大約250 %到大約3000%。能滿足這些參數(shù)的面積的代表示示例在下面的表I中示出。表I參數(shù)Ai 、IW枳(平磁大[ill IM (平優(yōu)選Iii小IM 優(yōu)選Jfi大iWIM
方英寸)方矩寸)I f方鏈寸)C f: JI英-)
Apm3203.515
Atip2.515412Ai-0.650.853.5 4,1.515212 Arop0,350.44
IpJdp+150%2300%150%1200%
AripI Amp250" 5000%250%3000%噴射器通道的橫截面面積Ajc和邊緣通道的橫截面面積Am也是重要的，但不如在上文的關(guān)系(I)-(IV)中所述的因素那樣重要。一般地，噴射器通道應(yīng)具有使得橫截面面積的范圍在Ajip與Ajtjp之間的尺寸。然而，實際上，噴射器通道總是至少部分地填充水，這使噴射器通道的橫截面面積的上邊界稍微不那么關(guān)鍵。然而，明顯地存在噴射器通道變得太收縮或太擴(kuò)張的點。邊緣通道的橫截面面積也不較不重要，因為在沖洗周期中不打算對邊緣進(jìn)行完全填充。計算流體動力(CFD)仿真清楚地顯示水沿邊緣通道的下壁流動，并且當(dāng)所有的邊緣出口變得充滿時，壓力開始在水層上方的空氣中形成。增加邊緣的尺寸將因而成比例地降低邊緣壓力。但在美學(xué)上可接受的馬桶邊緣的預(yù)期范圍之內(nèi)，影響可能是微小的。當(dāng)然，也存在邊緣的橫截面面積變得太收縮的下限。在最小值處，邊緣通道的橫截面面積應(yīng)超過邊緣出口的總面積。除了上述四種關(guān)系之外，某些其它幾何學(xué)的細(xì)節(jié)也與實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選功能有關(guān)。一般地，所有的水通道和進(jìn)出口(port)應(yīng)優(yōu)選設(shè)計為避免不必要的流動收縮。收縮能作為通道或進(jìn)出口的過度狹窄或通過過多的彎曲、角度或其它流路方向的變化的結(jié)果而存在。例如，噴射器通道能具有在理想范圍內(nèi)的橫截面面積，但是如果其急劇轉(zhuǎn)向，則能量將由于方向變化產(chǎn)生的湍流而損失?；蛘撸瑖娚淦鞯臋M截面面積的平均值可能在理想范圍內(nèi)，但是如果其橫截面面積變化使得存在收縮或大的開口，則將減損它的性能。此外，通道應(yīng)設(shè)計為在不過度使水的流動收縮的情況下將填充通道所需的體積減到最小。此外，流動的水所遇到的進(jìn)出口的角度能對進(jìn)出口的有效橫截面面積有影響。例如，如果邊緣進(jìn)口置于與水的流路平行的位置，則與如果相等橫截面面積的進(jìn)出口垂直于流動的方向布置相比，更少的水將進(jìn)入進(jìn)出口。同樣地，通過馬桶的水壓通道的水的主要流動是向下的。流動的水沿向下方向定位的進(jìn)出口將比那些沿向上方向布置的進(jìn)出口具有更大的有效面積。實際上，本發(fā)明下的高性能、低耗水量馬桶能容易地通過本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)來制造。主歧管、噴射器進(jìn)口、邊緣進(jìn)口、邊緣通道、噴射器通道、噴射器出口和邊緣出口的幾何結(jié)構(gòu)和橫截面面積能通過用于流鑄的模具的幾何結(jié)構(gòu)控制或者使用計量器或模板通過手工精確切削出?，F(xiàn)在將通過下面的非限定性示例和對比示例對本發(fā)明進(jìn)行說明。示例、
此處提供示例來論證本發(fā)明的效用，但并不意于限制本發(fā)明的范圍。來自示例的數(shù)據(jù)在表2中匯總。在所有的后續(xù)示例中，將提出并討論對比馬桶和本發(fā)明馬桶的若干幾何方面。幾何因素限定和測量如下“沖洗閥出口的面積”:其通過測量沖洗閥的最底部的內(nèi)徑來計算，水通過該沖洗
閥尚開并進(jìn)入主歧管。
“主歧管的橫截面面積”其被測量為馬桶的主歧管在距桶缸入口的邊緣下游2英寸(5. 08cm)的距離處的橫截面面積。在那個區(qū)域?qū)ⅠR桶剖開，并通過與0. 10英寸(0. 254cm)的方形網(wǎng)格的比較來測量橫截面的幾何尺寸。“噴射器進(jìn)口面積”:其被定義為在水進(jìn)入噴射器通道之前緊接的通道的橫截面面積。在一些馬桶設(shè)計中，此進(jìn)出口被明確地定義為噴射通路與邊緣通路之間的手工切削或沖壓的開口。在其它設(shè)計中，諸如圖I和圖3中所示的設(shè)計中，通路更流暢，并且從主歧管到噴射器通道的過渡不太突然。在此情形中，將噴射器進(jìn)口認(rèn)為是主歧管與噴射器通道之間的合理過渡，如圖4中所示?！斑吘夁M(jìn)口面積”:其被定義為流路在主歧管與邊緣通道之間的過度點處的橫截面面積。在一些馬桶設(shè)計中，該進(jìn)出口被明確地定義為噴射通路與邊緣通路之間的手工切削或沖壓的開口。在其它設(shè)計中，諸如圖I和圖3中所示的設(shè)計中，通路更流暢，并且從主歧管到邊緣通道的過渡不太突然。在此情形中，將邊緣進(jìn)口認(rèn)為是主歧管與邊緣通道之間的合理過渡，如圖4中所示。“噴射器出口面積”其通過制作噴射口的粘土印模并將其與具有0. 10英寸(0. 254cm)截面的網(wǎng)格相比較來測量?！斑吘壋隹诿娣e”:其通過測量邊緣孔的直徑并且對于每個給定直徑乘以孔的數(shù)量來計算。“集水槽體積”:其是在溢出堰之前能注入馬桶的桶缸中的水的最大量。它包括桶缸本身的體積以及由該堰確定的平衡水位之下的噴射器通道和排污管的體積?！芭盼酃苤睆健?其通過使具有1/16英寸的直徑增量的球體通過該排污管來測量。將通過排污管的整個長度的最大球限定排污管直徑。“排污管體積”:其是排污管的從集水槽中的入口到污水排泄管處的出口的整個長度的體積。其通過堵塞排污管的出口并用水填充排污管的整個長度，直到水向著排污管入口倒流來測量。在填充期間必須改變桶缸的位置以確保水通過并填充整個腔?！胺逯盗鲃铀俾省?其通過啟動整個馬桶系統(tǒng)的沖洗周期并將從馬桶的出口排放的水直接收集到放在數(shù)字天平上的容器中來測量。該天平聯(lián)接到具有數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的計算機(jī),并且每0. 05秒記錄容器中的質(zhì)量。將峰值流動速率確定為質(zhì)量關(guān)于時間的導(dǎo)數(shù)(dm/dt)的最大值?！胺逯盗鲃訒r間”:其與峰值流量測量一起計算為在沖洗周期的啟動與峰值流動速率的出現(xiàn)之間的時間。“邊緣壓力”其通過在將邊緣進(jìn)口的位置看作12 00的情況下在馬桶邊緣的頂部中的位于9點鐘位置的鉆孔來測量。在該孔與Pace Scientific P300_10”D壓力傳感器之間實現(xiàn)氣密連接。該傳感器聯(lián)接到數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)并在沖洗期間每隔0. 005秒記錄壓力讀數(shù)。然后通過取八個連續(xù)讀數(shù)的平均值來平滑這些數(shù)據(jù)，產(chǎn)生0.040秒的時間間隔。此外對于各種試驗馬桶的幾何結(jié)構(gòu)，使用CFD仿真來計算整個沖洗周期過程中的邊緣壓力。用于CFD仿真的壓力計算的間隔時間也是0. 040秒?！巴案讻_刷”:其通過將由2部分的醬料與一部分的水混合而制成的醬的均勻涂層涂覆到桶缸的內(nèi)部。在沖洗馬桶之前允許對該材料進(jìn)行為期三分鐘的干燥，以評估其桶缸清潔性能。半定量的“桶缸沖刷得分”使用如下的等級來給出5-在一次沖洗中將所有的測試介質(zhì)完全地從桶缸表面沖掉。
·3-在一次沖洗之后，在桶缸表面上，留下總面積大于I平方英寸未清潔掉，并通過第二次沖洗完全除去。2-在兩次沖洗之后，在桶缸表面上，留下總面積小于1/2平方英寸未清潔掉。I-在兩次沖洗之后，在桶缸表面上，留下大于1/2平方英寸的面積未清潔掉。0-在三次沖洗之后，在桶缸表面上，留下大于1/2平方英寸的面積未清潔掉。示例I (對比)對可商業(yè)購買的具有對稱、雙直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為關(guān)于大塊去除的性能非常好，所又在 MaP (Veritec Consulting Inc.，08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, ON,Canada)測試上得分超過1000g，但不對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行加壓。圖11顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。沒有觀察到持續(xù)的壓力，只看到由于動態(tài)波動的小峰值。壓力-時間曲線的積分是0. IQinH2O S，表示幾乎完全沒有加壓。在表2中，缺乏邊緣加壓的原因是明顯的。該馬桶沒能滿足本說明書中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，最顯著之處在于邊緣出口面積實際上大于邊緣進(jìn)口面積，并且是此處所述的兩倍那么大或更大。此外主歧管的橫截面面積對于邊緣出口面積和噴射器出口面積的組合尺寸而言太小。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到4分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 17加侖下未能持續(xù)虹吸。在I. 17加侖下，桶缸沖刷得分降到3。示例2 (對比)對可商業(yè)購買的具有單一直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為對于大塊去除的性能非常好，所又在 MaP (Veritec Consulting Inc. , 08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, ON, Canada)測試上得分超過1000g，但不對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行加壓。圖12顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。沒有觀察到持續(xù)的壓力，只看到在基線上方的由于動態(tài)波動的非常微弱的信號。壓力-時間曲線的積分是0. 13in. H2O *s，表示幾乎完全沒有加壓。在表2中，缺乏邊緣加壓的原因是明顯的。該馬桶沒能滿足本說明書中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。邊緣進(jìn)口面積小于邊緣出口面積的兩倍，并且主歧管的橫截面面積對于邊緣出口面積和噴射器出口面積的組合尺寸而言太小。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 33加侖下未能持續(xù)虹吸。在I. 33加侖下，桶缸沖刷得分降到I。示例3 (對比)對可商業(yè)購買的具有對稱、雙直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為對于大塊去除的性能非常好，所又在 MaP (Veritec Consulting Inc. , 08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, 0N，Canada)測試上得分超過lOOOg，但不對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行充分加壓。圖13顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。檢測到了微弱的、不穩(wěn)定信號，但持續(xù)至少一秒的最大壓力僅為0. 2in. H2O0壓力-時間曲線的積分是I. 58in. H2O s，表不最小和無效的加壓。在表2中，缺乏邊緣加壓的原因是明顯的。邊緣進(jìn)口面積小于邊緣出口面積的兩 倍。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 31加侖下未能持續(xù)虹吸。在I. 31加侖下，桶缸沖刷得分降到I。示例4 (對比)對可商業(yè)購買的具有對稱、雙直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為對于大塊去除的性能非常好，在 MaP (Veritec Consulting Inc. , 08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, ON, Canada)測試上得分超過lOOOg，但不對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行加壓。圖14顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。沒有觀察到持續(xù)的壓力，只看到在基線上方的由于動態(tài)波動的非常微弱的信號。壓力-時間曲線的積分是0. 15in. H2O *s，表示幾乎完全沒有加壓。在表2中，缺乏邊緣加壓的原因是明顯的。邊緣進(jìn)口面積小于邊緣出口面積的兩倍。此外，邊緣進(jìn)口幾乎平行于流動的方向定位，這大大降低了其有效橫截面面積。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 31加侖下未能持續(xù)虹吸。在I. 31加侖下，桶缸沖刷得分降到4。示例5 (對比)對可商業(yè)購買的具有對稱、雙直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為對于大塊去除的性能非常好，在 MaP (Veritec Consulting Inc. , 08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, ON, Canada)測試上得分超過800g，但不以持續(xù)的方式對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行加壓。圖15顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。檢測到短暫的、不穩(wěn)定信號，在基線上方?jīng)]有壓力持續(xù)至少一秒。壓力-時間曲線的積分是I. llin. H2O *s，表示最小和無效的加壓。在表2中，缺乏邊緣加壓的原因是明顯的。邊緣進(jìn)口面積小于邊緣出口面積的2. 5倍，這妨礙了馬桶實現(xiàn)持續(xù)的邊緣壓力和由此產(chǎn)生的性能的大幅提升，即使所有的其它參數(shù)都已滿足。
在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 39加侖下未能持續(xù)虹吸。在I. 39加侖下，桶缸沖刷得分降到2。示例6 (對比)對可商業(yè)購買的具有單一直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗馬桶進(jìn)行幾何學(xué)和性能分析。該馬桶代表許多可商業(yè)購買的直饋噴射馬桶，因為對于大塊去除的性能非常好，在MaP (Veritec Consulting Inc. , 08 年 11 月的 MaP 13th 版，Mississauga, ON, Canada)測試上得分超過700g，但不對被引向邊緣的用于桶缸清潔的最少水進(jìn)行加壓。圖16顯示了在沖洗周期中在邊緣中記錄的壓力曲線。檢測到微弱的信號，但是持續(xù)至少一秒的最大壓力僅為0. 5in. H2O0壓力-時間曲線的積分是2. 13in. H2O s，表示最小和無效的加壓。在表2中，最小邊緣加壓的原因是明顯的。邊緣進(jìn)口面積小于邊緣出口面積的2. 5倍，這妨礙了馬桶實現(xiàn)持續(xù)的邊緣壓力和由此產(chǎn)生的性能的大幅提升，即使所有的其它參 數(shù)都已滿足。有益地觀察到示例6的馬桶的進(jìn)出口尺寸與示例4的馬桶的進(jìn)出口尺寸非常相似，然而前者具有幾乎是后者15倍大的壓力時間積分。這種情形的原因是如上文所討論的進(jìn)出口的定向。示例4的馬桶中的主歧管朝向噴射器進(jìn)口向下傾斜，其引導(dǎo)水離開邊緣進(jìn)口流動，降低了其有效橫截面面積。示例6的馬桶具有與圖I中所示類似的水平主歧管。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在I. 28加侖下未能持續(xù)虹吸。在
I.28加侖下，桶缸沖刷得分降到3。示例7 (本發(fā)明)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例制造具有雙直饋式噴射器的I. 6加侖/沖洗的馬桶。該馬桶的幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)計與圖I和圖3中所示的相同。馬桶在大塊去除上的性能與上文的可商業(yè)購買的示例相似，在MaP測試中能夠得分lOOOg。如在表2中所見，水壓通路中的所有進(jìn)出口和通道的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)在由本發(fā)明規(guī)定的限制內(nèi)。主歧管的橫截面面積為6. 33in2，噴射器進(jìn)口面積為4. 91in2，邊緣進(jìn)口面積為2. 96in2，噴射器出口面積為I. 24in2，而邊緣出口面積為0. 49in2。還保持進(jìn)出口尺寸之間的臨界比主歧管的橫截面面積與邊緣出口和噴射器出口的橫截面面積的和的比率為3. 66。而邊緣進(jìn)口面積與邊緣出口面積的比率為
6.04，大大高于對比示例。如在圖17中所見，在沖洗周期中在邊緣中測量到強(qiáng)大的、持續(xù)壓力。5in. H2O的壓力保持至少一秒并且壓力-時間曲線的積分為15.3，大大超過現(xiàn)有技術(shù)中所看到的值。在桶缸沖刷測試中，該馬桶在I. 6加侖/沖洗下得到5分。為對較低水體積下的沖洗能力進(jìn)行評估，將水箱中的水位逐漸降低，直到馬桶在0. 81加侖下未能持續(xù)虹吸。在0. 81加侖下，桶缸沖刷得分降到4。然而，當(dāng)將沖洗體積增加到在示例1-6中得到的最小沖洗體積I. 17加侖時，桶缸沖刷得分保持在5的最大值。此外應(yīng)當(dāng)注意，在雙沖洗應(yīng)用中，因為假定低體積循環(huán)將僅用于液體廢物，所以桶缸清潔能力不那么關(guān)鍵。如0. 81加侖低實現(xiàn)的持續(xù)虹吸使該馬桶理想地適合于雙沖洗應(yīng)用。示例8-12 (本發(fā)明)執(zhí)行CFD仿真以進(jìn)一步論證本發(fā)明的范圍和效用。在CFD中研究的馬桶的總體設(shè)計在圖I和圖3中所示。然而，對具體尺寸進(jìn)行了改變以示出由此產(chǎn)生的對沖洗性能和在馬桶的邊緣中產(chǎn)生和保持的壓力的影響。第一組仿真使用具有2in.直徑出口的沖洗閥，該沖洗閥的2in.直徑對應(yīng)于3. 14in2的沖洗閥出口面積。在保持沖洗閥出口面積恒定的同時，整個水壓通路的橫截面面積(即，主歧管、邊緣進(jìn)口、噴射器進(jìn)口、邊緣通道和噴射器通道的橫截面面積)在高設(shè)定與低設(shè)定之間改變。同樣地，噴射器進(jìn)出口和邊緣進(jìn)出口面積在高設(shè)定與低設(shè)定之間改變以產(chǎn)生22個設(shè)計的試驗?？拷鼌^(qū)間的中心添加點產(chǎn)生如表2和圖5中的示例8-12所示的五個CFD仿真。如在表2和圖5中能看到的，在所有情形中，lin. H2O以上的邊緣加壓持續(xù)幾乎2秒鐘。所觀察到的趨勢較為有益，并且支持本發(fā)明的論斷。邊緣壓力隨著噴射器出口面積和邊緣出口面積的降低而增加。圖7示出了峰值邊緣壓力作為總的邊緣和噴射器出口面積以及水壓通路的總橫截面的函數(shù)的等值線圖。減小噴射器出口面積和邊緣出口面積對最大邊緣壓力具有較強(qiáng)的正效應(yīng)。同樣地，減小整個水壓通路的橫截面面積也具有正效應(yīng)。這是因為較大的水壓通路需要更多的水來填充，并且用于填充該腔的水是有效能源的無效使用。水壓通路需要最優(yōu)地具有能處理沖洗閥的流動輸出的尺寸。遵循本發(fā)明中概述的指導(dǎo) 思想能實現(xiàn)此最優(yōu)。圖6顯示了用于試驗的中心點，示例12，在進(jìn)入沖洗周期I. 2秒時的計算流體動力仿真的側(cè)視圖。能夠看到邊緣的下部被水覆蓋。流動被邊緣出口的尺寸和在邊緣中的水上方的空氣中形成的壓力所限制。結(jié)果是在仿真的桶缸部分中能看到均勻、有力的邊緣沖洗。應(yīng)當(dāng)注意，示例7中描述的馬桶落入該計算流體動力試驗的區(qū)間中?；趫D7中的CFD獲得的等值線圖，示例7的馬桶應(yīng)具有6-7in. H2O的峰值邊緣壓力，其稍稍低于大約9in. H2O的試驗測量值。然而，壓力-時間曲線的總體形狀上的一致性是顯著的，并且強(qiáng)有力地支持本發(fā)明的對優(yōu)良馬桶設(shè)計的指導(dǎo)思想。示例13-17 (本發(fā)明)執(zhí)行另外的CFD仿真以進(jìn)一步論證本發(fā)明的范圍和效用。在CFD中研究的馬桶的總體設(shè)計在圖I和圖3中所示。然而，對具體尺寸進(jìn)行了改變以示出由此產(chǎn)生的對沖洗性能和在馬桶的邊緣中產(chǎn)生和保持的壓力的影響。該第二組仿真使用具有3in.直徑出口的沖洗閥，該沖洗閥的3in.直徑對應(yīng)于7. 06in2的沖洗閥出口面積。此外增加排污管尺寸以利用可通過3英寸閥實現(xiàn)的較高流動。在保持沖洗閥出口面積恒定的同時，整個水壓通路的橫截面面積(即，主歧管、邊緣進(jìn)口、噴射器進(jìn)口、邊緣通道和噴射器通道的橫截面面積)在高設(shè)定與低設(shè)定之間改變。同樣地，噴射器進(jìn)出口和邊緣進(jìn)出口面積在高設(shè)定與低設(shè)定之間改變以產(chǎn)生22個設(shè)計的試驗?？拷鼌^(qū)間的中心添加點產(chǎn)生如表2和圖8中的示例13-17所示的五個CFD仿真。為減少計算時間，仿真不運行至結(jié)束。但如在表2和圖8中能看到的，在所有情形中實現(xiàn)持續(xù)的邊緣加壓。所觀察到的趨勢較為有益，并且支持本發(fā)明的論斷。邊緣壓力隨著噴射器出口面積和邊緣出口面積的降低而增加。圖10顯示了峰值邊緣壓力作為總的邊緣和噴射器出口面積以及水壓通路的總橫截面的函數(shù)的等值線圖。減小噴射器出口面積和邊緣出口面積對最大邊緣壓力具有較強(qiáng)的正效應(yīng)。然而，與2英寸閥的仿真不同，減小整個水壓通路的橫截面面積對邊緣壓力具有負(fù)效應(yīng)。這是因為較大的水壓通路需要最優(yōu)地處理3英寸沖洗閥的較大流動輸出。在3英寸沖洗閥仿真中，所選的用于高和低的設(shè)定在整個水壓通路的橫截面面積的理論最優(yōu)值之下，而對于2英寸仿真，所選的設(shè)定稍稍在此最優(yōu)值之上。然而，在整個范圍中，由此產(chǎn)生的馬桶設(shè)計在較低沖洗體積下的大塊去除和清潔度方面的性能將超過當(dāng)前可用的那些馬桶設(shè)計。圖9顯示了用于試驗的中心點，示例17，在進(jìn)入沖洗周期I. 08秒時的計算流體動力仿真的側(cè)視圖。能夠看到邊緣的下部被水覆蓋。流動被邊緣出口的尺寸和在邊緣中的水上方的空氣中形成的壓力所限制。結(jié)果是在仿真的桶缸部分中能看到均勻、有力的邊緣沖洗。整體來看，來自示例13-17的數(shù)據(jù)表明對于在I. 6加侖/沖洗或以下工作的直噴射式馬桶，本發(fā)明可擴(kuò)展到所有可能的幾何結(jié)構(gòu)。示例18 (本發(fā)明)為論證本發(fā)明的有效性，利用I. 28加侖的減小沖洗體積來對基于本發(fā)明(示例7)制造的馬桶和來自現(xiàn)有技術(shù)(示例6)的馬桶的邊緣中的壓力進(jìn)行測量。在I. 6加侖下加壓到2. 13in. H2O *s的現(xiàn)有技術(shù)的馬桶在該減小體積下幾乎損失了其所有的加壓能力，衰退到 0.28in.H20.s (見圖18)。相比之下，基于本發(fā)明的馬桶在I. 28加侖/沖洗下?lián)p失不到其加壓的 20%，保持 12. 64in. H2O s (見圖 19)。表權(quán)利要求
1.一種具有馬桶桶缸組件的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，所述馬桶桶缸組件包括 馬桶桶缸組件入口，與流體源連通； 馬桶桶缸，在其中限定出內(nèi)部空間，用于接收流體； 邊緣，沿所述馬桶桶缸的上周邊延伸并且限定邊緣通道，其中所述邊緣具有邊緣通道進(jìn)口和至少一個邊緣通道出口，其中所述邊緣通道進(jìn)口與所述馬桶桶缸組件入口流體連通，而所述至少一個邊緣通道出口構(gòu)造為允許流過所述邊緣通道的流體進(jìn)入所述馬桶桶缸的內(nèi)部空間； 桶缸出口，與污水出口流體連通；以及 直饋式噴射器，具有進(jìn)口和出口，其中該直饋式噴射器進(jìn)口與所述馬桶桶缸組件入口流體連通，用于將流體引入所述桶缸的內(nèi)部的下部， 其中所述馬桶桶缸組件構(gòu)造為使得所述邊緣通道和所述直饋式噴射器能夠以持續(xù)加壓的方式將流體引入所述桶缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，其中所述馬桶桶缸組件進(jìn)一步包括 主歧管，與所述馬桶桶缸組件入口流體連通，所述主歧管能夠從所述馬桶桶缸組件入口接收流體，并且所述主歧管還與所述邊緣通道的進(jìn)口和所述直饋式噴射器的進(jìn)口流體連通，用于將來自所述馬桶桶缸組件入口的流體引向所述邊緣通道和所述直饋式噴射器，其中所述主歧管具有橫截面面積(Apm)； 其中所述直饋式噴射器的進(jìn)口具有橫截面面積(A_)，并且所述直饋式噴射器的出口具有橫截面面積(Ajtjp);以及 其中所述邊緣通道的進(jìn)口具有橫截面面積(AHP)，并且所述至少一個出口具有總橫截面面積(Amp)， 其中 Apm〉A(chǔ)jip〉A(chǔ)j0P(I) Apm〉A(chǔ)rip〉A(chǔ)rop(II) Apm>l. 5 (AJop+Arop)(HI) Arip>2. 5 Arop。(IV)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，其中所述主歧管的橫截面面積大于或等于所述直饋式噴射器出口的橫截面面積和所述至少一個邊緣出口的總橫截面面積之和的大約150%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，其中所述邊緣進(jìn)口的橫截面面積大于或等于所述至少一個邊緣出口的總橫截面面積的大約250%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，其中所述馬桶進(jìn)一步包括使用至少兩個不同的沖洗體積來實現(xiàn)所述馬桶的操作的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
能夠在減少的沖洗體積下工作的高性能馬桶。提供一種虹吸式、重力驅(qū)動的馬桶，該馬桶包括具有馬桶桶缸的馬桶桶缸組件。該馬桶桶缸具有邊緣通道和直饋式噴射器通道，該邊緣通道沿馬桶桶缸的上周邊設(shè)置，而該直饋式噴射器通道允許諸如水的流體從馬桶桶缸組件的入口流向直饋式噴射器出口，流入馬桶桶缸的內(nèi)部，桶缸的集水槽中。該邊緣通道包括至少一個邊緣通道出口。在該馬桶中，將馬桶桶缸組件入口、通向邊緣通道的進(jìn)口以及通向直饋式噴射器通道的出口的橫截面面積構(gòu)造為最優(yōu)化，以在低沖洗體積(不大于大約6.0升/沖洗)下提供顯著改進(jìn)的水壓功能。該水壓功能在廢物的大塊去除和桶缸的清潔方面得到改進(jìn)。
文檔編號E03D3/12GK102747764SQ20121014258
公開日2012年10月24日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·格羅弗 申請人:As知識產(chǎn)權(quán)控股有限公司