本發(fā)明涉及一種水輪機動力抽吸式馬桶，特別是一種利用自來水做動力，驅動水輪機實現攪碎抽吸功能的水輪機動力抽吸式馬桶。

背景技術：

目前，馬桶生產廠家眾多，款式多樣，共同技術缺陷有四種：其一，能源浪費導致水資源浪費。自來水既是清洗劑又是能源，將糞便沖過S彎進入下水道，所需能量完全來自自來水。伯努利方程：是流體機械能守恒的表達式。若將式中各項的單位由n/m²改寫為n*m/m³(即j/m³)就會發(fā)現：式中三項表示三種流體機械能的能量密度，其中表示動能密度，ρgh表示重力勢能密度，P表示因水壓而具有的另一種勢能密度。關閉自來水閘閥時，自來水的能量密度等于p+ρgh，此時壓力P非常大(達到數個大氣壓)說明自來水的能量密度非常大。打開閘閥時P和ρgh可隨機轉化為成為沖馬桶的理想能源。但是目前幾乎所有馬桶在將自來水注入水箱的過程中，其能量幾乎耗盡，僅剩下ρgh，且h僅為水箱中水面與S彎封堵水面之間的高度差。由于水箱中的水能量密度很小，所以要得到足夠能量將糞便沖過S彎，就必然要釋放大量的水。

其二，清水與糞便參混導致水資源浪費，由于在沖馬桶過程中清水與糞便連續(xù)參混，所以最終存留于S彎處的封堵液只能是稀釋液，要想使封堵液接近于清水，沖馬桶的用水量必須要大，而且越大越好。

其三，S彎不可開啟，一旦有異物沖入卡在管道中，很可能會無法取出，最終不得不舍棄更新。

其四，容易堵塞。出于節(jié)水考慮，一般家庭不會無休止大量用水，封堵液稀釋程度不高，經年累月S彎處不斷結垢，使有效過水截面不斷減小，經常堵塞，令人苦不堪言，最終不得不棄舊更新。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統馬桶對自來水資源的極大浪費，以及因S彎不可開啟，異物卡入無法取出，結垢無法清除，使馬桶有效使用年限大大縮短的技術缺陷。提供一種由自來水驅動水輪機，水輪機帶動螺旋槳和攪拌刀，將S彎封堵處的大小便(大便經攪碎稀釋)抽入下水道的水輪機動力抽吸式馬桶。這種新型馬桶由于充分利用自來水的能量，所以可以將大便輕松攪碎并且送出S彎。自來水先流經水輪機將水輪機啟動，然后方可流入馬桶空心邊框經小孔注入便盆。于是在S彎處就形成了：糞便不斷被抽出清水不斷循序跟進的效果。這就充分避免了清水與糞便的參混，所以用水最省，沖得最凈。沖馬桶后存留于S彎處的封堵液完全為清水，不易結垢。水輪機的安裝位置成為S彎的可開啟處，即便結垢或異物卡入，也可以清除。這種新型馬桶不僅可以更大程度的節(jié)約用水，而且可以大大提高馬桶的使用年限。

本發(fā)明的技術方案：一種基于水輪機的抽吸式馬桶。水輪機的外殼包括容納葉輪的蝸室(11，21)和支持葉輪轉軸(18，31，413)的軸承保持體(12)，二者固為一體。

進一步地，切向于蝸室(11，21)側壁設有自來水入射口(13，23，49)，在蝸室(11，21)的上部中心位置設有蝸室出水口(14，410)。

進一步地，由于在蝸室(11，21)中自來水把大部分動能傳遞給了葉輪，所以蝸室出水口(14，410)處的流速v₂遠小于自來水入射口(13，23，49)處的流速v₁。根據流動的連續(xù)性原理v₁s₁＝v₂s₂，蝸室出水口(14，410)的橫截面積s₂遠大于自來水入射口(13，23，49)的橫截面積s₁。

水輪機的葉輪封閉于蝸室(11，21)內，固定于葉輪底盤(15)并與葉輪同步轉動的葉輪轉軸(18，31，413)貫穿軸承保持體(12)，在其下部由上至下順次固定安裝有螺旋槳(32，411)和攪拌刀(33，412)。

進一步地，所述葉輪包括葉輪底盤(15)、葉片(17，22)、葉片上蓋(16)，三者固為一個整體。葉片(17，22)是母線垂直于葉輪底盤(15)的彎曲面。

進一步地，所述葉輪上蓋(16)為圓錐面，使得相鄰葉片所構成通道的高度由外到內逐漸增大。這樣可彌補該通道由外到內的逐漸變窄，使得每個葉輪通道的橫截面積保持不變。

本發(fā)明所涉及馬桶上部設有空心邊框(41)，空心邊框(41)朝向便盆內側，沿周邊設有均勻分布的細密注水孔?？招倪吙?41)朝向后方設有空心邊框入水口(42)。

上述馬桶的下部設有不同于傳統馬桶的S彎(在馬桶通往下水道處存在一個可留住封堵水，隔絕下水道臭氣的結構，俗稱S彎)按照功能的不同，整個S彎被劃分為：S彎入口(44)，S彎螺旋槳位段(45)，S彎水平溢出段(46，51)，S彎壺腹承接體(47，52)，S彎連接下水管網段(48)五個部分。S彎螺旋槳位段(45)為上部大下部小的圓錐管。S彎水平溢出段(46，51)為斜削出水平上口的傾斜圓管，水平上口的位置確定了封堵水的最高水位。

進一步地，所述S彎壺腹承接體(47，52)的上部端口設有可以安裝或拆下水輪機的構件，使該端口成為S彎的可開啟處。水輪機葉輪轉軸(18，31，413)伸入S彎深處，其下部安裝的螺旋槳(32，411)位于S彎螺旋槳位段(45)，攪拌刀(33，412)位于S彎入口(44)的深處。

進一步地，在所述馬桶后部便盆的外側，設有大便稀釋注水管(43)，其上端開口于空心邊框入水口(42)附近，下端開口于攪拌刀(33，412)的上方。

進一步地，所述水輪機蝸室出水口(14，410)通過軟管與馬桶空心邊框入水口(42)相連接。

為了充分提高自來水能源的利用效率，本發(fā)明在自來水管網與水輪機的接合處設有壓力繼能裝置。包括壓力罐(61)，水口罩(62)，自來水管網接口(63)，閥體(64)和閥體出水口(65)。

進一步地，所述自來水管網接口(63)與自來水管網相連接。所述閥體出水口(65)通過軟管與水輪機蝸室的自來水入射口(13，23，49)相連接。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。

圖1是本發(fā)明主要部件水輪機的正視剖面圖。

圖2是本發(fā)明水輪機沿剖面線A-A的垂直于轉動軸的剖視圖。

圖3是本發(fā)明葉輪轉軸下方所固定的螺旋槳和攪拌刀的實物圖。

圖4是本發(fā)明水輪機、螺旋槳、攪拌刀與馬桶結合安裝的示意圖。

圖5是本發(fā)明S彎壺腹承接體沿剖面線B-B的剖視圖。

圖6是本發(fā)明壓力繼能裝置具有局部剖面的正視圖。

圖7是本發(fā)明壓力繼能裝置中水口罩沿剖面線C-C的剖視圖。

具體實施方式：

本發(fā)明所涉及水輪機如圖1、圖2、圖3和圖4所示：水輪機的外殼由蝸室11，軸承保持體12、自來水入射口13、蝸室出水口14四部分組成。蝸室出水口14，410處的流速v₂遠小于自來水入射口13，23，49處的流速v₁。根據流動的連續(xù)性原理v₁s₁＝v₂s₂，蝸室出水口14，410的橫截面積s₂遠大于自來水入射口13，23，49的橫截面積s₁，前者是后者的近30倍。封閉于蝸室內部的葉輪由葉輪底盤15、葉輪上蓋16和葉片17三部分組成，三者固為一體。葉輪上蓋16可將所有葉片的上部連為一體，有效防止高速旋轉中離心作用所引起的葉片上部外張，充分提高葉輪的機械強度。葉輪轉軸18貫穿軸承保持體12，上端伸入蝸室11與葉輪底盤15固為一體，下端伸出軸承保持體12，向下依次固定安裝螺旋槳32和攪拌刀33。自來水入射口13通過軟管與閥體出水口65相接。開啟閥體64，自來水形成高速射流由自來水入射口13進入蝸室11。由于是沿切向射入，所以射流進入蝸室11后立即緊貼蝸室內壁作旋轉運動。由于后方流體連續(xù)不斷射入，所以這種旋轉流體必須不斷收縮半徑，并且必須通過所有相鄰葉片所構成的通道才能由外及內地到達中部蝸室出口水14。在此過程中水流不斷與葉片發(fā)生相互作用，把水流的動能傳遞給葉輪。由于對葉片17和葉輪上蓋16的形狀以及自來水入射口13和蝸室出水口14口徑大小的合理設計，所以實現了自來水與葉輪之間動能傳遞效率的最大化。本實施例中，水輪機也可不包括軸承保持體。

本發(fā)明馬桶的下部設有不同于傳統馬桶的S彎(在馬桶通往下水道處存在一個可留住封堵水，隔絕下水道臭氣的結構，俗稱S彎)按照功能的不同，整個S彎被劃分為：S彎入口44，S彎螺旋槳位段45，S彎水平溢出段46，51，S彎壺腹承接體47，52，S彎連接下水管網段48五個部分。S彎螺旋槳位段45為上部大下部小的圓錐管。S彎水平溢出段46，51為斜削出水平上口的傾斜圓管，水平上口的位置確定了封堵水的最高水位。S彎壺腹承接體47，52承接S彎水平溢出段46，51，其內徑大于S彎水平溢出段的內徑。圖5示出了本發(fā)明S彎壺腹承接體47，52沿剖面線B-B的剖視圖。

所述S彎壺腹承接體47，52的上部端口設有可以安裝或拆下水輪機的構件，使該端口成為S彎的可開啟處，便于從此處打開，清除馬桶該部位的結垢、清除卡入其中的異物等。水輪機葉輪轉軸18，31，413伸入S彎深處，其下部安裝的螺旋槳32，411位于S彎螺旋槳位段45，攪拌刀33，412位于S彎入口44的深處。

本發(fā)明水輪機、螺旋槳、攪拌刀與馬桶組合安裝如圖4所示。水輪機安裝于S彎壺腹承接體47的上部端口，蝸室出水口410通過軟管與馬桶空心邊框入水口42連通，自來水入射口49通過軟管與自來水壓力繼能裝置下部的閥體出水口65連通。葉輪轉軸413伸入S彎，螺旋槳411位于S彎螺旋槳位段45，攪拌刀412位于大便稀釋注水管43通入S彎的水口的正下方。對S彎水平溢出段46的功能描述如下：S彎水平溢出段46被斜削成緊密承接S彎螺旋槳位段45的水平上口的傾斜圓管，可充分減少螺旋槳411對糞便溶液向上推進的距離，因為在螺旋槳的作用下，糞便溶液上升伴隨旋轉，由于離心作用，糞便溶液一旦越過S彎螺旋槳位段45，就會立刻甩入S彎壺腹承接體47，然后自行落入S彎連接下水管網段48，進入下水道。沖馬桶結束后，閥體64關閉，空心邊框41中剩余的清水繼續(xù)注入馬桶，S彎水平溢出段46可將清水留住成為封堵水。

對S彎螺旋槳位段45的形狀為什么做成下部小上部大的錐形管描述如下：如果將S彎螺旋槳位段45做成上下等大的圓桶形狀，那么螺旋槳411的抽吸功能將完全依賴于大氣壓(螺旋槳在轉動傳送的過程中，液體流動在螺旋槳后端形成低壓區(qū)，水流在大氣壓力作用下，壓迫后方液體跟進)，當水流過速，S彎入口44的上緣露出水面、空氣能夠進入時，螺旋槳411的抽吸功能就會喪失，這時S彎中的糞便溶液往往還有剩余。需要等到由空心邊框41注入的清水到達S彎入口44，使液面提升重新埋沒S彎入口44，抽吸功能才能恢復。在此抽吸功能出現間斷的過程中，流動的清水注入靜止的糞便溶液，二者必然發(fā)生參混。之后這樣的參混過程還會重復出現，這于充分節(jié)水十分不利。若將S彎螺旋槳位段45做成如圖4所示上部大下部小的圓錐形，螺旋槳411的抽吸功能將不完全依賴大氣壓，在S彎入口44露出水面、空氣能夠進入的情況下，旋轉的糞便溶液在離心力的作用下，仍可源源不斷沿著圓錐面上升，使抽吸作用不出現間斷，所以隨后到達S彎入口44的清水與前方糞液形成循序跟進，充分避免了二者的參混，使節(jié)水效果達到最佳。

本發(fā)明在所述馬桶后部便盆的外側，設有大便稀釋注水管43，其上端開口于空心邊框入水口42附近，下端開口于攪拌刀33，412的上方。對大便稀釋注水管43的作用描述如下：大便必須經過攪碎和稀釋之后，螺旋槳411才能對其產生推進作用。沖馬桶時，需要大便混在水中一齊進入S彎入口44，攪拌刀412才能有效對其攪碎和稀釋。對于污物排出量較大的情況，大便進入S彎入口44會將其塞滿，沖馬桶時，水被隔絕在后方無法參與稀釋，雖經攪碎但十分粘稠的大便極易粘附在螺旋槳411上，使其推進作用減小甚至喪失。大便稀釋注水管43避開了S彎入口44對參與稀釋的水可能出現的阻斷，由馬桶外側直接將水從攪拌刀412的上方注入，非?？煽康亟鉀Q了大便的攪碎和稀釋。

為了充分提高自來水能源的利用效率，本發(fā)明在自來水管網與水輪機的接合處設有壓力繼能裝置，如圖6所示，其包括壓力罐61、水口罩62、自來水管網接口63、閥體64、閥體出水口65。壓力罐61為頂部封閉、底部開口的豎直罐體。自來水管網接口63與自來水管網相連接。閥體出水口65通過軟管與水輪機蝸室的自來水入射口13，23，49相連接。自來水管網接口63接入自來水管網，關閉閥體64，這時自來水在強大壓力作用下由自來水管網接口63進入壓力罐61，壓力罐61中密閉空氣受到壓縮，將相當一部分自來水的能量存貯于罐中。于是水輪機就具有了雙重能量來源：一是自來水管網，二是壓力罐61。以老舊社區(qū)的二樓為例，閥體64關閉，自來水的壓力以及壓力罐61中密閉空氣的壓力二者相等，約為0.4兆帕。需要沖洗馬桶時，開啟閥體64，P+ρgh立即向轉化(其中，P為自來水管網的壓力，ρgh為自來水管網存儲水的勢能，v為自來水流動的速度)，自來水急速流動，自來水管網的輸出壓力P立即降至0.2兆帕以下。如果自來水管道較細較長，捌彎多，那么來自自來水管道的阻力就會很大，這時自來水管網的輸出壓力P會降至0.1兆帕甚至更低。這就為壓力罐61的能量輸出創(chuàng)造了條件，由于此時內外存在巨大壓力差，所以罐中壓縮空氣迅速膨脹，將罐中水急速推出，會同直接來自自來水管網63的水一并進入水輪機，使水輪機獲得加倍的動力。

水口罩62為上部封閉，側壁向四周有開口的小圓桶，下部開口與壓力罐61的入口相連通，設置在壓力罐61的下方入口處，其作用是防止進水時水流向上噴出罐內水面與罐內上方空氣相互作用而在水中產生氣泡。在沒有水口罩的情況下，如果進水后又緊接著放水，則沒來得及升出水面的氣泡就會混在水中排出罐外，久而久之會使罐中密閉空氣越來越少，使其可以存貯的能量逐漸減少。綜上，設置壓力繼能裝置，可使本發(fā)明水輪機動力抽吸式馬桶的適用條件大大降低，對自來水管道阻力以及樓層高度放寬要求。圖7示出了本發(fā)明壓力繼能裝置中水口罩沿剖面線C-C的剖視圖。

綜上，本申請涉及一種基于水輪機的動力抽吸式馬桶，馬桶上部具有空心邊框，空心邊框朝向便盆內側沿周邊具有均勻分布的細密注水孔，空心邊框后方具有入水口。在馬桶的下部具有不同于傳統馬桶的S彎，根據功能劃分為：入口段，螺旋槳位段，水平溢出段，壺腹承接體，連接下水管網段。馬桶后部便盆的外側具有由空心邊框通向S彎入口深處的大便稀釋注水管。安裝于壺腹承接體上部端口的水輪機，其外殼包括蝸室和軸承保持體。切向于蝸室側壁設有自來水入射口，蝸室上部中心位置設有蝸室出水口。水輪機葉輪封閉于蝸室內部，葉輪轉軸貫穿軸承保持體，在其下部由上至下依次安裝螺旋槳和攪拌刀，二者分別位于S彎螺旋槳位段和S彎深處大便稀釋注水管管口的正下方。水輪機蝸室出水口利用軟管與空心邊框入水口接通，水輪機自來水入射口利用軟管與閥體出水口接通。沖馬桶的全過程是：開啟閥體，自來水通過軟管由水輪機自來水入射口進入蝸室將葉輪驅動，然后由蝸室出水口流出，再經過軟管由空心邊框入水口進入空心邊框，再由沿空心邊框周邊均布的細密注水孔進入便盆，沖洗便盆最后匯入S彎入口。由于新型S彎可使螺旋槳的抽吸動能不完全依賴于大氣壓，使抽吸過程不出現間斷，這就形成前方糞液不斷抽走，后方清水連續(xù)跟進的循序流動，最大限度地避免了清水與糞便的參混，使一次沖馬桶的用水量達到最小。大便稀釋注水管直接將一部分清水引向攪拌刀，使大便在未到達螺旋槳之前已被充分攪碎和稀釋，可以像小便一樣順利被螺旋槳抽走。壺腹承接體的上部端口設有可以安裝或拆下水輪機的構件，使這里成為S彎的可開啟處，便于隨時打開，更換損壞部件以及清洗S彎處的水垢。

本發(fā)明不局限于此實施方式，任何在本發(fā)明實施例基本精神上的改進或替代，仍屬于本發(fā)明權利要求所要求保護的范圍。