專利名稱：真空輔助抽水馬桶的制作方法
申請人的美國專利5，142，712描述了一種真空協(xié)助的抽水馬桶，在那里真空被施加于馬桶的沖刷期間，從而使用更少的水來完成徹底的沖刷。馬桶的出口除了通常的上彎道外，又包括一個下彎道，兩個彎道之間有一個彎道通路。在鄰近沖刷的開始時，真空被加在彎道通路上。下彎道包括一個下壁，它容納了一槽水，在水面以上隔一段空間有一個上壁，它用以在二者之間保留一個間隙而形成一個空氣通道。在沖刷之間的時間里，空氣通道必須敞開，以免馬桶里所有的水都會被虹吸排完。另一方面，在沖刷開始以后，下彎道必須很快地關(guān)閉空氣通道，從而使施加在彎道通路上的真空可以協(xié)助抽出馬桶內(nèi)的容納物，而不會使真空消耗于下水道或排污系統(tǒng)之中。而且，在接近沖刷的結(jié)束時，下彎道應(yīng)迅速敞開以盡量減少從馬桶中虹吸出的排沖水的數(shù)量。
盡管在申請人的專利5，142，712中描述的真空協(xié)助的抽水馬桶工作起來不錯，申請人已試驗了下彎道來達(dá)到更好的沖刷效果。更好的沖刷指的是，使用同樣的或更少的沖洗水來獲得更完全的馬桶內(nèi)容納物的清除。在這些試驗中，沉入水中和漂在水上的物體，例如不同密度的玻璃球和塑料球被置于馬桶中，它們被沖走的百分比被進行了測量。當(dāng)水槽上的間隙較小時可以獲得較好的沖刷效果，但是一個不能太小高度的間隙，例如一厘米(0.4英寸)，必須用來保證空氣可以在不利條件下通過下彎道的頂部。不利條件包括，當(dāng)馬桶的安裝與相對重力和/或制造公差的預(yù)計方向偏斜從而造成減小了的空隙時。并且，不能太小高度的間隙也需要來在沖刷結(jié)束時盡早來敞開下彎道。產(chǎn)生較好沖刷的下彎道將很重要。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，描述了一個帶有上下彎道型的真空抽水馬桶，其中下彎道被設(shè)計得產(chǎn)生更好的沖刷。下彎道有一個底壁以形成容納一池水的容器，水面保持在預(yù)期的高度。下彎道還有一個上壁，上壁與水面頂部之間形成一個空氣通道?？諝馔ǖ谰哂幸粋€最低位置，在那里空氣通道最小?？諝馔ǖ辣恍纬蔀楹芨叩苷?，可以從垂直于或正交于馬桶排出口的中心線的截面圖上看出。
空氣通道的最低位置具有一個最大的高度，它至少是平均寬度的一半，最好比平均寬度大。在申請人已經(jīng)構(gòu)造的一個下彎道中，馬桶排出口的大部分具有一個直徑大約為2.1英寸(54mm)的圓形截面。申請人發(fā)現(xiàn)一個具有直徑為2.1英寸的大致圓形，但是帶有延伸出圓形頂部一英寸的一個平均寬度大約0.36英寸(9mm)的通氣口的下彎道，具有很好的沖刷效果。
本發(fā)明的新穎特點特別在附錄的權(quán)利要求書中給予描述。參照所附的圖例，從下述的描述中可對本發(fā)明有更充分的理解。


圖1是一個本發(fā)明的真空馬桶的局部等比例視圖，所示容器的一部分被切掉。
圖2是圖1馬桶的一個側(cè)視剖面圖。
圖3是圖2馬桶的下彎道的側(cè)視圖。
圖4是沿圖34-4線所作的剖視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例構(gòu)造的下彎道的截面圖。
圖1描述了一個真空輔助抽水馬桶10，它包括一個水箱或水槽12，它固定了一個常規(guī)的入水閥14。入水閥將水分發(fā)到水箱中去，直至水面達(dá)到預(yù)定的高水位16，它也通過一個再注水管17分配水到馬桶中去。當(dāng)沖刷閥組合體25的一個把手18被用手按動使其繞軸旋轉(zhuǎn)時，一個桿20和一個鏈條22被抬起來操作一個放水閥23，這是利用轉(zhuǎn)動一個放水閥組件24，使其抬起而離開一個主要是向上面對的排放閥的座26來做到的。水箱中的水迅速流過座26和一個水道28以及流過馬桶側(cè)流孔30而進入馬桶32(馬桶座沒有畫出)。如圖2所示，馬桶32有一個馬桶出口34，它將水和廢物排入與排污系統(tǒng)相連的下水道36。
馬桶出口34包括一個與便池32相通的上彎道40，一個通常從上彎道向下伸延的彎道通路42，以及一個從彎道通路延伸到下水道36的下彎道44。一個真空源46通過一個真空通道48連接到彎道通路42上，在馬桶排刷時向其內(nèi)提供一個負(fù)壓。這個真空從馬桶內(nèi)的存水50中抽吸水和廢物，附加了一個由于水突然流向馬桶水池頂部而形成的沖刷力。利用這個真空減少了在沖刷中必須使用的水量，而獲得了一個有效的沖刷，使得便池中幾乎所有的容納物都被排出，包括漂浮的和沉積的廢物。
大多數(shù)常規(guī)馬桶帶有一個單彎道位于40，它防止下水道中的氣體從排污管36冒出，通過馬桶散布到洗手間中。彎道40形成了一個不漏氣的密封。下彎道44除了在沖刷期間外不會形成不漏氣密封。下彎道帶有一個底壁51形成了一個容器，容納一池水52在高度A(在槽底以上)，這個高度由容器的下水流方向的終端54所確定。下彎道有一個上壁60位于池水水面62之上，留有一個間隙或空氣通路64?？諝馔?4保證了下彎道不會成為一個虹吸管在沖刷的末尾把馬桶內(nèi)所有的水都抽完。但是，空氣通道64必須在鄰近沖刷開始時被通過它中間的快速水流所封閉，這樣施加于彎道通路42的真空不會被消耗在下水道36中去。
馬桶的真空和水源包括一個位于水箱12中的容器78(圖1)。這個容器除了在其底部向水箱其它部分敞開的開口76以外，與水箱其余部分隔開。在沖刷開始，當(dāng)放水閥組件24打開并且水開始流向馬桶時，原先位于水位16的水箱中的水位迅速下降，就在容器的頂部78產(chǎn)生一個真空。這個真空通過真空槽48施加到與彎道通路42相連的腔80中(圖2)。這個腔80利用一個隔板82部分地與彎道通路42隔開，以避免污物進入真空管。可以將水箱12做成密封的單元而不再需要一個分別的容器置于其中。
一個沖刷循環(huán)延續(xù)一個大約為3到4秒的時間，在這期間，水箱中的水迅速流進馬桶，從而抬高了其內(nèi)的水面50，馬桶中的水通過馬桶排出口34排出。當(dāng)有固體廢物存在時，每次沖刷使用大約6升水，這是用于相同的設(shè)計但沒有真空輔助或下彎道的馬桶所需水的一半。真空源46在沖刷期間提供了大約10到12厘米(4到5英寸)水柱的負(fù)壓來產(chǎn)生這樣的效果。真空的有效使用要求，在沖刷的起始期，最好在馬桶內(nèi)四分之一的水離開上彎道以前，下彎道44向空氣通道關(guān)閉。只有在下彎道44被關(guān)閉防止真空漏向下水道時，在彎道通路中的真空才能升到一個高水平。已經(jīng)注意到，對圖1-4所示的特別的馬桶，馬桶排出口42的絕大部分的長度上，特別是接近和沿著下彎道的部分，是一個大致為圓形的截面，馬桶出口帶有一個沿著水流向下流動方向的中心線90。
圖3展示了沿著下彎道的最低位置101，在此處池水面以上的空氣通路64具有最小值。圖4是沿下彎道的位置101(圖3)所取的截面視圖，展示了沿位置110的中心線所看上去的樣子。圖4示出，高度114是最低位置上的最大高度。申請人構(gòu)造下彎道使得空氣通路64包括一個狹窄但是很高的向上的延伸部分或通氣口100，它形成了空氣通道64的主要部分?？諝馔ǖ溃貏e是通氣口100，在不沖刷時是敞開的用以防止水被虹吸走，而在沖刷時被封閉以維持在沖刷時起輔助作用的真空。
最初，申請人構(gòu)造了最低部位或沿彎道通路的部位一在那里空氣通路的高度曾是最小的一為圓形的，如圖4中由虛線B所示。彎道通路截面102的其余部分也曾是圓形的，和本發(fā)明圖4中這個實施例中一樣。馬桶排出口至少一半長度具有這種大致為圓形的截面。以前的池水頂部C維持在空氣通道頂部以下相當(dāng)大的高度E上，以保證沖刷結(jié)束時和沖刷間隔時空氣通道總會被打開，而不管馬桶傾斜地不合適的安裝和不管制造的公差如何。在一個馬桶的出口截面為圓形的，如從與馬桶出口中心線90垂直或正交的方向去看的那樣，這個出口的直徑D為2 1/8 英寸(54mm)，申請人制造了下彎道使得距離E為大約0.5英寸(13mm)。這造成了只使用一半水就可以獲得與相同結(jié)構(gòu)的普通馬桶相同的沖刷功效。但是，便池室?guī)缀醵际怯谜惩聊褐圃斓?，粘土在固定和變硬之前會輕微地向下坍陷。在下彎道的上壁的這種坍陷可能使得空氣通道在安裝時變得非常窄或者幾乎為零，造成便池內(nèi)的池水被虹吸光而使得馬桶不能使用。
如圖4所示，申請人將下彎道設(shè)計得使它的上壁形成一個高而且又有相當(dāng)寬度的通氣口100。申請人也將下彎道做成池水頂部大致上在110處，它大致在通氣口100的底部和大致在圓的頂部B處，下彎道的其余部分的大部分截面為這個圓形。通氣口100具有一個狹窄的平均寬度112，大約為0.36英寸(9mm)，它遠(yuǎn)小于原先大約為0.93英寸(24mm)的間隙平均寬度F。申請人最初試驗了使用一個高度為108A的通氣口，這個高度與從前的下彎道中的高度E相同。這造成了在沖刷期間下彎道較早關(guān)閉，形成比申請人的以前由圓形部份102確定頂部的下彎道更好的沖刷(玻璃球和塑料球被沖走的百分比更高)。看起來，非常窄的通氣口可以迅速被水淹沒而形成密封，從而使真空可以在沖刷時較早地在彎道通路中建立，比如在三到四秒的沖刷期間早上1/2秒。
申請人試驗了不同高度和寬度的通氣口，并且發(fā)現(xiàn)圖4所描述的那種彎道通路給出最好的沖刷效果。大致為圓形的截面延伸至少270°(3/4圓)，實際上延伸大約320°?？赡軙僭O(shè)，一個具有高度108A的通氣口會提供來獲得最好的沖刷，同時仍然保留大約1/2英寸的高度以防止在沖刷之間堵塞空氣通路。但是，申請人發(fā)現(xiàn)，對于馬桶出口直徑D為2 1/8 英寸時通氣口高度114大約為一英寸可產(chǎn)生極好的沖刷，同時即使在制造時有陶土陷坍也能保證馬桶動作正常。
通氣口100的大的高度114使得下彎道在接近沖刷結(jié)束時較早敞開，而減少了在接近結(jié)尾時從馬桶內(nèi)虹吸走的水量。在接近沖刷結(jié)尾時，水流入和流出馬桶的速度突然降低到一個低水平，而一些水仍留在便池內(nèi)。但是，直至下彎道33敞開和中斷虹吸之前，水被連續(xù)地虹吸出馬桶。提供一個高的通氣口100造成下彎道較早敞開，從而使更少的水被從馬桶內(nèi)虹吸走，并且也就需要更少的再注水來注入便池。通氣道100的向上的延伸部具有一個平均寬度112，它可以小于1/2，最好是小于1/3的馬桶出口直徑D。池水的頂部位于110，空氣通道64具有一個平均寬度112，它小于馬桶排出口最大直徑D的1/3。通氣口的最大高度114可以是至少為它的空氣通路平均寬度112的50%，更好的是至少為這個平均寬度112的75%，最好的是至少和這個平均寬度112相等?？諝馔菲骄鶎挾瓤梢哉J(rèn)為是一個假想的水平線的長度，在這條線的上下有相同的面積。
已經(jīng)注意到，在申請人以前的馬桶中，馬桶出口的橫截面在最低處沿著空氣通道的長度上是一個在點102和B處的圓形，直徑D為54mm(2.1英寸)并且最初的水位在C處(低于頂部0.4英寸或11mm)。在這種情況下，一條假想的水平分界線Ⅰ位于頂部以下7mm(0.27英寸)并且具有水平寬度為36mm，可以將空氣通路在線的上下分為具有相等面積的兩部分(大約為105mm2)。這樣，空氣通道高度E(11mm)與平均空氣通道寬度(36mm)的比將為30%。如前所述，申請人認(rèn)為最好這個比例至少為50%。
如果池水的高度在高度116處，而空氣通道的頂壁在B處，那是圓102的延續(xù)處，這樣在池水頂部116和點B之間的橫截面積將等于在110以上的通氣口100的橫截面積。但是，在通氣口100處的空氣通路比116和B之間的空氣通路具有更大的高度(大于2倍)，116和B點之間的部分是馬桶圓形出口最上邊的假想的具有與通氣口100有相同面積的部分。
圖5描述了一個具有大致為矩形橫截面的馬桶出口120，并且展示了一個沿位于下彎道123中的中心線122的布局。如果下彎道是根據(jù)申請人以前的專利制造的，下彎道池水將具有在點124的池頂，這個點位于矩形橫截面的頂邊126以下1/2英寸。但是，申請人提供了一個如圖4那樣設(shè)計的通氣口130，并且設(shè)計下彎道使得水位在132處，它大約在通氣口頂端134以下1英寸。這個特定的馬桶出口的寬度136以及高度都為大約50mm(2英寸)。通氣口130的平均寬度最好不要大于馬桶出口橫截面寬度136的50%，最好小于它的1/3，通氣口的最大高度最好是至少與其平均寬度相等。
這樣，申請人給一種真空輔助的馬桶提供了一個下彎道，這種馬桶帶有一個與上下彎道之間的彎道通路相通的真空源，在下彎道上有一個位于頂部的通氣口以形成空氣通路。正如從一個與沿著下彎道的馬桶中心線正交的截面視圖上可見，沿空氣通路的最低處具有的最大垂直高度，可以是至少75以及最好是100%的通氣口的平均水平寬度?？諝馔?，包括了通氣口，在馬桶出口的底壁以上比馬桶出口的其它的橫截面(例如圓形或矩形的)，比如通氣口之前和之后的部分延伸得更高，從垂直于中心線的截面圖上可見。對于下彎道來說，除了頂部以外都位于一個假想的圓形或矩形(帶有圓滑的角)之上，通氣口或者空氣通道頂部延伸得比這個假想的圓形或矩形的頂部要高1/8英寸和最好高1/4英寸。這種下彎道對各種真空輔助的抽水馬桶都很有用，包括那些負(fù)壓是由于水箱水位降落形成的，和那些帶壓水(如被彈簧或重物的力形成的)形成負(fù)壓的真空抽水馬桶。
盡管本發(fā)明的特定的實施例在這里被描述和闡明，應(yīng)該承認(rèn)對那些內(nèi)行來說改進和改變都是可能容易作出的，因此，所附權(quán)利要求將覆蓋這類改進和等效物。
權(quán)利要求
1.一種真空輔助抽水馬桶，包括一個馬桶出口，它有一個中心線，并有上彎道和下彎道，和一個位于兩個彎道之間的彎道通道，一個在馬桶沖刷期間施加在彎道通道上的真空源，其特征在于所述的下彎道有上下壁面，所述的下壁面形成得可以保存一池水，它的下游端有一個預(yù)定的高度，在沖刷之間隔時期將池頂保持在一個預(yù)定高度，所述的上壁面形成一個空氣通路位于所述池頂之上，所述的上壁面有一個最低位置，在那里所述的池頂之上的所述的空氣通路的高度，與垂直于所述的中心線的其它部位相比為最?。粡乃隹諝馔返淖畹臀恢蒙吓c中心線相垂直的截面視圖上可見，所述的池頂之上的所述的空氣通路具有一個垂直高度，這個高度大于它的平均水平寬度的75%，而所述的平均水平寬度小于所述下彎道的最大橫截面寬度的一半。
2.權(quán)利要求1中所述的真空輔助抽水馬桶，其特征在于所述出口，包括所述的下彎道的大部分長度，為近似于圓形的橫截面，所述下彎道在所述位置的截面的頂部帶有一個向上的延伸部份，它形成了至少所述的空氣通路的一部分，所述的向上延伸部份的最大高度至少與它的平均寬度相等。
3.權(quán)利要求1所述的真空輔助抽水馬桶，其特征在于所述出口，包括所述的下彎道，大致上為矩形橫截面，所述下彎道的截面頂部帶有一個向上的延伸部，它形成了至少一部分所述的空氣通路，所述的向上延伸部的最大高度至少與它的平均寬度相等。
4.權(quán)利要求1所述的真空輔助抽水馬桶，其特征在于所述馬桶出口至少大約一半的長度具有大致均勻的預(yù)先確定的橫截面，在所述的最低位置的橫截面除了在所述的上壁包括一個通氣口外，大致上是所述的預(yù)先確定的橫截面，該通氣口具有一個至少等于它的平均寬度的向上延伸的高度;所述的池水頂部與所述通氣口底部之間的距離，小于所述通氣口的高度。
5.一種真空輔助抽水馬桶，包括一個馬桶，一個水源和真空源用以在沖刷的開始提供水到所述的馬桶內(nèi)，一個攜帶水朝下游方向到下水道的馬桶出口，所述的馬桶出口帶有一條中心線，所述的馬桶出口沿它至少一半的長度帶有一個大致固定的預(yù)先確定的橫截面，所述的馬桶出口包括一個上彎道，一個通常從所述上彎道向下延伸的彎道通路，以及一個連接所述彎道通路的下端到下水道的下彎道，一個真空源通到所述的彎道通路上以便在沖刷期間提供一個負(fù)壓，而且所述的下彎道包括一個容水槽，保持一池水，所述的容水槽帶有一個有預(yù)定高度的下游端，它決定了沖刷間隔期時位于預(yù)定高度的池水頂部，所述的下彎道帶有上下壁，其特征在于所述的下彎道的所述上壁形成一個空氣通路，它以流體連通所述下彎道的上下游，所述的上壁在沿所述空氣通路的至少第一個位置上的所述池頂?shù)纳戏骄哂幸粋€最小高度，從一個沿垂直于中心線在所述最低位置上的所述馬桶出口的截面圖上可見，所述的空氣通路在所述的池頂之上，有一個大于所述預(yù)定橫截面的所述馬桶出口的一個假想的最高部分的高度，在所述的池水之上的所述空氣通路的平均水平寬度小于所述馬桶出口最大水平寬度的1/3。
6.權(quán)利要求5中描述的抽水馬桶，其特征在于從所述空氣通路的所述第一位置上的與所述中心線垂直的截面視圖上可見，所述的馬桶出口具有一個大致上為所述的固定的橫截面;在所述的第一位置，所述的下彎道帶有一個向上的延伸部，它形成了至少一部分所述的空氣通路，所述的向上延伸部延伸于所述的預(yù)定橫截面頂部以上，所述的池水頂部大致上位于所述向上延伸部的底部。
7.一種真空輔助抽水馬桶包括一個馬桶，一個帶有上彎道和下彎道的馬桶出口，一個位于所述彎道之間的彎道通路，以及一個在沖刷期開始時提供水流到所述馬桶中去和在沖刷時提供負(fù)壓到所述彎道通路的真空源，其特征在于所述的馬桶出口在所述下彎道上帶有一個中心線和上、下壁，所述的下壁形成一個容器以保存帶有池頂?shù)囊怀厮?，所述的容器有一個下游端處于所述池水的所述頂部的水平，所述的上彎道形成一個上彎道壁位于所述的池頂以上，所述的上彎道壁帶有一個最低處，在那里所述池頂之上的所述空氣通路的高度最小;從所述馬桶出口的與所述最低位置上的所述中心線垂直的截面視圖上可見，除了頂部以外，所述馬桶出口大致上都與一個有預(yù)定半徑的假想圓相一致，所述馬桶出口的所述頂部形成一個向上延伸的通氣口，它突出了所述的假想圓的頂部之上，所述的通氣口帶有一個垂直高度，它至少與它的平均寬度相等，在所述池頂和所述通氣口底部之間的高度小于所述通氣口的高度。
8.一種真空輔助抽水馬桶，包括一個馬桶，一個馬桶出口，它帶有上彎道和下彎道和二者之間的彎道通路，一個在沖刷時向所述馬桶供水和向所述彎道通路提供負(fù)壓的真空源，其特征在于所述的馬桶出口帶有一個在所述下彎道上的中心線和上下壁，所述的下壁形成一個容器來容納一池具有池頂?shù)乃龅娜萜饔幸粋€下游端處于和所述池頂相同的水平面，所述的上壁形成一個位于所述池頂之上的空氣通道，所述的空氣通道有一個空氣通道頂壁帶有一個最低位置，在那里所述的池頂之上的空氣通道頂壁高度最小;如從垂直于在所述最低位置的所述中心線的所述馬桶出口的橫截面視圖上可見，除了頂部以外所述的馬桶出口大致上與一個具有圓角的假想矩形相一致，所述馬桶出口在所述的最低位置的所述的頂部在所述的假想矩形之上延伸，形成一個向上延伸的在所述上壁之上的通氣口，它具有一個至少等于它的平均寬度的最大高度，所述池頂和所述通氣口底部之間的距離小于所述通氣口的高度。
9.一種真空輔助抽水馬桶，包括一個馬桶出口，真空施加于其上，所述的出口有上下彎道和一個位于它們之間的彎道通路，在那里所述的下彎道帶有上和下彎道壁，并且被形成得保持一池水，所述的下彎道壁的下游端確定了所述池水的頂部，所述的上彎道壁形成一個位于所述池水頂部之上的空氣通道，所述的空氣通道帶有一個沿所述馬桶出口長度上的最低位置，在那里所述池水的所述頂部上的所述的空氣通路的高度是最小的，其特征在于所述的下彎道被形成為在所述的最低位置所述的頂壁帶有一個向上突出的通氣口，它形成了空氣通道的一部分，并且它帶有主要是垂直地延伸的側(cè)壁，在那里所述的通氣口帶有一個平均寬度，它小于所述的下彎道最大寬度的1/2，所述的池水頂部距離所述的通氣口的底部比所述通氣口的最大高度更小。
10.權(quán)利要求9所述的抽水馬桶，其特征在于所述的通氣口具有一個最大高度，它至少等于它的平均寬度。
全文摘要
一種真空輔助的抽水馬桶，其中，一個真空在沖刷時施加在馬桶出口的上下彎道之間，下變道被做成可以更可靠地保證一個空氣通道(64)處在下彎道的一池水(52)上方，它可以在鄰近一個沖刷的開始時迅速關(guān)閉，并且在不沖刷時它保持敞開。下彎道帶有一個下壁(51)，它維持一池水(52)，在沖刷間隔期將一個池頂(62)保持在預(yù)定高度(A)，它有一個位于池頂之上的上壁(60)以形成一個空氣通道。上壁形成一個狹窄而高的空氣通道的通氣口(100)。
文檔編號E03D11/00GK1111704SQ95101429
公開日1995年11月15日 申請日期1995年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月24日
發(fā)明者阿諾德·亨尼西 申請人:弗柳德馬斯特公司