CN102149877A - 能够以多种冲洗量工作的高性能虹吸式马桶 - Google Patents

Abstract

提供一种重力冲洗式马桶系统，其包括水箱和具有马桶桶缸的马桶桶缸组件，其中所述桶缸包括从所述马桶桶缸的底部延伸至下水管道的排污通道。所述马桶系统能够在不丧失虹吸功能或者桶缸中的水面面积无明显变化的情况下以多种冲洗量进行工作。所述多种冲洗量允许用户在不降低马桶性能的情况下选择用于所需的废物去除的适当用水量，从而显著节水。

Description

能够以多种冲洗量工作的高性能虹吸式马桶

相关申请的交叉引用

根据美国专利法第119条(e)款，本申请要求于2009年5月29日提交的美国临时专利申请No.61/182,603以及于2008年8月25日提交的美国临时专利申请No.61/091,647的权益，上述美国申请的全部公开内容在此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及如下领域：用于去除人类排泄物或其它废物的虹吸式重力驱动式马桶，更具体地涉及一种具有双重冲洗系统的马桶。

背景技术

用于去除诸如人类排泄物等的废物的马桶是公知的。一般来说，重力驱动式马桶具有两个主要部件：水箱和桶缸(bowl)。水箱和桶缸可以是分离件，它们联接在一起以形成马桶系统(通常称为分体式马桶)，或者它们可以组合成一个整体单元(通常称为连体式马桶)。

通常位于桶缸的后部上方的水箱容纳有水，水用于启动将废物从桶缸冲洗到污水管道中的冲洗动作，以及用于通过新的水重新对桶缸进行充水。当用户希望冲洗马桶时，他通过在水箱外侧按下冲洗杆来启动冲洗机构，该冲洗杠杆在水箱内侧连接至可移动链或杆。当冲洗杆被压下时，它使水箱内部的链或杆移动，该链或杠杆起作用，提升并打开冲洗阀，从而使水从水箱流到桶缸中，因此启动马桶的冲洗。

在冲洗周期中，应满足三个通常的目的。第一个是将固体或其它废物移除到排污管线中。第二个是清洁桶缸，以除去沉积或附着至桶缸表面上的任何固体或液体废物。第三个是补充桶缸中的预冲水量，从而使得在两次使用之间在桶缸中留下相对清洁的水，并且使得形成足够的水封(seal)，以防止下水道气体流入房间中。通常，通过围绕马桶桶缸的上周边延伸的边沿来实现第二个要求(即清洁桶缸)，该马桶桶缸限定有从围绕所述周边的边沿中穿过的边沿通道。一部分或全部冲洗水被引导穿过该边沿通道并流过位于该边沿中的开口，从而在该通道与桶缸之间提供液体连通，以便将水分散到桶缸的整个表面上并实现所需的清洁。

重力驱动式马桶通常分为两类：冲落式和虹吸式。在冲落式马桶中，马桶桶缸内的水位总是保持相对恒定。当启动冲洗周期时，水从水箱流出并涌入桶缸中。这导致水位的迅速上升，并且多余的水溢过排污通道的挡水堰(weir)，将液体和固体废物随着水一起带走。在冲洗周期完成时，桶缸中的水位自然恢复到由挡水堰的高度决定的平衡水位。

在虹吸式马桶中，将排污通道和其它水压通道设计为使得在将水添加到桶缸时，在排污通道中启动虹吸。虹吸管本身是倒置弯曲的大致U形的管，其从马桶桶缸中将水抽吸到污水管道。当启动冲洗周期时，水流入桶缸中，并且比它离开桶缸出口进入下水管道中更快地溢过排污通道中的挡水堰。最后，将大量的空气从排污通道的向下腿部中移除，以启动虹吸，这又将剩余的水利用真空从桶缸中吸出。因此，当虹吸中止时，桶缸中的水位恰好位于挡水堰的水平高度之下，并且需要提供单独的机构来在虹吸冲洗周期的结尾时对马桶桶缸进行再充水，以重新建立初始水位以及防止下水道气体回流的保护性“水封”。

虹吸式马桶和冲落式马桶各具有固有的优点和缺点。与虹吸式马桶相比，冲落式马桶能够使用更大的排污通道，但通常在桶缸中需要较小量的预冲水，以实现大多数国家中的管道法规所要求的100∶1的稀释水平(即：在冲洗周期中，必须将桶缸中的预冲水量的99％从桶缸中移除并用新的水替换)。这种较小的预冲洗量自身表现为小的“存水表面积”(water spot)。在维持马桶清洁和减少异味方面，桶缸中的预冲水的存水表面积或水面面积起到了重要作用。大的存水表面积增加了废物在接触马桶的陶瓷表面之前接触水的可能性。这减少了废物与陶瓷表面的粘着性，从而更容易经由冲洗周期来清洁马桶本身。因此，具有较小存水表面积的冲落式马桶需要在使用之后频繁地手动清洗桶缸。在使用过程中，废物材料在水位线以上的附着也导致较大程度的难闻气味。

由于为了启动虹吸，要求将大部分空气从排污通道的向下腿部中移除，所以虹吸式马桶倾向于具有更小的排污通道，这可能导致堵塞。虹吸式马桶具有的优点是：能够在桶缸中的更大预冲水量和更大的存水表面积下工作。这是可能的是因为在冲洗周期结束时，虹吸作用将预冲水量的大部分从桶缸中引出。当水箱被再充水时，再充水的一部分被引导到桶缸中，以使预冲水量恢复到其初始水位。以这种方式，即使桶缸中的初始水量相对于从水箱离开的冲洗水来说明显较高，也实现了很多管道法规所要求的100∶1的稀释水平。在北美市场，虹吸式马桶已获得广泛的认可，并且现在被视为马桶的标准、公认的形式。在欧洲市场，冲落式马桶仍更流行、更受认可。然而，在亚洲市场，两种形式都很普遍。

根据用于实现冲洗作用的水压通道的设计，重力驱动式的虹吸式马桶通常分为三个类别。这些类别是：非喷射式、边沿喷射式和直接喷射式。

在非喷射式桶缸中，所有的冲洗水均离开水箱并经过桶缸中的“水箱进口区”进入桶缸，并且经过歧管流入边沿通道中。水经由位于该边沿下方的一系列孔而围绕桶缸的周边分散开。这些孔中的一部分被设计得尺寸较大，以允许较大的水流进入桶缸中。需要相对高的流动速率以使水足够迅速地溢过排污通道的挡水堰，从而移走所述向下腿部中的大量空气并启动虹吸。在桶缸的清洁和预冲水的补充方面，非喷射式桶缸通常具有足够的、甚至优良的性能，但在大块污物去除方面的性能相对较差。水向排污通道的供给低效且混乱，这更难以充分地填充排污通道的向下腿部并启动强力虹吸。因此，非喷射式马桶的排污通道通常直径较小并且包含被设计为用于阻碍水流的弯曲和限制部。如果没有较小尺寸、弯曲和限制部，则不能实现强力虹吸。不幸的是，这种较小尺寸、弯曲和限制部导致在大块废物去除方面性能较差且频繁堵塞而使终端用户极端不满的情形。

马桶的设计者和工程师已通过加入“喷嘴”来改进虹吸式马桶的大块废物的去除。在边沿喷射式马桶桶缸中，冲洗水经过水箱进口区离开水箱，并且经过歧管而流到边沿通道中。水的一部分经由位于所述边沿下方的一系列孔而围绕桶缸的周边分散开。水的其余部分流过位于该边沿前部的喷射通道。喷射通道将边沿通道连接至位于桶缸的集水池(sump)中的喷射口。设定该喷射口的尺寸和位置，使得在排污通道的开口处直接发出强力水流。当水流经喷射口时，它比在非喷射式桶缸中所能实现的更有效、更快速地填充排污通道。流向排污通道的更有能量且更快速的水流使得马桶能够设计有较大的排污通道直径和较少的弯曲和限制部，这相对于非喷射式桶缸又提高了大块废物去除方面的性能。尽管从边沿喷射式马桶的边沿流出了较小量的水，但由于流经该边沿通道的水是加压的，所以桶缸清洁功能总体上是可接受的。这允许具有较高能量的水离开边沿孔，并且更有效地完成清洁桶缸的工作。

尽管边沿喷射式桶缸通常优于非喷射式桶缸，但是水必须穿过所述边沿而行进到喷射口，这种长路径消耗和浪费了大量可用能量。直接喷射式桶缸对此构思进行了改进，并且能够在大块废物去除方面提供更好的性能。在直接喷射式桶缸中，冲洗水经过桶缸中的水箱进口区离开水箱，并且流经歧管。此时，水分流成两部分：一部分从边沿通道中流过，其主要目的是实现期望的桶缸清洁，一部分从第二“直接喷射通道”中流过，该第二“直接喷射通道”将所述歧管连接至马桶桶缸的集水池中的喷射口。该直接喷射通道可以采用不同的形式，有时是围绕马桶一侧的单向通道，或者是“双供水通道”(其中，对称通道沿着将歧管连接至喷射口的两侧向下延伸)。与边沿喷射式桶缸一样，设定喷射口的尺寸和位置，以在排污通道的开口处直接发出强力水流。当水流经该喷射口时，其比在非喷射式桶缸或边沿喷射式桶缸中所能实现的更有效、更快速地填充排污通道。流向排污通道的更有能量且更快速的水流使得马桶能够设计有较大的排污通道直径和最小的弯曲和限制部，这相对于非喷射式桶缸和边沿喷射式桶缸又提高了大块废物去除方面的性能。

一些发明已致力于通过对直接喷射构思进行优化来提高虹吸式马桶的性能。例如，美国专利No.5,918,325提出了通过改进排污通道的形状来提高虹吸式马桶的性能。美国专利No.6,715,162提出了通过使用冲洗阀以及使水向桶缸中非对称流动来提高性能，该冲洗阀具有结合到进口中的半径。

然而，鉴于对环境水污染物的日益增加的要求，仍然需要进行改进。政府机构不断要求市政用水的使用者减少他们使用的水量。近年来，大部分焦点已集中在降低马桶冲洗操作所需的水需求量。为了说明这一点，马桶中每次冲洗所用的水量已经被政府机构从7加仑/冲洗(20世纪50年代之前)逐渐降低到5.5加仑/冲洗(截止到20世纪60年代末)，又降至3.5加仑/冲洗(20世纪80年代)。1995年的国家能源政策法案现在要求美国销售的马桶只能使用1.6加仑/冲洗(6升/冲洗)的水量。最近，在加利福尼亚州已经通过一个条例，该条例要求将用水量进一步降低至1.28加仑/冲洗。当强迫目前在专利文献中描述的以及可商购的1.6加仑/冲洗的马桶达到这些较低的水消耗水平时，这些马桶就失去了持续虹吸的能力。

因此，在本领域中，存在着对如下这种马桶系统的巨大需求：该马桶系统能够在不牺牲大块污物去除方面的性能和桶缸清洁度的情况下降低用水量。

满足本领域的上述需求的一种可能方法是：使用能以多种冲洗量工作的马桶系统。例如，现在可商购到提供两个冲洗周期的“双重冲洗”马桶。马桶用户可以选择例如用于除去固体废物的1.6加仑的“完全冲洗”，或者例如用于除去液体废物或极少固体废物的1.1加仑的“短冲洗”。假设使用马桶来去除液体废物的次数是用于去除固体废物的次数的大概两倍，则这种代表性双重冲洗系统所产生的平均用水量V_avg是

(2V_pf+V_ff)/3                                    (I)

其中，V_pf是部分(或较低量)冲洗的量，而V_ff是完全冲洗的量。在上述关于典型冲洗量的例子中，其中gpf是加仑/冲洗

V_avg＝(2·1.1gpf+1.6gpf)/3＝1.27gpf(II)

相对于单冲洗式的1.6加仑/冲洗的系统，这相当于节约了21％。

最近，美国环保机构引进了WaterSense项目，它把使用了少于或等于1.28gpf(相较于1.6gpf节约了20％或更多)的马桶认证为“高效能马桶”或HET。对于获得WaterSense认证的HET提供折扣的区域性计划正逐渐普及，并且将驱使消费者购买这些产品。

然而，在全球市场中，当前可购买的双重冲洗马桶不具备某些方面的马桶性能。事实上，真正的虹吸式双重冲洗马桶并不存在。双重冲洗马桶是可商购的，但它主要以冲落式系统运行，并且具有与上述的保持桶缸清洁度相关的问题。在以虹吸式马桶作为规范的美国市场中，消费者对于接受冲落式双重冲洗马桶的抗拒将会减弱美国政府通过WaterSense项目来减少用水量的努力。

在真正的虹吸式双重冲洗马桶的设计过程中，技术挑战有两层：第一个是设计出能够恒定地以非常低(小于1.28gpf)的冲洗量实现虹吸的马桶。第二个是寻找一种在改变冲洗周期之后恒定地对桶缸再充水的方法。如上所述，在虹吸中止以后，重力驱动式的虹吸式马桶系统的桶缸中的水位降到挡水堰的水平高度之下。必须使水位重新恢复到其初始水平，或至少恢复到在北美、欧洲和亚洲的管道法规中要求的2英寸(5.08cm)的水封深度。通过把对水箱再充水所需的水中的预定百分比引导到桶缸中来实现该再充水。该预定百分比被称为“再充水率”。该系统和再充水率被调整为使得几乎在水箱中的水位达到其所需深度的同时，桶缸中的水位达到其所需的水封深度，并且充水阀闭合。充水阀的闭合通常由水箱内的浮标来控制。当水箱水位达到其目标高度时，浮标在水面上升高并以机械方式闭合充水阀。

利用双重冲洗马桶系统，根据用户选择的冲洗周期，将从水箱中流出不同量的水。例如，当选择了完全冲洗周期(6升/冲洗(lpf))时，将从水箱中流出大约4.5升的水，并且，桶缸中原有的1.5升水将随着该4.5升的水被虹吸，沿着排水管向下。因此，必须设定再充水率，以在使4.5升的水再充入水箱中所花的时间内将1.5升的水引导到桶缸中。那么，在该示例中，再充水率为1.5升/6升＝25％。当启用完全冲洗周期时，把再充水率设定为25％将能够维持水封深度以及该马桶系统的适当功能。为了进一步说明该示例，当选择了短冲洗时，将从水箱中流出大约3.3升的水，并且，桶缸中原有的1.5升水将随着该3.3升的水被虹吸，沿着排水管向下。在该冲洗之后，水箱仅需要补充3.3升水。如果使用相同的25％的再充水率，则只有1.1升水会再充入桶缸中，从而导致其达不到法规所要求的水封深度。该问题的解决方法并不显而易见，而且马桶制造商已被迫转向冲落式系统，其通过消除对于再充水的需要来回避该问题。

因此，在本领域中，存在着对如下这种虹吸式马桶系统的需求：该虹吸式马桶系统提供了高性能的废物去除，同时解决了再充水问题并使堵塞最小化，并且仍允许用水方面的节约。

发明内容

因此，本发明提供一种马桶和重力冲洗式马桶系统，其避免了现有技术中的上述缺点，并且本发明提供一种虹吸式马桶系统，其能够利用其以多种冲洗量工作的能力来进行节水。本发明的另一个优点是提供一种虹吸式马桶系统，其能够以可变的多种冲洗量工作，同时具有桶缸中的较大水面面积，从而有助于维持清洁度并减少异味。

本发明的另一个优点是提供一种具有冲洗机构的马桶，该冲洗机构能够提供桶缸中的预冲水的良好更换、两次使用之间的更干净的外观以及改善的卫生状况。有利地，本发明还有利地提供一种马桶系统，它使得能够在无任何性能方面折衷的情况下实现节约用水。

本发明包括具有至少两种冲洗量的重力冲洗式马桶系统，其包括水箱和具有出口的马桶桶缸，其中，该水箱包括至少一个充水阀和至少一个冲洗阀，该系统提供了马桶桶缸中的至少约200cm²的水面面积、以及在完全冲洗周期中、在虹吸期间、在桶缸的出口处测量到的至少约2500毫升/秒的峰值流动速率，并且从该完全冲洗周期开始时起，在不多于约1.75秒的时间内达到至少2000毫升/秒的流动速率。此外，在冲洗周期的结尾时，能够以减少的水量对马桶桶缸进行再充水，以实现大于约5cm的水封深度以及这样的桶缸中的冲洗后的水面面积，该桶缸中的冲洗后的水面面积至少是在完全冲洗周期完成之后获得的面积的大约90％。

在一个实施例中，水箱中的至少一个充水阀在完全冲洗周期上具有大于约5％的再充水率，并在部分冲洗周期上具有大于约10％的再充水率，其中，该系统能够基本恢复桶缸中的水面面积和水封深度。

该系统可以具有输送不多于大约6.0升水的至少一个冲洗周期。该系统还可以具有提供不多于大约4.2升水的至少一个冲洗周期。在本文的一个实施例中，该系统具有两个冲洗周期，第一个周期能够输送不多于大约6.0升的水，而第二个周期能够输送不多于大约4.5升的水。在另一个实施例中，该马桶系统能够提供两个冲洗周期，其中，第一个冲洗周期能够输送不多于大约4.8升的水，而第二个冲洗周期能够输送不多于大约4.0升的水。在虹吸期间，在桶缸的出口处测量到的、优选的峰值流动速率可以进一步超过大约2750毫升/秒，并且达到该峰值流动速率的优选时间是1.5秒或更短。

在本文的又一个实施例中，该重力冲洗式马桶系统可以包括位于水箱中的所述至少一个充水阀中的至少一个，其能够基于冲洗周期输送可变百分比的水，以对马桶桶缸进行再充水。

在又一个实施例中，该马桶系统是直接供水喷射式马桶系统。在一个更优选的实施例中，在这种系统中，该马桶系统中的内部横截面积测量值由下列关系式限定：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²        (III)

A_pm＞35cm²＞A_rip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop  (IV)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，A_rip是边沿进口的横截面积，而A_rop是至少一个边沿出口的横截面积。

在另外的实施例中，该马桶系统可以是边沿供水喷射式马桶系统。在又一个优选实施例中，在这样的边沿供水喷射式马桶系统中，马桶系统中的内部横截面积测量值由下列关系式限定：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop    (V)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，而A_rop是至少一个边沿出口的横截面积。

本发明还包括一种为重力冲洗式马桶提供至少两种冲洗量的方法，其中，所述马桶包括水箱、具有出口的马桶桶缸、至少一个充水阀以及至少一个冲洗阀，该方法包括：提供所述马桶桶缸中的至少约200cm²的水面面积；在虹吸期间提供在桶缸的出口处测量到的至少约2500毫升/秒的峰值流动速率；以及不管所述至少两种冲洗量的冲洗量如何，在冲洗周期的结尾时均对所述马桶桶缸再充水，以便实现大于约5cm的水封深度以及这样的桶缸中的冲洗后的水面面积，该桶缸中的冲洗后的水面面积至少是在最大量的冲洗周期之后获得的水面面积的大约90％。

从随后的详细描述中，本发明的各种其他优点和特征将变得更显而易见，并且，在所附权利要求中将特别指出这些新颖特征。

附图说明

当结合附图阅读时，将会更好地理解上述发明内容和以下对本发明优选实施例的详细描述。为了举例说明本发明，在附图中示出了目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示出的精确布置结构和手段。在附图中：

图1是根据这里的本发明第一实施例的、直接供水喷射式马桶的沿着这里的图1A中的线A-A截取的纵向剖视图；

图1A是根据图1中的本发明实施例的、直接供水喷射式马桶的俯视图；

图1B是图1的直接供水喷射式马桶的沿着线B-B截取的横向剖视图；

图2是根据这里的本发明一个实施例的、边沿供水喷射式马桶的纵向剖视图；

图3是水箱的纵向剖视图，其中该水箱敞开，从而可以看到这里的本发明一个实施例中使用的双重冲洗机构；

图3A是图3的水箱内部的俯视图；

图4是根据这里的本发明图1中实施例的、马桶桶缸的侧视图，示出了根据本发明的示意性排污通道的外观图；

图4A至图4D是图5的马桶桶缸的排污通道的、分别沿着线C-C、D-D、E-E和F-F截取的局部横向剖视图；并且

图5是表示在这里公开的马桶排污通道的实施例中有用的形状的曲线。

具体实施方式

如本文所述，本发明提供了一种马桶，其能够以多种水量工作，而不会减弱其去除废物、清洁桶缸和保护用户免于暴露于下水道气体的能力。本发明进一步提供了一种虹吸式马桶系统，其允许在大块废物去除方面的高性能冲洗、桶缸清洁和以低于6升/冲洗的可变用水量补充或替换预冲水。该马桶在减少用水量的同时，对于现有的6升/冲洗的马桶中可能存在的堵塞保持一定的耐堵塞水平，并且提供优良的桶缸清洁度。在冲洗周期之后，不管所选择的冲洗周期如何，马桶桶缸中的水位总是返回至其所需的水封深度。此外，该马桶提供了桶缸中的水的足够大的表面积，从而提供典型的虹吸式马桶所期望的清洁度和异味减少。

在实际应用中，由于目前可用的充水阀的精确度、水压的短期变化、冲洗过程本身的不规则性和其他因素，在任何马桶中，在冲洗周期完成之后，水量都会存在一些固有的变动。然而，一般来说，如果能够使该变动保持在如下水平：即，所提供的水面面积在完全冲洗周期与部分冲洗周期之间变化小于10％，则对马桶的性能将具有无关紧要的影响，并且即使不是完全不会被最终用户注意到，也基本上不会被最终用户注意到。较大的变动会不利地影响性能和清洁度，并且增加了下水道气体混入马桶周围的生活空间中的风险。因此，非常希望有这样一种马桶系统，其能够在部分冲洗之后实现在完全冲洗时所形成的桶缸水面面积的至少90％。

根据本发明，提供了一种改进的新型马桶系统，其包括马桶桶缸组件，该马桶桶缸组件具有马桶桶缸和排污通道，该排污通道从马桶桶缸的底部延伸至下水管道。该马桶桶缸具有沿着马桶桶缸的上侧周边的边沿，其容纳有加压的冲洗水流，用于清洁该桶缸。水箱装配有一个或多个冲洗阀和充水阀，该冲洗阀能够把多于某一预定量的水释放到桶缸中，该充水阀能够在冲洗周期之后将水箱和桶缸再充水至它们的适当水位。该充水阀可以具有单一的、最佳调节的再充水率，或者提供取决于所选的冲洗周期的可变再充水率。在所有实施例中，多种冲洗量的马桶系统提供了虹吸式马桶所期望的大的水面面积、水封深度、大块污物去除性能、清洁度和异味抑制。所述冲洗阀和充水阀可从商业上获得。

除了需要专门的冲洗阀和再充水阀以外，马桶本身(实际上，整个马桶系统)还需要被构思为适当地起到虹吸式双重冲洗的作用。该马桶的内部水压通道必须被设计成使得该虹吸尽可能快速地启动。本质上，在虹吸启动之前存在于排污通道中的任何水均被浪费，并且其可用势能未对该冲洗有所贡献。当冲洗量减少到4.5升及以下时，迅速启动虹吸的要求就变得很关键，对于双重冲洗型马桶的部分冲洗周期来说，这是令人期望的。迅速启动虹吸使得桶缸能够彻底得到清洁，并且能够以最少水量清除废物。

可以通过“排水曲线”记录来表征马桶的虹吸作用。可以通过将集水容器放置在电子称重器上并允许从马桶出口排出的水进入该集水容器来记录所述排水曲线。当该称重器连接至配备有数据采集系统的PC时，操作者可以获得在冲洗周期中排出的水的质量(它是时间的函数)的读数。该曲线的一阶导数表示峰值排放速率和达到给定的流动速率所需的时间。在卫生洁具行业中，这种排放曲线相当广泛地用于表征马桶的冲洗行为(例如参见US 5,918,325，其相关部分以引用的方式并入本文)。为了有效起到虹吸式双重冲洗的作用，发明人已经发现：从冲洗周期的开始时起，必须在少于约1.75秒的时间内启动虹吸，更优选地，应该在少于约1.5秒的时间内启动虹吸。此外，峰值排放速率应该超过2500毫升/秒，更优选地，该峰值排放速率应该超过2750毫升/秒。

为了实现重力驱动式马桶中的这种水压性能水平，有必要加入一种已知为虹吸式喷嘴的特征。虹吸式喷嘴是一种独特的水压路径，其将强力水流朝着排污通道的开口引导。该水流用于更快地填充排污通道，并便于启动虹吸。对于虹吸喷射式马桶来说，有两种基本构造：边沿供水式喷射和直接供水式喷射。在边沿供水喷射式马桶中，水从水箱流经桶缸进口并进入主歧管。然后，水流经边沿，被分流而并行地经过该边沿的两侧，或者沿切向被引导至一侧或另一侧。随着水接近该边沿的前部(与通常在马桶桶缸的后部中的排污通道的开口相对)，它被引导穿过单独的通道，该单独的通道将边沿通道连接至喷嘴出口。然后，强力水流从该喷嘴出口离开，其有助于启动虹吸。在第二种类型的喷射式马桶、即直接供水喷射式马桶中，水从水箱流经桶缸进口并进入主歧管。然后，水分流到两个或更多个不同通道中，该水的一部分被引导至马桶的边沿，以提供用于清洗该桶缸的水。其余的水以比边沿供水喷射式马桶中存在的更直接的方式流到通向喷嘴出口的通道中。通常的结果是：与边沿供水喷射式马桶相比，直接供水喷射式马桶提供了经过喷嘴出口的更强力的水流，因此将具有更好的大块污物去除能力。然而，如果适当地构思，两种设计途径都能用于制造符合最终用户期望的可商购的马桶。

尽管对于制造具有作为虹吸式双重冲洗的应用所需的水压性能的马桶来说，虹吸式喷嘴是必要特征，但若不适当地设计，其本身是不够的。在虹吸喷射式马桶的水压路径中有几个特征必须优化。现在参考图1、1A和1B，示出了根据本发明实施例的、具有直接供水式喷嘴的重力驱动式的虹吸式马桶系统(这里总的指示为“21”)的第一部分(马桶桶缸部分)。如下文将更详细说明的，该马桶以低于1.6加仑/冲洗的多种冲洗水量提供了非凡的大块废物去除和桶缸清洁度。

如图1所示，直接供水喷射式马桶系统21包括马桶1。而且，在马桶1的桶缸4的底部上设置有排污通道2。马桶1具有边沿3，该边沿3围绕着马桶1的上表面1a的周边，边沿3限定有边沿通道3a。马桶1的桶缸4还具有位于其底部上的集水池5以及喷嘴出口6，该喷嘴出口6用于将加压水引入到排污通道开口7中。穿过边沿3延伸的边沿出口8被设置为允许该边沿3的边沿通道3a中的内部与桶缸4之间的液体连通。桶缸进口9位于马桶1的后部22。桶缸进口9流注入主歧管10，然后经过喷嘴进口12流注入直接喷射通道11，并到达边沿进口13。

水箱14是马桶系统21的另一个部分，并且如图3和3A所示，其可以利用多种构造而形成为标准马桶水箱，并且在桶缸进口9之上联接在该马桶的后部22上方。可替代地，水箱14可以形成为与马桶1的本体为一体，但优选仍位于同一位置，即在桶缸进口9上方。使用中的该水箱会容纳有水，用于启动从桶缸中的水和/或废物(液体或固体)至下水管道的虹吸作用，该下水管道连接至出口23(参见图1)，并且该水箱具有阀机构(参见图3)，以在冲洗周期之后用新的水再填充所述桶缸。

在直接供水喷射式马桶21中，冲洗水从水箱通过桶缸进口9到达马桶1的桶缸4，并进入主歧管10中。在主歧管10的末端24处，水被分流。水的一部分通过喷嘴进口12流入直接喷射通道11。其余部分通过边沿进口13流入边沿通道3a。直接喷射通道11中的水流到集水池5中的喷嘴出口6，并且在排污通道开口7处形成强力的加压水流。该强力的加压水流能够迅速地在排污通道2中启动虹吸，以将马桶1的桶缸4及其容纳物排空至下水管道。流经边沿通道3a的水产生从边沿孔8离开的、强力的加压水流，该加压水流用于在冲洗周期中清洁所述桶缸。

为了起到虹吸式双重冲洗马桶的作用，在直接供水喷射式马桶的几何特征中，有几个必须维持的关键关系。将这些关系维持在以下限值内使得能够制造这样一种马桶，其能够实现大于2500毫升/秒的峰值流动速率，同时，能够在冲洗周期开始之后的少于约1.75秒的时间内达到超过2000毫升/秒的流动速率。这些几何关系是：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²          (III)

A_pm＞35cm²＞A_rip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop    (IV)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，A_rip是边沿进口的横截面积，而A_rop是边沿出口的横截面积。将内部水腔室的尺寸维持在这些限值内建立了具有最佳流动特性的系统。

当主歧管的横截面积低于约35cm²时，从水箱离开的水流受到限制，这将防碍系统实现对于马桶充分起到虹吸式双重冲洗作用所必需的迅速有力的虹吸。类似地，当喷嘴出口的面积小于约6.4cm²或者没有维持该公式(III)和/或(IV)中的其他关系时，水流受到限制，并且不能维持强有力虹吸的迅速形成。这些进口、出口和通道的尺寸也有上限值，当高于该上限值时，用于充分填充这些进口、出口和通道以将压力和能量传递到排污通道所需的绝对水量变得不可能是6升或更少的水。然而，因为审美和制造方面的约束，与由于这些进口、出口和通道的尺寸不足而导致的构造相比，该上限值不太可能成为问题。

在边沿供水喷射式马桶中，如图2中的30所示，冲洗水从水箱经过桶缸进口34到达桶缸，并进入主歧管35中。在该主歧管的末端处，水经过边沿进口36并且对称地围绕边沿通道32的两侧流动。随着水穿过该边沿通道行进，水的一部分流经边沿出口33，用于在冲洗周期中清洁所述桶缸。在边沿通道的前侧，水的其余部分经过喷嘴进口37进入喷嘴通道31中。喷嘴通道31中的水流到喷嘴出口38，并且在排污通道开口39处形成强力的加压水流。该强力的加压水流能够迅速地在排污通道40中启动虹吸，以将桶缸及其容纳物排空至下水管道。流经边沿通道32的水还产生从边沿孔离开的、强力的加压水流，该加压水流用于清洁所述桶缸以及帮助形成虹吸。

为了起到虹吸式双重冲洗马桶的作用，在边沿供水喷射式马桶的几何特征中，有几个必须维持的关键关系。将这些关系维持在以下限值内使得能够制造这样一种马桶，其能够实现大于2500毫升/秒的峰值流动速率，同时，能够在进入冲洗周期之后的少于约1.75秒的时间内达到超过约2000毫升/秒的流动速率。这些几何关系是：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop    (V)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，而A_rop是边沿出口的横截面积。将内部水腔室的尺寸保持在这些限值内建立了具有最佳流动特性的系统。

当主歧管的横截面积低于约35cm²时，从水箱离开的水流受到限制，这将防碍系统实现对于马桶充分起到虹吸式双重冲洗作用所必需的迅速而有力的虹吸。类似地，当喷嘴出口的面积小于约6.4cm²或者没有维持该公式(V)中的其他关系时，水流受到限制，并且无法实现强有力虹吸的迅速形成。与直接供水喷射式系统一样，这些进口、出口和通道的尺寸也有上限值，当高于该上限值时，用于充分填充这些进口、出口和通道以将压力和能量传递到排污通道所需的绝对水量变得不可能是6升或更少的水。然而，因为审美和制造方面的约束，与由于这些进口、出口和通道的尺寸不足而导致的构造相比，该上限值不太可能成为问题。

除了供水通道中的这些重要关系以外，边沿供水喷射式马桶或直接供水喷射式马桶中的排污通道的几何尺寸也是重要的。该排污通道应该具有少于2500毫升的容量，优选少于2000毫升。对于马桶的以小于4.5升/冲洗的部分冲洗量进行虹吸的能力来说，限制该排污通道容量是重要的。此外，该排污通道应该畅通，在其整个长度上都能够使直径大于1.75英寸的球体通过。除了这些限制以外，该排污通道可以具有多种不同的三维形式，例如图1、4和5所示的平滑的侧向的u形形状。有时，也希望使用具有额外的弯曲和扭结的排污通道，以使水流减速并便于形成强力虹吸。

在图1、4和5所示的本发明一个实施例中，该排污通道的横截面是大致圆形的，具有大约47mm至大约54mm的直径。参照图1和5，该排污通道在集水池5的后侧与桶缸连结，并且在沿着l₁的路径上沿向上方向流动，该l₁可以描述为具有大约114mm至大约190mm、优选为大约152mm的可变半径R1的弧，并且沿着该l₁的长度为大约87mm至大约145mm、优选为大约116mm。该弧的半径沿着下一个长度l₂(其长度范围为从大约58mm至大约97mm、优选为大约78mm)变化至半径R₂，该半径R₂为大约381mm至大约635mm、优选为大约508mm的。然后，其沿着长度l₃过渡为具有反向半径R₃的弧，该半径R₃为大约65mm至大约75mm、优选为70mm，其中长度l₃为大约129mm至大约150mm、优选为大约139mm，其中，半径R₃在长度l₃上的顶点形成了马桶的挡水堰。

然后，该排污通道在长度l₄上过渡为向下腿部，该长度l₄在大约133mm至大约185mm之间、优选为大约145mm。该向下部分可以描述为具有半径R₄的弧，该半径R₄在大约0mm至大约284mm之间、优选为大约142mm。

在该向下的弧之后，所述排污通道转为朝着桶缸的前侧流动。这里，在最底下的部分中，其横截面偏离圆形，并且底壁遵循着与顶部不同的路径，从而该底壁通常具有较小曲率。在长度l₅上，随着该排污通道向后弯曲，在大约48mm至大约55mm、优选为大约52mm的长度上，经过该排污通道中心的半径R₅向后朝着桶缸的前侧以大约50mm至大约58mm、优选为大约54mm的半径弯曲。然后，其以大约0半径(实质上基本平直)的相对小的半径R₆行进长度l₆，该长度l₆为大约58mm至大约80mm、优选为大约64mm。最后，该排污通道以半径R₇再次向下转向，从而在大约59mm至大约104mm的长度l₇上形成与下水管道联接的出口，该半径R₇为大约41mm至大约69mm、优选为大约55mm。该出口能够以0半径向下延伸大约7mm至大约9mm、优选为大约8mm的长度。在图5所示的横截面图中，能够最佳地看出各个角度和横截面积。图4示出了图1中的示意性马桶的侧视图，以图4A至4D中的示例指定和显示了该排污通道的各个横截面图。

在可替代实施例中，该向下腿部可以是半径逐渐增大的弧，随着其向下延伸而变成近似直线状(与图2所绘的类似)。或者，它可以直接从形成所述挡水堰的弧呈直线地延伸，长度随着沿着腿部向下而逐渐增加，变成近似直线状。其他的可替代设计还包括：该腿部大致呈直线状，但朝着该马桶的后侧成角度地向下。在本发明中也可以使用其他设计构造，其包括产生涡流的突出部或凸部、双重挡水堰和其他排污通道构造。该排污通道可以变化，且不应认为其局限于此处的本发明，然而，如果使用会对本发明的如这里其他地方描述的性能优点造成明显不利影响的排污通道，则不是优选的。

最后，所述水箱必须装配有专门的阀，以使这些马桶能够适当地起到虹吸式双重冲洗作用。图3和4分别是对本文的马桶系统有用的水箱14的横截面图和顶视图。水箱14含有可商购的充水阀15和可商购的双重冲洗阀16。该双重冲洗阀具有用于启用冲洗的两个顶部安装式按钮：完全冲洗按钮18和部分冲洗按钮17。再充水能够离开充水阀15，经过再充水管19并进入双重冲洗阀16上的溢流管20。溢流管20与水箱进口9液体连通或者以别的方式连接，从而允许再充水经过歧管10流入桶缸4中并流入喷嘴口6，并且经过边沿通道3a流到边沿孔8。利用现有技术中已知的可以位于水箱外部的机构(例如安装在水箱盖(未示出)中的外部双重冲洗按钮)以及现有技术中已知或开发的其他类似机构，也可以启用该完全冲洗按钮18和部分冲洗按钮17。

实现上述优点并提供能够在双重冲洗周期或多种冲洗周期下工作的虹吸式马桶系统所需的另一个关键特征在于选择最佳的再充水率。在本发明的一个实施例中，该再充水率被设定为使得当最短的冲洗周期被启用时，桶缸中的水位返回至完全水封深度。这导致在较长冲洗周期之后，把比所需的水量大的再充水量引导到桶缸中。但通过选择来自水箱的适当的主冲洗量，较长周期的总冲洗量仍然可以维持在期望水平。将通过随后的例子来进一步说明本实施例。

在本文的另一个实施例中，本发明优选使用专门的充水阀，其能够根据所选定的冲洗周期来选择再充水率。在美国专利No.5,647,068中描述了这种再充水阀的例子，该美国专利的相关部分通过引用的方式并入本文。与选择了完全冲洗周期时相比，当选择了部分冲洗时，将更高的再充水率应用于该桶缸。这样，将最佳的再充水量引导至桶缸，以补充水封深度并提供真正的虹吸式马桶性能。可以通过包括浮标的简单机械机构、水压或空气压力来实现可变的再充水率。或者，可以通过包括致动器的电子机构或其他机电装置来实现该再充水率的可变性。

现在，将参照下面的非限制性示例来进一步说明本发明。每个示例的数据汇总在表1中。在这些示例中，根据峰值流动曲线测量各种参数。这通过如下测试来产生，在该测试中，将马桶桶缸安设在冲洗台座上。将桶缸设定为期望的耗水量和水压。将Toledo Speedweight称重器放在桶缸下方。将水桶放在称重器上。从桶缸出口到标准水桶(具有12英寸直径)的距离被设定为17英寸。称重器以每秒25个数据点的速率记录数据。

该Toledo称重器连接至数据记录系统。对桶缸进行冲洗以采集数据。在每秒七个数据点的情况下进行曲线平滑处理。利用冲洗周期中的数据对时间的一阶导数来生成流动曲线。根据该流动曲线数据，峰值流动被确定为最高值。从第一数据点到在该流动曲线数据中达到峰值的位置来测量达到峰值速率的时间。为了测量排污通道容量，待测量的桶缸需要确保为竖直构造。将排污通道出口堵塞。将测得的量的水从排污通道进口灌入排污通道中，并且使出口塞破裂以移除空气。水从排污通道进口持续填充，直至将排污通道装满。通过使用金刚石锯并在正确的开口处切断陶瓷桶缸来测量进口面积。进口被描绘在工程坐标纸上，并从该坐标纸模板中测得面积。

比较例1

在作为现有技术的典型描述的研究中，选择可商购的冲落式双重冲洗马桶(美国标准，Flowise Dual Flush)作为比较例。

该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，制造商将该完全冲洗声明为6.0升/冲洗，将该部分冲洗声明为3.0升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计5547毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的0％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导5547毫升的水对水箱进行再充水，并引导0ml的水来填充所述桶缸。在完全冲洗周期完成时，所测量到的、桶缸中的水面面积为115cm²，桶缸中的水量为1500毫升，并且水封深度为5.4cm。

通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。在6升的完全冲洗期间，所测量到的峰值排放速率为1839毫升/秒，这处于冲落式马桶的典型范围内。虹吸式马桶产生更高的峰值排放速率，几乎总是大于2000毫升/秒。

在完全冲洗完成之后，启动部分冲洗周期。在部分冲洗周期完成时，桶缸中的水面面积为115cm²，并且水封深度为5.4cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。在0.8升的部分冲洗周期中，所测量到的峰值排放速率为983毫升/秒，这也处于冲落式马桶的典型范围内。

尽管该马桶在大块污物去除方面功能良好，但较小的水面面积(小于200cm²)将引起冲落式马桶共有的清洁度问题且缺少异味抑制。

比较例2

选择可商购的、在市面上被称为“虹吸冲落式马桶”的双重冲洗马桶(Sterling)作为另一个比较例，以进行测试以及与本发明进行比较。

该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，制造商将该完全冲洗声明为6.0升/冲洗，将该部分冲洗声明为3.0升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计5819毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的12％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导5187毫升的水对水箱进行再充水，并引导707毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的707ml水中的75ml超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5894毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为131cm²，并且所测量到的水封深度为6.4cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。在6升的完全冲洗期间，所测量到的峰值排放速率为2994毫升/秒，这很好地处于虹吸式马桶的典型范围内。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在部分冲洗周期以及使用相同的12％再充水率对桶缸和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积减少至104cm²，并且水封深度减少至5.1cm。该减少的水量表明：为该系统选择的再充水率不恰当。然而，本文的申请人注意到，改变再充水率本身并不会改进该系统，因为这将导致完全冲洗可能超过6.0升/冲洗。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。在部分冲洗期间，峰值排放速率减少至2150毫升/秒，这在虹吸式马桶的范围内是较低的。当重复进行部分冲洗时，由于桶缸中的水位减少，不能在第二个周期中实现虹吸。

尽管该马桶在大块污物去除方面功能良好，但其较小的存水表面积将导致冲落式马桶共有的清洁度问题且缺少异味抑制。由于其表现为在重复启用部分冲洗之后不能实现虹吸，所以其也不是真正的虹吸式。

比较例3

选择可商购的冲落式双重冲洗马桶(Toto Aquia III)作为又一个比较例，以进行测试以及与本发明进行比较。其桶缸未形成有虹吸式喷嘴。所有冲洗水都从该马桶的边沿流出。

该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，制造商将该完全冲洗声明为6.0升/冲洗，将该部分冲洗声明为3.4升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计5289毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的5.5％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导5266毫升的水对水箱进行再充水，并引导307ml的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的307ml水中的284ml超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5573毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为118cm²，并且所测量到的水封深度为5.7cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为1491毫升/秒，这处于冲落式马桶的典型范围内。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在部分冲洗周期和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积为118cm²，并且水封深度返回至5.7cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为1219毫升/秒，这对于冲落式马桶而言是典型的。

尽管该马桶在大块污物去除方面功能良好，但其较少的水导致在使用过程中桶缸受到过度污染，并且仅提供了最小程度的异味抑制。非常小的存水表面积(118cm²)将使这些问题尤其明显。

比较例4

选择可商购的双重冲洗马桶(Milim Water Ridge，型号386082)作为又一个比较例，以进行测试以及与本发明进行比较。其桶缸形成有直接供水式虹吸喷嘴，具有如表1提供的进口和出口尺寸和水压性能。这些进口和出口尺寸中的若干个处于本发明的上述公式(III)和(IV)的准则范围内。然而，主歧管的横截面积小于35cm²(发明人已经发现这对于适当的水压性能是重要的)。所导致的水流限制表现为迟钝且较弱的水压性能，需要2.0秒的冲洗周期来达到大于2000毫升/秒的流动速率。此弱点和迟钝性不利地影响了该系统的真正虹吸性，在下文中，这将变得更明显。

该马桶被配置为以两个冲洗周期运行：完全冲洗和部分冲洗，制造商将该完全冲洗声明为6.0升/冲洗，将该部分冲洗声明为4.1升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计5315毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的30％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导4039毫升的水对水箱进行再充水，并引导1731毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的1731毫升水中的455毫升超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5770毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为528cm²，并且所测量到的水封深度为5.7cm。如上所述，通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的峰值流动速率。所测量到的峰值排放速率为2558毫升/秒，这处于虹吸式马桶的典型范围内。然而，流动速率需要2.0秒才超过2000毫升/秒，从而表现出迟钝且较弱的水压性能。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在部分冲洗周期以及使用相同的30％再充水率对桶缸和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积减少至436cm²，并且水封深度已减少至5.2cm。因此，该马桶不能作为真正的虹吸式双重冲洗马桶运行。迟钝的水压性能和非最佳的再充水率提供了不稳定的系统，其不能以变化的冲洗量保持桶缸中的水含量。此外，以部分冲洗量进行的另外的连续冲洗周期可能使问题加剧，甚至进一步减少水封深度和存水表面积的大小。增大再充水率可能是纠正该问题的一种途径，但这将导致在完全冲洗量上的过大的用水量，从而使其超过由多数管道法规所要求的6.0升的限制。发明人已经发现，迟钝的水压性能可能与主歧管中的水流限制有关，即，主歧管未能维持公式(III)和(IV)中的进口和出口尺寸的几何关系。

比较例5

选择可商购的双重冲洗马桶(Briggs Conserver Dual Flush)作为又一个比较例，以进行测试以及与本发明进行比较。其桶缸形成有直接供水式虹吸喷嘴，但其构造不符合上文描述及表1中给出的通道和进口、出口的期望布置结构。主歧管被分为上部分和下部分，它们就在桶缸进口的下游，从而形成可以描述为边沿歧管(上通道)和喷嘴歧管(下通道)的两个部分。因此，上述公式(III)和(IV)的准则无法严格适用于该马桶。这种非最佳的构造导致迟钝且较弱的水压性能，需要1.8秒的冲洗周期来达到大于2000毫升/秒的流动速率。此弱点和迟钝性不利地影响了该系统的真正虹吸性，在下文中，这将变得更明显。

该马桶被配置为以两个冲洗周期运行：完全冲洗和部分冲洗，制造商将该完全冲洗声明为6.0升/冲洗，将该部分冲洗声明为3.75升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计5150毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的15.25％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导4736毫升的水对水箱进行再充水，并引导852毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的852毫升水中的438毫升超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5588毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为349cm²，并且所测量到的水封深度为5.7cm。如上所述，通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的峰值流动速率。所测量到的峰值排放速率为2662毫升/秒，这处于虹吸式马桶的典型范围内。然而，流动速率需要1.8秒才超过2000毫升/秒，从而表现出迟钝且较弱的水压性能。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在部分冲洗周期以及使用相同的15.25％再充水率对桶缸和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积减少至311cm²，并且水封深度已减少至5.1cm。因此，该马桶不能作为真正的虹吸式双重冲洗马桶运行。迟钝的水压性能和非最佳的再充水率提供了不稳定的系统，其不能以变化的冲洗量保持桶缸中的水含量。此外，以部分冲洗量进行的另外的连续冲洗周期可能使问题加剧，甚至进一步减少水封深度和存水表面积的大小。增大再充水率可能是纠正该问题的一种途径，但这将导致在完全冲洗量上的过大的用水量，从而使其超过由多数管道法规所要求的6.0升的限制。发明人已经发现，迟钝的水压性能仍与水流限制有关，即，由于缺少真正的主歧管且未能维持公式(III)和(IV)中的进口和出口尺寸的几何关系。

示例6

根据本发明，将具有如图1所示的延长前侧边沿的16.5″高度的马桶桶缸联接至如图3所示的水箱。该水箱装配有可商购的双重冲洗阀和可商购的具有18％再充水率的充水阀。该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，该完全冲洗的目标是提供6.0升/冲洗，该部分冲洗的目标是提供3.7升/冲洗。在表1中提供了该马桶中的进口和出口尺寸的几何关系。所有这些进口和出口尺寸都在公式(III)和(IV)的准则范围内。

在启用完全冲洗之后，发现总计4949毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的18％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导4879毫升的水对水箱进行再充水，并引导1071毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的1071毫升水中的1001毫升是超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5950毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且水封深度为5.7cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为3410毫升/秒，这显示了非常强有力的虹吸性能。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在启用部分冲洗之后，发现总计3801毫升的水从桶缸出口离开。作为虹吸式马桶，充水阀引导3124毫升的水对水箱进行再充水，并引导686毫升的水来填充所述桶缸，这对应于18％的再充水率。总冲洗量为3810毫升。在部分冲洗周期以及使用相同的18％再充水率对桶缸和水箱的再填充完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且水封深度返回至5.7cm。该一致的水量表明本发明大大增强了性能和效用。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为3225毫升/秒，并且在进入冲洗周期仅1.1秒之后该流动速率就超过2000毫升/秒，这再次显示了非常强有力的虹吸性能。

通过该示例可以看出，本发明此实施例的马桶系统能够实现真正的虹吸式双重冲洗性能，并且能够提供桶缸清洁度和高的排放速率，而不会牺牲水封深度、桶缸中的水量、和/或存水表面积的大小。该马桶基于普通的6.0升/冲洗的虹吸式马桶运行并提供各种特征，并且增加如下优点：提供了节水的冲洗周期的选择。

示例7

根据此处的本发明实施例，将具有与图1所示的延长边沿桶缸类似的圆形前边沿的普通高度(15″)的马桶桶缸联接至如图3所示的水箱。该水箱装配有可商购的双重冲洗阀和可商购的具有18％再充水率的充水阀。该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，该完全冲洗的目标是提供6.0升/冲洗，该部分冲洗的目标是提供3.7升/冲洗。在表1中提供了该马桶中的进口和出口尺寸的几何关系。所有这些进口和出口尺寸都在公式(III)和(IV)的准则范围内。

该水箱装配有可商购的双重冲洗阀和可商购的具有18％再充水率的充水阀。该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，该完全冲洗的目标是提供6.0升/冲洗，该部分冲洗的目标是提供3.7升/冲洗。在启用完全冲洗之后，发现总计4949毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的18％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导4498毫升的水对水箱进行再充水，并引导987毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的987毫升水中的536毫升超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5485毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且所测量到的水封深度为5.7cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为3314毫升/秒，这处于虹吸式马桶的典型范围至较高范围内。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在启用部分冲洗之后，发现总计3155毫升的水从水箱出口离开，并且发现总计3801毫升的水从桶缸出口离开。总冲洗量为3847毫升。作为虹吸式马桶，充水阀引导3155毫升的水对水箱进行再充水，并引导692毫升的水来填充所述桶缸，这对应于18％的再充水率。在部分冲洗周期以及使用相同的18％再充水率对桶缸和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且水封深度返回至5.7cm。该一致的水量表明本发明此实施例大大增强了性能和效用。

通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。在部分冲洗过程中，所测量到的峰值排放速率为3110毫升/秒。在该冲洗周期中仅1.0秒之后该流动速率就超过2000毫升/秒。

通过该示例可以看出，根据本发明实施例的此马桶系统能够实现由桶缸清洁度和高排放速率限定的、真正的虹吸式双重冲洗性能，而不会牺牲水封深度、桶缸中的水量、和/或存水表面积的大小。该马桶基于普通的6.0升/冲洗的虹吸式马桶运行并提供各种特征，并且增加如下优点：提供了节水的冲洗周期的选择。

示例8

把来自示例4的具有圆形前边沿的15″高度的马桶桶缸联接至水箱，该水箱装配有可商购的双重冲洗阀，以及根据美国专利No.5,647,068所述的能够提供可变再充水率的专门改进的充水阀。该马桶具有两个冲洗周期：完全冲洗和部分冲洗，该完全冲洗的目标是提供6.0升/冲洗，该部分冲洗的目标是提供3.7升/冲洗。同样，所有进口和出口的几何尺寸都在公式(III)和(IV)描述的关系范围内。

在启用完全冲洗之后，发现总计5362毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的8％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导5336毫升的水对水箱进行再充水，并引导464毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的464毫升水中的438毫升超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了5800毫升的总冲洗量。在完全冲洗周期和再充水完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且水封深度返回至5.7cm。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为3300毫升/秒，并且在1.0秒时间内达到了大于2000毫升/秒的流动速率，这两个因素都表明非常强有力的虹吸性能。

在完全冲洗完成之后，启用部分冲洗周期。在启用部分冲洗之后，发现总计3847毫升的水从桶缸出口离开。该充水阀被确定为由工厂设定的18％的再充水率，从而在再充水周期中，其引导3161毫升的水对水箱进行再充水，并引导694毫升的水来填充所述桶缸，被引导至桶缸的694毫升水中的8毫升超过所需的量，并且它溢过挡水堰，这产生了3855毫升的总冲洗量。在部分冲洗周期以及使用相同的18％再充水率对桶缸和水箱的再充水完成时，桶缸中的水面面积为386cm²，并且水封深度返回至5.7cm。该一致的水量表明本发明此实施例大大增强了性能和效用。通过将集水容器放置在与数据采集系统连接的数字称重器上来测量离开马桶出口的水的流动速率。所测量到的峰值排放速率为3110毫升/秒，并且在1.0秒时间内达到了大于2000毫升/秒的流动速率，这再次显示了非常强有力的虹吸性能。

通过该示例可以看出，根据本发明实施例的此马桶系统能够实现由桶缸清洁度和高排放速率限定的、真正的虹吸式双重冲洗性能，而不会牺牲水封深度、桶缸中的水量、和/或存水表面积的大小。该马桶基于普通的6.0升/冲洗的虹吸式马桶运行并提供各种特征，并且增加如下优点：提供了节水的冲洗周期的选择。假定上述使用模式的两次部分冲洗接着一次完全冲洗，则该马桶提供4.06升/冲洗的平均用水量，相对于6.0升/冲洗的标准减少了32％。

本领域技术人员将会意识到，在不偏离上述实施例的宽泛的发明构思的情况下，能够对这些实施例进行改变。因此，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施例，而是意图覆盖在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种变型。

Claims (18)

1.一种具有至少两种冲洗量的重力冲洗式马桶系统，其包括水箱和具有出口的马桶桶缸，其中

所述水箱包括至少一个充水阀和至少一个冲洗阀，

所述系统提供所述马桶桶缸中的至少约200cm²的水面面积、以及在虹吸期间、在所述桶缸的出口处测量到的至少约2500毫升/秒的峰值流动速率，并且从冲洗周期的开始起，在不超过约1.75秒的时间内达到至少2000毫升/秒的流动速率，并且

在冲洗周期的结尾时，能够以减少的水量对所述马桶桶缸进行再充水，以实现大于约5厘米的水封深度以及这样的所述桶缸中的冲洗后的水面面积，即：所述桶缸中的冲洗后的水面面积至少是在完全冲洗周期完成之后获得的面积的大约90％。

2.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述至少一个充水阀在完全冲洗周期上具有大于约5％的再充水率，并在部分冲洗周期上具有大于约10％的再充水率，且所述系统能够基本恢复所述桶缸中的水面面积和所述水封深度。

3.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统是直接供水喷射式马桶系统。

4.根据权利要求3所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统中的内部横截面积测量值由下列关系式限定：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²         (III)

A_pm＞35cm²＞A_rip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop   (IV)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，A_rip是边沿进口的横截面积，而A_rop是至少一个边沿出口的横截面积。

5.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统是边沿供水喷射式马桶系统。

6.根据权利要求3所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统中的内部横截面积测量值由下列关系式限定：

A_pm＞35cm²＞A_jip＞A_jop＞6.4cm²＞A_rop    (V)

其中，A_pm是主歧管的横截面积，A_jip是喷嘴进口的横截面积，A_jop是喷嘴出口的横截面积，而A_rop是至少一个边沿出口的横截面积。

7.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述系统具有输送不多于约6.0升水的至少一个冲洗周期。

8.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述系统具有输送不多于约4.2升水的至少一个冲洗周期。

9.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统能够提供两个冲洗周期，其中第一个冲洗周期能够输送不多于约6.0升的水，而第二个冲洗周期能够输送不多于约4.5升的水。

10.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统能够提供两个冲洗周期，其中第一个冲洗周期能够输送不多于约4.8升的水，而第二个冲洗周期能够输送不多于约4.0升的水。

11.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，在虹吸期间，在所述桶缸的出口处测量到的所述峰值流动速率超过大约2750毫升/秒，并且，达到峰值流动速率的时间不多于约1.5秒。

12.根据权利要求1所述的重力冲洗式马桶系统，其中，水箱中的所述至少一个充水阀中的一个能够基于所述冲洗周期而输送可变百分比的水，以对所述马桶桶缸进行再充水。

13.根据权利要求12所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述至少两个冲洗周期中的一个能够输送不多于约6.0升的水。

14.根据权利要求12所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述至少两个冲洗周期中的一个能够输送不多于约4.5升的水。

15.根据权利要求12所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统具有两个冲洗周期，第一个冲洗周期能够输送不多于约4.8升的水，而第二个冲洗周期能够输送不多于约4.0升的水。

16.根据权利要求12所述的重力冲洗式马桶系统，其中，所述马桶系统具有两个冲洗周期，第一个冲洗周期能够输送不多于约6.0升的水，而第二个冲洗周期能够输送不多于约4.5升的水。

17.根据权利要求12所述的重力冲洗式马桶系统，其中，在虹吸期间，在所述桶缸的出口处测量到的峰值流动速率超过大约2500毫升/秒。

18.一种为重力冲洗式马桶提供至少两种冲洗量的方法，其中，所述马桶包括水箱、具有出口的马桶桶缸、至少一个充水阀以及至少一个冲洗阀，所述方法包括：

提供所述马桶桶缸中的至少约200cm²的水面面积；

在虹吸期间提供在所述桶缸的出口处测量到的至少约2500毫升/秒的峰值流动速率；

不管所述至少两种冲洗量的冲洗量如何，在冲洗周期的结尾时均对所述马桶桶缸进行再充水，以便实现大于约5cm的水封深度以及这样的所述桶缸中的冲洗后的水面面积，即：所述桶缸中的冲洗后的水面面积至少是在最大量的冲洗周期之后获得的面积的大约90％。

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