CN104863233B - 坐式负压节水马桶 - Google Patents

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Abstract

坐式负压节水马桶属于日常生活用品技术领域，具体地说属于卫生洁具的一种节水型马桶，这种坐式节水型马桶以人坐下时的重力势能为能量，使气囊体积压缩变小，并排出其内部的空气。在冲水时利用弹簧的弹力，使气囊恢复原状并形成负压腔体，利用气压差使马桶内的物质被吸入下水管道。这样，仅需要较少量的水来冲洗马桶内壁并形成水封即可，可以有效的达到节约水资源的目的，经计算，这种设计大约可以节水50％‑75％。

Description

坐式负压节水马桶
技术领域
本发明涉及日常生活用品技术领域，具体地说属于卫生洁具的一种抽水马桶。
这种坐式节水型马桶以人坐下时的重力势能为能量，使气囊体积压缩变小，并排出其内部的空气。在冲水时利用弹簧的弹力，使气囊恢复原状并形成负压腔体，利用气压差使马桶内的物质被吸入下水管道。这样，仅需要较少量的水来冲洗马桶内壁并形成水封即可，可以有效的达到节约水资源的目的，经计算，这种设计大约可以节水50％-75％。
背景技术
中国是一个严重缺水的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％；人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位。中国已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一。据统计，在全国663个建制市中，有400个城市供水不足，其中110个严重缺水，年缺水约100亿立方米，每年影响工业产值约2000亿元。目前我国城市供水以地表水或地下水为主，或者两种水源混合使用，有些城市因地下水过度开采，造成地下水位下降，有的城市形成了几百平方公里的大漏斗，使海水倒灌数十公里。我国农业，特别是北方地区农业干旱缺水状况加重。目前，全国仅灌区每年就缺水300亿立方米左右。干旱缺水成为影响农业发展和粮食安全的主要制约因素；全国农村有2000多万人口和数千万头牲畜饮水困难，1/4人口的饮用水不符合卫生标准。
然而我国的用水效率却不高：目前，全国农业灌溉年用水量约3800亿立方米，占全国总用水量近70％。全国农业灌溉用水利用系数大多只有0.3-0.4左右；其次，工业用水浪费现象也十分严重，据有关数据统计结果显示，我国单位工业产值的用水量是发达国家的10～20倍；我国水的重复利用率为40％左右，而发达国家为75～85％；我国城市生活用水浪费也十分严重。据统计，全国多数城市自来水管网，仅跑、冒、滴、漏损失率就达到15％一20％。水是生命之源，是人类赖以生存的最珍贵的资源，在人口大量增长和工业用水大幅度增加的背景下，节水就是很有必要的了。
我们日常生活中处处都会用到水，洗菜、做饭、洗衣、洗澡、冲厕所、拖地板都需要使用水，这其中，冲厕所消耗的水是很多的。普通马桶水箱容积约9升，按照一人一天需要上6次厕所计算，一人一天就需要使用约6×0.009＝0.054m3的水用于冲厕所，一年就需要约365×0.054＝19.71m3的水，按照中国7亿的城镇人口计算，每年用来冲厕所的水就需要19.71×7×108＝1.3797×1010m3，大概相当于3个密云水库的容积，如此大的用水量，如果可以从中节水，那我们将节省许多水资源，因此，我有了设计一款节水型马桶的想法。
发明内容
这款马桶结构，分为上、下两个部分，上下两部分套在一起并且可以在外力及弹簧的作用下，上下移动。上部结构由马桶、回弯、单向阀、缓存腔体、锁止环、以及气囊等组成，下部结构由气囊支撑结构、复位弹簧、限位杆、以及弹性管道等组成。
人坐在马桶上时，马桶上部结构在人体重力的作用下，向下运动压缩气囊。由于水封的作用，气囊内气体通过单向阀被排入下水道内。同时，锁定机构闭合，使马桶上部结构与下部结构锁定。当外力消失后，由于锁定机构闭合，马桶上部结构不能恢复原位。当冲水时，先由水箱放水进入马桶，之后解锁机构释放，使马桶上部结构在弹簧的作用下恢复原状，此时，气囊及缓存腔体内将产生负压，在气压的作用下马桶内的物质被吸入管道内并通过单向阀进入下水道，继续放少量水起到冲刷以及形成水封的作用。
解锁机构与冲水开关的联动：解锁机构与冲水开关的联动即可通过电控方式解决，也可通过机械控制方式解决。
此外，在单向阀上部有一缓存腔体，它的作用是：马桶内的物质在被吸入时，不会因其在单向阀上方的管道内过度堆积，而堵塞空气流动路由，使得吸入不畅，同时也有防止马桶内物质被吸入气囊内的作用。
单向阀的作用：当气囊恢复原状，并在气囊及缓存腔体内形成负压时，防止管道内空气进入缓存腔体破坏负压。其另外作用是：在形成负压环境的同时，防止马桶内的物质在没有被全部或大部分吸入缓存腔体前就迅速打开单向阀，破坏负压环境影响吸入效果。
气囊设计：气囊设计为柱形结构，高150mm，底面面积50000mm2垂直方向压缩量100mm；压缩体积为5L
坐便高度设计：坐便未被压缩前的设计高度为380mm；压缩后的设计高度为370mm
负压计算：按照单向阀至水封的体积(含管道与气囊)为10L计算，根据P＝ρgh与ρ＝计算可得气囊压缩后完全恢复将产生0.5个大气压的压强。
吸力计算：按照管道直径为80mm计算，根据压强公式得到F＝P·S计算，会产生1×105Pa×π×(0.04m)2≈500N的力。
如果采用水冲，根据重力公式G＝mg，会产生9L×1kg/L×10m/s2＝90N的力。
由以上理论计算可知：这种利用气体压力差设计，获得的吸力，大约是传统(水冲)方式获得吸力的5.5倍左右。
附图说明
本图为一款坐式负压节水马桶的结构示意图：
具体实施方式
以下结合附图对本发明的装置和特征进行描述，只用于解释本发明，并非用于限制本发明。
本图为一款坐式负压节水马桶的结构示意图。所述装置包括：1坐便主体部分，为上部结构2锁止环3解锁机构与放水开关联动4限水杆5弹簧6单向阀结构7弹性管道可伸缩8气囊支撑杆9弹簧10限位杆11气囊与腔体由软管连接12解锁机构与放水开关联动13锁止环14气囊，下端与下部连接。
人坐在马桶上时，马桶上部结构在人体重力的作用下，向下运动压缩气囊。由于水封的作用，气囊内气体通过单向阀被排入下水道内。同时，锁定机构闭合，使马桶上部结构与下部结构锁定。当外力消失后，由于锁定机构闭合，马桶上部结构不能恢复原位。当冲水时，先由水箱放水进入马桶，之后解锁机构释放，使马桶上部结构在弹簧的作用下恢复原状，此时，气囊及缓存腔体内将产生负压，在气压的作用下马桶内的物质被吸入管道内并通过单向阀进入下水道，继续放少量水起到冲刷以及形成水封的作用。
采用气压代替水压的设计方案，可以获得更大的吸力，同时可以更有效(因吸力变大)地解决马桶堵塞的问题。
采用这种负压设计，预计每次(如厕方便后)只需要2L-4L的水冲刷马桶，所以每次冲厕将会节水50％-75％左右，如果全国的马桶都使用这种设计，理论上就可以节约大约7×109L至1×1010L的水资源。大约为2个左右的密云水库容量，由此可以产生非常大的社会效益和经济效益，希望我的设计能为社会做一点贡献。
以上所述仅为本发明的较佳设计，并不用以限制本发明，凡本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种坐式负压节水型马桶，其特征在于，以人坐下时的重力势能为能量，使气囊体积压缩变小，并排出其内部的空气；在冲水时利用弹簧的弹力，使气囊恢复原状并形成负压腔体，利用气压差使马桶内的物质被吸入下水管道；这样，仅需要较少量的水来冲洗马桶内壁并形成水封即可，有效的达到节约水资源的目的；
其结构分为上、下两个部分，上下两部分套在一起并且在外力及弹簧的作用下，上下移动；上部结构由坐便主体部分、回弯、单向阀、缓存腔体、锁止环、以及气囊组成，下部结构由气囊支撑杆、弹簧、限位杆、以及弹性管道组成；坐便主体部分的下端通过回弯连接缓存腔体，缓存腔体的下端通过单向阀连接弹性管道，缓存腔体的上端还连接气囊，气囊的下方设置气囊支撑杆，坐便主体部分与气囊组合整体的两侧均设有锁止环、解锁机构、弹簧与限位杆，且限位杆位于弹簧中。
2.根据权利要求1所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，人坐在马桶上时，马桶上部结构在人体重力的作用下，向下运动压缩气囊，由于水封的作用，气囊内气体通过单向阀被排入下水道内，同时，锁止环闭合，使马桶上部结构与下部结构锁定，当外力消失后，由于锁止环闭合，马桶上部结构不能恢复原位，当冲水时，先由水箱放水进入马桶，之后解锁机构释放，使马桶上部结构在弹簧的作用下恢复原状，此时，气囊及缓存腔体内将产生负压，在气压的作用下马桶内的物质被吸入管道内并通过单向阀进入下水道，继续放少量水起到冲刷以及形成水封的作用。
3.根据权利要求2所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，解锁机构与冲水开关的联动：解锁机构与冲水开关的联动既能通过电控方式解决，也能通过机械控制方式解决。
4.根据权利要求3所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，在单向阀上部有一缓存腔体，它的作用是：马桶内的物质在被吸入时，不会因其在单向阀上方的管道内过度堆积，而堵塞空气流动路由，使得吸入不畅，同时也有防止马桶内物质被吸入气囊内的作用。
5.根据权利要求4所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，所述单向阀的作用：当气囊恢复原状，并在气囊及缓存腔体内形成负压时，防止管道内空气进入缓存腔体破坏负压，其另外作用是：在形成负压环境的同时，防止马桶内的物质在没有被全部或大部分吸入缓存腔体前就迅速打开单向阀，破坏负压环境影响吸入效果。
6.根据权利要求5所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，设计与计算：
气囊设计：
气囊设计为柱形结构，高150mm，底面面积50000mm2，垂直方向压缩量100mm；压缩体积为5L
坐便高度设计：
坐便未被压缩前的设计高度为380mm；压缩后的设计高度为370mm
负压计算：
按照单向阀至水封的体积，含管道与气囊为10L计算，根据P＝ρgh与ρ＝计算得气囊压缩后完全恢复将产生0.5个大气压的压强；
吸力计算：
按照管道直径为80mm计算，根据压强公式得到F＝P·S计算，会产生1×105Pa×π×(0.04m)2≈500N的力；
如果采用水冲，根据重力公式G＝mg，会产生9L×1kg/L×10m/s2＝90N的力。
7.根据权利要求6所述的坐式负压节水型马桶，其特征在于，这种利用气体压力差设计，获得的吸力，是传统的水冲方式获得吸力的5.5倍。
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