CN105971086B - 能以减少的冲洗体积运行的高性能马桶 - Google Patents
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Abstract
本发明提供包括具有马桶便池的马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶。马桶便池具有沿其上周边设置的边缘通道和直接进给的喷射通道，喷射通道允许流体，例如水从马桶便池组件的进口流向直接进给喷嘴出口端口进入马桶便池的内部，流进马桶的集水坑。边缘通道包括至少一个边缘通道出口端口。在本发明的马桶中，马桶便池组件进口、边缘通道的入口端口以及直接进给喷嘴通道的出口端口的横截面面积被配置成最佳化以提供以小体积冲洗(每次冲洗不大于6.0公升)的极大提升的液压功能。液压功能在大体积除去废物和清洗便池方面获得了提升。
Description
本申请是申请日为2011年07月13日，申请号为201180009653.0，发明名称为“能以减少的冲洗体积运行的高性能马桶”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本专利申请根据美国法典35U.S.C.第§1 19(e)条要求于2010年7月20日提交的第61/366,146号临时专利申请的权益。本申请也是于2009年2月25日提交的第12/392,931号美国非临时专利申请的部分继续申请，后者根据美国法典35U.S.C.第§1 19(e)条要求于2008年2月25日提交的第61/067,032号美国临时专利申请的权益。每个上述美国专利申请的整个公开内容一并援引于此。
技术领域
本发明涉及用于除去人产生的或其它的废物、以重力作为动力的马桶的技术领域。本发明进一步涉及以减少的水体积运行的马桶的技术领域。
背景技术
适合于除去废物，例如人的废物的马桶已是众所周知的。以重力作为动力的马桶一般具有两个主要部分：水箱和便池。水箱和便池可以是分开的两个件，它们被结合形成马桶装置(通常称为分体式马桶)或者可以组合成整体单元(通常被称为一体式马桶)。
水箱通常是放置在便池后部之上并容纳水，水用于使废物开始从便池冲洗到污水管，以及用新鲜的水再充填便池。当使用者要冲洗马桶时，使用者将在水箱外面的冲洗控制杆推下，该冲洗控制杆与水箱内的可移动的链条或者杠杆相连接。当冲洗控制杆被压下时，它使起提升并打开冲洗阀作用的在水箱内的链条或者杠杆移动，以使水从水箱流出并流入便池，由此开始便池冲洗。
在冲洗循环中要有必须起作用的三个一般用途。其第一个用途是将固体的或者其它的废物排除到排水管道。其第二个用途是清洗便池以将沉积或者粘附在便池表面上的任何固体的或者液体的废物除去，以及其第三个作用是交换在便池中的冲洗前的水体积以便在两次使用之间在便池中保持比较清洁的水。第二个要求，即便池的清洗通常是通过围绕马桶便池的上周边延伸的中空的边缘实现的。一些或者全部的冲洗水被引导通过这边缘通道和流经位于其中的开口以将水分散在便池的整个表面上并完成所要求的清洗。
以重力作为动力的马桶可以分成两个通常的类别：冲洗式和虹吸式。在冲洗式马桶中，在马桶的便池内的水位始终保持相对恒定。当冲洗循环开始时，水从水箱流出并涌进便池中。这使得水位迅速上升以及过剩的水溢出排污通道的堰，并携带液体和随同液体的固体。在冲洗循环结束时，在便池中的水位自然回到由堰的高度所确定的平衡水平面。
在虹吸式马桶中，排污通道和其它的液压通道是设计成使虹吸管在将水添加到便池时在排污通道中被启动。虹吸管管子是颠倒的U形的管子，它将水从马桶便池吸到污水管道。当冲洗循环开始时，水流入便池并以比它离开向着污水管道的出口快的速度溢出排污通道中的堰。足够的空气最后从排污通道的下支管中被除去以启动虹吸管，虹吸管再将剩下的水抽出便池。当虹吸管中断时，在便池中的水位会因此适当位于堰的水平面之下，而需要提供一个分开的机构以在虹吸式冲洗循环结束时对马桶的便池再充填水，以重建最初水位和防止污水管的气体回流的防护“密封”。
虹吸式和冲洗式的马桶具有固有的优点和缺点。由于为了启动虹吸管而要求大部分的空气从排污通道的下支管中被除去，虹吸式马桶倾向于要有较小的排污通道，而这较小的排污通道可能导致堵塞。冲洗式马桶可以采用大的排污通道运行但通常要求在便池中较小量的冲洗前的水以达到由大多数国家的水管设施规范所要求的100：1稀释水平(即在冲洗循环中便池中的冲洗前的水体积的99％必须从便池中被除去并用新鲜水替换)。这个小的冲洗前的水体积表明其本身为小的“水渍”。在便池中的水渍或者冲洗前的水的表面积在保持马桶的清洁方面起到很重要的作用。大的水渍会增加废物在接触马桶的陶瓷表面前接触水的可能性。这就减少废物粘附到陶瓷表面而使得马桶通过冲洗循环自身较容易清洁。冲洗式马桶其具有小的水渍，因此经常要求在使用后手工清洗便池。
虹吸式马桶具有能够以在便池中较大的冲洗前的水体积和较大的水渍运行的优点。这是可能的，因为虹吸作用在冲洗循环结束时将大多数的冲洗前的水体积抽出便池。在水箱再充水时，重新充水的一部分被引入便池以使在冲洗前的水体积回到其初始的水平面。以这种方式，即使在便池中水的开始的体积相对于离开水箱的冲洗水显著地大，由许多水管设施规范所要求的100：1的稀释水平仍能达到。在北美市场，虹吸式马桶已获得普遍的接受并且现已被考虑为可接受的马桶形式的标准。在欧洲市场，冲洗式马桶仍较被接受和较流行。然而两种型式在亚洲市场都是常见的。
以重力作为动力的虹吸式马桶根据被用于实现冲洗作用的液压通道的设计可以进一步分为三个普遍的类别。这些类别是：非喷射的、边缘喷射的和直接喷射的。
在非喷射的便池中，全部的冲洗水离开水箱进入便池进口区域并通过主歧管流入边缘通道。水通过被设置在边缘下面的一系列孔围绕便池的周边散开。一些孔被设计成尺寸较大以使水较多地流入便池。为了使水在排污通道的堰上迅速地溢出足以置换在下支管中的充足的空气并启动虹吸管，需要相当高的流速。对于清洗便池和交换冲洗前的水，非喷射的便池通常具有足够良好的性能，但在大体积除去方面的性能却相对差。水进给到排污通道是低效的和紊流的，这就较难于充分地充满排污通道的下支管和启动强力的虹吸管。因此，非喷射的马桶的排污通道通常直径较小并含有弯曲和收缩，这种设计会阻碍水的流动。不具有较小的尺寸、弯曲和收缩，则牢固的虹吸管就不可能实现。不幸的是，小尺寸、弯曲和收缩会导致在大体积废物除去方面的差的性能和经常的堵塞，这些情形最终使用者是极其不满的。
马桶的设计人员和工程技术人员已经通过结合“虹吸管喷射”改善了虹吸式马桶的大体积废物除去的性能。在边缘喷射的马桶便池中，冲洗水离开水箱，流经歧管进口区域并通过主歧管流入边缘通道。一部分水通过设置在边缘下面的一系列的孔围绕便池的周边散开。剩下部分的水流经设置在边缘前面的喷射通道。这个喷射通道将边缘通道连接到位于便池的集水坑中的喷孔。喷孔的大小和位置是设置成可直接在排污通道的开口上发射强有力的水流开口。当水流经喷孔时，水用于比在非喷射的便池中可以达到的更有效和更迅速地充满排污通道。这个水朝向排污通道的更有力、迅速的流动能够使得便池被设计成采用较大的排污通道直径和较少的弯曲和收缩，这又相较于非喷射的便池改善了在大体积废物除去方面的性能。虽然较小体积的水流出边缘喷射的马桶的边缘，因为流经边缘通道的水被增压，便池清洗的作用通常是可被接受的。这允许水以较高的能量离开边缘孔并完成更有效的清洗便池的工作。
虽然边缘喷射的便池通常要优越于非喷射的，但水必须通过边缘向喷孔行进的长的路径会浪费和消耗许多的可利用的能量。直接喷射的便池对这种概念改进并在大体积除去废物方面实现甚至更好的性能。在直接喷射的便池中，冲洗水离开水箱、流经便池进口并流过主歧管。此时，水被分成两部分：一部分是通过边缘入口端口流向边缘通道，其主要用途是达到要求的便池清洗，而一部分通过喷射入口端口流向将主歧管连接于马桶便池集水坑中的喷孔的“直接喷射通道”。直接喷射通道可以采取不同的形式，有时可以是围绕马桶一侧的单向的形式，或者是“双路进给”形式，在“双路进给”中对称的通道是沿着将歧管连接于喷孔的两侧行进。当采用边缘喷射的便池时，喷孔的大小和位置的设定是要能发射强有力的水流刚好在排污通道的开口上。当水流经喷孔时，水可用作比在非喷射的或边缘喷射的便池中可以实现的更有效和更迅速地充满排污通道。这个向排污通道更有力和迅速的流动能够使马桶被设计成具有均匀较大的排污通道直径和最小限度的弯曲和收缩，这相较于非喷射的和边缘喷射的便池同样也提高了在大体积除去废物方面的性能。
数个发明已把目标对准在通过使直接喷射的概念最优化来提升虹吸式马桶的性能。例如，在美国专利第5,918,325号中，通过改进排污通道的形状提升虹吸式马桶的性能。在美国专利第6,715,162号中，通过使用一个具有被结合到进口中的半径和水进入便池的非对称流动的冲洗阀提升性能。
虽然直接进给喷射的便池目前代表用于大体积除去废物的技术状态，但仍有较多的改善需要。政府机构已不断要求城市的水用户减少他们的用水量。近来一些年的大量焦点已是减少马桶冲洗运行所要求的需水量。为了举例说明这一点，在马桶中用于每次冲洗的水量已被政府机构逐渐减少，从7加仑/每次冲洗(在20世纪50年代之前)减少到5.5加仑/每次冲洗(在20世纪60年代结束前)，再减少到3.5加仑/每次冲洗(在20世纪80年代)。1995年的国家能源政策法令现要求在美国出售的马桶可以使用仅1.6加仑/每次冲洗(6公升/冲洗)的量的水。在加利福尼亚州目前已通过了法规要求水使用进一步降低到1.28加仑/每次冲洗(4.8公升/冲洗)。当促使达到这些较低水平的水消耗时，目前在专利文献中描述和在市场上可买到的该1.6加仑/每次冲洗的马桶就丧失始终一致的虹吸抽取的能力。如果不开发改进的技术和马桶的设计，制造商就不得不减小排污通道直径并牺牲性能。
第二个需要专注的相关领域是开发能够以双冲洗循环运行的虹吸式马桶。“双冲洗”马桶是被设计成通过结合能够根据需被除去的废物选择不同的用水的机构来节省水。例如，每次冲洗循环6加仑可以被用来除去固体的废物，而每次冲洗循环1.2加仑或更少量用于液体废物。现有技术的马桶在1.2加仑或者更少量时通常难于虹吸抽取。因此，设计师和工程师减小排污通道的尺寸以克服在为固体废物除去所需要的每次循环1.6加仑时牺牲性能的问题。
需要改进的第三个领域是直接喷射的马桶的便池清洗能力。由于直接喷射的便池的液压设计，进入边缘通道的水未被增压。而是，仅在喷射通道被充满水和被增压之后水才涌入边缘通道。结果是离开边缘的水具有很低的能量，并且直接喷射的马桶的便池清洗功能通常不如边缘喷射的和非喷射的。
因此，在本技术领域有需要提供一种可克服现有技术的马桶中的上述缺点的马桶，这种马桶不仅可防止堵塞，而且在冲洗过程中允许充分的清洗，同时能符合水保护标准和政府指导方针。
发明内容
本发明涉及用于除去人的和其它的废物的以重力作为动力的马桶，该马桶可以减少的水体积运行而不会减小马桶的除去废物和清洗马桶便池的能力。
本发明的各种较佳实施例的优点包括但并不限于提供一种可避免上述现有技术的缺点并防止堵塞的马桶，以及提供一种采用更有效的、增压的边缘清洗的直接进给喷射的马桶。在这种情况下，本发明的较佳实施例可以提供一种具有更强有力的直接喷射的可充分利用其可利用的势能的马桶。在这些较佳实施例中，马桶无需使用者启动许多冲洗循环来达到清洁便池。
本发明可以提供一种可自动清洗的马桶，并还提供以少于1.6加仑/每次冲洗，较佳少于1.28加仑/每次冲洗，以及少到0.75加仑/每次冲洗或更少的用水的所有上述优点。
本发明的较佳实施例提供一种适合以“双路冲洗”方式运行，而在排污通道的尺寸方面无需重大让步的虹吸式马桶。
本发明还可提供一种具有液压调整的、适合更佳性能的直接喷射路径的马桶，和/或提供一种可减少液压损失的马桶。
根据本发明的一个较佳实施例，提供一种新的和改进的虹吸式、以重力作为动力型式的马桶，该马桶包括马桶便池组件，其具有例如通过从马桶便池的底部集水坑出口向污水管道延伸的排污通道与污水出口流通的马桶便池。马桶便池具有一个沿其上周边的边缘，该边缘通过在其上的至少一个开口容纳持续增压的冲洗水流动以清洗便池。流动进入直接进给喷射中边缘通道和喷射通道，同时提供流出边缘的持续增压的流动。通过使内部的液压通路的具体特征的相对横截面面积维持在某一个确定的范围内，压力基本上同时地被维持在边缘通道和喷射通道中。由于申请人已经发现边缘的增压提供较强的和较久的喷射流动，其能使较大的排污通道充满水而不会使虹吸抽取能力减小，因此可以较少的用水维持大体积废物除去性能和防止堵塞的能力。
根据前述，在一个实施例中，本发明包括一个虹吸式的以重力作为动力的马桶，该马桶具有一个马桶便池组件，该马桶便池组件包括：与流体源流通的马桶便池组件进口；具有围绕其上周边的并限定边缘通道的边缘的马桶便池，边缘具有入口端口和至少一个边缘出口端口，其中边缘通道入口端口与马桶便池组件进口流通；与污水出口流通的便池出口；以及与马桶便池组件进口流通以接收来自流体源的流体并便池出口流通以排出流体的直接进给喷嘴，其中马桶能够以不大于6.0公升的冲洗体积运行，以及离开至少一个边缘出口端口的水被增压，以使得对于约6.0公升的冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。在较佳实施例中，马桶能够以不大于约4.8公升的冲洗体积运行，而离开至少一个边缘出口端口的水被增压，以使得对于4.8公升的冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
该至少一个边缘出口端口较佳是以一种持续方式被增压一段时间，例如至少1秒钟。马桶较佳是能够基本上在流过直接进给喷嘴的同时提供来自至少一个边缘出口端口的已持续增压的流动。另外，较佳是在一个使用本发明马桶的一个较佳实施例中，对于约6.0公升的冲洗体积，冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过5英寸水柱·秒。此外，在较佳实施例中，马桶能够以不大于约4.8公升的冲洗体积运行，对于约4.8公升的冲洗体积，在使用本发明马桶的一个较佳实施例中，冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
在又一个实施例中，马桶便池组件进一步包括与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中，主歧管具有横截面面积(Apm)；其中直接进给喷嘴具有入口端口和出口端口并进一步包括在该直接进给喷嘴入口端口和直接进给喷嘴出口端口之间延伸的喷射通道，该入口端口具有横截面面积(Ajip)，而出口端口具有横截面面积(Ajop),以及其中边缘通道具有入口端口和至少一个出口端口，该入口端口具有横截面面积(Arip),而该至少一个出口端口具有总横截面面积(Arop)，其中：
Apm>Ajip>Ajop (I)
Apm>Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop。 (IV)
在一个较佳实施例中，主歧管的横截面面积是大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和该至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的约150％，而更佳地该边缘入口端口的横截面面积是大于或者等于至少一个边缘出口端口的总横截面面积的约250％。
在其它实施例中，马桶可以进一步包括使马桶能够使用至少两种不同的冲洗体积进行运行的机构。
马桶便池组件可以具有沿横向于由马桶便池边缘限定的平面的方向延伸的纵向轴线，其中主歧管沿基本上横行于马桶便池的纵向轴线的方向延伸。
本发明在另一个实施例中进一步包括具有马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶，该马桶便池组件包括：与流体源流通的马桶便池组件进口；在其中限定用于接收流体的内部空间的马桶便池；沿着马桶便池的上周边延伸并限定边缘通道的边缘，其中边缘具有边缘通道入口端口和至少一个边缘通道出口端口，其中边缘通道入口端口与马桶便池组件进口流通，而该至少一个边缘通道出口被配置成使得流经边缘通道的流体可进入马桶便池的内部空间中；与污水出口流通的便池出口；以及具有入口端口和出口端口的直接进给喷嘴，其中直接进给喷嘴入口端口与马桶便池组件进口流通用于将流体引入便池内部的下部，其中马桶便池组件配置成使得边缘通道和直接进给喷嘴能够以持续增压的方式将流体引入便池。在较佳实施例中，这种马桶是以6.0公升而较佳是4.8公升的冲洗体积来实现上述的流体的增压引入。
在一个较佳实施例中，马桶便池组件进一步包括与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，以及该主歧管还与边缘通道的入口端口和直接进给喷嘴的入口端口流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中主歧管具有横截面面积(Apm)；其中直接进给喷嘴具有横截面面积(Ajip)，而直接进给喷嘴的出口端口具有横截面面积(Ajop)；以及其中边缘通道的入口端口具有横截面面积(Arip)，以及至少一个出口端口具有总横截面面积(Arop)，其中：
Apm>Ajip>Ajop (I)
Apm>Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop。 (IV)
较佳地，主歧管的横截面面积是大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和该至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的约150％，而更佳是该边缘入口端口的横截面面积是大于或者等于该至少一个边缘出口端口的总横截面面积的约250％。
此外，在上述的虹吸式的以重力作为动力的马桶的较佳实施例中，Apm可以是约3平方英寸至约20平方英寸，更理想是约3.5平方英寸至约15平方英寸，Ajip可以是约2.5平方英寸至约15平方英寸，更理想是约4平方英寸至约12平方英寸，Ajop可以是约0.6平方英寸至5平方英寸，更理想是约0.85平方英寸至约3.5平方英寸，Arip可以是约1.5平方英寸至约15平方英寸，更理想是约2平方英寸至12平方英寸，以及Arop可以是约0.3平方英寸至约5平方英寸，更理想是约0.4平方英寸至4平方英寸。而且，Apm/(Arop+Ajop)可以是约150％至约2300％，更理想是约150％至约1200％，而Arip/Arop可以是约250％至约5000％，更理想是约250％至约3000％。
在某些实施例中马桶可以进一步包括能够使马桶用至少两种不同的冲洗体积进行运行的机构。
本发明在一个实施例中，在具有马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶中，该组件包括马桶便池，直接进给喷嘴和限定边缘通道并具有至少一个边缘开口的边缘，其中流体通过直接进给喷嘴和通过至少一个边缘开口被引入便池，进一步包括一种用于提供能够以不大于约6.0公升而较佳不大于约4.8公升的冲洗体积运行的马桶的方法，该方法包括通过马桶便池组件进口引导来自流体源的流体并引入直接进给喷嘴和边缘通道，以使流体在压力下从直接进给喷嘴和以持续的增压方式从至少一个边缘开口流入马桶便池的内部，使得在6公升的冲洗体积的冲洗循环过程中，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒，而较佳在约4.8公升的冲洗循环过程中也超过3英寸水柱·秒。
在较佳实施例中，在冲洗过程中，对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过5英寸水柱·秒。在较佳实施例中，马桶能够以不大于约4.8公升的冲洗体积运行。
在该方法中，马桶便池组件可以进一步包括与马桶便池组件进口流通的主歧管，主歧管能够接收来自马桶便池组件进口的流体，主歧管与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将流体从便池进口引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中主歧管具有横截面面积(Apm)；其中直接进给喷嘴具有入口端口和出口端口，该入口端口具有横截面面积(Ajip)，而该出口端口具有横截面面积(Ajop)；以及其中边缘通道具有入口端口以及至少一个出口端口，该入口端口具有横截面面积(Arip)，该至少一个出口端口具有总横截面面积(Arop)，其中该方法进一步包括配置便池以使得：
Apm>Ajip>Ajop (I)
Apm>Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop。 (IV)
在该方法的较佳实施例中，主歧管的横截面面积大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和该至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的约150％，而更佳的是该边缘入口端口的横截面面积是大于或者等于该至少一个边缘出口端口的总横截面面积的约250％。
也是在本发明内的是一种具有马桶便池组件的虹吸式的以重力为动力的马桶，该马桶便池组件包括：与流体源流通的马桶便池组件进口；马桶便池，该马桶便池具有围绕其上周边的并限定边缘通道的边缘，该边缘具有入口端口和至少一个边缘出口端口，其中边缘通道入口端口与马桶组件进口流通；与污水出口流通的便池出口；以及与马桶便池组件进口流通以接收来自流体源的流体和与便池出口流通以排出流体的直接进给喷嘴，其中马桶能够以不大于约6.0公升而较佳是不大于约4.8公升的冲洗体积运行，且离开至少一个边缘出口端口的水被增压，以及其中马桶便池组件进一步包括与能够接收来自马桶便池组件进口的流体的马桶便池组件进口流通的主歧管，主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将流体从马桶便池组件进口引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中主歧管具有横截面(Apm)；其中直接进给喷嘴具有入口端口和出口端口并进一步包括在直接进给喷嘴入口端口和直接进给喷嘴出口端口之间延伸的喷射通道，该入口端口具有横截面面积(Ajip)而出口端口具有横截面面积(Ajop)，以及其中边缘通道具有入口端口和至少一个出口端口，该入口端口具有横截面面积(Arip)，而该至少一个出口端口具有总横截面面积(Arop)，其中：
Apm>Ajip>Ajop (I)
Apm>Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop。 (IV)
在一个较佳实施例中，上述的马桶能够提供来自至少一个边缘出口端口以持续方式增压一段时间的流动，较佳至少1秒钟。马桶还可以能够基本上在流过直接进给喷嘴的同时提供来自至少一个边缘出口端口的已持续增压的流动。在一个较佳实施例中，对于约6公升的冲洗循环，而较佳对于约4.8公升的冲洗循环，在冲洗循环过程中对时间绘制的边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
在上述马桶的另外一些较佳实施例中，Apm是约9平方英寸至约15平方英寸，更佳是约10.78平方英寸，Ajip是约5平方英寸至约12平方英寸，更佳是约5.26平方英寸，Ajop是约1平方英寸至约3.5平方英寸，较佳是1.10平方英寸。Arip是约3平方英寸至约12平方英寸，更佳是3.87平方英寸，以及Arop是约0.45平方英寸至4平方英寸，更佳是约0.49平方英寸。此外，Apm/(Arop+Ajop)是约500％至约1200％，以及Arip/Arop是约700％至约3000％。
从下面的详细说明中可容易明了本发明的种种其它的优点和特点，并且本发明的新颖特点将在所附权利要求中特别予以指出。
附图说明
当结合附图阅读时将可更好地理解上述发明内容以及下面的对本发明的较佳实施例的详细描述。为了举例说明本发明，在附图中显示有目前是较佳的实施例。然而，应理解到本发明并不限于所图示的精确布置和机构。附图中：
图1是用于根据本发明一个实施例的马桶的马桶便池组件的纵向剖视图；
图2是显示流体流经用于根据本发明一个实施例的马桶的马桶便池组件的各部分的流程图；
图3是图1的马桶便池组件的内部水室的立体图；
图4是图1和图3的马桶便池组件的内部水室的进一步的分解立体图；
图5是对于来自实例8-12的数据的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图6是在实例8-12中试验的中心点上，即实例12在进入冲洗循环1.2秒时的计算流体动力学(CFD)模拟的侧视图；
图7是对于实例8-12的出口的总面积(以平方英寸测量)对主歧管的横截面面积(以平方英寸测量)的关系的图示；
图8是对于来自实例13-17的数据的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图9是在实例13-17中试验的中心点，实例17，在进入冲洗循环1.08秒时的CFD模拟的侧视图；
图10是对于实例13-17的出口的总面积(以平方英寸测量)对主歧管的横截面面积(以平方英寸测量)的关系的图示；
图11是对于比较例1的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图12是对于比较例2的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图13是对于比较例3的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图14是对于比较例4的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图15是对于比较例5的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图16是对于比较例6的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图17是对于实例7的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图18是实例18中参考的现有技术的马桶的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示，两者都以1.28加仑/每次冲洗；
图19是实例18中的本发明的马桶的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的关系的图示；
图20是用于根据本发明的另一较大通路实施例的马桶的马桶便池组件的纵向剖视图；
图21是图20的实施例的排污通道的轮廓图，标示出各种截面以评估排污通道的整体几何特性；
图22是显示用于评估沿在此标示为A7的截面上的区域的图21的排污通道的几何特性的纵向和横向测量值的剖视图；
图23是对于实例22-24(每个根据表4中提及的条件的一系列平均的冲洗)提及的马桶并使用4.8公升/每次冲洗(1.28加仑/每次冲洗)的冲洗体积的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的图示；以及
图24是对于实例31-33(每个根据表4中提及的条件的一系列平均的冲洗)提及的马桶并使用4.8公升/每次冲洗(1.28加仑/每次冲洗)的冲洗体积的压力(以英寸水柱测量)对时间(以秒测量)的图示。
具体实施方式
在此描述的马桶装置提供边缘喷射系统的有利特征以及直接喷射系统的有利特征。马桶装置的内部的水通道被设计成使得离开直接进给系统的边缘的水被增压。马桶能够持续防止堵塞以符合现今的6.0公升/每次冲洗(1.6加仑/每次冲洗的马桶)，同时仍可以减少的用水提供优良的便池清洁。
参看图1，图中显示用于以重力作为动力的虹吸式马桶的马桶便池组件的一个实施例。图中显示马桶便池组件而没有水箱，在图中马桶便池组件总的以附图标记10标示。然而应被理解到，具有如图所示在此被描述的马桶便池组件10的任何马桶都将包含在本发明的范围内，以及马桶便池组件10可以与结合于管道系统(未图示)的马桶水箱(未图示)或者壁挂冲洗系统连接以形成根据本发明的马桶。因此，具有在此所述的马桶便池组件的任何马桶是在本发明的范围内，以及用于将流体引入马桶便池组件进口以冲洗马桶的特性和机构，无论是水箱或是其它流体源均不重要，因为任何这样的水箱或者水源都可以与在本发明的马桶中的马桶便池组件一起使用。如在下面将较详细说明的那样，具有根据本发明的马桶便池组件的马桶的较佳实施例能够以不大于约每次冲洗6.0公升(1.6加仑)，较佳是每次冲洗4.8公升(1.28加仑)而更理想是每次冲洗3.8公升(1.0加仑)的冲洗体积提供特别大体积的废物除去和便池清洗。熟悉本技术的技术人员根据本揭示内容应理解到能够以约6.0公升或更小的冲洗体积实现这些标准，那并不意味马桶不能以更高的冲洗体积很好地运行，而通常确实可以更高的冲洗体积达到良好的冲洗能力，然而，这样的能力意味着可以大范围的冲洗体积运行的马桶即使在6.0公升、4.8公升或更小的较低冲洗体积时仍能够达到有利地除去废物和清洗便池，以满足苛刻的水保护要求。
如图1中所示，马桶便池组件10包括排污通道12和配置成可在其中限定边缘通道16的边缘14。边缘通道具有在其中的至少一个出口18以将流体，例如冲洗水从边缘通道16内引入便池。该组件包括底部的集水坑部分22。直接进给喷嘴24(如在图3和图4中最清楚显示)包括在直接进给喷嘴入口端口28和直接进给喷嘴出口端口30之间延伸的喷射通道或者通路26。如图所示，存在两个这样的通道26，两个通道延伸成在整体结构内围绕便池20向外弯曲。通道馈送入单个的直接进给喷嘴出口端口30，然而，根据本揭示内容应理解到可以提供多于一个的这样的直接进给喷嘴出口端口，每个设在通道26的末端或者在多个这样的通道的末端。然而，较理想是使喷射流动从双通道如图示那样集中流入单个直接进给喷嘴出口端口30。马桶组件具有出口32，出口32也是向着排污通道12的总入口。排污通道12如图所示那样弯曲以提供在冲洗时的虹吸抽取并排入污水出口34。
马桶便池组件10还具有马桶便池组件进口36，该进口是与流体源(未图示)流通，该流体源例如是来自水箱(未图示)、壁挂冲洗装置等的冲洗水，每一种流体源提供流体，例如来自城市的或者其它的流体供给源的水，包括本技术领域为大家知道的各种冲洗阀。如果水箱存在，水箱可以在马桶便池组件的后部上面连接到马桶便池组件进口36上。或者，水箱可以与马桶便池组件10的主体成整体，只要它位于马桶便池组件进口36之上即可。这样一种水箱可容纳水用于启动虹吸作用以将水从便池抽取到污水管道，而且阀机构用于在冲洗循环之后用新的水再充填便池。任何这样的阀或者冲洗机构都适合与本发明一起使用。本发明还能够与各种双路或者多路冲洗机构一起使用。因此根据本揭示内容熟悉本技术的人员应理解到能够启动冲洗的虹吸管并将水引入进口36的与水源流通的任何水箱、冲洗机构等，包括提供为本技术领域所知的和在未来日子要被开发的双路和多路冲洗的那些机构，都可以与本发明的马桶便池组件一起使用，条件是这样的机构可以将流体提供给便池组件并与边缘通道的入口和直接进给喷嘴的入口流通。
进口36允许流体由流体的进口流通到直接进给喷嘴24和边缘通道16。较佳地，流体首先从进口36流过主歧管38，流动由主歧管分成进入直接进给喷嘴入口端口28的第一流动和进入入口40再进入边缘通道16中的第二流动。从流体直接进给喷嘴入口端口28流入喷射通道26并最后流过直接进给喷嘴出口端口30。流体从边缘通道的入口40较佳地沿两个方向(或者马桶便池组件也可以被形成使得仅沿一个方向流动)流过边缘通道并通过至少一个而较佳是多个的边缘出口端口18流出。虽然边缘出口端口可以各种横截面形状(圆形、正方形、椭圆形、三角形、裂缝状等形状)配置，但为了制造方便这些端口的横截面较佳的是大致圆形物，而更佳的是大致圆形。
在包括本文描述的马桶便池组件的本发明的马桶中，冲洗水从例如水箱(未图示)通过马桶便池组件进口36流入马桶便池20，而较佳是流入主歧管38。在主歧管的离开进口36最远的末端42上，水被分开。水的第一流动，如上所述是流经直接进给喷嘴24的入口28并流入喷射通道26。第二或剩下的流动，如上所述是通过边缘入口端口40流入边缘通道16。在直接进给喷射通道26中的水流向在集水坑22中的喷射出口端口30并将强劲的已增压的水流射向便池的出口，该便池的出口也是排污通道开口32。这个强劲的已增压的水流能够迅速启动在排污通道12中的虹吸管以将便池和其内容物排泄到与污水出口34连通的污水管道。流经边缘通道16的水使强劲的已增压的水流离开各个边缘出口端口18以在冲洗循环过程中用于清洗便池。
在图2中，其中直接进给喷射的马桶的液压通路的较佳的主要特点在流程图中予以解释。水通过冲洗阀46的出口和便池进口36从水箱44流入马桶便池组件10的主歧管。主歧管38然后将水分成两股或更多股的水流：一股通过直接进给喷嘴入口端口28流入喷射通道24，而另一股通过边缘入口端口40流入边缘通道16。水从边缘通道流经边缘出口端口18并进入马桶的便池20。水从喷射通道26流经直接进给喷嘴出口端口30并与来自边缘通道16的水又聚集在马桶的便池20中。该重新混合的水流通过在其进程中的排污通道12离开便池到污水出口34和排水管道。
图3示出根据本发明的直接进给喷射马桶的内部水通道的立体图。主歧管38、喷射通道24和限定通道的边缘14在图中显示为一种具有排污通道12的设计，其中部件是以部分断开的视图示出，其中部件被断开一个为集水坑22长度的距离。在图4中，主歧管38、喷射通道24、以及边缘14是分开的并以分解立体图示出，以便更好显示边缘入口端口40和直接进给喷嘴入口端口28。在图1、3和4中所示的本发明的该实施例中，主歧管、喷射通道和边缘通道是形成为连续的室。在其它实施例中，它们可以被形成为分开的室，并在制造过程中开有孔以构成边缘入口端口和喷射入口端口。
图20中显示另一个实施例，标示为马桶组件110。所有被显示的标号表示图1中所示的马桶组件10的实施例的类似的部分。如图20所示，主歧管138呈现为用于将水输送给喷嘴和边缘的大开口，以适应较大的冲洗阀和通过阀开口的较大的冲洗体积，并示出用于具有较大的总尺寸的马桶组件的较大的排污通道112。因此，虽然在此所示的实施例可以各种尺寸配置，但较小的整体设计一般会采用较小的开口和主歧管以引导流体，例如2英寸冲洗阀，而较大的整体设计可以采用3英寸冲洗阀。因此，尺寸如在此所提到的可以改变。
如图21所示，各种标准的排污通道也可以与图1或图20的实施例一起使用。虽然大部分标准的排污通道被预计沿它们的路径是相当恒定的，排污通道在沿其路径的任何特定横截面上的直径或者宽度当其转弯时可以是变化的，并且排污通道形状被设计成适应如本文的背景技术部分所述的虹吸作用，并且在本发明的情况下还与喷嘴和经增压的边缘共同工作。在尺寸形成为如图20所示一般更大的实施例的排污通道中的典型的变化的实例在图21中予以示出。在图21中所示的排污通道112具有如通过沿图21中所示的标示为区域A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7的区域截面的形状和尺寸的变化所图示那样的沿路径变化的测量值。由于在排污通道向污水排管连接的形状变化，该截面例如截面A7的面积的近似值通常是用横向尺寸D1和纵向尺寸L1计算，如图22中所示。
还应理解到被用在本发明的马桶便池组件中的实际几何形状和尺寸可以改变的，但较佳是仍保持图2中所勾画的基本流动路径。例如，直接喷射入口端口可以引入围绕便池的一侧不对称行进的一个单喷射通道中。或者它可以引入围绕便池的两侧对称或不对称行进的两个双喷射通道中。喷射通道、边缘通道、主歧管等行进的实际路径可以在三维上改变。各种直接进给喷射马桶的所有可能的置换都可以在本发明的范围内被使用。
然而，发明人已经发现通过控制指定的室和通道的横截面面积和/或体积，可以提供具有根据本发明的马桶便池组件的马桶，该马桶具有在小的冲洗体积时的特别的液压性能，结合有各种现有技术的边缘进给喷射设计的便池清洗能力，同时还提供各种直接进给喷射设计的大体积除去能力。
在直接喷射马桶中边缘的增压提供上述的便池清洗优点，但发明人已经发现边缘的增压还能够使高性能的适用范围扩及到非常小的冲洗体积而不要求在排污通道的横截面面积方面作出主要牺牲。发明人已经发现使边缘增压对液压性能具有双重的影响。首先，离开边缘孔的经增压的水具有更大的速度，更大的水速又给予粘附在马桶便池上的废物更大的剪切力。这样，更少的水可以被分到边缘而更多的水可以被分到喷嘴。其次，当边缘增压时，边缘增压将升高的背压施加到边缘入口端口上，进而增大喷射水的动力和持续时间。这两个因素结合提供更久和更强的喷射流动，从而允许马桶的设计者选择使用具有较大体积而不会减小虹吸抽取能力的排污通道。因此，使边缘增压不仅提供较强大的边缘冲洗，而且还提供更强大的喷射，使能够通过减少冲洗边缘所需要的水来减少耗水量，并且能够在小的冲洗体积时使用较大的排污通道而没有虹吸抽取损失。
实现上述的优点和提供每次冲洗不大于约6.0公升(每次冲洗1.6加仑)且较佳是每次冲洗不大于约4.8公升(1.28每次冲洗加仑)的冲洗体积的优异马桶性能的能力通常依靠同时地增压边缘通道16和直接喷射通道24以使经增压的强大水流通常同时从喷射出口端口30和边缘出口端口18流出。如在此所使用的，“通常同时的”流动和增压意思是通过边缘和直接喷射通道流动的每个经增压的流动发生至少一部分时间，在这部分时间是它们同时发生，然而，对流向边缘和喷射通道的具体的开始和结束的时间是可以稍微变化的。即，在增压流动中，通过喷嘴的流动可以在与通过边缘通道出口的水进入不同的时间直接朝喷射通道向下行进并流出喷射出口端口和进入集水坑区域，并且这些流动之一可以在其它的流动之前停止，但冲洗循环的至少一部分中，流动是同时发生的。
边缘通道16和直接喷射通道24的增压较佳地是通过以关系(I)-(IV)维持相对横截面面积来达到：
Apm>Ajip>Ajop (I)
Apm>Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop (IV)
其中Apm是主歧管，例如主歧管38的横截面面积，Ajip是喷射入口端口例如直接进给喷嘴入口端口28的横截面面积，Arip是边缘入口端口例如边缘入口端口40的横截面面积，Ajop是喷射出口端口例如直接进给喷嘴出口端口30的横截面面积，以及Arop是边缘出口端口例如边缘出口端口18的横截面面积。使水通道的几何特性维持在这些参数内允许马桶通过在水箱中的重力水头得到的势能达到最大值，这在减小的水体积被用于冲洗循环时变得非常关键。此外，在直接进给喷射马桶中，使水通道的几何特性维持在这些参数内能够使边缘通道和喷射通道基本上同时地增压，从而使在大体积除去和便池清洗两方面的性能达到最大值。如为了评估这些关系在此所测量的，所有的面积参数是意指进口/出口面积之和。例如，因为较佳地有多个的边缘出口端口，这些边缘出口端口的面积是所有每个出口的单独面积之和。类似地，如果使用多路的喷嘴流动通道或者出口/入口，则喷嘴进口面积或者喷射出口端口面积分别是所有喷射入口端口的面积和所有喷射出口端口的面积之和。
关于关系(III)和(IV)，虽然这些关系提供关于主歧管对边缘入口端口和直接进给出口的面积之和的比值和边缘进口对边缘出口端口的比值的通常最小值，但应理解到这样的比值可以达到最大，但在该情形中例如在此所述的那些收益并不能容易实现。同样存在这样的比值数值，在这样的情形中性能很可能是最有利的。因此较理想是，关于关系(III)，主歧管的面积对边缘入口端口和直接进给喷嘴入口端口的面积之和的比值是约150％至约2300％，而更佳是约150％至约1200％。同样是较佳的是。关于关系(IV)，边缘入口端口对边缘出口端口的面积比值是约250％至约5000％，而更佳是约250％至约3000％。
可以满足这样的参数的面积的代表性实例在下面表1中示出。
表1
喷射通道的横截面面积Ajc和边缘通道的横截面面积Arc也具有重要性但不是与上面关系(I)-(IV)中所述的因素同样的重要。总之，喷射通道的尺寸设计得要使横截面面积的范围处于Ajip和Ajop之间。然而，在实际中，喷射通道总是至少部分地充满水，这使得喷射通道的横截面面积的上边界值稍微小于临界值。然而，明显存在一个点，在此点上喷射通道变得太狭窄或者太扩张。边缘通道的横截面面积重要性也较小，因为边缘在冲洗循环过程中并不要被完全充满。计算流体动力学(CFD)模拟清楚显示水沿着边缘通道的下壁漂浮，并且当所有的边缘出口端口变成被充满时，压力开始在水层之上的空气中建立。增大边缘的尺寸因此会按比例地减小边缘压力。但是在美学上可接受的马桶边缘的预期范围内该影响可能会是较小的。当然也存在下限值，在该下限值边缘的横截面面积变得太狭窄。在最小值时，边缘通道的横截面面积应超过边缘出口端口的总面积。
在此的各种实施例中，根据上述的参数，马桶可以被构造成具有不同的设计和通路。马桶可以被构造成具有较大的冲洗阀开口、主歧管和排污通道并造成较大的例如如图20中所示的整体液压通路，以及具有如在图1中所示实施例中所显示的各种尺寸，但落入上述较佳的关系和较佳的参数范围，并提供本发明的好处以有助于改善各种各样尺寸的性能，包括更传统的更大的液压通路马桶。特别的好处是在本发明范围内的设计上的变化提供在小冲洗体积，例如每次冲洗不大于约6.0公升或者更佳是每次冲洗不大于约4.8公升时的高水平的冲洗性能。这样的设计能够实现快速和强劲的冲洗，同时结合有增压的边缘和保护水的好处。
表2和图20-22示出用于更大尺寸实施例以及更大直径的歧管和排污通道构造的较佳实例的参数。在图20中，一个实例的较佳实施例显示一般横截面面积如下：朝便池的进口136(4567mm2)，歧管138(6952mm2)，直接进给喷嘴入口端口128(3394mm2)，直接进给喷嘴出口端口130(710mm2)，边缘通道入口端口140(2498mm2)，边缘通道出口118(316mm2)。
表2
这样一种设计结合从水箱进入组件的通常大的开口(例如3英寸冲洗阀开口)、通常大的歧管和通常大的排污通道直径、以及本发明的喷嘴和经增压的边缘以提供强劲的冲洗，其中，在小冲洗体积，例如在每次冲洗约6.0公升而较佳是每次冲洗约4.8公升时，具有极佳的用于清洁的边缘压力。在较大几何尺寸中的这样一种冲洗通常可以提供比根据本发明使用整体较小几何尺寸的通路达到更快速的冲洗，使用整体较小几何尺寸包括使用较小的排污通道、较小的向着组件的开口和较小的歧管，然而，达到的高性能是对只是直接进给和边缘没有任何增压的可比的几何尺寸的马桶的改进。这就说明各种各样的液压通路可以在上述的关系和参数内被设计，同时达到在小冲洗体积时极佳的最大流速、时间和在本文中别处所述的其它的参数。
除了上面的四个关系外，某些其它的几何细节与实现本发明范围内的更佳的结果有关。例如，如上所述并根据图20和21，沿着排污通道的总测量值也可以改变而可有助于冲洗的动力或速度，甚至通常提供具有上述的在比值和范围内的参数的设计，只要产生对于没有这样的参数和没有结合直接进给喷嘴的增压边缘的设计来说是改进的冲洗。图20显示本发明的一个实施例，而图21图示说明具有截面A1－A7的排污通道。这些测量值具有通常较大的排污通道尺寸，并基于在A1处的2.44英寸(62mm)的圆的直径、在A2处的2.40英寸(61mm)的圆的直径、在A3处的2.17英寸(55mm)的圆的直径、在A4和A5处2.13英寸(54mm)的圆的直径、在A6和A7每一处的2.17英寸(参数D1)x2.28英寸(参数L1)(55mmx58mm)，其中图22图示说明采用截面A7的尺寸D1和L1，而一个实例是显示具有例如55mm D1的和58mm的L1。
这样的尺寸是仅仅是一些实例，但说明排污通道不是恒定的而是可以各种整体尺寸构造，但如本技术领域中为大家所知，其几何尺寸在大部分的马桶组件设计中可能影响整体性能。只要它们不是过度狭窄，这样的变化在本发明内在提供在较小的冲洗体积时的设计仍很好起作用，对没有较佳的发明的参数和关系和/或没有结合增压的边缘和直接进给喷嘴的马桶来说，这样的设计具有改进的流动和高性能特点。
一般来说，所有的水通道和端口应较佳地设计成避免流动中的不必要的收缩。收缩可能是由于通道或者端口的过分变窄或者通过过多的弯曲、角度或者在流动路径方向上的其它改变而出现的。例如，喷射通道可以具有在要求的范围内的横截面面积，但如果它急剧转弯，由于方向改变所产生的紊流能量会损失掉。或者，喷嘴的平均横截面面积可能是在所要求的范围内，但如果喷嘴在横截面面积方面改变以呈现收缩或者大的开口，则它将会减损性能。此外，通道应被设计成可使充满它们所需的体积最小化而不会过度收缩水的流动。而且，在端口遭遇流水处的角度能对端口的有效横截面面积具有影响。例如，如果边缘入口端口设置在平行于水的流动路径的位置上，则较少的水将进入该入口，该进入入口的水要比如果相等横截面面积的入口垂直于流动方向设置的水要少。同样，通过马桶的液压通道的主要的水流是向下的。被设置在朝水流的向下方向上的端口与被设置在向上方向上的端口相比会具有较大的有效面积。
在实际中，根据本发明的高性能、少用水的马桶可以用本技术领域的技术人员熟悉的标准的制造技术容易地予以制造。主歧管、喷射入口端口、边缘入口端口、边缘通道、喷射通道、喷射出口端口、以及边缘出口端口的几何尺寸和横截面面积可以由用于粉浆浇铸的模具的几何尺寸或者用手使用量规或模板精确切割来控制。
本发明现将通过以下的非限制的实例和比较例予以说明。
实例
在此提供实例论证本发明的效用但并不是要限制本发明的范围。这些实例中的数据在表3和4中予以总结。在所有的随后的实例中，比较的马桶和发明的马桶的几个几何形状尺寸将被呈现和讨论。几何因素如下定义和测量：
“冲洗阀出口的面积”：这是通过测量冲洗阀最底部部分的内径计算得到，水通过该最底部部分离开并进入主歧管。
“主歧管的横截面面积”：这是根据在离开便池进口边缘下游2英寸(5.08厘米)的距离处的马桶的主歧管的横截面面积测量得到。马桶在该区域被剖切，且该横截面的几何尺寸是通过与0.10平方英寸(0.254平方厘米)的网格比较测量得到。
“喷射入口端口面积”：这是根据刚好在水进入喷射通道前的通道横截面面积定义的。在一些马桶设计中，这个端口是根据在喷射通路和边缘通路之间的手工切割或者冲孔限定的。在其它的设计中，例如在图1和3中所示的，通路更流畅而从主歧管到喷射通道的过渡较少突变。在这种情况下，喷射入口端口被认为是在主歧管和喷射通道之间的合理的过渡点，如图4所示。
“边缘入口端口面积”：这是根据流动路径在主歧管和边缘通道之间的过渡点处的横截面面积定义的。在一些马桶设计中，这个端口是根据在喷射通路和边缘通路之间手工切割或者冲孔很好限定。在其它设计中，例如在图1和3中所示的，通路更流畅而从主歧管到边缘通道的过渡较少突变。在这种情况下，边缘入口端口被认为是在主歧管和边缘通道之间的合理的过渡点，如图4中所示。
“喷射出口端口面积”：这是通过形成喷孔的粘土印记和将它与具有0.10英寸(0.254厘米)截面的网格比较被测量的。
“边缘出口端口面积”：这是通过测量边缘孔的直径乘以对各给定直径的孔的数目计算的。
“集水坑体积”：这是在溢出堰前可以注入马桶便池的最大水量。该最大水量包括便池本身体积以及在由该堰确定的平衡水位之下的喷射通道和排污通道的体积。
“排污通道直径”：这是由穿过排污通道的球体测定的，该球体直径以1/16英寸递增。可通过排污通道的整个长度的最大球体定义为排污通道的直径。
“排污通道体积”：这是在集水坑中的进口到在污水排出管处的出口的排污通道整个长度的体积。该体积是通过堵塞排污通道的出口和用水充满整个排污通道的整个长度直到水倒退到排污通道进口测定的。在充水过程中必需改变便池的位置以确保水流经并充满整个室。
“最大流速”：这是通过启动整个马桶装置的冲洗循环并收集从马桶的出口排入被放置在数字天平上的容器的水测定的。天平被连接于具有数据收集系统的计算机，每0.05秒记录容器中的质量。该最大流速是根据质量对时间的导数(dm/dt)来确定的。
“最大流量时间”：这是根据在冲洗循环的开始和最大流速发生之间的时间伴随最大流速测量计算得到。
“边缘压力”：这是通过在马桶边缘在9点钟位置的顶部钻孔来测定，考虑边缘入口端口的位置是在12点钟位置。在这个孔和商标为的Pace 型号为P300-10"D的压力传感器之间形成气密连接。传感器连接于数据收集系统并在冲洗循环过程中以0.005秒间隔时间记录压力读数。这些数据通过对以0.040秒间隔时间产生的8个连续读数求平均值顺利获得。还利用CFD模拟来对各种试验的马桶几何尺寸计算整个冲洗循环的边缘压力。用于CFD模拟的压力计算的间隔时间也是0.040秒。
“便池冲刷”：这是通过将由两份味噌与一份水混合制成的均匀涂层涂到便池的内部测定的。该材料允许在冲洗马桶前干燥3分钟时间以评价其便池清洗能力。部分数量的“便池冲刷分数”是使用以下等级给出：
5-全部的试验介质在一次冲洗中完全被从便池表面冲刷走。
4-在一次冲洗后在便池表面上小于1平方英寸的总面积未洗掉，而通过第二次冲洗完全被除去。
3-在一次冲洗后在便池表面上大于1平方英寸的总面积未洗掉，而通过第二次冲洗完全被除去。
2-在两次冲洗后在便池表面上小于1/2平方英寸的总面积未洗掉。
1-在两次冲洗后在便池表面上大于1/2平方英寸的面积未洗掉。
0-在三次冲洗后在便池表面上大于1/2平方英寸的面积未洗掉。
“水箱压头”指示从水箱的底部到水位线测量到的在水箱中水的高度。
实例1(比较的)
一种市场上可买到的具有对称的双重直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，在该马桶中关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过1,000克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未被增压。图11显示在冲洗循环中在边缘上的被记录到的压力图。由于动力波动没有观察到任何持续的压力，仅仅只有小的峰值。压力-时间曲线的积分值是0.19英寸水柱·秒,表明几乎完全没有增压。
在表3中，对于没有边缘增压的原因是显而易见的。该马桶未能满足在本发明中所规定的标准，最为显著是在该马桶中边缘出口端口面积实际上大于边缘入口端口面积，而不是如在此教导的两倍大或者更大。对于边缘出口端口面积和喷射出口端口面积的组合尺寸来说，主歧管的横截面面积也是太小。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得4分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.17加仑虹吸抽取。在1.17加仑时便池冲洗分数减小到3。
实例2(比较的)
一种市场上可买到的具有单一的直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，在该马桶中关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过1,000克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未被增压。图12显示在冲洗循环中在边缘上的被记录到的压力图。由于动力波动没有观察到任何持续的压力，仅仅是基准线之上的非常微弱的信号。压力－时间曲线的积分值是0.13英寸水柱·秒,表明几乎完全没有增压。
在表3中，对于没有边缘增压的原因是显而易见的。该马桶未能满足在本发明中所规定的标准，边缘入口端口面积是小于边两倍缘出口面积。对于边缘出口端口面积和喷射出口端口面积的组合尺寸来说，主歧管的横截面面积也是太小。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.33加仑虹吸抽取。在1.33加仑时便池冲洗分数减小到1。
实例3(比较的)
一种市场上可买到的具有对称的双重直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，在该马桶中，关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过1,000克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未被很好增压。图13显示在冲洗循环中在边缘上的被记录到的压力图。微弱的、不稳定的信号被检测到，但持续至少1秒的最大压力仅仅是0.2英寸水柱。压力－时间曲线的积分值是1.58英寸水柱·秒,表明最小的和无效的增压。
在表3中，对于没有边缘增压的原因是显而易见的。边缘入口端口面积是小于两倍边缘出口端口面积。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使在水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.31加仑虹吸抽取。在1.31加仑时便池冲洗分数减小到1。
实例4(比较的)
一种市场上可买到的具有对称的双重直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，其中，关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过1,000克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未被增压。图14显示在冲洗循环中在边缘上的被记录到的压力图。由于动力波动没有观察到任何持续的压力，仅仅是基准线之上的非常微弱的信号。压力－时间曲线的积分值是0.15英寸水柱·秒,表明几乎完全没有增压。
在表3中，对于没有边缘增压的原因是显而易见的。边缘入口端口面积是小于两倍边缘出口端口面积。此外，边缘入口端口几乎平行于流动方向设置，这大大减小其有效的横截面面积。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使在水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.31加仑虹吸抽取。在1.31加仑时便池冲洗分数减小到4。
实例5(比较的)
一种市场上可买到的具有对称的双重直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，在该马桶中关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过800克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未以持续的方式被增压。图15显示在冲洗循环过程中在边缘上记录到的压力图。一个短的不稳定的信号被检测到，但是在基准线上的任何压力都未持续至少1秒。压力－时间曲线的积分值是1.11英寸水柱·秒,表明最小的和无效的增压。
在表3中，对于没有边缘增压的原因是显而易见的。边缘入口端口面积是小于2.5倍边缘出口端口面积,这就阻止马桶实现持续的边缘增压和性能上所获得的提升，虽然所有其它的参数已被满足。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使在水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.39加仑虹吸抽取。在1.39加仑时便池冲洗分数减小到2。
实例6(比较的)
一种市场上可买到的具有单一的直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶经受几何形状和性能的分析。该马桶是代表许多在市场上可买到的直接进给喷嘴的马桶，在该马桶中关于大体积除去的性能非常好，在MaP测试(咨询股份有限公司，MaP 08年11月第13版，Mississauga,ON,Canada)时冲洗超过700克，但被引向边缘用于便池清洗的最少的水未被增压。图16显示在冲洗循环中在边缘上的被记录到的压力图。微弱的信号被检测到，但持续至少1秒的最大压力仅仅是0.5英寸水柱。压力－时间曲线的积分值是2.13英寸水柱·秒，最小的和无效的增压。
在表3中，对于最小的边缘增压的原因是显而易见的。边缘入口端口面积是小于2.5倍边缘出口端口面积,这就阻止马桶实现持续的边缘增压和性能上所获得的提升，虽然所有其它的参数已被满足。观察到实例6的马桶的端口尺寸与实例4的马桶的端口尺寸相当相似是有益的，然而前者具有几乎大于后者15倍的压力时间积分。对此的原因如上所讨论是端口的方向。实例4的马桶中的主歧管朝喷射入口端口向下倾斜，它引导水流离开边缘入口端口，从而减小其有效的横截面面积。实例6的马桶具有水平的主歧管，类似于图1中所示的。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使在水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以1.28加仑虹吸抽取。在1.28加仑时便池冲洗分数减小到3。
实例7(发明的)
根据本发明的一个较佳实施例制造了一种具有双重直接进给喷嘴的每次冲洗1.6加仑的马桶。马桶的几何形状尺寸和设计与图1和3呈现的相同。马桶的在大体积除去方面的性能与可在市场上买到的上面实例的马桶类似，能够在MaP测试时获得1000克。如在表3中被看到的，在液压通路中的所有的端口和通道的内部几何形状尺寸都在本发明规定的限制内。主歧管的横截面面积是6.33平方英寸，喷射入口端口面积是4.91平方英寸，边缘入口端口面积是2.96平方英寸，喷射出口端口面积是1.24平方英寸，以及边缘出口端口面积是0.49平方英寸。在端口尺寸之间的临界比也被维持：主歧管的横截面面积对边缘及喷射出口端口的横截面面积之和之比是3.66。而边缘入口端口面积对边缘出口端口面积之比是6.04,大大超过比较实例。如图17中所看到的，在冲洗循环过程中在边缘上测得强劲的持续的压力。5英寸水柱的压力被维持至少1秒并且压力-时间曲线的积分值是15.3，大大超过在现有技术中看到的值。
在以每次冲洗1.6加仑的便池冲洗试验时该马桶获得5分。为评价在小的水体积时冲洗的能力，使在水箱中的水位逐渐下降直到马桶不能始终以0.81加仑虹吸抽取。在0.81加仑时便池冲洗分数减小到4。然而，当冲洗体积增加到1.17加仑，在实例1-6所获得的最小冲洗体积时，便池冲洗分数维持在最大值5。还应注意到在双重冲洗应用中，便池清洗能力是较令人满意的的，因为它是假定小的体积循环只是被用于液体废物。达到0.81加仑这样小的始终如一的虹吸抽取使这种马桶理想地适合双重冲洗应用。
实例8-12(发明的)
CFD模拟进行以进一步证明本发明的范围和效用。在CFD中被研究的马桶的总体设计是在图1和3中所示出的。然而，具体的尺寸是变化的以显示对冲洗性能和在马桶的边缘中产生和维持的压力所获得的影响。第一组模拟使用具有2英寸直径出口的冲洗阀，相应于3.14平方英寸的冲洗阀出口。虽然使冲洗阀出口面积保持不变，但整个液压通路的横截面面积(即主歧管、边缘入口端口、喷射入口端口、边缘通道及喷射通道的横截面面积)是在高的设定值和低的设定值之间变化的。同样，喷射端口和边缘端口是在高的设定值和低的设定值之间变化以产生22个被设计的试验。接近空间中央增加一个点就产生如在表3中和图5中的实例8-12所显示的5个CFD模拟。
如在表3和图5中能看到的，1英寸水柱以上的边缘增压在所有情形中持续将近2秒。被观察到的趋势是有益的并支持对本发明的认定。当喷射出口端口面积和边缘出口端口面积减小时边缘压力增大。图7显示根据总的边缘和喷射出口端口面积和总的液压通路的横截面的最大边缘压力的轮廓图。减小喷射出口端口面积和边缘出口端口面积对最大边缘压力具有强烈的积极效果。同样，减小整个液压通路的横截面面积具有明显的效果。这是因为较大的液压通路要求更多的水来充满它并且该用来充满室的水是可用能量的无效使用。液压通路需要最佳地设置尺寸以易于操纵冲洗阀的流动输出。遵循本发明中概述的指导方针使得这种最佳效果能够实现。
图6显示对于实例12，在进入冲洗循环1.2秒时的试验的中心点计算的流体动力学模拟的侧视图。可以看到边缘的较低的部分被水覆盖。流动受到边缘出口端口的尺寸的限制，并且压力是建立在在边缘中水之上的空气中。结果是可以在模拟的便池部分中看到均匀的、强有力的边缘冲洗。
应注意到在实例7中描述的马桶是落在这个计算的流体动力学试验的空间内。根据在图7中由CFD导出的轮廓图，实例7的马桶应具有6-7英寸水柱的最大边缘压力，这个最大边缘压力要比9英寸水柱的试验测量值低些。
然而，在压力-时间曲线的一般形状上的一致性是显著的并且强有力地支持用于优秀的马桶设计的发明指导方针。
实例13-17(发明的)
进行其他CFD模拟以进一步证明发明的范围和效用。在CFD中被研究的马桶的总体设计是在图1和3中所示出的。然而，具体的尺寸是变化的以显示对冲洗性能和在马桶的边缘中产生和维持的压力所获得的影响。第二组模拟使用具有3英寸直径出口的冲洗阀，相应于7.06平方英寸的冲洗阀出口面积。排污通道尺寸也增大以获得用3英寸阀可达到的较高流动的优点。虽然使冲洗阀出口面积保持不变，但整个液压通路的横截面面积(即主歧管、边缘入口端口、喷射入口端口、边缘通道及喷射通道的横截面面积)是在高的设定值和低的设定值之间变化的。同样，喷射端口和边缘端口是在高的设定值和低的设定值之间变化以产生22个被设计的试验。接近空间中央增加一个点就产生如在表3中和图8中的实例13-17所显示的5个CFD模拟。
为了减少计算时间，模拟不进行到完成。但如在表3和图8中可以看到的那样，在所有情形中对达到持续的边缘增压。被观察到的趋势是有益的并支持对本发明的认定。由于喷射出口端口面积和边缘出口端口面积减小边缘压力增大。图10显示根据总的边缘和喷射出口端口面积和总的液压通路的横截面的最大边缘压力的轮廓图。减小喷射出口端口面积和边缘出口端口面积对最大边缘压力具有强烈的积极效果。然而，和对2英寸阀的模拟不同，减小整个液压通路的横截面面积对边缘压力具有负面影响。这是因为较大的液压通路要求最佳地操纵3英寸冲洗阀的更大的流动输出。在3英寸冲洗阀模拟中被选择为高的和低的设定值是小于对整个液压通路的横截面面积的理论最佳值，然而对2英寸模拟所选择的设定值略大于该最佳值。然而，在整个范围内，在减小的冲洗体积时大体积除去和清洗方面所获得的马桶设计的性能要胜过目前可买到的那些马桶的性能。
图9显示对于实例17，在进入冲洗循环1.08秒时的试验的中心点计算的流体动力学模拟的侧视图。可以看到边缘的较低的部分被水覆盖。流动受到边缘出口端口的尺寸的限制，并且压力是建立在在边缘中水之上的空气中。结果是可以在模拟的便池部分中看到均匀的、强有力的边缘冲洗。总的说来，来自实例13-17的数据显示对于以每次冲洗1.6加仑或更小体积运行的直接喷射的马桶通过所有可能的几何形状和尺寸本发明是可扩展的。
实例18(发明的)
为了解释本发明的有益效果，对于根据本发明制造的马桶(实例7)和现有技术的马桶(实例7)的在边缘中的压力是用1.28加仑的减小的冲洗体积来予以测量。现有技术的马桶，其在1.6加仑时被增压到2.13英寸水柱，在减小的体积时失去其几乎所有的增压能力，衰减到0.28英寸水柱·秒(见图18)。相反，根据本发明的马桶失去少于其增压的20％，在每次冲洗1.28加仑时维持12.64英寸水柱·秒(见图19)。
实例19-36
附加的CFD模拟进行以进一步证明发明的范围和效用。在CFD实例中被研究的原型马桶的总体设计是在图20-22中所示出的。然而，具体的尺寸是变化的以显示对冲洗性能和在马桶的边缘中产生和维持的压力所获得影响。排污通道结构采用6种不同的排污通道直径变化，而水箱压头保持恒定在7英寸。如在表4所示，对于不同的排污通道直径的每一种(例如，对于在实例19-21和28-30中使用的排污通道为1.9375英寸；对于在实例22-24和31-33中使用的排污通道为2.0625英寸；以及对于在实例25-27和34-36中使用的排污通道为2.1875英寸，其中所示的排污通道直径是沿排污通道测量的最小直径(球通过直径))，三种不同的喷射直径1.14英寸、1.26英寸和1.38英寸(分别为29mm、32mm和36mm)被采用。采用原型设计和CFD试验参数对每一种结构进行一系列的约30个冲洗测量。除了标准设备或试验误差外，根据无误差或故障约定的测试运行是被平均的，数据在此如前所述在表4中被报告。
对于在此所有的实例，边缘包括32个端口，每个端口测量值约为3mm，约为0.49平方英寸边缘出口端口面积。喷嘴具有一个端口，具有约1.1平方英寸面积的30mm喷射出口端口。冲洗阀是3英寸的#540舌门型冲洗阀。各种参数的测量值接近于在此表2中的较佳的参数的测量值。
各种模拟测试是采用一些用表4中报告的平均数据的试验进行。各种实例还包括通过用对一些在冲洗后通过通路的高尔夫球、聚合物球、测试纸巾和乒乓球被报告的平均数据模拟设计冲洗一些在表4中所述的各种各样的项目。关于高尔夫球，每个具有1.68英寸的直径和44.5克的重量。二十个球用在测试中。对于聚合物球测试，350个3/4英寸的聚合物球被冲洗，以及冲洗后剩下的数量被记录。纸巾测试是利用轻型的手帕测量约12.5"x 14.5"和9.5克(+/-5％)，结果表明这些纸巾在冲洗后通过便池。乒乓球测试采用标准的乒乓球和半英寸乒乓球，其结果表明这些数量的球在单次冲洗中通过便池。
此外，该测试测量最大流速(以mL/s测量)、达到最大流速的时间(以秒测量)、冲洗体积(以mL测量)以及再充填体积(以mL/s测量)的参数。表4还包括平均参数，该平均参数是根据在每个试验中采用的4.8公升冲洗循环过程中由代表边缘压力的曲线对时间的积分值的平均结果来测量的，以英寸水柱·秒水柱测量。对各个排污通道，边缘压力对时间绘出的是对4.8公升冲洗循环。对于排污通道2和5在各实例(实例22-24和31-33)中的每个喷嘴直径，运行数据分别图表显示在图23和24中时。根据以图23和24的方式产生的各种曲线的面积数据也包含在表4中。
如在表4中可以看到的那样，在这些实例中实现了持续的边缘增压，这些实施例采用在本发明范围内的通常较大设计的马桶，该马桶具有3英寸冲洗阀和在此所述的结构，但是仅用4.8公升冲洗循环而以高性能水平运行。这样，即使在范围内改变几何形状和参数尺寸，这种改变仍支持本发明中的设计关系和本发明的能力，包括在小冲洗体积时提供高性能的直接喷射和增压的边缘。在整个被提供的参数范围内，上面的各个发明的实例证明了在减小冲洗体积时的在大体积除去和清洗方面所获得的马桶设计的性能可以胜过目前市场上可买到的那些马桶。
本技术领域的技术人员会认识到在不背离其宽的发明构思的情况下可对上述实施例作出改变。因此，可以理解到本发明并不限于被描述的具体实施例，而是要覆盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的变型。
Claims (37)
1.一种具有马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶，该马桶便池组件包括：
与流体源流通的马桶便池组件进口，
马桶便池，所述马桶便池具有围绕其上周边并限定边缘通道的边缘，所述边缘通道具有一个入口端口和至少一个边缘出口端口，其中所述边缘入口端口的横截面面积大于或者等于所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积的250％，以及其中边缘通道入口端口与马桶便池组件进口流通，
与污水出口流通的便池出口，以及
与马桶便池组件进口流通以接收来自流体源的流体并与便池出口流通以排出流体的直接进给喷嘴，其中所述直接进给喷嘴具有入口端口和出口端口，
其中马桶能够以不大于6.0公升的冲洗体积运行，且离开所述至少一个边缘出口端口的水被增压，以使得对于6.0公升的冲洗体积，冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒，以及其中所述直接进给喷嘴的入口端口的横截面积(Ajip)是2.5平方英寸至15平方英寸，所述直接进给喷嘴的出口端口的横截面积(Ajop)为0.6平方英寸至5平方英寸，所述边缘通道的入口端口的横截面积(Arip)是1.5平方英寸至15平方英寸，以及所述边缘通道的至少一个边缘出口端口的总横截面积Arop是0.3平方英寸至5平方英寸，
其中排污通道具有1.9375英寸的最小直径且排污通道的直径在排污通道的长度上不恒定使得排污通道在离开马桶便池之后的第一部分的直径最大且其中喷射出口端口的横截面直径选自1.14英寸、1.26英寸或1.38英寸之一。
2.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶能够提供来自所述至少一个边缘出口端口的以持续一段时间的方式被增压的流动。
3.根据权利要求2所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的一段时间为至少1秒。
4.根据权利要求2所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的马桶能够在流过直接进给喷嘴的同时提供来自至少一个边缘出口端口的已持续增压的流动。
5.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于对于6.0公升冲洗体积，冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过5英寸水柱·秒。
6.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的马桶能够以不大于4.8公升的冲洗体积运行。
7.根据权利要求6所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于离开所述至少一个边缘出口端口的水被增压，以使得对于4.8公升冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
8.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶便池组件进一步包括：
与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中，主歧管具有横截面面积(Apm)；
其中直接进给喷嘴具有入口端口并进一步包括在该直接进给喷嘴入口端口和直接进给喷嘴出口端口之间延伸的喷射通道，以及
其中：
Apm >Ajip >Ajop (I)
Apm >Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop (IV)。
9.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶便池组件进一步包括与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，以及其中主歧管的横截面面积是大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的150％。
10.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述马桶便池组件进口构造成接纳3英寸冲洗阀。
11.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的马桶进一步包括能够使马桶用至少两种不同的冲洗体积进行运行的机构。
12.根据权利要求1所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶便池组件具有沿横向于由马桶便池边缘限定的平面的方向延伸的纵向轴线，而主歧管在通常沿沿横向于马桶便池的所述纵向轴线的方向延伸。
13.一种具有马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶，该马桶便池组件包括：
与流体源连通的马桶便池组件进口，
马桶便池，在所述马桶便池中限定用于接收流体的内部空间，
沿着马桶便池的上周边延伸并限定边缘通道的边缘，其中，所述边缘具有边缘通道入口端口和至少一个边缘通道出口端口，其中所述边缘入口端口的横截面面积大于或者等于所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积的250％，其中所述边缘通道入口端口与马桶便池组件进口流通，而所述至少一个边缘通道出口端口被配置成使得流经边缘通道的流体可进入马桶便池的内部空间中，
与污水出口流通的便池出口，以及
具有入口端口和出口端口的直接进给喷嘴，其中直接进给喷嘴入口端口与马桶便池组件进口流通用于将流体引入便池内部的下部，
其中马桶便池组件配置成使得边缘通道和直接进给喷嘴能够以持续增压的方式将流体引入便池，以及其中所述直接进给喷嘴的入口端口的横截面积(Ajip)是2.5平方英寸至15平方英寸，所述直接进给喷嘴的出口端口的横截面积(Ajop)为0.6平方英寸至5平方英寸，所述边缘通道的入口端口的横截面积(Arip)是1.5平方英寸至15平方英寸，以及所述边缘通道的至少一个边缘出口端口的总横截面积Arop是0.3平方英寸至5平方英寸，
其中排污通道具有1.9375英寸的最小直径且排污通道的直径在排污通道的长度上不恒定使得排污通道在离开马桶便池之后的第一部分的直径最大且其中喷射出口端口的横截面直径选自1.14英寸、1.26英寸或1.38英寸之一。
14.根据权利要求13所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶便池组件进一步包括：
与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道的入口端口和直接进给喷嘴的入口端口流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中，主歧管具有横截面面积(Apm)；
其中：
Apm >Ajip >Ajop (I)
Apm >Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop (IV)。
15.根据权利要求14所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶便池组件进一步包括与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，以及其中主歧管的横截面面积是大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的150％。
16.根据权利要求14所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm是3平方英寸至20平方英寸。
17.根据权利要求16所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm/(Arop+Ajop)是150％至2300％，而Arip/Arop是250％至5000％。
18.根据权利要求16所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm是3.5平方英寸至15平方英寸，Ajip是4平方英寸至12平方英寸，Ajop是0.85平方英寸至3.5平方英寸，Arip是2平方英寸至12平方英寸，以及Arop是0.4平方英寸至4平方英寸，以及其中所述马桶便池组件进口构造成接纳3英寸冲洗阀。
19.根据权利要求18所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm/(Arop+Ajop)是150％至1200％，而Arip/Arop是250％至3000％。
20.根据权利要求13所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的马桶进一步包括能够使马桶用至少两种不同的冲洗体积进行运行的机构。
21.一种具有马桶便池组件的虹吸式的以重力作为动力的马桶，该马桶便池组件包括：
与流体源流通的马桶便池组件进口，
马桶便池，所述马桶便池具有围绕其上周边的并限定边缘通道的边缘，所述边缘具有入口端口和至少一个边缘出口端口，其中所述边缘入口端口的横截面面积大于或者等于所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积的250％，以及其中所述边缘通道入口端口与马桶便池组件进口流通，
与污水出口流通的便池出口，以及
与马桶便池组件进口流通以接收来自流体源的流体并与便池出口流通以排出流体的直接进给喷嘴，
其中马桶能够以不大于6.0公升的冲洗体积运行，且离开所述至少一个边缘出口端口的水被增压，
以及其中马桶便池组件进一步包括：
与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中主歧管具有横截面面积(Apm)；
其中直接进给喷嘴具有入口端口和出口端口并进一步包括在直接进给喷嘴入口端口和直接进给喷嘴出口端口之间延伸的喷射通道，所述入口端口具有横截面面积(Ajip)，所述出口端口具有横截面面积(Ajop)；以及
其中边缘通道具有入口端口和至少一个出口端口，所述入口端口具有横截面面积(Arip)，所述至少一个出口端口具有总横截面面积(Arop)，其中：
Apm >Ajip >Ajop (I)
Apm >Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop (IV)
其中Ajip是2.5平方英寸至15平方英寸，Ajop是0.6平方英寸至5平方英寸，Arip是1.5平方英寸至15平方英寸，以及Arop是0.3平方英寸至5平方英寸，
其中排污通道具有1.9375英寸的最小直径且排污通道的直径在排污通道的长度上不恒定使得排污通道在离开马桶便池之后的第一部分的直径最大且其中喷射出口端口的横截面直径选自1.14英寸、1.26英寸或1.38英寸之一。
22.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶能够提供来自所述至少一个边缘出口端口的以持续一段时间的方式被增压的流动。
23.根据权利要求22所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的一段时间为至少1秒。
24.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于所述的马桶能够在流过直接进给喷嘴的同时提供来自所述至少一个边缘出口端口的已持续增压的流动。
25.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于对于6.0公升冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
26.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于马桶能够以不大于4.8公升的冲洗体积运行。
27.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于，对于4.8公升冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
28.根据权利要求21所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm是9平方英寸至15平方英寸，Ajip是5平方英寸至12平方英寸，Ajop是1平方英寸至3.5平方英寸，Arip是3平方英寸至12平方英寸，以及Arop是0.45平方英寸至4平方英寸，以及其中所述马桶便池组件进口构造成接纳3英寸冲洗阀。
29.根据权利要求28所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm/(Arop+Ajop)是500％至1200％，而Arip/Arop是700％至3000％。
30.根据权利要求28所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm是10.78平方英寸，Ajip是5.26平方英寸，Ajop是1.10平方英寸，Arip是3.87平方英寸，以及Arop是0.49平方英寸。
31.根据权利要求30所述的虹吸式的以重力作为动力的马桶，其特征在于Apm/(Arop+Ajop)是678％，而Arip/Arop是790％。
32.一种用于提供能够以不大于6.0公升的冲洗体积运行的马桶的方法，其具有马桶便池组件的虹吸式的、以重力为动力的马桶，所述的组件包括便池、直接进给喷嘴和限定边缘通道并具有至少一个边缘出口端口的边缘，其中边缘入口端口的横截面面积大于或者等于所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积的250％，其中流体通过所述直接进给喷嘴的出口端口和所述至少一个边缘开口被引入便池，所述的方法包括：
通过马桶便池组件进口引导来自流体源的流体并引入直接进给喷嘴和边缘通道，以使流体在压力下从直接进给喷嘴和以持续的增压方式从所述至少一个边缘开口流入马桶便池的内部，使得对于6公升的冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒，且其中所述直接进给喷嘴的入口端口的横截面积(Ajip)是2.5平方英寸至15平方英寸，所述直接进给喷嘴的出口端口的横截面积(Ajop)为0.6平方英寸至5平方英寸，所述边缘通道的入口端口的横截面积(Arip)是1.5平方英寸至15平方英寸，以及所述边缘通道的至少一个边缘出口端口的总横截面积Arop是0.3平方英寸至5平方英寸，
其中排污通道具有1.9375英寸的最小直径且排污通道的直径在排污通道的长度上不恒定使得排污通道在离开马桶便池之后的第一部分的直径最大且其中喷射出口端口的横截面直径选自1.14英寸、1.26英寸或1.38英寸之一。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，对于6.0公升的冲洗体积，冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过5英寸水柱·秒。
34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于所述的马桶能够以不大于4.8公升的冲洗体积运行。
35.根据权利要求34的方法，其特征在于，对于4.8公升的冲洗体积，在冲洗循环过程中对时间绘制的表示边缘压力的曲线的积分值超过3英寸水柱·秒。
36.根据权利要求32所述的方法，其特征在于马桶便池组件进一步包括：
与马桶便池组件进口流通的主歧管，所述主歧管能够接收来自马桶便池组件进口的流体，所述主歧管与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将流体从便池进口引向边缘通道和直接进给喷嘴，其中主歧管具有横截面面积(Apm)；以及
其中该方法进一步包括配置便池以使得：
Apm >Ajip >Ajop (I)
Apm >Arip>Arop (II)
Apm>1.5·(Ajop+Arop)以及 (III)
Arip>2.5·Arop (IV)。
37.根据权利要求32所述的方法，其特征在于马桶便池组件进一步包括与马桶便池组件进口流通的能够接收来自马桶便池组件进口的流体的主歧管，所述主歧管还与边缘通道和直接进给喷嘴流通以将来自马桶便池组件进口的流体引向边缘通道和直接进给喷嘴，以及其中主歧管的横截面面积大于或者等于直接进给喷嘴出口端口的横截面面积和所述至少一个边缘出口端口的总横截面面积之和的150％。
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