CN111630231A - 用于粪便气体去除的双向坐便器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坐便器，该坐便器被设计用于使用相同的路线同时去除下水道气体以及固体和液体废物，而不改变虹吸机构或水消耗。为此，为气体生成了一条独立的路径。该通道可以在坐便器、连接至排放管的后套筒或两者中复制。在第一实施例中（图3），双虹吸管需要一个辅助通道将气体引导到低于水位的虹吸的上升分支。微型计算机（17）控制该过程。第二个实施例（图2）需要一个双后连接套筒：一个用于废物的常规通道和另一个用于气体（20）的平行通道。两者都具有与排放管（7）的单个后部连接。在第三实施例中（图4），坐便器（15）的气管（15）没有到达虹吸管，需要双后套筒（20）和止回阀（18）。

Description

用于粪便气体去除的双向坐便器

技术领域

本发明属于坐便器行业。目的是在排便期间同时去除粪便气体，具有两个明确的目标：完全有效和节约用水。

发明背景

1775 Alexander Cumming获得了水平S形管子的专利，所述水平S形管子在插入于向下水力流中时密封所述管子，防止潜在的下层气体返回。如果我们将S形拆成两个各180°的弯管或弯曲(图1)，那么我们会得到第一180°垂直U形弯管和第二倒U形弯管。将所述两个弯管相连接组成了虹吸管的360°。

从左到右流动的液体(水)将持留于第一弯管中，形成存水弯，所述存水弯的液位将由第二弯管的高度决定。所述水位保持稳定，因为其余量溢出到第二弯管中。存水弯液位密封第一弯管，防止下层气体回流。

Cumming的设计具有另一个优点。如果水流足够强烈，那么在第二弯管的向下分支中形成柱塞，所述柱塞受重力吸引而产生逆吸或虹吸作用，所述逆吸或虹吸作用又拖拽第一弯管的内含物，使得能够排空整个系统。

放置于坐便器(图1)中并连接至排放管(7)的Alexander Cumming的装置防止下水道中的气体穿过存水弯的密封回流并且将固体和液体粪便进一步拖拽到排放管(7)中。排出的水通过前述虹吸作用而冲刷双U形系统，留下存水弯液位，所述存水弯液位用作针对下层气体的水力止回阀。

这样，双U形设计提供两个作用：1.-针对沼气的防回流密封：和2.-在系统充满足量的水时排空系统内含物。这后一个作用是基于液体的“重力”和“内聚力”。

在常规坐便器(图1)中，虹吸管具有两个部分。第一270°与前部容器或便盆(6)形成单个部件(2)，

包括其余90°的另一个部分(3)必须添加至此部分或坐便器桶(2)，所述坐便器桶通常由陶瓷制成。这是自由部分，通常是合成的，所述部分充当坐便器桶与排放管(7)之间的调整和接头，从而密封虹吸管。

所述自由部分或连接至排放管(7)的后部连接套管(3)的重要性是在此处形成内聚水柱，所述内聚水柱在受“重力”拖拽时产生冲刷系统所需的抽吸，从而排空便盆(6)和虹吸式存水弯。

普通的坐便器或坐便器桶(2) (图1)由以下各者组成：1.-用于收纳残渣的凹的前部容器或便盆(6)，具有带有盖子的外摆式座圈；2.-具有两个不同分支的水平双U形虹吸管：270°存水弯和90°杆状后部套管(3)；和3.-水源，例如水槽或水箱(1)，所述水槽或水箱释放所需量的液体来激活所述系统。水槽经由浮球阀或计量器(4)连接至主要网络并且经由圆锥形排放阀(5)连接至便盆(6)。

为了确保有效功能，坐便器必须满足四个要求：

1. 双U形虹吸管必须具有不同分支。因此，后部弯管上升到前部弯管的存水弯液位以上，而其向下分支或杆状套管(3)在连接至排放管(7)之前超出其下部部分。

2. 水从水箱或水槽(1)至坐便器桶便盆(6)的排放必须以某一量和时间来实施，使得过量的液体能够形成内聚柱，所述内聚柱在朝向排放管(7)掉落时拖拽坐便器桶(即，便盆和存水弯)的全部内含物。

3. 此水柱塞的重量(下降水柱的截面和长度)必须超过逆行水，即，水和粪便，以便能够拖拽所述逆行水和粪便。这影响后部连接套管(7)的设计，所述后部连接套管必须具有某一截面和长度。

4. 在空气进入系统时，水活塞停止推动，因此第四个要求是要维持液体的内聚，这意味着在内部需要绝对不存在空气。

在经典的水箱或水槽(1)中，水排放的量和时间是重要的。时间间隔约4秒。如果排放较慢，那么不会形成内聚水柱，因此也不会达到预期的抽吸作用。后续的设计已将最初的20升减小为当前的4至8升。尽管这样，坐便器仍消耗家庭用水的30%以上。任何额外的改进应将此数据纳入考虑。现今，此节约很重要，以致比尔.盖茨资助了打算用于第三世界的坐便器，所述坐便器可以在无任何供水的情况下工作。

简要地说：常见的坐便器(图1)由以下各者组成：

a. 水槽(1)，所述水槽借助于至供水网络的连接而加水，所述水槽通过浮球阀或计量器(4)进行调节。大的圆锥形排水阀(5)将内含物排放至便盆(6)中。

b. 坐便器桶或坐便器自身(2)，其由前部凹形容器或便盆(6)和虹吸管的上部四分之三(270°)组成。

c. 后部连接套管(3)，所述后部连接套管连接至排放管(7)。

其他较不常见的模型不是我们研究的部分。

将坐便器称为无味厕所看似不恰当，因为虽然坐便器防止了气体从下水道回流，但是并未去除在排便时释放的气体。已为此提出了许多解决方案，但是最常见的解决方案是从浴室强制地或被动地提取受污染空气。

粪便气体是以下各者的混合物：a/所摄入的空气：主要是氧和氮；b/由有机发酵产生的少量可燃性气体，诸如甲烷和氢；c/提供特有臭味的一组异质气体，诸如硫化氢、吲哚、苛性剂以及羰基酸和丁酸。

向这些气体添加悬浮粒子，所述悬浮粒子实际上是含有50%细菌的粪便污物。

气体与粒子让人将坐便器与污秽联系到一起，因此历史上，坐便器被限制在常住环境外面。现今，坐便器倾向于整合至家庭和城市环境中，因此看似比以往更有必要完全地且经济地去除这些气体和粒子，这不仅归因于其感官特性，而且还归因于卫生-清洁必要性。这正是我们要考虑的，即，我们的计划不仅是可行和有效的，而且还易于执行并且便于获得健康。

因此，我们有重要的理由来在源头处，即，在最初的容器或坐便器桶便盆中，去除粪便气体。为实现此目的，已提出通常位于坐便器座圈中的不同的模型和系统。以不同的方式处理所捕获的气体：过滤、通过另一个管子或通过与粪便相同的管子将气体运送到外部或甚至运送到排放管。我们的模型属于这后一种概念：在排便的同时并且沿着与粪便相同的路径去除粪便气体。

我们已找到针对此后一种概念的若干建议，我们可以在以下两个案件中概述所述建议：E03D9/04和US20090307831A1。前一个案件提出一种在坐便器座圈中的抽吸系统，所述抽吸系统将气体引导至倒置虹吸管。第二个案件是相同的但具有常规的虹吸管。其余模型差不多相同，但其中无一者(包括所提到的两个模型)考虑到使虹吸管工作的四个机制的完整性。柱塞形成和流体内聚是至关重要的，以使重力产生必要的抽吸来排空系统。气体注射至液柱中减小其内聚性、弱化或抵消逆吸。在最好的情况中，此缺陷可以通过大幅增加排水量来补偿。所有这些模型毫无例外地产生的虹吸机制的更改阻碍了其任何一者变成普遍的并且是现在呈现的模型的差异的依据。我们提出在根本不会更改虹吸机制或增加水消耗的情况下完全去除粪便气体。

发明内容

常规坐便器(图1)是一种装置或坐便器桶(2)，在其中，堆积在凹形容器或便盆(6)中的液体和固体残渣经由双U形虹吸管被运送到排放管(7)。

紧挨着所述装置，存在具有盖子的座圈和激活所述系统的水槽(1)。水从水槽(1)流到便盆(6)，从便盆流到虹吸管，并且从虹吸管通过其后部连接套管(3)流到排放管(7)。

倘若在体积、时间和内聚性方面给出适当的条件，即，水的最小值(4至8升)、时间的最大值(4-5秒)和空气的绝对缺少，水的移动便可冲刷系统。

本发明的目标是同时去除粪便气体与粪便。为此，必须在源头处，即，在便盆(6)或坐便器桶的凹陷处，捕获气体。必须在不更改虹吸机制的情况下将气体从此处引导至排放管(7)。为实现此目的，气体和水必须沿着不同路径流动。这保持了液柱的内聚性，从而允许虹吸管的恰当抽吸作用。

如果液体与气体无法混合，那么唯一的可能解决方案就是路径的重复，这意味着用于气体的新的辅助管子。可以在坐便器桶中、在后部连接套管中或在所述两者中完成重复。这提供了三种可能性：

1. 在前面，在坐便器桶(图3)中，与所述桶平行的新管子(14)通向坐便器桶的上部部分，将气体引导至刚好在存水弯的水位下方的虹吸管的第一U形的向上分支。

2. 在后面(图2)，连接套管变成两个(20)。虽然重复的概念是共同的，但是模型1与2的操作不同，因此迄今产生两种变型：前部双虹吸式存水弯(图3)和双后部套管(20)(图2)。

3. 针对新的前部管子(15)无法触及虹吸式存水弯的液位的情况，我们考虑第三种模型(图4)，所述第三种模型将前述两种模型相结合。避免水阀力，以沿着整个范围重复路线。因此，所述管子将由坐便器桶(15)、止回阀(18)和双跨距后部套管(20)的气体路线形成。因此，配置了连续的双向坐便器(图4)。

所述双虹吸式存水弯模型(图3)通过在虹吸管的第一弯管中复制AlexanderCumming的设计来实现气体至排放管的去除。此处，保留第二弯管和连接套管。存水弯的水位用作用于便盆(6)和辅助气体管子(14)的永久止回阀。

双路径：便盆(6)和辅助气体管子(14)开始于坐便器桶的上部部分。所有内含物被引导至第一U形的向上分支，所述向上分支保持于存水弯的液位下方。此处释放的气体朝向第二U形上升并且从所述第二U形排放至排放管(7)。

在这种模型中，气体与液体的分离是通过微型计算机(17)来实施，所述微型计算机在排放的短暂时刻期间停止电力组(8)的运作。由排放产生的便盆中水位的降低补偿了在此期间抽吸的暂停。当液位达到最小值时，重新激活电力组，并且气体抽放继续。

所述计算机具有传感器，所述传感器指示排放的时间点。所述传感器的合适点是计量器(图1 (4))。此处(图3)，止回阀(18)只是补充性的。我们尚未发现针对此双虹吸式存水弯的背景技术。

2. 在后面(图2)，双向后部套管(20)连接至常规电力组(8)，所述常规电力组从座圈的固定部分吸入和排出气体，激活按钮可以放置于所述座圈处。

新的双后部连接套管(20)在未将气体与水混合的情况下将气体运送到排放管(7)。从座圈后面和下方抽吸的气体通过外部软管(9)运送到双套管(20)的辅助或较小的口(11)并且将在水路外部触及排放管(7)。

后部连接套管(20)的双跨距是相对于任何其他先前模型的显著特性。新的套管保留了使虹吸管的360变完整的90°以及传统的连接：前部连接(12)，所述前部连接将所述套管接合至坐便器桶并且水和残渣循环通过所述前部连接；和另一个后部连接，通过所述后部连接，所述套管与排放管(13)接合。此路径保留了如在任何其他经典模型中的虹吸管的功能。然而，所述套管具有与主要路径偏心或同心的另一个辅助路径，所述辅助路径连接至外部软管(9)并且经由新的辅助连接(11)从便盆撷取气体。后部连接(13)是固体、液体和气体共有的。用于液体和固体的主要路径因此维持足够的长度，使得形成对系统进行疏通的必要的内聚水柱。超过此临界点，气体将被排空。共用连接(13)使套管适应于任何排放管。

因此，双后部连接套管(20)具有用于接合至排放管(13)的单个连接，但在前面具有两个独立的连接；用于液体和残渣的标准尺寸的连接(12)和用于气体的另一个较小或辅助连接(11)。单向止回阀(18)也位于所述辅助连接中，或在无单向止回阀的情况下，存在水塞。

由此，这种新套管可以在常规坐便器中使用。在这种情况中，水塞是必需的，因此使辅助气体管子停止服务。

通过用于气体的连接(11)，可以使套管适应于结合止回阀(18)的任何抽取器组。即便不是必要的，电力组(8)放置于座圈的后部部分处看起来仍至少是最方便的。

2.-如果陶瓷坐便器桶(图4)的辅助气体管子在虹吸式存水弯的水位上方或上方或在其外部，那么虹吸式存水弯便不再用作气体管子(15)的止回阀。

此处，将需要增添止回阀(18)和双跨距后部连接套管(20)。这第三种模型因此由坐便器桶(15)中的辅助路线和后部连接套管(20)中的另一个路线组成。此连续的双向坐便器配置了从坐便器桶的上部边缘至排放管沿着整个路线延伸的双路径。

本发明的优选实施方案

我们基于双向概念提出用于在排便期间同时去除粪便气体的三种坐便器模型。路径的分裂可以在坐便器桶中(图3)、在与排放管连接的后部连接套管中(图2)或在所述两者中(图4)完成。

在后部连接套管中的分裂(图2)是双偏心或同心的杆状平行管子(20)：90°弯管，后面跟着连接至排放管(7)的向下分支。

这种新的后部套管(20)具有用于接合至虹吸管(12)和提供气体的管子(11)的双前部连接，以及连接至排放管(7)的单个后部连接(13)。

通向固体和液体残渣的主要路径类似于任何其他常规套管的主要路径，其中下降分支中的长度能够容纳内聚且有效的水柱，所述水柱产生排空所述系统所需的抽吸。

用于气体的辅助路径(偏心或同心的)相对于主要路径是平行且独立的并且一旦它超过主要路径便释放气体。

所述套管在前面具有用于坐便器桶虹吸管的标准连接(12)以及用于气体管子的另一个较小的连接(11)。在所述较小连接中，存在单向止回阀(18)或在缺少单向止回阀的情况下存在水塞。

所述两个路径具有与排放管(7)的单个且共用的连接(13)。

在坐便器桶中的分裂(图3)由辅助管子(14)组成并且平行于组成便盆和虹吸管的主要管子。像便盆一样，用于气体的此辅助管子在坐便器桶的上部部分中敞开并且在存水弯的水位下方的虹吸管的第一U形的向上分支中终止。此处，虹吸管和后部连接套管的其余部分是常规的。微型计算机(17)在排放期间短暂地中断气体的流以避免气体与液体混合。抽吸的此短暂停止通过虹吸管的自有冲刷补偿。当水位达到最低时，重新激活抽吸系统。

编程器需要传感器，所述传感器向编程器告知排放的时间。水槽计量器(4)可以容纳这些传感器中的一者。

当在前面坐便器桶的辅助气体管子(15)未触及虹吸管或在外部时，所述两个部分的分裂(图4)是必要的，为了防止回流，增添单向阀(18)和双后部套管(20)，这样沿着整个路程完成了分裂。

附图说明

图1：常规坐便器的示意表示。三个部分：水槽(1)；坐便器桶或坐便器自身(2)；和后部连接套管(3)。所述水槽或水箱容纳浮球或计量器填充系统(4)和圆锥形排放阀(5)。

坐便器桶(2)是由凹容器或便盆(6)和虹吸管的上部四分之三组成的部分，所述部分通常是陶瓷的。

后部连接套管(3) (通常是合成的)是自由杆状部分，所述自由杆状部分提供虹吸管的最后90°并且通过其向下分支用作坐便器桶(2)与排放管(7)之间的连接。

图2：具有双跨距后部连接套管的坐便器。电力组(8)优选地位于座圈的后部部分处，在所述座圈的后部部分处捕获气体。从所述后部部分，经由外部软管(9)将气体运送到双跨距套管(20)并且从所述双跨距套管运送到排放管(7)。这些部分通过连接(10和11)接合。双套管在前面借助于标准连接(12)接合至虹吸管并且在后面借助于用于气体、液体和固体的单个共用连接(13)接合至排放管。

总起来说，新的套管(20)被配置有双跨距(在该图中是同心的)和3个连接：用于坐便器桶(12)和气体(11)的在前面的两个连接，和在后面的与排放管相连的共用连接(13)。

在用于气体的连接(11)中，放置防回流阀(18)，或在缺少防回流阀的情况下存在水塞。电力组(8)从座圈捕获并驱动粪便气体至排放管，而不影响虹吸机制。

图3：具有双存水弯虹吸管的坐便器，其中第一弯管的存水弯接收两个路径：具有水和粪便的便盆(6)的路径，和气体的路径(14)。

这是在第一U形的在其水位下方的向上分支中完成，所述水位针对两个路径都起到止回阀的作用。

电力组(8)位于座圈的后部部分处，并且能看到可再充电电池(16)、微型计算机(17)和防回流阀(18)。此电力组从座圈的后面和下方捕获气体并且将其运送到U形的在水位下方的第二分支。

从这里，所述气体流到虹吸管的第二部分并且流到排放管(7)。微型计算机(17)控制整个过程。

图4：连续的双向坐便器。所述气体路径(15)在虹吸式存水弯外部，与类似于图2的双向后部套管(20)保持连续性。此处需要防回流阀(18)。

图5：电力组(8)的水平布置的常见实例，所述电力组具有可再充电电池(16)、微型计算机(17)、过滤器(19)、具有叶片(22)的马达(21)、防回流阀(18)和插座连接(10)。

Claims (8)

1.一种双虹吸式存水弯坐便器(图3)，所述双虹吸式存水弯坐便器具有两个平行路径：用于残渣的常规路径和用于气体的辅助路径(14)，所述辅助路径刚好在虹吸式存水弯的水位下方在虹吸管的第一U形的向上分支中接合；

此水位用作两条路线的防止沼气回流的水封。

2.一种双虹吸式存水弯坐便器(图3)，根据权利要求1，所述双虹吸式存水弯坐便器连接至机电组(8)，所述机电组从座圈的后面和下方抽吸气体并且将所述气体运送至所述虹吸式存水弯的刚好在其水位下方的后部部分。

3.一种双虹吸式存水弯坐便器(图3)，根据权利要求1和2，所述双虹吸式存水弯坐便器具有微型计算机(17)和指示排放所处时刻的传感器。

4.一种具有双向后部套管的坐便器座圈(图2)，其中连接至排放管的连接套管(20)具有双跨距：用于固体和液体粪便的主要跨距和用于气体的辅助跨距。

5.一种双向后部连接套管(图2)，根据权利要求4，所述双向后部连接套管在前面具有两个连接：用于虹吸管的主要连接(12)和用于气体的辅助连接(11)；

在后面，所述双向后部连接套管具有单个共用连接(13)，通过所述单个共用连接，所述双向后部连接套管接合至排放管(7)。

6.一种双向后部连接套管(图2)，根据权利要求4和5，所述双向后部连接套管在其两个路径中维持足够的长度以便形成内聚且有效的水柱。

7.一种双向后部连接套管(图2)，根据权利要求4、5和6，所述双向后部连接套管在其用于气体的连接(11)中容纳单向止回阀(18)或者在缺少所述单向止回阀的情况下容纳水塞。

8.一种双向后部连接套管(图4)，在坐便器桶(15)中的气体管子未触及虹吸管或甚至在所述虹吸管外部的情况下，所述双向后部连接套管将前述两种模型相结合；

此处，所述坐便器(15)路线必须用双向后部连接套管(20)与其对应的单向止回阀(18)来完成。

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