本發(fā)明涉及一種水輪機(jī)動(dòng)力抽吸式馬桶，特別是一種利用自來水做動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)實(shí)現(xiàn)攪碎抽吸功能的水輪機(jī)動(dòng)力抽吸式馬桶。

背景技術(shù)：

目前，馬桶生產(chǎn)廠家眾多，款式多樣，共同技術(shù)缺陷有四種：其一，能源浪費(fèi)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。自來水既是清洗劑又是能源，將糞便沖過S彎進(jìn)入下水道，所需能量完全來自自來水。伯努利方程：是流體機(jī)械能守恒的表達(dá)式。若將式中各項(xiàng)的單位由n/m²改寫為n*m/m³(即j/m³)就會(huì)發(fā)現(xiàn)：式中三項(xiàng)表示三種流體機(jī)械能的能量密度，其中表示動(dòng)能密度，ρgh表示重力勢能密度，P表示因水壓而具有的另一種勢能密度。關(guān)閉自來水閘閥時(shí)，自來水的能量密度等于p+ρgh，此時(shí)壓力P非常大(達(dá)到數(shù)個(gè)大氣壓)說明自來水的能量密度非常大。打開閘閥時(shí)P和ρgh可隨機(jī)轉(zhuǎn)化為成為沖馬桶的理想能源。但是目前幾乎所有馬桶在將自來水注入水箱的過程中，其能量幾乎耗盡，僅剩下ρgh，且h僅為水箱中水面與S彎封堵水面之間的高度差。由于水箱中的水能量密度很小，所以要得到足夠能量將糞便沖過S彎，就必然要釋放大量的水。

其二，清水與糞便參混導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，由于在沖馬桶過程中清水與糞便連續(xù)參混，所以最終存留于S彎處的封堵液只能是稀釋液，要想使封堵液接近于清水，沖馬桶的用水量必須要大，而且越大越好。

其三，S彎不可開啟，一旦有異物沖入卡在管道中，很可能會(huì)無法取出，最終不得不舍棄更新。

其四，容易堵塞。出于節(jié)水考慮，一般家庭不會(huì)無休止大量用水，封堵液稀釋程度不高，經(jīng)年累月S彎處不斷結(jié)垢，使有效過水截面不斷減小，經(jīng)常堵塞，令人苦不堪言，最終不得不棄舊更新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)馬桶對(duì)自來水資源的極大浪費(fèi)，以及因S彎不可開啟，異物卡入無法取出，結(jié)垢無法清除，使馬桶有效使用年限大大縮短的技術(shù)缺陷。提供一種由自來水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，水輪機(jī)帶動(dòng)螺旋槳和攪拌刀，將S彎封堵處的大小便(大便經(jīng)攪碎稀釋)抽入下水道的水輪機(jī)動(dòng)力抽吸式馬桶。這種新型馬桶由于充分利用自來水的能量，所以可以將大便輕松攪碎并且送出S彎。自來水先流經(jīng)水輪機(jī)將水輪機(jī)啟動(dòng)，然后方可流入馬桶空心邊框經(jīng)小孔注入便盆。于是在S彎處就形成了：糞便不斷被抽出清水不斷循序跟進(jìn)的效果。這就充分避免了清水與糞便的參混，所以用水最省，沖得最凈。沖馬桶后存留于S彎處的封堵液完全為清水，不易結(jié)垢。水輪機(jī)的安裝位置成為S彎的可開啟處，即便結(jié)垢或異物卡入，也可以清除。這種新型馬桶不僅可以更大程度的節(jié)約用水，而且可以大大提高馬桶的使用年限。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于水輪機(jī)的抽吸式馬桶。水輪機(jī)的外殼包括容納葉輪的蝸室(11，21)和支持葉輪轉(zhuǎn)軸(18，31，413)的軸承保持體(12)，二者固為一體。

進(jìn)一步地，切向于蝸室(11，21)側(cè)壁設(shè)有自來水入射口(13，23，49)，在蝸室(11，21)的上部中心位置設(shè)有蝸室出水口(14，410)。

進(jìn)一步地，由于在蝸室(11，21)中自來水把大部分動(dòng)能傳遞給了葉輪，所以蝸室出水口(14，410)處的流速v₂遠(yuǎn)小于自來水入射口(13，23，49)處的流速v₁。根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)性原理v₁s₁＝v₂s₂，蝸室出水口(14，410)的橫截面積s₂遠(yuǎn)大于自來水入射口(13，23，49)的橫截面積s₁。

水輪機(jī)的葉輪封閉于蝸室(11，21)內(nèi)，固定于葉輪底盤(15)并與葉輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪轉(zhuǎn)軸(18，31，413)貫穿軸承保持體(12)，在其下部由上至下順次固定安裝有螺旋槳(32，411)和攪拌刀(33，412)。

進(jìn)一步地，所述葉輪包括葉輪底盤(15)、葉片(17，22)、葉片上蓋(16)，三者固為一個(gè)整體。葉片(17，22)是母線垂直于葉輪底盤(15)的彎曲面。

進(jìn)一步地，所述葉輪上蓋(16)為圓錐面，使得相鄰葉片所構(gòu)成通道的高度由外到內(nèi)逐漸增大。這樣可彌補(bǔ)該通道由外到內(nèi)的逐漸變窄，使得每個(gè)葉輪通道的橫截面積保持不變。

本發(fā)明所涉及馬桶上部設(shè)有空心邊框(41)，空心邊框(41)朝向便盆內(nèi)側(cè)，沿周邊設(shè)有均勻分布的細(xì)密注水孔?？招倪吙?41)朝向后方設(shè)有空心邊框入水口(42)。

上述馬桶的下部設(shè)有不同于傳統(tǒng)馬桶的S彎(在馬桶通往下水道處存在一個(gè)可留住封堵水，隔絕下水道臭氣的結(jié)構(gòu)，俗稱S彎)按照功能的不同，整個(gè)S彎被劃分為：S彎入口(44)，S彎螺旋槳位段(45)，S彎水平溢出段(46，51)，S彎壺腹承接體(47，52)，S彎連接下水管網(wǎng)段(48)五個(gè)部分。S彎螺旋槳位段(45)為上部大下部小的圓錐管。S彎水平溢出段(46，51)為斜削出水平上口的傾斜圓管，水平上口的位置確定了封堵水的最高水位。

進(jìn)一步地，所述S彎壺腹承接體(47，52)的上部端口設(shè)有可以安裝或拆下水輪機(jī)的構(gòu)件，使該端口成為S彎的可開啟處。水輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)軸(18，31，413)伸入S彎深處，其下部安裝的螺旋槳(32，411)位于S彎螺旋槳位段(45)，攪拌刀(33，412)位于S彎入口(44)的深處。

進(jìn)一步地，在所述馬桶后部便盆的外側(cè)，設(shè)有大便稀釋注水管(43)，其上端開口于空心邊框入水口(42)附近，下端開口于攪拌刀(33，412)的上方。

進(jìn)一步地，所述水輪機(jī)蝸室出水口(14，410)通過軟管與馬桶空心邊框入水口(42)相連接。

為了充分提高自來水能源的利用效率，本發(fā)明在自來水管網(wǎng)與水輪機(jī)的接合處設(shè)有壓力繼能裝置。包括壓力罐(61)，水口罩(62)，自來水管網(wǎng)接口(63)，閥體(64)和閥體出水口(65)。

進(jìn)一步地，所述自來水管網(wǎng)接口(63)與自來水管網(wǎng)相連接。所述閥體出水口(65)通過軟管與水輪機(jī)蝸室的自來水入射口(13，23，49)相連接。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

圖1是本發(fā)明主要部件水輪機(jī)的正視剖面圖。

圖2是本發(fā)明水輪機(jī)沿剖面線A-A的垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的剖視圖。

圖3是本發(fā)明葉輪轉(zhuǎn)軸下方所固定的螺旋槳和攪拌刀的實(shí)物圖。

圖4是本發(fā)明水輪機(jī)、螺旋槳、攪拌刀與馬桶結(jié)合安裝的示意圖。

圖5是本發(fā)明S彎壺腹承接體沿剖面線B-B的剖視圖。

圖6是本發(fā)明壓力繼能裝置具有局部剖面的正視圖。

圖7是本發(fā)明壓力繼能裝置中水口罩沿剖面線C-C的剖視圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明所涉及水輪機(jī)如圖1、圖2、圖3和圖4所示：水輪機(jī)的外殼由蝸室11，軸承保持體12、自來水入射口13、蝸室出水口14四部分組成。蝸室出水口14，410處的流速v₂遠(yuǎn)小于自來水入射口13，23，49處的流速v₁。根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)性原理v₁s₁＝v₂s₂，蝸室出水口14，410的橫截面積s₂遠(yuǎn)大于自來水入射口13，23，49的橫截面積s₁，前者是后者的近30倍。封閉于蝸室內(nèi)部的葉輪由葉輪底盤15、葉輪上蓋16和葉片17三部分組成，三者固為一體。葉輪上蓋16可將所有葉片的上部連為一體，有效防止高速旋轉(zhuǎn)中離心作用所引起的葉片上部外張，充分提高葉輪的機(jī)械強(qiáng)度。葉輪轉(zhuǎn)軸18貫穿軸承保持體12，上端伸入蝸室11與葉輪底盤15固為一體，下端伸出軸承保持體12，向下依次固定安裝螺旋槳32和攪拌刀33。自來水入射口13通過軟管與閥體出水口65相接。開啟閥體64，自來水形成高速射流由自來水入射口13進(jìn)入蝸室11。由于是沿切向射入，所以射流進(jìn)入蝸室11后立即緊貼蝸室內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于后方流體連續(xù)不斷射入，所以這種旋轉(zhuǎn)流體必須不斷收縮半徑，并且必須通過所有相鄰葉片所構(gòu)成的通道才能由外及內(nèi)地到達(dá)中部蝸室出口水14。在此過程中水流不斷與葉片發(fā)生相互作用，把水流的動(dòng)能傳遞給葉輪。由于對(duì)葉片17和葉輪上蓋16的形狀以及自來水入射口13和蝸室出水口14口徑大小的合理設(shè)計(jì)，所以實(shí)現(xiàn)了自來水與葉輪之間動(dòng)能傳遞效率的最大化。本實(shí)施例中，水輪機(jī)也可不包括軸承保持體。

本發(fā)明馬桶的下部設(shè)有不同于傳統(tǒng)馬桶的S彎(在馬桶通往下水道處存在一個(gè)可留住封堵水，隔絕下水道臭氣的結(jié)構(gòu)，俗稱S彎)按照功能的不同，整個(gè)S彎被劃分為：S彎入口44，S彎螺旋槳位段45，S彎水平溢出段46，51，S彎壺腹承接體47，52，S彎連接下水管網(wǎng)段48五個(gè)部分。S彎螺旋槳位段45為上部大下部小的圓錐管。S彎水平溢出段46，51為斜削出水平上口的傾斜圓管，水平上口的位置確定了封堵水的最高水位。S彎壺腹承接體47，52承接S彎水平溢出段46，51，其內(nèi)徑大于S彎水平溢出段的內(nèi)徑。圖5示出了本發(fā)明S彎壺腹承接體47，52沿剖面線B-B的剖視圖。

所述S彎壺腹承接體47，52的上部端口設(shè)有可以安裝或拆下水輪機(jī)的構(gòu)件，使該端口成為S彎的可開啟處，便于從此處打開，清除馬桶該部位的結(jié)垢、清除卡入其中的異物等。水輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)軸18，31，413伸入S彎深處，其下部安裝的螺旋槳32，411位于S彎螺旋槳位段45，攪拌刀33，412位于S彎入口44的深處。

本發(fā)明水輪機(jī)、螺旋槳、攪拌刀與馬桶組合安裝如圖4所示。水輪機(jī)安裝于S彎壺腹承接體47的上部端口，蝸室出水口410通過軟管與馬桶空心邊框入水口42連通，自來水入射口49通過軟管與自來水壓力繼能裝置下部的閥體出水口65連通。葉輪轉(zhuǎn)軸413伸入S彎，螺旋槳411位于S彎螺旋槳位段45，攪拌刀412位于大便稀釋注水管43通入S彎的水口的正下方。對(duì)S彎水平溢出段46的功能描述如下：S彎水平溢出段46被斜削成緊密承接S彎螺旋槳位段45的水平上口的傾斜圓管，可充分減少螺旋槳411對(duì)糞便溶液向上推進(jìn)的距離，因?yàn)樵诼菪龢淖饔孟拢S便溶液上升伴隨旋轉(zhuǎn)，由于離心作用，糞便溶液一旦越過S彎螺旋槳位段45，就會(huì)立刻甩入S彎壺腹承接體47，然后自行落入S彎連接下水管網(wǎng)段48，進(jìn)入下水道。沖馬桶結(jié)束后，閥體64關(guān)閉，空心邊框41中剩余的清水繼續(xù)注入馬桶，S彎水平溢出段46可將清水留住成為封堵水。

對(duì)S彎螺旋槳位段45的形狀為什么做成下部小上部大的錐形管描述如下：如果將S彎螺旋槳位段45做成上下等大的圓桶形狀，那么螺旋槳411的抽吸功能將完全依賴于大氣壓(螺旋槳在轉(zhuǎn)動(dòng)傳送的過程中，液體流動(dòng)在螺旋槳后端形成低壓區(qū)，水流在大氣壓力作用下，壓迫后方液體跟進(jìn))，當(dāng)水流過速，S彎入口44的上緣露出水面、空氣能夠進(jìn)入時(shí)，螺旋槳411的抽吸功能就會(huì)喪失，這時(shí)S彎中的糞便溶液往往還有剩余。需要等到由空心邊框41注入的清水到達(dá)S彎入口44，使液面提升重新埋沒S彎入口44，抽吸功能才能恢復(fù)。在此抽吸功能出現(xiàn)間斷的過程中，流動(dòng)的清水注入靜止的糞便溶液，二者必然發(fā)生參混。之后這樣的參混過程還會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，這于充分節(jié)水十分不利。若將S彎螺旋槳位段45做成如圖4所示上部大下部小的圓錐形，螺旋槳411的抽吸功能將不完全依賴大氣壓，在S彎入口44露出水面、空氣能夠進(jìn)入的情況下，旋轉(zhuǎn)的糞便溶液在離心力的作用下，仍可源源不斷沿著圓錐面上升，使抽吸作用不出現(xiàn)間斷，所以隨后到達(dá)S彎入口44的清水與前方糞液形成循序跟進(jìn)，充分避免了二者的參混，使節(jié)水效果達(dá)到最佳。

本發(fā)明在所述馬桶后部便盆的外側(cè)，設(shè)有大便稀釋注水管43，其上端開口于空心邊框入水口42附近，下端開口于攪拌刀33，412的上方。對(duì)大便稀釋注水管43的作用描述如下：大便必須經(jīng)過攪碎和稀釋之后，螺旋槳411才能對(duì)其產(chǎn)生推進(jìn)作用。沖馬桶時(shí)，需要大便混在水中一齊進(jìn)入S彎入口44，攪拌刀412才能有效對(duì)其攪碎和稀釋。對(duì)于污物排出量較大的情況，大便進(jìn)入S彎入口44會(huì)將其塞滿，沖馬桶時(shí)，水被隔絕在后方無法參與稀釋，雖經(jīng)攪碎但十分粘稠的大便極易粘附在螺旋槳411上，使其推進(jìn)作用減小甚至喪失。大便稀釋注水管43避開了S彎入口44對(duì)參與稀釋的水可能出現(xiàn)的阻斷，由馬桶外側(cè)直接將水從攪拌刀412的上方注入，非?？煽康亟鉀Q了大便的攪碎和稀釋。

為了充分提高自來水能源的利用效率，本發(fā)明在自來水管網(wǎng)與水輪機(jī)的接合處設(shè)有壓力繼能裝置，如圖6所示，其包括壓力罐61、水口罩62、自來水管網(wǎng)接口63、閥體64、閥體出水口65。壓力罐61為頂部封閉、底部開口的豎直罐體。自來水管網(wǎng)接口63與自來水管網(wǎng)相連接。閥體出水口65通過軟管與水輪機(jī)蝸室的自來水入射口13，23，49相連接。自來水管網(wǎng)接口63接入自來水管網(wǎng)，關(guān)閉閥體64，這時(shí)自來水在強(qiáng)大壓力作用下由自來水管網(wǎng)接口63進(jìn)入壓力罐61，壓力罐61中密閉空氣受到壓縮，將相當(dāng)一部分自來水的能量存貯于罐中。于是水輪機(jī)就具有了雙重能量來源：一是自來水管網(wǎng)，二是壓力罐61。以老舊社區(qū)的二樓為例，閥體64關(guān)閉，自來水的壓力以及壓力罐61中密閉空氣的壓力二者相等，約為0.4兆帕。需要沖洗馬桶時(shí)，開啟閥體64，P+ρgh立即向轉(zhuǎn)化(其中，P為自來水管網(wǎng)的壓力，ρgh為自來水管網(wǎng)存儲(chǔ)水的勢能，v為自來水流動(dòng)的速度)，自來水急速流動(dòng)，自來水管網(wǎng)的輸出壓力P立即降至0.2兆帕以下。如果自來水管道較細(xì)較長，捌彎多，那么來自自來水管道的阻力就會(huì)很大，這時(shí)自來水管網(wǎng)的輸出壓力P會(huì)降至0.1兆帕甚至更低。這就為壓力罐61的能量輸出創(chuàng)造了條件，由于此時(shí)內(nèi)外存在巨大壓力差，所以罐中壓縮空氣迅速膨脹，將罐中水急速推出，會(huì)同直接來自自來水管網(wǎng)63的水一并進(jìn)入水輪機(jī)，使水輪機(jī)獲得加倍的動(dòng)力。

水口罩62為上部封閉，側(cè)壁向四周有開口的小圓桶，下部開口與壓力罐61的入口相連通，設(shè)置在壓力罐61的下方入口處，其作用是防止進(jìn)水時(shí)水流向上噴出罐內(nèi)水面與罐內(nèi)上方空氣相互作用而在水中產(chǎn)生氣泡。在沒有水口罩的情況下，如果進(jìn)水后又緊接著放水，則沒來得及升出水面的氣泡就會(huì)混在水中排出罐外，久而久之會(huì)使罐中密閉空氣越來越少，使其可以存貯的能量逐漸減少。綜上，設(shè)置壓力繼能裝置，可使本發(fā)明水輪機(jī)動(dòng)力抽吸式馬桶的適用條件大大降低，對(duì)自來水管道阻力以及樓層高度放寬要求。圖7示出了本發(fā)明壓力繼能裝置中水口罩沿剖面線C-C的剖視圖。

綜上，本申請(qǐng)涉及一種基于水輪機(jī)的動(dòng)力抽吸式馬桶，馬桶上部具有空心邊框，空心邊框朝向便盆內(nèi)側(cè)沿周邊具有均勻分布的細(xì)密注水孔，空心邊框后方具有入水口。在馬桶的下部具有不同于傳統(tǒng)馬桶的S彎，根據(jù)功能劃分為：入口段，螺旋槳位段，水平溢出段，壺腹承接體，連接下水管網(wǎng)段。馬桶后部便盆的外側(cè)具有由空心邊框通向S彎入口深處的大便稀釋注水管。安裝于壺腹承接體上部端口的水輪機(jī)，其外殼包括蝸室和軸承保持體。切向于蝸室側(cè)壁設(shè)有自來水入射口，蝸室上部中心位置設(shè)有蝸室出水口。水輪機(jī)葉輪封閉于蝸室內(nèi)部，葉輪轉(zhuǎn)軸貫穿軸承保持體，在其下部由上至下依次安裝螺旋槳和攪拌刀，二者分別位于S彎螺旋槳位段和S彎深處大便稀釋注水管管口的正下方。水輪機(jī)蝸室出水口利用軟管與空心邊框入水口接通，水輪機(jī)自來水入射口利用軟管與閥體出水口接通。沖馬桶的全過程是：開啟閥體，自來水通過軟管由水輪機(jī)自來水入射口進(jìn)入蝸室將葉輪驅(qū)動(dòng)，然后由蝸室出水口流出，再經(jīng)過軟管由空心邊框入水口進(jìn)入空心邊框，再由沿空心邊框周邊均布的細(xì)密注水孔進(jìn)入便盆，沖洗便盆最后匯入S彎入口。由于新型S彎可使螺旋槳的抽吸動(dòng)能不完全依賴于大氣壓，使抽吸過程不出現(xiàn)間斷，這就形成前方糞液不斷抽走，后方清水連續(xù)跟進(jìn)的循序流動(dòng)，最大限度地避免了清水與糞便的參混，使一次沖馬桶的用水量達(dá)到最小。大便稀釋注水管直接將一部分清水引向攪拌刀，使大便在未到達(dá)螺旋槳之前已被充分?jǐn)囁楹拖♂專梢韵裥”阋粯禹樌宦菪龢樽?。壺腹承接體的上部端口設(shè)有可以安裝或拆下水輪機(jī)的構(gòu)件，使這里成為S彎的可開啟處，便于隨時(shí)打開，更換損壞部件以及清洗S彎處的水垢。

本發(fā)明不局限于此實(shí)施方式，任何在本發(fā)明實(shí)施例基本精神上的改進(jìn)或替代，仍屬于本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍。