УНИТАЗ С СИФОННЫМИ ПРОХОДАМИ БЫСТРОГО СМЫВА
LAVATORY BOWL WITH SIPHON QUICK-FLUSHING PASSAGES

Настоящее изобретение относится к унитазам, имеющим усовершенствованные сифонные проходы.
Обычные унитазы состоят из чаши и накопительного бака, обычно сформированных как одна или две основные части. Извилистый проход обычно расположен позади чаши и ниже ее для перемещения содержимого чаши в сточные/канализационные трубы здания. Этот проход обычно называется «сифоном» или «сифонным проходом».
Участок верхнего колена такого прохода обычно заполнен водой, чтобы «перехватывать» находящиеся ниже по течению газы из канализации и предотвращать их проникновение в помещения здания. Уровень воды поддерживается в чаше и части верхнего колена сифонного прохода его изогнутой частью. Сифонный проход (иногда в соединении с соответствующей струей) образует сифон для удаления содержимого чаши, когда нижний по течению участок сифонного прохода, обычно заполненный воздухом и испарениями, быстро заполняется водой в течение цикла смыва.
Таким образом, сифонный проход помогает удерживать воду в чаше до слива, а затем содействует образованию сифона, способствующего удалению отходов в течение цикла смыва. Достижение этой двойной функции может быть сравнительно легким, если в течение единственного цикла смыва используется большой объем воды. Однако ныне в целях защиты окружающей среды и экономии воды имеются законодательные ограничения на продажу унитазов, использующих слишком много воды при сливе. Например, некоторые из этих ограничений требуют расхода в одном цикле смыва не более 1,6 галлонов (6,06 литров) воды.
Если чаша заполнена фекалиями, туалетной бумагой и другими твердыми веществами, достижение эффективного смыва малым объемом воды может быть трудным. Поэтому потребители, пользующиеся унитазами с низким расходом воды, обычно спускают воду дважды или более для удовлетворительной очистки чаши, если в ней присутствует что-либо, кроме мочи. Это не только не отвечает целям экономии, но отнимает время у потребителей.
Даже если унитаз достаточно эффективно очищается малым объемом воды, имеется также интерес к минимизированию времени, требующегося для цикла смыва. Короткий цикл смыва имеет множество преимуществ. Например, период, в течение которого унитаз создает максимальный шум, может быть уменьшен, если цикл смыва займет меньше времени. Это может представлять интерес, если унитаз используется глубокой ночью, и потребитель хочет как можно меньше беспокоить спящих (например, грудного ребенка). Другое преимущество короткого цикла смыва заключается в том, что, если потребуется второй смыв для завершения очистки унитаза, он может начаться раньше.
Различные попытки достижения более короткого цикла смыва включали в себя придание особой формы для пути потока, управление состоянием потока (турбулентное или ламинарное), и/или уменьшение или устранение возникновения воздушных карманов в определенных местах сифонного прохода. Например, патент США 5,918,325 раскрывает сифонный проход, модифицированный по-разному, чтобы попытаться выполнить слив оптимально. То же относится к патентам США 3,484,873, 5,706,529 и 6,292,956. Описания этих патентов и всех других патентов и публикаций, на которые здесь даны ссылки, включены путем ссылки, как если бы они были полностью изложены.
Тем не менее, попыткам разработки быстрого смыва, осуществляющего эффективную очистку малыми объемами воды, может препятствовать «обратный прорыв», так как тенденцией таких сифонных проходов является развитие обратного течения воздуха из канализационных линий в область низкого давления сифонного прохода.
Соответственно, имеется потребность в унитазах с малым объемом смыва, имеющих короткий цикл смыва, но, тем не менее, эффективно и рационально смывающих даже твердые отходы из чаши.
Краткое описание изобретения
Согласно изобретению создан унитаз, имеющий сифонный проход с улучшенными характеристиками удаления воды и воздуха. В одном аспекте сифонный проход проходит между отверстием чаши и выходным отверстием, причем сифонный проход имеет изогнутую область водяного затвора, проходящую от отверстия чаши выше него к нижнему колену. Нижнее колено отклоняется в направлении назад от своей верхней части к по существу горизонтальной перегородке, проходящей вперед от задней стенки нижнего колена вблизи нижнего участка нижнего колена, причем нижний участок нижнего колена связан с выходным коленом, сообщающимся с выходным отверстием.
Предпочтительно, радиус области водяного затвора нижнего колена составляет приблизительно от 2,25 до 3,5 дюймов, а нижнее колено отклоняется от вертикали менее чем на 15 градусов, более предпочтительно на 1-8 градусов от вертикали. Перегородка предпочтительно имеет длину полки приблизительно от 0,5 до 2,5 дюймов, если мерить от задней стенки нижнего колена, и даже более предпочтительно приблизительно от 0,7 до 1,5. Перегородка имеет высоту полки приблизительно от 1,5 до 3,0 дюймов, если мерить от низа выходного колена, и более предпочтительно приблизительно от 1,75 до 2,5 дюймов
В другой предпочтительной форме сифонный проход имеет круглое поперечное сечение по всей изогнутой области водяного затвора. Изогнутая область водяного затвора предпочтительно имеет радиус водяного затвора нижнего колена приблизительно от 1,5 до 4,0 дюймов.
В других предпочтительных формах, по меньшей мере, участок выходного колена выполнен прямым и предпочтительно горизонтальным, и, по меньшей мере, участок нижнего колена выполнен прямым. Еще в некоторых других предпочтительных формах верхнее колено имеет круглое поперечное сечение, или плоскую внутреннюю стенку. Также в других предпочтительных формах выходное колено имеет круглое поперечное сечение, или плоскую внутреннюю стенку.
Особенно предпочтительно, чтобы сифонный проход имел минимальный проход для шара около 2 дюймов.
В другой форме унитаз также имеет сопло, обеспечивающее возможность скорости течения от 22 до 28 (предпочтительно около 25) галлонов в минуту.
Таким образом, согласно настоящему изобретению создан унитаз с уникальной конструкцией сифонного прохода. Он разработан так, чтобы вода из чаши полностью и быстро заполняла ключевые участки сифонного прохода в течение цикла смыва. Это ведет к быстрому удалению содержимого чаши, минимизируя расход воды. Разработка сифонного прохода улучшает время цикла полного смыва и значительно улучшает скорость действия смыва, почти на 50% от скорости смыва в обычных унитазах гравитационного действия с обычной конструкцией сифонного прохода.
Немного отклоненное назад нижнее колено уменьшает образование воздушных карманов в области водяного затвора, которые в противном случае создавали бы помехи для эффекта сифона сифонного прохода. Полка перегородки прекращает захват воздуха и частиц водой, проходящей из нижнего колена, и дополнительно способствует их быстрому удалению через сифонный проход. Однородное круглое поперечное сечение изогнутой области водяного затвора помогает поднять уровень жидкости в области водяного затвора в течение образования сифона, что также помогает удалять воздух.
Эти, а также другие преимущества изобретения будут очевидны из подробного описания и чертежей. Далее представлено описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Для охвата всей области изобретения следует формулу рассматривать как предпочтительные варианты осуществления, не предназначенные быть единственными в объеме формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе с левой стороны сифонного прохода унитаза согласно настоящему изобретению, показанного точечными линиями, с обычной средой, которую может использовать сифонный проход;
Фиг.2 - вертикальный разрез задней части унитаза Фиг.1, сделанный по его центральной линии от передней стороны к задней;
Фиг.3 - разрез по линии 3-3 на Фиг.2;
Фиг.4 - разрез по линии 4-4 на Фиг.2;
Фиг.5 - вид сзади, схематически показывающий половину сифонного прохода;
Фиг.6 - разрез по линии 6-6 на Фиг.5;
Фиг.7 - разрез, подобный Фиг.6, но сделанный по линии 7-7 на Фиг.5;
Фиг.8 - разрез, подобный Фиг.6, но сделанный по линии 8-8 на Фиг.5;
Фиг.9 - разрез, подобный Фиг.6, но сделанный по линии 9-9 на Фиг.5;
Фиг.10 - схематическое представление сифонного прохода, показывающее воздушный карман (полная штриховка), образованный воздушным затвором в выходном колене сифонного прохода, а также воздушный карман (пунктирная штриховка), образованный обратным прорывом из канализационной линии в область низкого давления в нижнем колене сифонного прохода, не появляющемся в сифонном проходе, раскрытом выше, но происходившем в некоторых предшествующих разработках сифонного прохода;
Фиг.11 - вид второго варианта осуществления изобретения, подобный Фиг.1;
Фиг.12 - вид второго варианта осуществления изобретения, подобный Фиг.2;
Фиг.13 - разрез по линии 13-13 Фиг.12; и
Фиг.14 - схематическое изображение сифонного прохода с Фиг.11, с идентификацией определенных параметров сифонного прохода.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На Фиг.1 показан унитаз 10, имеющий проход с сифоном, или сифонный проход 12, разработанный согласно настоящему изобретению. Конкретно, за исключением сифонного прохода 12, унитаз 10 может быть любым подходящим унитазом, предпочтительно с конструкцией с малым объемом слива.
Например, на Фиг.1 точечными линиями показан унитаз из двух частей, имеющий съемный сливной бачок 14, на основании 16 чаши. Отверстие (не показано) в днище сливного бачка 14 выровнено с отверстием (не показано) наверху основания 16 чаши, чтобы обеспечить проход воды из сливного бачка в чашу 18, образованную в основании 16 чаши, в течение цикла слива.
Сифонный проход 12 проходит от отверстия 20 в чаше 18 по изогнутому пути, имеющему на большей части своей длины по существу одинаковое и постоянное круглое поперечное сечение (как показано на Фиг.3). Это поперечное сечение имеет место по меньшей мере во втором изгибе 30 водяного затвора 34.
Сифонный проход имеет выходное отверстие 22, открывающееся в днище основания 16 чаши, который устанавливается на открытый конец канализационной линии (не показано). Таким образом, сифонный проход 12 создает путь для содержимого чаши 18 для отекания в канализационную линию в течение цикла смыва.
Как видно на Фиг.2, вход 24 в сифонный проход 12 проходит назад от отверстия 20 чаши в первый изгиб 26. По существу направленное прямо назад верхнее колено 28 проходит от первого изгиба 26 под углом приблизительно около 40-60 градусов ко второму изгибу 30. Нижнее колено 32 проходит от второго изгиба 30, слегка наклоняясь назад сверху вниз в направлении от отверстия 20, предпочтительно под углом приблизительно между 1-10 градусами к вертикали, наиболее предпочтительно на угол 4-6 градусов.
Изгиб 30 образует угол около 40 градусов между верхним коленом 28 и нижним коленом 32 с тем, чтобы изменить направление потока примерно на 140 градусов от направления потока через верхнее колено 28. Поверхность внутреннего диаметра второго изгиба 30 образует водяной затвор 34 (по нижней внутренней поверхности), и после этого места вода может проходить через находящийся вниз по течению участок сифонного прохода 12.
Нижний конец нижнего колена 32 переходит в следующий изгиб 36, ведущий в короткое, прямое, опускающееся вперед колено 38. Колено 38 завершается поворотом, ведущим к прямому горизонтальному колену 42, оканчивающемуся изгибом 44 на 90 градусов, ведущим к выходному отверстию 22.
Сифонный проход 12 обычно имеет одинаковое круглое поперечное сечение от отверстия чаши, и по всему изогнутому второму изгибу 30 на водяном затворе 34, и по нижнему колену 32. Предпочтительно, внутреннее поперечное сечение не изменяется более чем на 5 процентов в диаметре на этом участке сифонного прохода 12. На Фиг.6-9 показаны некруглые поперечные сечения короткого наклонного колена 38 и выходного колена 42, которые имеют плоские нижние поверхности, в первую очередь, для простоты отливки.
Вблизи нижнего конца нижнего колена 32 сифонный проход 12 имеет короткую плоскую горизонтальную перегородку 46, проходящую между задней стенкой нижнего колена 32 и коротким наклонным коленом 38. Перегородка 46 предпочтительно выступает на длину, приблизительно равную радиусу нижнего колена 32, или, в одном случае, около 1 1/16 дюймов. Перегородка 46 создает турбулентность и изменяет траекторию потока, покидающего нижнее колено 32, что помогает направить поток вниз по течению.
Дополнительно сформирована углубленная полость или карман 48, называемая здесь воздушным затвором 48 и проходящая примерно до верхнего внутреннего участка выходного колена 42 на стороне центральной линии 50 напротив выходного отверстия 22.
Предпочтительно, воздушный затвор 48 примыкает к пересечению наклонного колена 38 и выходного колена 42. Воздушный затвор 48 выступает наверх от верхней внутренней поверхности колена 42 и предпочтительно имеет форму пирамиды с плавно очерченным контуром, так что его основание больше, чем его конец, как показано на Фиг.4.
Однако следует отметить, что воздушный затвор 48 может быть любой подходящей формы, например полусферическим, а ведущий край воздушного затвора 48 выполнен острым или с малым радиусом, чтобы разделить поток из сифонного прохода 12. Расширяющаяся вверх по течению и наверх поверхность 51 воздушного затвора 48 предпочтительно образует угол около 90 градусов или менее для обеспечения отделения жидкости от поверхности сифонного прохода 12, как описано ниже.
На Фиг.7 и 8 показаны половины поперечных сечений внешнего колена 42 на воздушном затворе 48. Воздушный затвор 48 может быть высотой приблизительно от 1/2 до 1 дюйма (предпочтительно 5/8''), длиной приблизительно от 1/2 до 3 дюймов (предпочтительно 1 1/2'') и диаметром приблизительно как внешнее колено 42 (предпочтительно 2 1/8'').
Сифонный проход 12 имеет такую конструкцию, что вода из чаши полностью и быстро заполняет ключевые участки сифонного прохода 12 в течение цикла смыва. Это достигается благодаря тому, что наклоненное назад нижнее колено 32 уменьшает или устраняет образование воздушных карманов в водяном затворе 34, препятствующих сифонному эффекту в сифонном проходе 12, а однородное круглое поперечное сечение второго изгиба 30 помогает поднять уровень жидкости на водяном затворе 34 во время образования сифона.
Кроме того, воздушный затвор 48 способствует быстрому смыву, отделяя жидкость от внутренней стенки нижнего колена 32 и создавая полосу жидкости в сифонном проходе 12, стремящуюся блокировать воздух, который может пытаться пройти назад через сифонный проход 12 из канализационной линии до области низкого давления в нижнем колене 42 вниз по течению от водяного затвора 34. Точнее говоря, как показано на Фиг.10, во время смыва жидкость проходит за водяным затвором 34 в нижнее колено 32 и другие находящиеся вниз по течению участки сифонного прохода, обычно заполненные воздухом.
Жидкость уходит из нижнего конца нижнего колена в короткое наклонное колено 38. После ухода из нижнего конца короткого наклонного колена 38 жидкость на верхней поверхности (если смотреть, как показано на Фиг.2) сифонного прохода протекает по поверхности 52 ведущего края воздушного затвора 48 (предпочтительно являющейся поверхностью с малым радиусом изгиба или короткой плоской поверхностью под острым углом), ведущей к расширенной наверх поверхности 51 воздушного затвора 48, предпочтительно образующей прямой или острый угол с коротким наклонным коленом 38. Это заставляет жидкость отделиться от верхней поверхности сифонного прохода при сравнительно высокой скорости. Это в свою очередь вызывает образование воздушного кармана 54 в основном в области выходного колена 42, показанной сплошной штриховкой.
Это эффективно уменьшает площадь поперечного сечения выходного колена 42, что увеличивает давление и скорость жидкости в выходном колене 42. Так решаются две задачи. Повышается скорость прохождения жидкости через выходное колено 42 (несмотря на меньшую площадь поперечного сечения) и жидкость создает направленную вниз силу, большую, чем противостоящая сила воздуха в канализационной линии, стремящегося переместиться в область низкого давления в нижнем колене 32 и образовать воздушный карман 56 в нижнем колене 32 (показано точечной штриховкой), что может возникать спорадически, в зависимости от того, какое давление преобладает. Это явление, называемое "обратным прорывом", неблагоприятно для обеспечения быстрого, мощного смыва. Таким образом, воздушный затвор 48 помогает предотвратить «обратный прорыв» и это позволяет жидкости проходить через всю площадь нижнего колена 32 и короткого наклонного колена 38 и ускоряет скорость течения по выходному колену 42.
На Фиг.11-14 показан другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором признаки, аналогичные признакам в вышеупомянутом варианте осуществления, обозначены теми же ссылочными позициями, только с цифрой "1" перед ними. Сифонный проход этого варианта осуществления имеет по существу ту же конструкцию, что и вышеупомянутый вариант осуществления, однако без воздушного затвора в выходном колене.
Конкретно, подобно вышеупомянутому, в этом варианте осуществления унитаз 110 имеет сифонный проход 112, проходящий от отверстия 120 в чаше 118 по изогнутому пути, имеющего по существу одинаковое, например, круглое поперечное сечение (как показано на Фиг.13) в водяном затворе 134. Выходное отверстие 122 открывается в нижней части основания 116 чаши, установленного над открытым концом канализационной линии (не показано), так что сифонный проход 112 образует канал для содержимого чаши 118, текущего в канализационную линию в течение цикла смыва.
На Фиг.12 прямой вход 124 сифонного прохода 112 проходит назад из отверстия чаши в первый изгиб 126 вверх. По существу прямое верхнее колено 128, имеющее по существу одинаковое круглое или сжатое округлое поперечное сечение, проходит наверх от первого изгиба 126 под углом приблизительно в 40-60 градусов ко второму изгибу 130. Нижнее колено 132 проходит от второго изгиба 130, немного отклоняясь назад сверху вниз от отверстия чаши.
Второй изгиб 130 образует угол около 40 градусов между верхним коленом 128 и нижним коленом 132. Поверхность внутреннего диаметра второго изгиба 130 образует водяной затвор 134 (вдоль нижней внутренней поверхности), и после этого места вода может проходить от чаши до канализационной линии через находящийся ниже по течению участок сифонного прохода 112. Нижний конец 132 нижнего колена переходит в другое колено 136, которое ведет в короткое, прямое, отклоненное вперед колено 138. Колено 138 завершается в изгибе 140, ведущем в прямое, горизонтальное выходное колено 142, заканчивающееся изгибом 144 в 90 градусов, ведущим к выходному отверстию 122.
Сифонный проход 112 может иметь в целом одинаковое круглое поперечное сечение от отверстия чаши и по всему изогнутому второму изгибу 130 на водяном затворе 134 и по нижнему колену 132. В этом случае, предпочтительно, внутреннее поперечное сечение не должно меняться более чем на 5 процентов в диаметре на этом участке сифонного прохода 112. Сечения верхнего колена 128 и выходного колена 142 сифонного прохода 112 могут, кроме того, иметь плоские нижние поверхности, по существу образующие линейную хордовую поверхность, пересекающую внутренний диаметр этих колен. Эта выровненная конфигурация верхнего колена 128 и выходного колена 142 подобна некруглым поперечным сечениям короткого наклонного колена 38 и выходного колена 42 вышеупомянутого варианта осуществления, показанного на Фиг.6 и 9, которые имеют плоские низкие поверхности в первую очередь из соображений литья.
Рядом с нижним концом нижнего колена 132 сифонный проход 112 имеет короткую плоскую горизонтальную перемычку 146, проходящую между задней стенкой нижнего колена 132 и коротким угловым коленом 138. Перегородка 146 создает турбулентность и меняет траекторию потока, покидающего нижнее колено 132, что способствует направлению потока вниз по течению.
Сифонный проход 112 разработан так, что вода из чаши полностью и быстро наполняет ключевые участки сифонного прохода 112 в течение цикла смыва. Это достигается, поскольку наклоненное назад нижнее колено 132 уменьшает или устраняет образование воздушных карманов на водяном затворе 134, создающих помехи для сифонного эффекта сифонного прохода 112, и поскольку одинаковое круглое поперечное сечение второго изгиба 130 также помогает поднять уровень жидкости в водяном затворе 134 во время образования сифона.
Жидкость проходит за водяным затвором 134 в нижнее колено 132 и другие обычно заполненные воздухом участки сифонного прохода ниже по течению. Жидкость уходит из нижнего конца нижнего колена 128 и прерывается перегородкой 146 перед входом в короткое наклонное колено 138. Это нарушение вызывает турбулентное течение через внешнее колено 142, что нужно для захвата воздуха в этой область и, тем самым, увеличения скорости, с которой жидкость проходит по выходному колену 142 навстречу «обратному прорыву».
Как показано на Фиг.14, сифонный проход 112 выполнен с несколькими расчетными параметрами его конфигурации, предназначенными для достижения быстрого смывающего действия. Некоторые из этих параметров обсуждались выше, тем не менее, в следующей таблице суммированы одиннадцать наиболее значимых параметров. Там, где необходимо, для каждого параметра предусмотрен диапазон предпочтительных величин.
Расчетные параметры сифонного прохода
Параметр
Диапазон
Радиус (r<sub>1</sub>) верхнего колена сифонного прохода
2,0-4,0 дюймов
Угол (θ<sub>2</sub>) верхнего колена сифонного прохода
45-60 градусов
Форма верхнего колена
Округленная или плоская
Радиус (r<sub>3</sub>) верхнего колена затвора сифонного прохода
1,0-3,0 дюймов
Радиус (r<sub>4</sub>) нижнего колена затвора сифонного прохода
1,5-4,0 дюймов
Угол (θ<sub>3</sub>) нижнего колена затвора сифонного прохода
0-15 градусов
Радиус (r<sub>5</sub>) угла сифонного прохода
1-5 дюймов
Длина (L<sub>1</sub>) полки перегородки
0,5-2,5 дюймов
Высота (h<sub>1</sub>) полки перегородки
1,5-3,0 дюймов
Форма выходного колена
Округленная или плоская
Диаметр выхода (D<sub>o</sub>)
2,0-3,0 дюймов
Диапазоны, предусмотренные выше, выбраны для сифонного прохода, пропускающего шар размером приблизительно от 1,8 до 2,1 дюймов, и унитаза с реактивным способом смыва, как понимается в технике, обеспечивающего начальную скорость потока приблизительно 25 галлонов в минуту («gpm») и «удерживаемую» скорость потока, при которой уровень воды в чаше совпадает с отверстием чаши или находится ниже его, приблизительно в 10 галлонов в минуту.
4
3
1
Среди одиннадцати упомянутых выше параметров разработчики настоящего изобретения эмпирически определили, что наиболее важными для быстрого смыва являются три параметра: радиус (r) нижнего колена затвора сифонного прохода, угол (θ) нижнего колена и длина (L) полки перегородки.
4
Нижнее колено 132 сконструировано так, чтобы проходить от второго изгиба 130 в направлении назад сверху вниз из отверстия чаши, предпочтительно под углом приблизительно между 1-15 градусами от вертикали, более предпочтительно приблизительно между 1-8 градусами, и наиболее предпочтительно приблизительно между 4-6 градусами от вертикали. Радиус (r) затвора нижнего колена предпочтительно равен 1,5-4,0 и более предпочтительно 2,25-3,5 дюймов. Этот радиус выбран, чтобы помочь развить профиль потока жидкости над водяным затвором, чтобы гарантировать водные потоки непосредственно вокруг внутреннего изгиба водяного затвора и выталкивать вниз по течению воздух в этой области к выходу.
Перегородка 146 предпочтительно выступает на длину около 0,5-2,5 дюймов и более предпочтительно около 0,7-1,5 дюймов для более успешного прерывания водного потока и без чрезмерного закрывания прохода. Далее, перегородка 146 предпочтительно расположена на высоте около 1,5-3,0 дюймов от нижней поверхности выходного колена и более предпочтительно примерно на 1,75-2,5 дюймов. Как было сказано, эти клапаны выбраны для прохода шара около 2 дюймов. Высота полки перегородки и ее длина будут уменьшаться или увеличиваться пропорционально радиусу нижнего колена.
Следует отметить, что выше были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. Тем не менее, много модификаций и вариаций предпочтительных вариантов, находящихся в пределах сущности и области изобретения, будут очевидны для специалистов в области техники. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено описанными вариантами осуществления. Чтобы установить всю область изобретения, нужно обратиться к следующей формуле изобретения.
Производственная применимость
Изобретение обеспечивает усовершенствованные унитазы, более эффективно смывающие отходы с помощью направленного вниз по течению потока воздуха в сифонном проходе и сопротивления обратному прорыву воздуха вверх по течению в сифонном проходе.