一种充分利用水流动能间歇式排水冲洗马桶蹲厕的方法与流程

本发明涉及抽水马桶或蹲厕水箱冲水方式，此方式特别针对马桶或蹲厕的清洗以及节水两方面。

背景技术：

后面叙述仅以马桶为例，蹲厕的情况也类似。

目前市场的抽水马桶主要分直冲式和虹吸式两大类，各有各的优点，但都有一个没办法避免的缺憾，就是使用一段时间后，马桶壁和底部存水池会积垢，时间长了会升高洗手间细菌浓度，且会散发异味，清洁起来很麻烦（一般家庭半个月就得清洁一次）。目前见得最多演示马桶冲洗能力的测试，是用500只树脂球冲水实验，但实际家庭使用中，很少有机会出现水面大量漂浮物的情况，正常情况下，排泄物都是沉在存水池中的，而要冲走排泄物，1.5升水就足够了；实际情况下，最难冲走的是粘附在桶壁上的污物。

仔细观察会发现，底部存水池水位线高度的池壁会有一圈颜色偏深的积垢，根据马桶冲水的各个性能指标分析和肉眼观察，排泄物应该是绝对被冲走了，而留在马桶存水池里面的，应该就是清水，那么里面的积垢、特别是水位线的位置颜色更深的污渍是哪里来的呢。所以，可以下的结论是，就算可以轻易冲走树脂球，但马桶并没有冲洗干净。

污渍的主要来源。如果底部存水池有排泄物没冲洗干净，稍加注意，肉眼就能看到，作为家庭使用来说，不大可能任由排泄物留在里面不处理的，所以每次冲水后的瞬间，底部存水池的留水几乎是清水，按道理是不会在短时间（半个月）内产生明显污渍的；只有当存留水中含有较高浓度污渍时，池壁才会很快出现肉眼可分辨的污渍。一个新的马桶，开始使用几次时，桶壁和存底部洁净程度是一样的，冲水清洁后，肉眼观察，桶壁和底部清洁程度也没差别，而且从桶内表面的单位面积来看，冲洗底的水量，远远超过冲洗桶壁的水量，但仍然是底部先出现明显污渍，所以，可以下的结论是，积垢主要来源于桶壁上部残留水中的污渍，慢慢流到存水池，而不是底部。

从上述两个结论可以解释，马桶使用一段时间后，底部特别脏，不是因为对底部清洁的力度不够，而是整个马桶都没清洁干净。

关于马桶用水量问题。目前市场上的主流抽水马桶，都标称为节水马桶，能找到较小冲水量的产品大概是3/6升，即小便用3升，大便用6升。用水量的设定，除了希望能尽可能清洁马桶以外，还要把排泄物从横向排污管中冲离，排到竖向排污主管中，以保证排污管通畅。作为一般家庭使用，是不是每次冲水都需要这么大的用水量冲洗排污管，值得商榷；合理安排冲水方式，既能清洁马桶，也同样保持排水管畅通，同时减少用水量。

技术实现要素：

马桶的冲洗清洁是靠水流流过桶壁来实现的。所以水流的过程细节，和最终的清洁程度密切相关。

水是牛顿流体，就是说水流中最靠近桶壁逐层向外存在速度梯度，符合牛顿粘性定律。理论上来说，无限接近桶壁的里层水流层，流速也无限接近零，成为粘性底层，表面的外层水流层，称为自由流，其流速取决于水箱里的水位与水流测量点高度差，就是势能转换动能；从自由流到粘性底层之间的过渡区域，称为边界层。截面上看，自由流理论上每个点的流速是一样的，而边界层从里到外，每个点的速度是递增的，即存在速度梯度，从接近零，到接近自由流的速度。由于边界层速度梯度，会在与自由流边界处产生涡旋把自由流卷吸进边界层，速度梯度越大，就产生强度更大的涡旋，这些被卷吸进的流体由于粘性以及湍流混合层作用，逐渐形成有旋的湍流运动，而流体和桶壁相互作用，将损失动能。这一过程，就将水流的动能最终作用到桶壁，在减低水流动能、流速的前提下，将附着于桶壁的污渍剥离带走。

根据上述理论，传统冲洗马桶的水量，一次冲3升或是6升，会有大部分的水流没有直接或者间接作用于桶壁，大量的自由流直接流走。要冲干净马桶，只需要刚好足够动能的水流，理想状态下刚好足够的标准：设定以尽可能小的水量l冲洗有污渍的马桶，水流表面在马桶底部时的流速为v1；设定以水箱正常水量冲洗完全没有污渍的马桶，水流表面在马桶底部时的流速为v0。当v1=v0时，那么此时的用水量l，即为刚好足够水量。通过多次粗略测试（肉眼观察），逐次减小冲水量（冲水量计算方法：水箱横截面面积*水位下降值）观察水流末端速度，粗略结论是：直冲式马桶l=1升水，虹吸式马桶l=1.2升水，就可以达到这一标准。

另外一方面，污渍是附着于桶壁表面的（假设桶壁是绝对光滑平整的），理论上来说不管污渍颗粒直径多小，都是突出桶壁的。水流的粘性底层厚度很小，只有几分之一毫米，当其厚度超过污渍微粒直径时，就是说粘性底层完全淹没污渍颗粒时，流体核心对污渍颗粒的影响相对较小，这种情况称为水力光滑。相反情况，当粘性底层还没形成，或者薄到让污渍颗粒突出液面，那么流体核心冲击突起的污渍颗粒，将产生旋涡，加剧湍流强度，增加动能损失；而我们知道，水流的动能损失越大，将污渍带走的可能性也越大。

根据上述理论，分多次间歇性冲水，清洁能力超过一次大水量冲洗。这种现象日常生活中应该都有体会，冲洗阳台或者厕所时，用一桶水一次性倒完和分几次倒，效果不一样。

具体实施方式：

水箱进水部分可任采用市场上成熟的浮球控制，排水建议采用电磁控制，首选电磁铁推动（牵引）凸轮或者连杆等机械部件，将排水阀提起、放下，也可直接使用电磁阀。电磁铁通电水箱底部排水阀打开，只要电磁铁一断电，由于水压很大，阀门就立即落下关闭，关闭过程很短，估计在十分之一秒级别。这样只要控制电磁阀吸合时间，就可以准确控制排水量。

为保证使用者用电安全，采用锂电池供电。为了使用方便，控制面板可以单独安放到顺手的位置，采用红外线与主机通信（类似遥控器）。水箱上的主机包含供电部件（锂电池等）、电磁铁、红外线接收及电磁铁控制电路，锂电池以外的其它元器件成本不到20元。采用单片机控制，可以完成较繁琐的操作程序。平时待机状态，仅红外线接收电路工作，功耗很小，工作电流估算8毫安左右，电磁铁工作时电流较大，但每次工作时间极短，排放1.2升水的工作时间在0.5秒左右。所以如果使用一块8000毫安时的锂电池，可以运行20天以上。机械和电控部分结构简单，生产成本低；采用质量过关的材料及元器件制作，后期故障维修几率低，也没有维护保养的必要。

控制面板功能键：

1.小便冲水方式

第一次冲水量1升，间隔15秒，再次冲水1升。间隔15秒的目的有两个：一是等马桶壁表面的水完全流走，二是让水箱进水，等水位达到最大高度时，再开启二次冲水，尽可能达到最大动能。

2.大便冲水方式

第一次冲水1.5升，目的是将排泄物完全冲出底部存水池，间隔20秒再次冲水1升，再间隔15秒，再次冲水1升。

3.应急冲水

一次性冲水6升，作为应对突发情况时使用。

4.马桶清洁

不管怎样的冲水方式，时间太长，马桶壁仍然会积垢，主要原因是自来水有一定硬度，含有不少的钙镁离子，长期冲水，会有水垢附着在桶壁上，导致桶壁光洁度下降，更不容易冲干净。从长期测试和观察，大概40天左右，桶壁上会有肉眼可见的污渍。将进水阀门关闭，往水箱中倒入相对温和的酸性清洁剂（柠檬酸等）。分9次开启冲水阀，每次间隔90秒，每次排水0.6升。整个过程15分钟左右完成。

主机设定功能（无需手动操作）：

1.排污管道冲洗

设定大便冲水次数累积到5次（暂定5次），第6次使用大便冲水时，首次冲水4升，间隔25秒再次冲水2升

2.长期无人使用清洗

遇到长期没人使用的情况，外出旅游或者出差等，为避免存水池水分蒸发过度或者变质，累积3天无使用冲水功能（暂定3天）则自动冲水一次，水量3升。

以上数据均通过对我自己的马桶测试估算得出，具体到其他型号马桶，应做测试再计算相应数值。

上述使用方法仅是针对本发明希望达到的功能说明，而不是对本发明功能范围的限制，基于本发明原理上开发的其他功能，均属于本发明的保护范围。

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