[0002] 本申请要求2018年9月28日提交的美国临时申请第62/738,428号和2019年9月25日提交的美国非临时申请第16/582,616号的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本申请总体上涉及马桶领域。更具体地，本申请涉及具有冲水结构的马桶，该冲水结构改进马桶的整体冲水效率。
背景技术
[0004] 在马桶(以及其他用水设备)领域中，一直期望并需要例如在每个冲洗循环期间变得更加高效且使用更少的水，这与改进
内燃机燃料的效率的愿望非常类似。同样类似于
发动机的燃料效率的轻微改进，考虑到每天使用马桶和使用的冲
水循环的数量(不仅仅是在美国，而且在全球范围内)，即使马桶的冲水效率的轻微改进也会对节水(即，减少消耗的水量)产生巨大影响。因此，即使只能实现微小的改进，仍然存在寻求改进冲洗效率的新方法的持续压
力。尽管具有提高冲洗效率和减少消耗的水量的持续压力，但是这种改进说起来容易做起来难。
[0005] 此外，提供适当的冲洗从而使得在单次冲洗中马桶碗部中的所有的内容物(例如固体废物、液体废物等)从马桶碗部中移除是提高冲洗效率和减少用水量的竞争利益。旨在每次冲水使用1加仑水的当前马桶提供较差的整体冲水性能(例如，在第一次冲水后将内容物留在马桶中)，这导致顾客不满意，并且经常进行额外冲水以完全从马桶碗部中移除内容物，因此，通过要求进行多次冲水来实现适当的冲水而阻止了效率的提高。
发明内容
[0006] 本申请的至少一个示例性
实施例涉及一种具有入口结构、碗状结构和出口结构的马桶。入口结构被构造成接收水。碗状结构具有马桶碗部、分离器、
搁板、侧通道以及转向器，马桶碗部包括边缘(rim)和槽部(sump)；分离器
流体连接到入口结构并包括第一通路和第二通路；搁板位于马桶碗部的边缘下方并流体连接至第一通路；侧通道流体连接至第二通路；转向器将水从侧通道重定向至马桶碗部的槽部。出口结构流体连接至槽部，并被构造成将水从槽部排放至
排水管中。
[0007] 本申请的另一示例性实施例涉及另一种包括入口结构、碗状结构和出口结构的马桶。入口结构包括被构造成接收水的入口、水平部和将入口流体连接至水平部的弯曲部(elbow)。弯曲部包括断裂半径并具有圆形横截面形状。碗状结构包括具有边缘和槽部的马桶碗部、位于水平部下游并具有第一通路和第二通路的分离器、位于边缘下方并流体连接至第一通路的搁板、流体连接至第二通路的侧通道、以及将水从侧通道重定向至槽部的入口的转向器。出口结构包括排污通道，排污通道流体连接至槽部并具有出口。
[0008] 本申请的另一示例性实施例涉及一种包括马桶碗部和搁板的马桶。马桶碗部包括边缘。搁板位于边缘下方并与边缘隔开。边缘和搁板一起形成沿着马桶碗部的周边的至少一部分延伸的嵌入(inset)通道。嵌入通道在边缘和搁板之间的高度在流动方向上连续减小。
附图说明
[0009] 图1是根据示例性实施例的在
计算流体动力学(CFD)模型中的马桶冲水结构的侧视图，示出了与效率相关的速度
流线。
[0010] 图2是图1所示的在CFD模型中的马桶冲水结构的后透视图。
[0011] 图3是图1所示的在CFD模型中的马桶冲水结构的仰视图。
[0012] 图4是根据示例性实施例的在CFD模型中的另一种马桶冲水结构的仰视图。
[0013] 图5是碗部的搁板的一部分的透视图。
[0014] 图6是沿着图1中的线A-A截取的排水铸件入口的横截面视图。
[0015] 图7是可替代入口的横截面视图。
[0016] 图8是根据示例性实施例的包括漩涡冲洗边缘结构的马桶的顶部透视图。
[0017] 图9是图8中的马桶的俯视图。
[0018] 图10是图8中的马桶的漩涡冲洗边缘结构的全景图。
[0019] 图11是图8中的马桶在漩涡冲洗边缘结构区域的侧部横截面视图。
[0020] 图12是根据示例性实施例的马桶的、沿马桶的周边具有恒定高度的边缘区域的侧部横截面图。
[0021] 图13是根据另一示例性实施例的被构造成马桶的漩涡冲洗边缘结构的全景图。
具体实施方式
[0022] 总体参考附图，本文公开了具有改进马桶的整体冲水效率的冲水结构的马桶。也就是说，冲水结构使得马桶能够使用更少的水适当地冲洗马桶中的内容物。例如，马桶被构造成使用单次冲水来冲洗马桶中的内容物，每次冲水包含1加仑或更少的水(1.0gpf)。以这种方式，本申请的马桶可以使用容量减小的单次冲洗循环(例如使用1.0gpf或更少的水)来完全移除碗部中的内容物。
[0023] 图1至图3示出了马桶1的冲水结构的示例性实施例，其中流线(例如，速度流线)穿过冲水结构。流线在计算机上使用CFD模型建模，目的在于例如通过将该流线与其他马桶冲水结构中的流线进行比较来评估新结构的冲洗效率。CFD流线与效率相关。例如，速度流线的减小可以指示流体压力或
能量的下降/减少，这指示效率损耗。此外，例如，流线的
旋涡和
湍流可以指示流体压力或能量的下降。通过定制冲水结构以减少速度下降和湍流，可以提高马桶冲洗系统的整体效率。
[0024] 所示出的冲水结构包括入口结构2、碗状结构4和出口结构6。入口结构2从诸如水箱的源接收水，并将水输送至碗状结构4。碗状结构4被构造成将从入口结构2接收的水引导至碗部中，以将碗部中的内容物洗涤到马桶1的出口，并清洁碗部的内部表面(例如，内表面)。出口结构6被构造成将马桶1的碗部中的水和内容物引导至排水管或其他污水管道。
[0025] 所示出的入口结构2将冲洗水输送至碗状结构4中，并且包括入口17(图2所示)，该入口17可以与冲洗
阀(未示出)相接(或包括
冲洗阀)，冲洗阀在启动马桶1的冲洗循环时控制进入入口结构2的冲洗水的流量(例如，体积和定时)。所示出的入口17大致向下(例如，垂直)延伸至弯曲部12(图1所示)，弯曲部12具有断裂半径，这有利于完全排出空气，弯曲部并非急剧断裂或转弯，因为这样空气会被截留。作为非限制性示例，弯曲部12的断裂半径在内径处大约为0.75英寸(3/4”)。如图所示，水平部10(如图1所示)从弯曲部12延伸到碗状结构4。所示出的
铸造入口结构(例如，图6所示的入口17)被构造成具有大致圆形的横截面形状，这提高了入口(例如，图7所示的入口17)上的流动效率，该入口具有当前工艺(例如，制造)所必需的“U”或“D”形横截面形状。诸如“边缘贴砖”工艺之类的新工艺使得入口结构(例如入口17、水平部10等)能够具有大致圆形的形状。此外，由于具有效率增益和圆形的横截面形状，可以减小排水铸件入口结构的尺寸(例如，直径)。尽管图1至图3的实施例示出了排水铸件玻璃入口结构，但是应当理解，其他材料和制造工艺也包括在本公开的范围内。
[0026] 碗状结构4包括分离器20(如图1所示)，分离器20位于入口结构2的水平部10的下游，其中，分离器20包括第一通路22和第二通路23。第一通路22(或上部通路)通向河成阶地(fluvial terrace)或搁板16(也在图1和图5中示出)，该河成阶地或搁板16位于碗部的顶部的内部周围并且位于边缘14(在图5中示出)的下方。边缘14不包括封闭的边缘通道、流体通道或其他流体输送或水运输特征。也就是说，所示出的边缘14是悬在搁板16上的实心平面构件(参见图5)。如图5所示，搁板16被构造成在搁板16和碗部的周围沿单一方向(例如，顺
时针或逆时针，取决于搁板入口24的
位置)引导冲洗水，从而进行漩涡冲洗。如图5所示，搁板16具有从搁板入口24开始的复合半径，其中，复合半径包括进入碗部的内径28和半径30。根据一个示例，内径28约为0.25英寸(1/4”)，进入碗的外半径30约为0.75英寸(3/4”)，其中，内径和外径在碗部周围保持基本恒定。进入碗的内径28和外径30(例如，破裂半径)的结合连同搁板宽度一起限定了围绕马桶1周边的可变水流出速率。此外，搁板16在碗中相对于第一通路22或上部通路(例如，第一通路22的中
心轴线)升高。也就是说，从第一通路22到搁板16的给水部18(如图1所示)向上倾斜，从第一通路22向前/向下游移动到搁板16。这有利地防止补充水通过搁板16进入碗部，特别是当补充水继续流动例如从
泄漏阀流出时，这消除了过量的补充水在搁板16下面的碗中留下污迹或条纹。相反，任何过量的补充水都被排到第二通路23中并通过其中的开口进入槽部。
[0027] 包括搁板16的碗状结构4被构造成在冲洗循环期间用水最大化地
覆盖碗部的内表面或内部表面，同时在每个冲洗循环期间使用尽可能少的水。根据一个示例，马桶1被构造为转移总冲洗水的大约15-30％(例如，1加仑冲水为0.15至0.30加仑)至第一通路22(例如，上部通路)。输送少于总冲洗水的15％通过封闭的边缘通道(用于其它马桶)或上部通路(例如，用于本申请的马桶)会导致碗部的内部表面覆盖不理想(例如，间歇性地覆盖)，而通过边缘或上部通路输送太多(例如，50％或更多)水会导致整体冲洗性能差。
[0028] 如图1所示，第二通路23(例如，下部通路)在穿过马桶碗部的槽部或“泥料”(pug)中的一个或多个侧通道和转向器13之后，通向碗部的下部(例如，槽部)。如图2和图3中最佳示出的，所示出的马桶(例如，碗部结构)包括双通道结构，该双通道结构具有围绕碗部的右侧从分离器20向下延伸的右侧通道(RSC)32和围绕碗部的左侧从分离器20向下延伸的左侧通道(LSC)34。因此，RSC 32和LSC 34中的每一个都不在碗部内延伸，而是围绕碗部的外部延伸。如图3所示，每个侧通道具有略微为弓形的形状(当从下面观察时)，并且RSC 32和LSC 34关于中心纵向轴线36对称相对(例如，从转向器13通过开口进入碗部)。单通道马桶可以包括RSC 32或LSC 34。根据一个示例，马桶1被构造成将总冲洗水的大约60-75％(例如，对于1加仑冲洗系统而言为0.60-0.75加仑)。冲洗系统)转移至第二通路23(例如，下部通路)并通过一个或多个侧通道。
[0029] 图3所示的转向器13(例如转向板)被构造成在进入碗部的槽部的水通过下部开口(例如槽部射流、槽部开口等)进入碗部之前重新汇聚来自RSC 32和LSC 34的水。也就是说，转向器13获取通过RSC 32和LSC 34的两个循环流，并将这两个循环流汇聚成流入碗部中的单个直流。如图3所示，转向器13包括位于转向器13前部的向内的(例如，凹入的)突起38或凹陷，其与RSC 32和LSC 34以及通向槽部的下部开口形成大致“W”形。与例如图4所示的具有不带凹陷的圆形前部138的设计(例如马桶103)(这导致显著的
涡流和湍流，涡流和湍流导致能量损失，从而导致冲洗效率降低)相比，这种布置减少了汇聚流线的涡流和湍流。
[0030] 回到图1，碗部的出口结构6包括排污通道15，排污通道15沿着长度具有可变的尺寸(例如直径)。排污通道15包括从碗部的槽部向上和向后地延伸到堰或坝的
上管40、从坝向下延伸的
下管42以及从下管42的下游端向前延伸到马桶的出口19的外管44。根据一个示例，排污通道15的上管40具有一般常见的尺寸(例如，直径为2.125英寸)，排污通道15的下管42和外管44各自具有大致相同的尺寸(例如，直径为2.000英寸或更小)，出口19具有2.00英寸-2.50英寸的直径。所示出的出口19以10°-20°(10度-20度)的
角度向前和向下延伸。排污通道15的这种可变尺寸布置被构造成更快地设置虹吸管，以及在每个冲洗循环期间提供更快的灌注和更快、更长的虹吸管。此外，出口19的构造将排放流速增加了15％或更多。相比之下，(出口处)90°(90度)转弯会导致水冲击排污通道的壁，并导致冲洗循环期间的能量损失。
[0031] 入口结构、碗状结构和出口结构的几何形状和布置仅用于说明目的。应当理解的是，在不脱离本文公开的发明概念的情况下，各种替换和组合是可能的。例如，在一些示例性实施例中，可以改变搁板和/或边缘的几何形状以进一步改进冲洗效率。图8至图11示出了根据示例性实施例的马桶200，其包括可变高度漩涡冲洗边缘结构，被示出为边缘结构202。在其他实施例中，边缘结构202可以被结合为图1至图3的马桶1的一部分。
[0032] 如图8所示，边缘结构202包括搁板216(例如，河成阶地、下壁架等)，其位于沿着马桶碗部的上部区域、沿着马桶碗部的废物接收表面246的上部。另外，边缘结构202包括边缘214(例如
天花板等)，其设置在马桶碗部的顶部、搁板216上方。边缘214形成马桶碗部的上表面。边缘214从马桶碗部的外周向内延伸，从而悬在搁板216之上。搁板216和边缘214一起形成沿着马桶碗部周边(例如，废物接收表面246)延伸的嵌入通道248。
[0033] 搁板216被构造成围绕搁板216和废物接收表面246的周边沿单一方向(例如，顺时针或逆时针，这取决于水在搁板216内被接收的方向)引导冲洗水，导致漩涡或涡流模式(即漩涡冲洗)。在各种示例性实施例中，搁板216具有复合半径，该复合半径可以与图1至图3的马桶1所述的半径相同或相似。如图9所示，马桶200还包括搁板入口224，搁板入口224被构造成将水从马桶200的冲洗水箱(未示出)或连接至马桶200的入口的供水管线中的至少一个引向嵌入通道248。例如，搁板入口224可以形成第一通路(例如，上部通路)的从马桶200的入口结构向下游延伸的一部分，如参照图1至图3的马桶1所述。
[0034] 边缘结构202被构造成在冲水期间改进沿着马桶碗部的周边的水覆盖，而不增加经由搁板入口224提供给嵌入通道248的水量。图9示出了马桶200的俯视图，其中，边缘结构202沿着马桶碗部的周边被分成多个部分，每个部分形成马桶碗部的整体周边的1/4部分。
水通过搁板入口224进入部分A处的嵌入通道248，并沿着周边从部分A依次(例如顺时针方向等)流向部分B、C和D。图10示出了在嵌入通道248的区域中从马桶碗部内部观察的全景侧视图。如图8和图10所示，嵌入通道248在边缘214和搁板216之间的高度沿着嵌入通道248的长度(例如，沿着废物接收表面246的周边)连续变化。特别地，嵌入通道248的高度沿着嵌入通道248的长度在沿着嵌入通道248的长度的流动方向上249连续减小。如图10所示，搁板
216的上表面250大体水平(例如，沿着废物接收表面246的周边与马桶碗部的槽部等距)。边缘214的下表面252朝着搁板216向下倾斜(例如，渐缩地)，使得边缘214的下表面252和搁板
216的上表面250在流动方向249上彼此汇聚。在其他实施例中，搁板216可以在流动方向249上沿着嵌入通道248的长度朝着边缘214向上倾斜。在又一些实施例中，边缘214和搁板216都可以朝向彼此倾斜(例如，边缘214和搁板216都可以相对于延伸穿过马桶碗部和/或马桶碗部的上表面/边缘214的水平面成一角度)。在各种示例性实施例中，嵌入通道248在边缘
214和搁板216之间的高度254可以在大约0.5英寸和1英寸之间的范围内变化。
[0035] 图11示出了在冲洗操作期间穿过嵌入通道248的横截面视图。图12示出了通过另一个马桶300的嵌入通道348的横截面视图，其中，嵌入通道348的高度(在边缘和搁板之间)沿着马桶碗部的周边是恒定的。图11的马桶200的嵌入通道248在沿着马桶碗部的周边的任何位置的高度254可以小于图12的马桶300的嵌入通道348的高度。根据各种示例性实施例，高度可以相差两倍或更大。除了其他益处之外，减小嵌入通道248的高度减小了水可以沿着嵌入通道248的内表面256向上流动的垂直空间，这减小了流动方向上的流体损失(例如，将图11和图12相比，其中图12示出了水流形成“波浪”形状，水的上部向上形成顶峰并返回到自身上，这表明了在其围绕周边流动期间在流动中损失了能量)。这限制了在嵌入通道248内垂直流动的水所损失的流体能量的量，从而使得流体能够在沿着废物接收表面246朝向马桶碗部的槽部向下流动之前通过嵌入通道248移动更长的距离。沿着嵌入通道248的流体损失的减少伴随着沿着马桶碗部的周边(例如，沿着嵌入通道248)维持完整的360°涡流(例如，漩涡)所需的流体量的减少。对于从图8至图11的马桶200观察到的至少一些益处也可以通过选择性地减小沿着马桶碗部的周边的某些区域内的嵌入通道的高度来实现；例如，通过首先选择性地减小嵌入通道的高度，然后减小沿着马桶碗部的周边(例如在马桶碗部的前部附近的区域)的尖锐曲线。图13示出了根据示例性实施例的另一边缘结构402的嵌入通道438的示例。如图13所示，嵌入通道438包括两个部分，第一部分460和第二部分462，第一部分460在搁板入口(在段A的左侧)和通过马桶碗部通过中心轴线的前部区域之间延伸(在段B和段C之间)，第二部分462在嵌入通道438的前部区域和下游端之间延伸(在段D和段A之间)。第一部分460的高度464沿着第一部分460的长度大致恒定，而第二部分462的高度466沿着第二部分462的长度连续减小。
[0036] 如本文所使用的，术语“近于”、“大约”、“基本上”以及类似的术语旨在具有与本公开有关的主题所属领域的普通技术人员常见的和公认的用法相一致的广泛含义。阅读本公开的本领域技术人员应该理解的是，这些术语旨在允许描述所描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制为所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的
修改或变更被认为在如所附的
权利要求所述的公开的范围内。
[0037] 应当注意的是，本文用来描述各种实施例的术语“示例性”及其变体旨在表示这些实施例是可能的实施例的可能示例、表示和/或说明(并且这些术语并不意味着这些实施例必然是非常或最高级的示例)。
[0038] 本文使用的术语“联接”是指两个构件直接或间接相互接合。这种接合可以是静止的(例如永久的或固定的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这种接合可以通过如下方式实现：两个构件直接相互联接、两个构件使用单独的介入(intervening)构件相互联接以及任何附加的中间构件来相互联接，或者两个构件使用介入构件相互联接，该介入构件与两个构件之一整体形成为单个整体。这些构件可以机械地、电地和/或流体地联接。
[0039] 本文使用的术语“或者”以其包含的意义(而不是排他的意义)使用，因此当用于例如连接元件列表时，术语“或”表示列表中的一个元件、一些元件或所有元件。除非另外特别说明，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”之类的联合语言被理解为表示元件可以是X、或Y、或Z，X和Y，X和Z，Y和Z，或X、Y和Z(即，X、Y和Z的任何组合)。因此，除非另有说明，否则这种联合语言通常并不意味着某些实施例要求每个都存在至少一个X、至少一个Y和至少一个Z。
[0040] 本文所提到的元件位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述图中各种元件的取向。应当注意的是，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这些变化旨在被本公开所涵盖。
[0041] 尽管附图和描述可以描述方法步骤的特定顺序，但是除非上文有不同的说明，这些步骤的顺序可以不同于所阐述和描述的顺序。此外，除非上文有不同的说明，两个或多个步骤可以同时或部分同时执行。这种变化可能取决于例如所选择的
软件和
硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样地，所述方法的软件实现可以用标准编程技术来完成，该标准编程技术具有基于规则的逻辑和其他逻辑，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤以及决策步骤。
[0042] 重要的是，要注意，如各种示例性实施例所示出的那样，马桶和部件/元件的构造和布置仅是示意性地。另外，在一个实施例中公开的任何元件可以与本文所公开的任何其他实施例结合或一起使用。例如，本文所描述的每个入口结构或其部件、每个碗状结构或其部件、和/或每个出口结构或其部件可以结合到本申请的任意其他实施例中。虽然上文仅描述了一个实施例中可以结合或利用在另一个实施例中的元件的一个示例，但是应当理解的是，各种实施例的其他元件可以结合或利用本文公开的任何其他实施例。
