带有非线性变窄流动通路的冲洗阀 【技术领域】
本发明涉及用于对从抽水马桶水箱流向桶体的水量进行控制的冲洗阀，具体而言，涉及一种流动特性得到改进的冲洗阀。
背景技术
将抽水马桶水箱的水冲刷至桶体所用的控制系统是已知的，例如可参见美国专利4,172,299和6,178,567。这类系统具有用于水箱的水入口阀，其通常由用于传感水箱水位的浮体控制。挡板(flapper)控制水箱中水经过水箱底部出口的流量。按压解扣杆使挡板密封件离位，从而使水可以从水箱排空进入桶体中。随着水箱中水的排放，浮体随着箱中水位下降，从而触发入口水流。水位下降快于水进入入口，从而使挡板可下落以重新密封出口，并且可重新配置在水箱中的水位。随着水箱重新注水，浮体随水位上升，并最终闭合入口阀而关闭水源。
抽水马桶，特别是低水耗的抽水马桶，在冲刷周期中有效操作的能力，主要取决于为使水排出抽水马桶而必须通过的路径的功能。这样的路径起自冲洗阀并经过桶体的玻璃质通道。已经提出了不同的路径结构来优化冲刷周期过程中的流动特性。
迄今为止，为解决水箱冲洗阀的冲击而对冲刷性能进行改进这方面做出的努力相对极少。传统的冲洗阀通常具有圆形开口，其所带的圆筒状通路向下引向水箱出口，例如可参见美国专利No.5,325,547。这类阀的圆筒状结构在冲刷开始之后可在流动路径中形成气穴，这是因为，水箱中水随着其在重力下加速通过阀而变窄。已经提出了带非圆筒状通路的冲洗阀。例如，美国专利No.5,195,190公开了一种通路形式为锥形部分的冲洗阀。在这样的阀中，通路直径的减小有助于减少不需要的空气量。不过，尽管有所改进，但是截锥形通路的冲刷效率依然不令人满意。
冲洗阀流动效率较低的另一原因在于溢流管。如果水源未被及时关闭(例如由于入口密封件出现故障或由于浮体关闭入口阀过晚)，则水箱中的过量的水位就会上升，而抽水马桶中所用的溢流管就为水箱中过量的水提供排放通路。溢流管连接到冲洗阀的出口，使得过量的水可流进桶体并流到废水管线。传统的溢流管为长直的圆管，其下端连通到冲洗阀的主流动通路，而上端延伸而略高于水箱中所希望的正常满水水位，例如可参见美国专利No.4,433,446。类似于所述圆筒状冲洗阀，这类圆筒状溢流管的流动性能同样不令人满意。
美国专利No.6,401,269和6,651,264均公开了如下冲洗阀组件，其具有上端处带相对较大口的短粗方形溢流管以及渐缩的壁。虽然所述宽口和变窄结构相对于传统圆筒状溢流管的确对流动效率有所作用，但是大致方形横截面仍然未提供理想的流动。
因此，需要一种流动特性得到改进的冲洗阀。
【发明内容】
本发明提供一种抽水马桶冲洗阀，由于其流动通路具有非线性变窄的流动轮廓而使流动特性得到改进，所述流动轮廓较近似地遵循水在重力下加速下落时所呈现的变窄趋势。所述阀流动通路的非线性流动轮廓减少启动冲刷周期之后所述阀中存在的空气，从而能够实现较高的冲水效率。冲洗阀还可具有变窄溢流管，优选地为非线性变窄的溢流管，从而类似地改进溢流情况下的流动。
具体而言，本发明的一种形式提供一种用于控制来自抽水马桶水箱的水流的冲洗阀。阀体具有阀座和从阀座引出的流动通路。阀体的内表面限定所述流动通路，使得流动通路的至少一部分随着远离阀座而非线性变窄。密封件可紧靠阀座安装以关闭阀座。阀体的非线性表面可计算得出，并被表达为一多项式。
阀体在每端限定两个开口，一个与阀座同处上端，而处于下端的另一个连接到水箱出口。如果流动通路变窄，则下开口的尺寸小于在阀座处的开口。
冲洗阀可包括带中空内腔的挡板密封件和具有一对支脚(每个支脚具有限定枢转轴线的开口)的轭，使得挡板密封件相对于阀体枢转。挡板密封件和/或轭可具有连接部位，用于连接可操作以使挡板密封件离位的解扣连接器。
冲洗阀还可具有改进的溢流管。溢流管限定与阀体的流动通路连通的溢流通路，该溢流通路在溢流管的宽口上开口与溢流管的下开口之间变细。溢流通路优选地从其宽口沿其部分长度或整个长度至下宽口以诸如漏斗形或更优选地为非线性的某种方式变窄。溢流管可为单独的部件，并被持久地或可拆卸地连接到阀体。
本发明的优点将通过详细描述和附图而变得明显。以下将描述本发明的优选实施例。为确定本发明的完整范围，应参照各权利要求，这是因为，在本发明范围内的实施例并不仅限于所描述的优选实施例。
【附图说明】
图1是本发明的安装在抽水马桶水箱中的冲洗阀组件的局部剖面前视图；
图2是图1中的组件本连接挡板密封件时的透视图；
图3是所述组件的俯视图；
图4是所述组件的正视图；
图5是沿图4中的线5-5截取的剖视图；
图6是显示了本发明的冲洗阀与锥形及圆筒形轮廓相比的流动轮廓的示意图；和
图7和图8图示了冲洗阀组件的另一实施例。
【具体实施方式】
图1显示了包括水箱12和桶体(未示出)的抽水马桶10。水箱12具有带出口开口18的下水平壁16，出口开口18通向桶体的上边缘中的通道。水箱中安装有带有浮体22的普通的水供给管20，对该水供给管20进行操作的供给阀24用于控制所供给之水进入水箱12的流量。在水箱12中的冲洗阀组件26安装在出口开口18上方，以在冲刷周期过程中控制水从水箱12流到桶体的流量。
冲洗阀组件26纵向竖直地安装在水箱12中，并包括阀体28、溢流管30和挡板密封件32。阀体28和溢流管30优选由诸如合适塑料的抗腐蚀材料制成。阀体28的下端具有三个突出部36，用于接合水平壁16的下侧，并且带适合垫圈40的外法兰38接合壁16的上侧，从而将冲洗阀组件安装到水箱12。这种连接类似于美国专利4,433,446中的公开内容，该专利被转让给本发明的受让人，并且其公开内容尤其是图2和图4A-6以及其中的相关描述作为引用并入本文。
如图1-5所示，阀体28呈中空，并限定竖直流动通路44，该通路在水箱出口18处的下开口46与在阀座50处的上开口48之间延伸。阀体28的限定流动通路44的内表面，在竖直横截面中具有非线性轮廓并且其水平横截面呈圆形。如图5中的横截面所示，流动轮廓在上开口48处直径最大，而在下开口46处直径最小，从而将流动通路44限定为逐渐变窄。该变窄趋势在接近上开口48处尤为明显，而在邻近于下开口46处变得较为平缓。应注意到的是，即使在上开口48处，变窄趋势也是计算得出的流动通路44的非线性流动轮廓的一部分，而不是可如在传统冲洗阀上边缘处所呈现的简单的半径。
随着水在重力下加速，水的横截面积减小。这种变窄趋势呈现出非线性。所述阀的流动轮廓被设计较为近似地遵循水在重力下下落时取道的自然路径。通过以这种方式形成所述阀的流动轮廓，在冲刷周期过程中流动通路中出现的空气较少。在流动通路中减少空气会使冲刷更为有效，这是因为，若非如此水中就必然会排出或带走空气，从而降低抽水马桶的冲水效率。
如图6所示，在具有完全圆筒状流动轮廓的传统冲洗阀中，在阀的内表面与水表面之间的空间中启动冲刷周期之后，在围绕流动通路的竖直中心线旋转的区域A+B中的相当大量的空气被引入流动通路中。其它轮廓为锥形横截面形式的传统冲洗阀引入旋转区域B中较小量的空气。不过，即使这样的空气量也会对冲水效率产生不利影响。本发明则将流动轮廓模仿成下落水流的自然流动轮廓，从而基本上消除了不想要的空气(扣除冲刷前已存在于流动通路中的空气之外的那部分空气)，因而使冲洗效率更高。
上述轮廓可由多项式计算得出。所述多项式可改变以适应不同参数，例如，在开口46和48之间的不同轴向距离，或开口46和48的不同尺寸。在图1-5中的优选实施例中，所述多项式可为：
y=DU2-(DU-DL)2xh]]>
其中，DU为上开口48的直径，DL为下开口46的直径，而h为流动通路44的长度。不过，如文中所提，也可以采用其他计算得出的数学表达式来实现对于其他阀参数而言优选的非线性流动轮廓，包括阶数小于或者大于一的任意表达式。
采用一种标准尺寸(如图1-5所示)，上开口48直径为大约英寸(8.3cm)，在水箱出口处的下开口46直径为大约英寸(5.9cm)，上开口48处于下开口46的竖直上方大约5英寸(12.7cm)。在采用另一种标准尺寸的冲洗阀26A(如图7-8所示)中，则上开口直径大约为英寸(8.6cm)，下开口的直径大约为英寸(7cm)，而且上开口处于下开口上方约英寸(4.5cm)处。虽然这两个实施例为优选，不过，如果假定下开口小于阀开口，则阀开口直径可为至少2-4英寸(5-10cm)，下开口直径可为至少2-3英寸(5-7.6cm)，而且两个开口距离为至少1-6英寸(2.5-15.25cm)。
再次参见图1-5，阀体28在一侧具有延伸部52，该延伸部52限定处于阀座50下方并与流动通路44连通的通道54。延伸部52在溢流管30与阀体28连接之处形成套管56。套管56在套管56的大约下2/3处与溢流管30的下圆筒状部分58的外侧形成表面密封装配。如图5所示，套管56的上1/3被切成斜面以形成井，以便在接头周围可以采用粘合剂来紧固机械连接。
溢流管30限定溢流通路58，其经延伸部52的通道54连通到阀体28的流动通路44。溢流管30具有宽口上开口60，并在上部分62处变窄直至带下开口64的圆筒状部分58，全程中均具有圆形水平横截面。溢流管30在逐缩的上部分62处的内表面优选限定非线性变窄溢流通路，使得水流可以获得类似于通过流动通路44那样的益处。此外像流动通路44那样，可采用适合的多项式来限定溢流管的内壁，以实现优选的非线性变窄轮廓。
不过，由于溢流管30用于流速远低于通常冲刷周期流速的非频繁溢流情况，因此，溢流管的上部分可遵循诸如漏斗形的简单锥形截面轮廓，这种轮廓易于制造并且性能优于直圆筒状轮廓。无论何种情况，上开口60的宽口增加了溢流管的圆周距离，从而允许更大量的过量水从水箱快速传送到溢流通路58，然后向下流至废水管路。
上开口60优选地至少英寸(3.8cm)，而采用一种标准尺寸(如图1-5所示)，其大约为英寸(6.4cm)，而下开口64为英寸(3.3cm)。
根据水箱适于不同抽水马桶结构的深度来选定溢流管30的长度。如图1-5所示的示例性的溢流管大约为英寸(13.3cm)。
再次参见图1-3，延伸部52还具有从相对侧延伸出的两个枢转臂70，以限定挡板32的枢转轴线。挡板32包括：轭72，其带有枢转连接到枢转臂70的一对平行支脚74(只示出一个)；中空体76，其带有中空内腔；和用于密封所述阀体的环78。挡板可由单一材料制成或通过复合材料共模制而成，至少密封环由适于密封的材料制成，例如由乙烯-丙二烯单体(EDPM)或硅酮制成。挡板32具有连接部位80，用于连接诸如的链或绳拉拽构件(未示出)，该拉拽构件相对端连接到可以从水箱12外部以通常方式操作的冲水启动器(未示出)。
在执行冲刷操作之前，冲洗阀处于如图1所示的位置，其中，挡板密封件32安装于冲洗阀座50上，并且水箱中的水位为“满”。在启动冲刷时，向上拉拽挡板密封件32就足以使其向上枢转并离位。挡板密封件32初始时被作用于挡板密封件32上的水的浮力抬起。水箱12中的水可流经阀体28，流过水箱出口开口18，并流出到桶体。在桶体中的水和废物以通常的方式经疏水器(trap)(未示出)排放到桶体废水管。当水箱12中的水被排出而使水位降至足够低时，挡板密封件32的重量使其在重力下下落并紧靠阀座安装。当水箱12被重新充满水且足以关闭供给阀之后，冲刷周期完成。
应该理解的是，以上所描述的仅为本发明的各优选实施例。不过，对于本领域普通技术人员而言，在本发明的精神和范围之内，显然可以对以上各优选实施例进行各种修改和改变。因此，本发明不应局限于所描述的实施例。为确认本发明的完整的范围，应参照所附的各权利要求。