環保節能型自動沖水蹲便器的設計

馬迪紅 張麗珍 盛晚霞 王江濤 楊佺

摘 要：為了解決電控蹲便器因用電而導致的污染環境問題和一般蹲便器使用者使用后不沖水的問題，文章設計了一種不需要能源就可以自動沖水的蹲便器，它利用兩個水閥配合使用完成蹲便器自動沖水的功能，既節約能源，又能潔凈環境。

關鍵詞：蹲便器；環保；水閥

引言

隨著社會的進步和科學技術的發展，人們生活質量越來越高，生活環境也需隨著社會的進步不斷改善。廁所，尤其是公共廁所的環境是我們生活環境中很重要的一部分，干凈的廁所環境有益于我們的生活，但公共廁所的人員流動量大、進出頻繁，使用率高，有些人上完廁所后沒有沖水的習慣或忘記沖水，也有一些人有潔癖，不愿接觸沖水裝置，這就導致了現在的公共廁所環境很糟糕。

目前也有自動沖水的蹲便器，分為紅外感應式沖水蹲便器和機械式自動沖水蹲便器[1]。現有極少數公廁使用了紅外感應式沖水蹲便器，但是這種蹲便器還存在成本高、易壞、維修困難和需要消耗電能等問題。基于目前國內還是以火力發電為主，節約用電就是保護環境，無需用電就顯得十分重要。因此國內有很多人在致力于研究一款機械式自動沖水蹲便器，這種蹲便器不需要用電來驅動，只需要靠人體的重力來實現自動沖水功能[2]。但是機械式自動沖水蹲便器還沒有可以實際使用的產品，在此之前有一款機械式自動沖水蹲便器[3]申請使用新型專利成功，但是該機械式自動沖水蹲便器結構復雜、成本高、實施困難，一直沒能投入使用。

因此，從環境衛生與節約能源出發，設計一種新型的公共廁所用機械式自動沖水蹲便器顯得很有必要，也比較有應用前景。

1 自動沖水蹲便器的整體結構

設計的自動沖水蹲便器包括水箱蓋、水箱、浮球閥、水管、踏塊、進水閥、出水閥和底座等，見圖1。整個蹲便器系統可以做成一個整體，便于在公共場合安裝和維修。

為實現自動沖水功能，在左腳下設置一個進水閥，右腳下設置一個出水閥，進水閥和出水閥分別由腳下的踏塊觸發。當有人來使用時，人的二個腳會正好踩在踏塊上面，此時，出水閥關閉，進水閥打開，水箱開始充水，若水充滿時使用者還沒離開，浮球閥就會自動關閉進水，以防止水溢出。當人使者用完離開時，進水閥在彈簧的作用下自動關閉，出水閥在彈簧的作用下自動打開，實現自動沖水。自動沖水無須用電器控制，節約了電能。同時結構簡單，成本低，便于維修。

2 關鍵部件的結構設計

該自動沖水蹲便器的無能源自動沖水功能主要是由二個水閥（一個進水閥和一個出水閥）實現的。

2.1 進水閥

進水閥包括閥體、閥芯、閥蓋、調節螺母、彈簧等，如圖2所示。進水閥在常態下是關閉的，當人踩在踏板上時，由于人體自身重力的作用帶動踏板向下運動從而帶動閥芯向下移動，進水閥口打開，水自進水口通過進水管進入水箱，開始蓄水。卸荷槽開在進水閥的出水口，軸肩用于控制閥芯的位置，通過調節螺母可以改變彈簧長度，從而調節閥芯被踩下需要的力，各口設有密封圈。

2.2 出水閥

出水閥的結構如圖3所示，它也主要由閥體、閥芯和彈簧組成，出水閥在常態下閥口是打開的。當有人踩上出水閥踏板時，閥芯下移，出水閥口關閉，直到人離開時出水閥閥芯在彈簧作用下上移，閥口打開，水箱里的水自出水管流出來，沖到便池。同進水閥一樣，出水閥軸肩用于控制閥芯的位置，通過調節螺母可以改變彈簧長度，各口設有密封圈。

1.閥頂蓋；2.調節螺母；3.閥芯軸；4.進水口；5.彈簧；6.閥體；7.出水口

圖3 出水閥剖面圖

2.3 水箱及浮球閥

本設計采用水箱主要有兩個方面的原因：第一，安裝方便快捷，本設計的水箱背部帶有一滑槽可以與安裝在墻壁上的滑槽相配合，安裝時只需要通過相互配合的滑槽滑動即可。第二，維修方便，因為水箱是可以隨意拆卸的，所以當水箱出現什么問題時，可以直接將水箱卸下來維修或者更換一個水箱考慮到一些人上廁所的時間比較長，這樣的話可能會導致水箱中的水過多甚至溢出，為此設計了一個浮球閥。

2.4 踏塊

該蹲便器左右基座的中間位置分別安上踏板和水閥，為避免絆腳，踏板采用倒角設計。設計只要超過1kg的力就可以將彈簧壓下，閥芯高度為20mm，踏塊凸出高度為21mm，保證鞋底在凸塊反作用力下形成微小凹槽也能使閥芯完全壓下。

3 實驗

根據設計，加工了一臺1：1的實驗蹲便器進行實驗。通過實驗測得水箱充滿水的時間大概為15s左右，如果水的壓力更大只需要更少時間就能充滿。踏板踩下很輕松，使用者不會感覺得到腳下有踏塊的存在，與正常使用普通的蹲便器無異。當人使用完離開時，水箱水自動沖出，達到預期設計目的。

4 結束語

（1）設計自動沖水蹲便器主要是為公共場合設計，可以解決兩個問題：一是防止人們使用后不主動沖水，保持環境清潔；二是取代需要電能的紅外線自動沖水蹲便器，節能環保。整個蹲便器結構簡單，僅僅改變進出水水管的位置，把手動沖水閥改成兩個水閥置于腳踏板下，就完成了自動沖水的功能。

（2）在實驗樣機中采用便池和踏板分離制作，維修時只用單獨拆開踏板即可。但是在實際使用中，由于該產品是針對公共場合所設計，考慮到生產成本和維修方便，把便池和踏板做成一體。當蹲便器出現故障時就可以把整個蹲便器拿走維修，同時更換一個沒有問題的蹲便器。這樣既不會因為維修給使用者帶來不便，也不會給公共場合造成現場混亂。水箱使用現有墻掛式水箱進行改造，沖水能力與現有手動式沖水蹲便器相當。該蹲便器已經獲得發明專利（ZL 2013 1 01 20862.3）。

（3）該蹲便器簡單實用，在環境污染日益嚴重的今天值得在公共場合推廣使用，如火車站、學校和大型企事業單位等。

參考文獻

[1]丁國強，李松林，金德生.國外衛生器具發展動態[J].陶瓷，1979，3：37-39.

[2]黃彥哲，何培玲.節能節水馬桶研究[J].科技創新與應用，2014，3：36-37.

[3]張華堂.全自動沖洗便池[P].中國專利：ZL 2009 2 02 70232.3，20

10-08-04.

作者簡介：馬迪紅（1990，3-），男，上海海洋大學工程學院機械工程專業研究生，主要研究漁業機械。

*通信作者：張麗珍