賀昱宸

長沙市長郡梅溪湖中學(xué)G1405班

一種家用衛(wèi)生間節(jié)水裝置

賀昱宸

長沙市長郡梅溪湖中學(xué)G1405班

在水資源緊缺的今天，建設(shè)節(jié)水型社會顯得尤為重要。從長沙的小區(qū)家庭用水量調(diào)查來看，主要的生活用水包括洗澡、洗衣、洗碗等生活用水，這些用水基本上屬于一次性用水，如果用這些生活廢水去沖洗馬桶，這對現(xiàn)代節(jié)約型生活的促進(jìn)很有益處。我通過對家庭住宅中各用水量分析入手，找到家庭用水浪費(fèi)嚴(yán)重的原因，并設(shè)計一種適應(yīng)家庭使用的節(jié)水裝置，希望對家庭節(jié)水改造有參考和借鑒作用，推動節(jié)水型社會的實(shí)現(xiàn)。

一、節(jié)水裝置的運(yùn)行原理

我設(shè)計的家用節(jié)水系統(tǒng)，通過收集洗碗池、洗手池以及浴盆等生活廢水到廢水收集水箱（1），同時廢水收集水箱（1）的出水口通過管路與該設(shè)計的裝換裝置（7）相連，根據(jù)使用抽水馬桶水箱（14）的水量，轉(zhuǎn)換裝置自動對馬桶水箱的水量進(jìn)行補(bǔ)給。該系統(tǒng)幾乎能回收所有的生活廢水用于沖洗馬桶，同時通過該裝置自來水排水管（10）也可以回收驅(qū)動活塞運(yùn)動的新鮮自來水，不會浪費(fèi)原有水資源；經(jīng)過廢水收集水箱（1）的雙重過濾，廢水不會造成污染；同時裝置的使用也不會影響現(xiàn)代家庭廚具潔具的原有位置擺放和正常使用。

圖1　節(jié)水裝置的設(shè)計方案圖1.廢水收集水箱2.排水管道3.過濾網(wǎng)4.廢水管道5.簧片閥門6.下空腔7.轉(zhuǎn)換裝置8.活塞9.簧片閥門10.自來水排水管道11.上空腔12.凸槽13.廢水管道14.抽水馬桶水箱15.浮球16.自來水供應(yīng)管道17.閥門18.連桿19.閥門20.自來水供應(yīng)管道

如圖1所示，通過管道把廢水收集水箱（1）、裝換裝置（7）、抽水馬桶水箱（14）連接起來，其中抽水馬桶水箱（14）位置最高，其次是廢水收集水箱（1），轉(zhuǎn)換裝置（7）位置最低。

閥門（17）正常情況處于關(guān)閉狀態(tài)，以防止廢水蓄水池中廢水用完也能通過自來水沖洗馬桶。當(dāng)廢水收集水箱（1）有廢水，抽水馬桶水箱（14）充滿廢水時，浮球上升到馬桶水箱的高處位置使閥門（19）關(guān)閉（浮球下降時打開），廢水收集水箱（1）內(nèi)的水在重力作用下，廢水將會充滿轉(zhuǎn)換裝置的下空腔（6），閥門（10）因大氣壓力和自身彈性打開，上空腔（11）內(nèi)無水。

人上完廁所后，沖去抽水馬桶水箱（14）中的廢水，此時抽水馬桶水箱（14）的水位下降，帶動浮球（15）下降，連桿（18）受力，因?yàn)楦軛U原理，使閥門（19）打開，這時自來水進(jìn)水管中的新鮮自來水迅速通過自來水供應(yīng)管道（20）使上空腔（11）充盈，上空腔（11）內(nèi)的壓強(qiáng)迅速增大，使簧片閥門（9）關(guān)閉，上空腔（11）處于封閉狀態(tài)。與此同時，自來水的壓力推動活塞（8）往下運(yùn)動，使下空腔（6）里的廢水壓力增大，簧片閥門（5）關(guān)閉，原先充滿在下空腔（6）的廢水被壓入到抽水馬桶水箱（14）中。

當(dāng)活塞（8）往下運(yùn)動觸碰到凸槽（12）而停止時，因?yàn)槲以O(shè)計抽水馬桶水箱（14）和轉(zhuǎn)換裝置的下空腔（6）的體積一樣大，這時同體積的廢水量壓入到抽水馬桶水箱（14），廢水上升到原來一樣的水位。與此同時抽水馬桶水箱（14）內(nèi)的浮球（15）也上升到原來的高度位置，通過連桿（18），利用杠桿原理，使閥門（19）關(guān)閉。

此時，廢水收集水箱（1）比轉(zhuǎn)換裝置（7）的位置高，因重力作用產(chǎn)生水壓，活塞（8）由于凸槽（12）阻擋而停止固定，下空腔（6）形成低壓，簧片閥門（5）打開，廢水收集水箱（1）中的廢水被再次壓入下空腔（6）。此時，由于閥門（19）關(guān)閉，上空腔（11）內(nèi)的壓強(qiáng)迅速減小，活塞（8）因上空腔（11）比下空腔（6）內(nèi)的壓強(qiáng)小而向上運(yùn)動。在大氣壓力和簧片閥門（9）彈性的共同作用下，簧片閥門（9）打開，干凈的自來水從自來水排水管道（10）排出，收集并作其它生活用水使用。

每當(dāng)人上完一次廁所，該裝置自行給抽水馬桶水箱（14）進(jìn)行補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)自動化。如果廢水收集水箱（1）廢水被用完，可以通過打開閥門（17）給抽水馬桶水箱（14）供水，抽水馬桶依然可以正常使用。

圖2　轉(zhuǎn)換裝置殼體結(jié)構(gòu)圖6.下空腔11.上空腔12.凸槽21.廢水進(jìn)水孔22.廢水排水孔23.自來水排水孔24.自來水進(jìn)水孔

二、節(jié)水裝置關(guān)鍵部件設(shè)計

1.廢水收集水箱的設(shè)計

該系統(tǒng)中廢水收集水箱（1）的體積大小可根據(jù)自家衛(wèi)生間面積確定，其容積一般是抽水馬桶水箱（14）的4-5倍為佳。廢水收集水箱（1）距頂部約50mm處裝排水管道（2），防止收集的廢水過多從頂部溢出；廢水收集水箱（1）頂部與家庭洗碗池、洗手池通過管道連接并裝有過濾網(wǎng)，使生活用水得到第一次過濾，同樣在廢水收集水箱（1）和廢水管道（4）相接處上方安裝過濾網(wǎng)（3），使生活用水得到第二次過濾。

2.轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計

我設(shè)計的轉(zhuǎn)換裝置（如圖2所示）是一個半徑為160mm，高度為450mm的圓柱體，其內(nèi)部由上空腔（11）和下空腔（6）兩空腔組成，兩空腔容積比為1∶3，兩空腔之間用凸槽（12）隔開，這樣可以用較少的新鮮自來水去收集3倍的生活廢水。上空腔（11）頂部開自來水排水孔（23）和自來水進(jìn)水孔（24），下空腔（6）下部左右對稱接通廢水進(jìn)水孔（21）和廢水出排水孔（22）。同時轉(zhuǎn)換裝置的下空腔（6）的體積和抽水馬桶水箱（14）的蓄水體積保證相等。

3.活塞的設(shè)計

活塞（如圖3所示）安裝在轉(zhuǎn)換裝置（7）的上空腔（11）和下空腔（6）內(nèi)?；钊?）由防腐、耐用的塑料材質(zhì)構(gòu)成，其中上塞片（25）的半徑為85mm，下塞片（27）的半徑為155mm，同時兩塞片邊緣套上軟膠塞（28），兩塞片用長度為150mm的連桿（26）連接。

4.抽水馬桶水箱的設(shè)計

抽水馬桶水箱（14）與裝換裝置（7）之間通過廢水管道（13）連接。閥門（17）安裝在自來水管道（16）上，防止無廢水時可以用干凈自來水沖洗馬桶，閥門（19）安裝在自來水供應(yīng)管道（20）上，當(dāng)抽水馬桶水箱（14）水位上升或下降由浮球（15）控制其開關(guān)使新鮮自來水進(jìn)入驅(qū)動活塞運(yùn)動。整個系統(tǒng)的自動化工作，循環(huán)使用生活廢水收集水箱（1）中的廢水。當(dāng)廢水收集水箱（1）中的廢水用完時，可以打開閥門（17），給抽水馬桶水箱（14）供水，不影響馬桶的正常使用。

圖3　活塞結(jié)構(gòu)圖25.上塞片26.連桿27.下塞片28、軟膠塞

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.我設(shè)計的家庭節(jié)水裝置轉(zhuǎn)換裝置只是利用自來水壓力和廢水重力，而不需要消耗其它能源，是一種適合推廣能源節(jié)約型廢水再循環(huán)使用節(jié)水系統(tǒng)。

2.該循環(huán)再使用節(jié)水系統(tǒng)適用性廣，其可以根據(jù)不同房子的設(shè)計要求進(jìn)行系統(tǒng)尺寸的修正，適應(yīng)不同面積的房屋尺寸，靈活性大。

3.若該裝置缺水，轉(zhuǎn)換成自來水供應(yīng)模式，不影響正常生活。現(xiàn)代家庭生活用水占據(jù)了生活開支的一部分，該系統(tǒng)不僅能節(jié)省用水費(fèi)用開支，還起到了水資源循環(huán)利用的作用，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。