为了让你快乐拉屎，工程师把马桶做成了完美设计

Marshall Brain 中科院物理所 2023-01-31

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抽水马桶，坐便器，厕所，洗手间，茅房，无论你怎么叫，这个设备都是不可或缺的，因为每家都有至少有一个。但更重要的是，它是一个技术奇迹——一个迷人的水处理系统。

但它在我们心中却有着不好的含义，我们用马桶做的事情，与之相关的细菌，公共洗手间所见的景象，必须清洗它的事实——这些事情让马桶被赋予了一言难尽的含义，emmmm，感觉有些脏污。在本文中，我们需要尽力克服思维障碍，简单地观察马桶是什么——它几乎是完美的问题解决方案，马桶真是令人惊叹的存在。

马桶的组成

马桶系统由几个关联的系统组件组成。

如果取下水箱盖并查看内部，你会看到所有的组件。三个主要协同工作系统是：

·碗状虹吸管

·冲洗系统

·再注水系统

让我们从这三部分来揭开马桶的秘密吧！

碗状虹吸管

假设水箱外部出了故障，没法给水，而厕所里只有碗状的桶身。你依然有个能凑合用的马桶。虽然没有了可供活动的部件，但碗状桶身就能解决马桶可以解决的所有问题，它可以解决你的需求。马桶的关键构件被称为虹吸结构，如下图所示：

你可以在马桶上进行两个实验来了解虹吸管的工作原理。首先，取一杯水，倒入马桶中。你会发现几乎什么都没有发生。更有趣的是，你可以将 25 杯（6 升）水逐杯倒入马桶中，结果仍然没有任何反应。也就是说，不管你倒多少杯水，马桶中的水位都不会上升。你可以在图中看到为什么会这样：当你把杯子里的水倒进去时，马桶里的水位会上升，但多余的水会立即溢出虹吸管并流走。

现在，取一桶水——大约七八升——倒入马桶中。你会发现水会将马桶冲洗干净。也就是说，几乎所有的水都从马桶中被吸出，发出巨大的“冲洗”声，所有的水都顺着管道流下。流程是这样的：水很快地填满到马桶中，一旦虹吸管被填满，剩下的就靠自动的虹吸效应了。水通过虹吸管从马桶中导出，并顺着管道流下。一旦马桶变空，空气就会进入虹吸管，发出独特的咕咕声，之后虹吸过程停止。

你可以发现：即使卫生间停水，你仍然可以冲马桶，只需要一个装有几升水的水箱。

冲洗系统

水箱的作用类似于前一节中描述的水桶。要启动虹吸机制需要足够多并且流动足够快的水进入到马桶中，而家庭中的水管却不能达到这个效果，这种情况下虹吸管不会启用。因此，水箱可以充当容器，它可以容纳几升的水，这是水管需要30到60秒才能积累的水量。当按下冲水按钮时，水箱中的水在大约三秒内全部进入马桶中，相当于往马桶中倒入一桶水。

水箱侧面有冲水把手，当转动把手时，它会拉动连接冲水阀的起动杆。起动杆抬起冲水阀，然后将其浮到一边，露出一个直径六厘米左右的排水孔。打开这个孔可以让水进入马桶桶身中。在大多数马桶中，桶身边缘有出水孔，一些水会通过这些孔排出，而大部分的水会流到马桶底部的一个大洞里。这个洞被称为喷射虹吸式结构，它可以将大部分水直接排入虹吸管。因为水箱中的所有水在大约三秒钟内进入马桶，这足以填满虹吸管并激活虹吸效应，因此马桶中的水和废物都可以被吸出。

再注水系统

因此，只要我们将足够的水倒入马桶中以启动虹吸管，马桶就会被冲洗干净。水箱和冲水阀的作用是将大约7升的水快速倒入马桶中。水箱排空后，水箱底部的冲水阀会盖上排水孔，进而重新蓄水填充水箱。再注水系统向水箱补充足够的水，以便再次启动整个过程。

再注水系统有一个阀门，可以打开和关闭水源。当水箱浮子（或浮球）由于水位降低而下降时，水阀门会打开，加注阀（或再加注阀）会向两个方向供水。

一些水沿着注水管流下，开始重新填充水箱。其余的流过马桶注水管，然后顺着溢流管进入桶中，慢慢地重新装满桶。当水箱中的水位上升时，浮子也会上升。最终，浮子上升到足以关闭阀门的高度。但如果浮子脱落，或者注水阀堵塞从而无法关闭，那又会发生什么？理论上，水箱会溢出并淹没浴室。但溢流管就是用来防止这种情况发生的，它将多余的水引导到桶中而不是地板上。

总体构造

在了解了马桶的每部分组成之后，可以知道它整体的构造了：

推动手柄拉动起动杆，从而打开冲水阀。

大约3秒钟内，大约7升的水从水箱冲入桶中，然后冲水阀重新密封。

这股水流激活了桶中的虹吸管，虹吸管把桶里的东西都吸到下水道里。

同时，当水箱中的水位下降时，浮子也会下降，下降的浮子打开注水阀。

流过注水阀的水将重新填充水箱和桶。当水箱重新注水时，浮子会上升，当水位达到要求后，加注阀会关闭。

如果出现问题并导致注水阀一直运行的话，溢流管可防止水溢流出来。

在飞机（或火车、公共汽车、轮船等）上使用这种方法的问题在于，运动的车辆上没办法用装满水的马桶——每次一点点振动都会使得水溅出来，也因此，虹吸结构在这种情况下无法使用。

飞机马桶采用的是主动真空排水而不是被动虹吸，因此被称为真空马桶。当你冲水时，它会打开下水道中的一个阀门，管道中的真空将排泄物从马桶中吸出并吸入容器中。由于真空完成了所有工作，因此只需很少的水（或飞机上使用的蓝色消毒液）即可为下一个人清洁马桶。大多数真空系统仅使用2 升或更少的液体进行冲洗，而节水马桶需要6 升，旧式马桶为19 升。

事实证明，即使是用作日常家具，真空马桶也有很多优点：