為了讓你快樂拉屎，工程師把馬桶做成了完美設計_風聞

原創：中科院物理所

抽水馬桶，坐便器，廁所，洗手間，茅房，無論你怎麼叫，這個設備都是不可或缺的，因為每家都有至少有一個。但更重要的是，它是一個技術奇蹟——一個迷人的水處理系統。

但它在我們心中卻有着不好的含義，我們用馬桶做的事情，與之相關的細菌，公共洗手間所見的景象，必須清洗它的事實——這些事情讓馬桶被賦予了一言難盡的含義，emmmm，感覺有些髒污。在本文中，我們需要盡力克服思維障礙，簡單地觀察馬桶是什麼——它幾乎是完美的問題解決方案，馬桶真是令人驚歎的存在。

馬桶的組成馬桶系統由幾個關聯的系統組件組成。

如果取下水箱蓋並查看內部，你會看到所有的組件。三個主要協同工作系統是：

    ·碗狀虹吸管

    ·沖洗系統

    ·再注水系統

讓我們從這三部分來揭開馬桶的秘密吧！

碗狀虹吸管假設水箱外部出了故障，沒法給水，而廁所裏只有碗狀的桶身。你依然有個能湊合用的馬桶。雖然沒有了可供活動的部件，但碗狀桶身就能解決馬桶可以解決的所有問題，它可以解決你的需求。馬桶的關鍵構件被稱為虹吸結構，如下圖所示：

你可以在馬桶上進行兩個實驗來了解虹吸管的工作原理。首先，取一杯水，倒入馬桶中。你會發現幾乎什麼都沒有發生。更有趣的是，你可以將 25 杯（6 升）水逐杯倒入馬桶中，結果仍然沒有任何反應。也就是説，不管你倒多少杯水，馬桶中的水位都不會上升。你可以在圖中看到為什麼會這樣：當你把杯子裏的水倒進去時，馬桶裏的水位會上升，但多餘的水會立即溢出虹吸管並流走。

現在，取一桶水——大約七八升——倒入馬桶中。你會發現水會將馬桶沖洗乾淨。也就是説，幾乎所有的水都從馬桶中被吸出，發出巨大的“沖洗”聲，所有的水都順着管道流下。流程是這樣的：水很快地填滿到馬桶中，一旦虹吸管被填滿，剩下的就靠自動的虹吸效應了。水通過虹吸管從馬桶中導出，並順着管道流下。一旦馬桶變空，空氣就會進入虹吸管，發出獨特的咕咕聲，之後虹吸過程停止。

你可以發現：即使衞生間停水，你仍然可以衝馬桶，只需要一個裝有幾升水的水箱。

沖洗系統水箱的作用類似於前一節中描述的水桶。要啓動虹吸機制需要足夠多並且流動足夠快的水進入到馬桶中，而家庭中的水管卻不能達到這個效果，這種情況下虹吸管不會啓用。因此，水箱可以充當容器，它可以容納幾升的水，這是水管需要30到60秒才能積累的水量。當按下衝水按鈕時，水箱中的水在大約三秒內全部進入馬桶中，相當於往馬桶中倒入一桶水。

水箱側面有沖水把手，當轉動把手時，它會拉動連接沖水閥的起動杆。起動杆抬起沖水閥，然後將其浮到一邊，露出一個直徑六釐米左右的排水孔。打開這個孔可以讓水進入馬桶桶身中。在大多數馬桶中，桶身邊緣有出水孔，一些水會通過這些孔排出，而大部分的水會流到馬桶底部的一個大洞裏。這個洞被稱為噴射虹吸式結構，它可以將大部分水直接排入虹吸管。因為水箱中的所有水在大約三秒鐘內進入馬桶，這足以填滿虹吸管並激活虹吸效應，因此馬桶中的水和廢物都可以被吸出。

再注水系統因此，只要我們將足夠的水倒入馬桶中以啓動虹吸管，馬桶就會被沖洗乾淨。水箱和沖水閥的作用是將大約7升的水快速倒入馬桶中。水箱排空後，水箱底部的沖水閥會蓋上排水孔，進而重新蓄水填充水箱。再注水系統向水箱補充足夠的水，以便再次啓動整個過程。

再注水系統有一個閥門，可以打開和關閉水源。當水箱浮子（或浮球）由於水位降低而下降時，水閥門會打開，加註閥（或再加註閥）會向兩個方向供水。

一些水沿着注水管流下，開始重新填充水箱。其餘的流過馬桶注水管，然後順着溢流管進入桶中，慢慢地重新裝滿桶。當水箱中的水位上升時，浮子也會上升。最終，浮子上升到足以關閉閥門的高度。但如果浮子脱落，或者注水閥堵塞從而無法關閉，那又會發生什麼？理論上，水箱會溢出並淹沒浴室。但溢流管就是用來防止這種情況發生的，它將多餘的水引導到桶中而不是地板上。

總體構造在瞭解了馬桶的每部分組成之後，可以知道它整體的構造了：

推動手柄拉動起動杆，從而打開沖水閥。

大約3秒鐘內，大約7升的水從水箱衝入桶中，然後沖水閥重新密封。

這股水流激活了桶中的虹吸管，虹吸管把桶裏的東西都吸到下水道里。

同時，當水箱中的水位下降時，浮子也會下降，下降的浮子打開注水閥。

流過注水閥的水將重新填充水箱和桶。當水箱重新注水時，浮子會上升，當水位達到要求後，加註閥會關閉。

如果出現問題並導致注水閥一直運行的話，溢流管可防止水溢流出來。

在飛機（或火車、公共汽車、輪船等）上使用這種方法的問題在於，運動的車輛上沒辦法用裝滿水的馬桶——每次一點點振動都會使得水濺出來，也因此，虹吸結構在這種情況下無法使用。

飛機馬桶採用的是主動真空排水而不是被動虹吸，因此被稱為真空馬桶。當你沖水時，它會打開下水道中的一個閥門，管道中的真空將排泄物從馬桶中吸出並吸入容器中。由於真空完成了所有工作，因此只需很少的水（或飛機上使用的藍色消毒液）即可為下一個人清潔馬桶。大多數真空系統僅使用2 升或更少的液體進行沖洗，而節水馬桶需要6 升，舊式馬桶為19 升。

事實證明，即使是用作日常傢俱，真空馬桶也有很多優點：

它們很節水；

它們可以使用直徑小得多的下水道管道；

它們可以朝任何方向沖洗，包括向上，由於真空系統不使用重力來移動水，因此下水道管道可以直接向上移動；

管道不必向下走也意味着你安裝新廁所時不必切割地板；

它們可以放在建築物的任何地方。

作者：Marshall Brain 

翻譯：Nuor

審校：藏痴

原文鏈接：How Toilets Work