黃彥哲 何培玲

摘 要：本文研究提出一種可自動(dòng)沖洗的馬桶。利用杠桿原理直接達(dá)到馬桶自動(dòng)沖洗的功能，同時(shí)達(dá)到節(jié)水效果。解決了現(xiàn)有馬桶無法區(qū)分大小便從而導(dǎo)致沖洗過程浪費(fèi)水資源和自動(dòng)沖洗需耗費(fèi)能源的問題。

關(guān)鍵詞：馬桶；節(jié)水；節(jié)能

引言

微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨（Bill Gates）曾在Twitter上稱：“當(dāng)前全球仍有4/10的人口沒有享受到安全的入廁方式，即26億人口。”為解決該問題，比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)贊助了一個(gè)名為“馬桶革命”（Reinvent the Toilet）的項(xiàng)目，并向八所大學(xué)的研究機(jī)構(gòu)分別提供40萬美元資金，以便研制出更好的馬桶。

人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到：馬桶是人們生活中每天都會(huì)接觸的生活物品，它的出現(xiàn)可以說已經(jīng)改變了人們的生活方式，為人們帶來很大的便利。但是在上廁所的整個(gè)過程中，還會(huì)出現(xiàn)許多問題。

（1）從節(jié)約水資源方面來看。現(xiàn)今便器水箱的工作方法一般為傳感器監(jiān)控的自動(dòng)沖洗方法，紅外傳感器在檢測(cè)到有人經(jīng)過的時(shí)候會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，然后進(jìn)行沖洗的工作。但是這種方式無論是大小便，沖洗所用的水的量是相同的，而且有時(shí)人們經(jīng)過感應(yīng)器但是沒有如廁的情況下，感應(yīng)器也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)沖洗開關(guān)，導(dǎo)致了水資源的不必要浪費(fèi)。

（2）從節(jié)約能源方面來看。以最簡(jiǎn)易的蹲便感應(yīng)器為例，其正常使用需4節(jié)5號(hào)電池，可使用1年時(shí)間，按全國(guó)每人使用0.1個(gè)蹲便感應(yīng)器計(jì)算，則國(guó)家每年需5.2億節(jié)5號(hào)電池以維持其正常使用。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的初步統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2007年中國(guó)能源消費(fèi)總量比2006年增長(zhǎng)7.8%。2007年我國(guó)能源消費(fèi)總量26.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增幅略有回落，比2006年增幅下降了1.5個(gè)百分點(diǎn)。但同時(shí)，我國(guó)能源消費(fèi)總量仍然龐大，節(jié)能減排的形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

針對(duì)現(xiàn)有馬桶無法區(qū)分大小便從而導(dǎo)致沖洗過程浪費(fèi)水資源和自動(dòng)沖洗需耗費(fèi)能源的問題，本文研究分析后提出一種新型的馬桶水箱工作方法。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 從兩項(xiàng)專利發(fā)明看現(xiàn)今國(guó)內(nèi)馬桶研究的現(xiàn)狀

（1）中國(guó)專利號(hào)200820161754.5公開日2009年7月15日，公開了一份名稱為便捷式節(jié)水自動(dòng)化馬桶的專利文件，該實(shí)用新型涉及一種便捷式節(jié)水自動(dòng)化馬桶，其特征是它包括有紅外感應(yīng)裝置、單片機(jī)、電磁閥、電吹風(fēng)機(jī)、揚(yáng)聲器和電動(dòng)卷紙機(jī)組成，紅外感應(yīng)裝置、電磁閥，電吹風(fēng)機(jī)、揚(yáng)聲器和電動(dòng)卷紙機(jī)的信號(hào)控制端均連接到單片機(jī)的信號(hào)輸出端，紅外感應(yīng)裝置、單片機(jī)及電吹風(fēng)機(jī)設(shè)在馬桶的后部，電動(dòng)卷紙機(jī)設(shè)在馬桶的側(cè)面，電磁閥設(shè)置在馬桶的沖水管上。

該實(shí)用新型無復(fù)雜機(jī)電設(shè)備，成本低，使用方便，符合人們?nèi)粘Ｉ盍?xí)慣。但是該專利存在感應(yīng)器會(huì)誤判的情況，而且無法根據(jù)人們大小便的實(shí)際情況調(diào)節(jié)出水量，造成了水資源的浪費(fèi)。

（2）中國(guó)專利號(hào)201120022809.6公開日2012年3月7日，公開了一份名稱為節(jié)水蹲便器的專利文件，該節(jié)水蹲便器，蹲便器主體兩側(cè)有腳踩板其下連接著活塞，在活塞桿上套有彈簧。腔體內(nèi)有連接在腔體兩側(cè)活塞的滑板，腔體活塞與腳踩板下活塞相連接，當(dāng)人體踩腳踩板時(shí)可帶動(dòng)腔體內(nèi)的滑板向后移動(dòng)，當(dāng)人體離開腳踩板后滑板在彈簧作用下恢復(fù)到原來位置這樣便可將污物帶動(dòng)到排污口。排污口有由帶轉(zhuǎn)動(dòng)軸的磁鐵蓋，正下端有引力磁鐵，當(dāng)蓋上沒有污物時(shí)就會(huì)在引力磁鐵大的作用下保持平衡，當(dāng)蓋上有污物時(shí)就會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔枚テ胶鈱⑸w打開，污物掉到排污口，再用少量的水沖洗便可將腔體，磁鐵蓋沖洗干凈，蓋子又恢復(fù)平衡狀態(tài)將排污口堵住。

該專利利用了滑板來減少用水量，但是這種方式?jīng)_洗磁鐵蓋的時(shí)候需要用到更多的水，而且還是需要人工打開開關(guān)進(jìn)行沖水，使用不方便。如果改成自動(dòng)沖洗，還是無法根據(jù)情況來調(diào)節(jié)沖水量，沒有解決浪費(fèi)用水的問題。

2 新型節(jié)能節(jié)水馬桶水箱原理

為了解決現(xiàn)有馬桶無法區(qū)分大小便從而導(dǎo)致浪費(fèi)水資源和耗費(fèi)大量不必要能源的問題，同時(shí)還具有自動(dòng)沖洗功能，我們提出了一種新的實(shí)施方案。

1）基本原理：杠桿原理。

2）結(jié)構(gòu)示意圖：

3）工作原理：水箱初始狀態(tài)上層裝滿水，下層無水，上層出水口關(guān)閉，下層打開。當(dāng)人來走上踏板后，上層出水口打開，下層出水口關(guān)閉，并開始加水。人走后，恢復(fù)到初始狀態(tài)，同時(shí)放出下層的水。

3試驗(yàn)及結(jié)果

國(guó)家規(guī)定使用6升以下的馬桶。現(xiàn)在市場(chǎng)上的馬桶多數(shù)是6升的，許多廠家還推出了大小解分開的馬桶，有兩個(gè)3升和6升的開關(guān)，這種設(shè)計(jì)利于節(jié)水。

現(xiàn)在根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模擬試驗(yàn)：

假定人的大小便用時(shí)分別為3分鐘和10分鐘，并控制上層水箱出水孔大小使其流速為1升/分鐘，上下層水箱滿載時(shí)容量為6升。

現(xiàn)在水箱初始狀態(tài)為：上層裝滿水，下層無水，上層出水口關(guān)閉，下層打開，杠桿系統(tǒng)處于自然狀態(tài)。

當(dāng)某人使用時(shí)，會(huì)自然的走上埋置于地下的踏板，通過杠桿系統(tǒng)打開上層水箱出水口，關(guān)閉下出水口，對(duì)下層水箱進(jìn)行加水。若使用者是小解，則會(huì)在3分鐘左右離開，系統(tǒng)恢復(fù)自然狀態(tài)，沖出約3升水；若是大解，則水箱會(huì)在6分鐘后達(dá)到滿載狀態(tài)，上下水箱聯(lián)通，上層水箱停止加水，使用者走后會(huì)沖出6升水，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

結(jié)果分析：此新型節(jié)能節(jié)水馬桶成功的解決了自動(dòng)沖洗問題，無需人刻意按開關(guān)沖洗，而是在使用者離開后自動(dòng)沖洗；同時(shí)，它可以根據(jù)大小便時(shí)間的不同沖不同的水量，達(dá)到節(jié)水的效果；此外，這款馬桶不使用任何能源，對(duì)節(jié)約能源也可以做出很大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

這種新型的馬桶水箱工作方法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）多適用性：這款馬桶的自動(dòng)沖水功能通過對(duì)傳統(tǒng)馬桶水箱的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)，對(duì)馬桶整體未做太大改動(dòng)，因此在家庭、公共場(chǎng)所都能使用。（2）采取雙層水箱結(jié)構(gòu)：上層常備用水，下層可以根據(jù)使用時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行加水，有節(jié)水的效果。（3）杠桿系統(tǒng)：這套杠桿系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的杠桿原理，方便實(shí)用、成本低廉、便于維護(hù)和修理、不使用任何能源，有很高的性價(jià)比。（4）隱藏踏板：踏板用彈簧支撐，有緩沖效果；踏板與杠桿之間用鉸鏈連接，便于翻開進(jìn)行清洗；踏板埋設(shè)在地下，使用時(shí)，人能自然的走上踏板，不會(huì)有不適應(yīng)的感覺，同時(shí)不會(huì)對(duì)馬桶美觀帶來影響。（5）手動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)：上層水箱中保留原有的手動(dòng)開關(guān)，即使在杠桿系統(tǒng)失靈的情況下仍可繼續(xù)工作。

此自動(dòng)沖洗馬桶，能給人們的生活帶來便利。與傳統(tǒng)馬桶相比，它在一定程度上節(jié)約用水量，同時(shí)有無需使用能源的巨大優(yōu)勢(shì)；在適用范圍上，適合于大多數(shù)公共場(chǎng)合， 稍經(jīng)改造，即可作為坐式馬桶在家庭中使用；由于并未涉及任何高新技術(shù)，更適合規(guī)模生產(chǎn)，所以這種馬桶具有很大的實(shí)用價(jià)值和開發(fā)應(yīng)用潛力。