JP2016102339A - タンクレス便器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクレス便器装置において上水道の水圧等に関わらず水力発電機が一定量の電力を発電できるようにする。【解決手段】タンクレス便器装置は、ボウル部１０に給水するための電気式給水弁１３と、ボウル部１０からの排水を受けて発電する水力発電機１９と、水力発電機１９が発電した電力を蓄え停電時には電気式給水弁１３に作動電源を供給する蓄電池２６とを備える。【選択図】図１

Description

電気式給水弁の開閉によってボウル部への給水を制御するように構成されたタンクレス便器装置の改良に関する。

前記のようなタンクレス便器装置は商用電源によって電気式給水弁が作動するようになっている。そのため停電時には給水弁を介しての給水が困難になりバケツ等による人手処理によって汚水を流す必要があった。この問題に対応した先行技術の例として次の特許文献１が挙げられる。この文献には、ボウル部への給水路の途中に水力発電機を設け、その発電した電力によって電気式給水弁を作動させることが記載されている。

特開２００５−８３０８５号公報

しかしながら特許文献１の構成では、水力発電機の発電量は給水路の水圧つまり上水道の水圧に影響される。例えば停電中に上水道の水圧が低下すると、水力発電機の発電量が減少して電気式給水弁の消費電力を賄えなくなり、遂には電気式給水弁を作動させることができなくなるという事態が想定される。本発明はそのような考察の下になされたものであり、上水道の水圧等に関わらず水力発電機が一定量の電力を発電できるようにしたタンクレス便器装置を提供することを目的とする。

本発明は、電気式給水弁の開閉によってボウル部への給水を制御するタンクレス便器装置において、ボウル部からの排水を受けて発電する水力発電機と、前記水力発電機が発電した電力を蓄え停電時には前記電気式給水弁に作動電源を供給する蓄電池とを備えたことを特徴とする。

ボウル部の溜め水の量は上水道の水圧等に関わらず一定であるから、本発明では排水毎に水力発電機が一定量の電力を発電できる。

本発明の実施形態の例とされるタンクレス便器装置の基本構成を示すブロック図である。 本実施形態の具体的な構成を示す側面断面図である。 本実施形態の通常時における基本動作の処理手順を示すフロー図である。 本実施形態の停電時における基本動作の処理手順を示すフロー図である。 本発明の実施形態の変形例とされるタンクレス便器装置の基本構成を示すブロック図である。

図１は本発明の実施形態の例とされるタンクレス便器装置の基本構成を示すブロック図である。

便器装置１はタンクレス水洗式であって、大小便を受けるボウル部１０の上流側、下流側にそれぞれ給水路１１と排水路１２とが設けられている。

給水路１１は止水栓２とボウル部１０とを繋ぐ管路であって金属パイプや樹脂パイプからなり、その経路中に電気式給水弁１３、流量センサ１４、剤ポンプ１５等が設けられている。

電気式給水弁１３は電動弁又は電磁弁等で構成される。本実施形態では電気式給水弁１３は比較的高い電源電圧レベルの電源（以下これを高圧電源と呼ぶ）で作動する高電圧給水弁１３ａと、それよりも低い電圧レベルの電源（以下これを低圧電源と呼ぶ）で作動する低電圧給水弁１３ｂとを並列させて構成している。例えば高電圧給水弁１３ａは電磁式とし低電圧給水弁１３ｂは電動式としてもよい。電気式給水弁１３をこのような構成とすれば、高圧電源と低圧電源の両方に対応した電気式給水弁１３の駆動回路の構成が簡単になる。高電圧給水弁１３ａ、低電圧給水弁１３ｂは通常時と非停電時に対応して選択的に作動される。

流量センサ１４は給水路１１を通じる水道水の流量を計測するセンサであり、例えば羽根車式、電磁式、超音波式のもので構成される。このような流量センサ１４を設けることで上水道の水圧が異なってもボウル部１０への給水を一定量にできる。

剤ポンプ１５は剤タンク１６に予め用意された洗浄剤を給水路１１に吐出するポンプである。剤ポンプ１５は排水当り一定量の洗浄剤を吐出できるようにチューブ式等のメジャーリングポンプで構成するとよい。洗浄剤はボウル部１０の洗浄、汚れ防止を目的とするものである。

給水路１１は電気式給水弁１３よりも上流側で局部洗浄機構１７への給水路に分岐している。局部洗浄機構１７への給水路にも制御弁１８が設けられている。局部洗浄機構１７は、水道水を加熱する電気ヒーター、局部に向けて温水を噴射するノズル、ノズルの進退機構等で構成される（図示なし）。局部洗浄機構１７から噴射された温水は局部洗浄したあとボウル部１０に滴下する。

排水路１２はボウル部１０と下水管（図示なし）とを繋ぐ管路であって樹脂パイプ等からなり、その経路中に水力発電機１９、排水トラップ部２０が設けられている。

水力発電機１９はボウル部１０からの排水を受けて発電する発電機である。水力発電機１９は本実施形態ではボウル部１０と排水トラップ部２０との間の排水路１２に設けられている。水力発電機１９の具体的な構造は特に限定されないが、汚物等の引っ掛かりを防止するための対策は必要である。

排水トラップ部２０は電動により排水制御する電動式トラップを想定している。しかしながら一般的なＺ管式トラップを用いてもよい。電動式トラップは末端が開放された柔軟な樹脂等からなるトラップ管２０ａをトラップモータ２０ｂで上下に首振りさせることで排水制御するものである。ここではトラップ管２０ａの首振りの上位置、下位置を検出するために上位置センサ２０ｃと下位置センサ２０ｄとが設けられている。排水トラップ部２０の先は図示しない下水管に接続されている。

便座ヒーター２１は金属線又はカーボン線等からなり便座内に埋設されている。

整流回路２２は商用電源を整流して便器装置１の各部に高圧電源を供給する回路であり、ダイオードブリッジ等から構成される。高電圧給電路２３を図中太線で示している。高電圧給電路２３から給電される主な要素は、電気式給水弁１３を構成する高電圧給水弁１３ａと、剤ポンプ１５と、局部洗浄機構１７及び制御弁１８と、便座ヒーター２１である。

降圧回路２４は整流回路２２が供給する高圧電源を低圧電源のレベルまで降圧する回路であり、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成される。降圧回路２４の出力は逆流防止用ダイオードＤを介して低電圧給電路２５に接続されている。また水力発電機１９の出力も逆流防止用ダイオードＤを介して低電圧給電路２５に接続されている。つまり低電圧給電路２５は、降圧回路２４、水力発電機１９のいずれからでも低圧電源を受けられるように結線されている。低電圧給電路２５から給電される要素は、電気式給水弁１３を構成する低電圧給水弁１３ｂと、トラップモータ２０ｂである。

蓄電池２６は従来のニッカド電池、鉛電池等で構成され、低電圧給電路２５に付設されている。蓄電池２６は水力発電機１９が発電した電力を蓄え停電時には電気式給水弁１３とトラップモータ２０ｂに作動電源を供給する。これにより停電時でも電動によってボウル部１０に給水することが可能であり、バケツ等による手作業で汚水を流すような手間が要らなくなる。蓄電池２６には過充電防止回路等を設けてもよい。あるいは蓄電池２６に代えて大容量コンデンサ等を用いてもよい。

制御回路２７はマイコン等で構成される回路であってこれに組み込まれた制御プログラムに基づいて、高電圧給電路２３から給電される前記要素及び低電圧給電路２５から給電される要素を制御する。制御回路２７は低圧電源を更に降圧させた作動電源で動作する。スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は制御回路２７が高電圧給電路２３から給電される要素を制御するための制御素子を概念的に示している。またスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６は制御回路２７が低電圧給電路２５から給電される要素を制御するための制御素子を概念的に示している。

電圧センサ２８は高電圧給電路２３の電圧レベルを検知するセンサであり、その種別等は特に制限されない。電圧センサ２８は高電圧給電路２３の電圧レベルが所定以上か否か、すなわち通常時か停電時かを判定できればよい。制御回路２７は電圧センサ２８を参照して通常時用の制御プログラム、停電時の制御プログラムを選択的に実行する。

操作部２９は、局部洗浄指令、排水指令等を行うためのスイッチ等で構成され、それらの各指令はリード線等を介して制御回路２７に伝送される。また流量センサ１４、上位置センサ２０ｃ、下位置センサ２０ｄ、電圧センサ２８の検知信号もリード線等を介して制御回路２７に伝送される

図２は本実施形態の具体的な構成を示す側面断面図である。図１に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

便器装置１はボウル部１０を収容する本体外殻部３０と、便座３１と、便蓋３２と、給水路１１の主要部を収容する上部筐体３３とを備えている。便座３１及び便蓋３２は上部筐体３３の前方にヒンジ固定されている。なお本体外殻部３０、便座３１、便蓋３２、上部筐体３３は樹脂等で形成するとよい。

電気式給水弁１３は高電圧給水弁１３ａと低電圧給水弁１３ｂとを並列させた態様でありその上流側合流点は金属管等を介して止水栓に接続されている。高電圧給水弁１３ａと低電圧給水弁１３ｂとの下流側合流点よりも下流側に流量センサ１４が設けられ、その更に下流側に剤ポンプ１５と剤タンク１６が設けられている。給水路１１はボウルリム内に形成された水路１０ｃに連通されており、その水路１０ｃに１乃至複数の出水口（図示なし）が形成されている。

ボウル部１０は化学安定性に優れる樹脂、陶磁器あるいはホウロウ等からなり本体外殻部３０の上面に開口部１０ａが配され底面後部に排水口１０ｂが形成されている。排水口１０ｂの後方に水力発電機１９が設けられている。水力発電機１９の後方には排水トラップ部２０が設けられている。図示のようにボウル部１０の排水口１０ｂ、水力発電機１９及び排水トラップ部２０を縦に重ねず略水平に配置することで便器装置１の高さが抑えられる。つまり水力発電機１９を設けたために便器装置１が高くなってしまうことがない。

水力発電機１９は水車１９ａと周壁部１９ｂと発電機本体１９ｃとを備える。周壁部１９ｂは水路１９ｄが貫通形成されており、水路１９ｄを介してボウル部１０の排水口１０ｂと排水トラップ部２０とが連通される。水車は１９ａその下半分を水路１９ｄ内に突出させるように回動自在に保持されている。水車１９ａは排水を受けると紙面に対して反時計回りに回動する。水車１９ａの回動軸はギヤ等を介して発電機本体１９ｃの入力軸に連結されている。ボウル部１０からの排水には汚物等が混じっているので、そのような汚物等の引っ掛かりを防止するため、周壁部１９ｂの底面と水車１９ａとの間に隙間を設けている。なお水力発電機１９は回動軸が汚水の流動方向と一致するプロペラを備えたものとしてもよい（図示なし）。

排水トラップ部２０は電動式トラップである。トラップ管２０ａは汚水の飛散を防止するために気密室２０ｃに収容されている。気密室２０ｃは下端部が下水管（図示なし）に接続されている。トラップ管２０ａの開放端にはアーム２０ｄが連結されており、アーム２０ｄの駆動軸は紙面に対して垂直に気密室２０ｃから導出されギヤ等によってトラップモータ２０ｂの出力軸に連結されている。蓄電池２６は気密室２０ｃの上方に設けられている。

次いで本実施形態の通常時及び停電時における基本動作の例を図１、図２を参照しながら具体的に説明する。なおここで説明する通常時、停電時の基本動作は、制御回路２７が電圧センサ２８を参照して選択的に実行する通常時用、停電時用の制御プログラムにそれぞれ対応している。

通常時の動作は従来と同様である。詳細に説明すれば、通常時商用電源が供給されていれば、制御回路２７は電圧センサ２８の検知に基づいて通常時用の制御プログラムを実行する。この場合整流回路２２がその商用電源を整流して高圧電源を供給し、これによって電気式給水弁１３を構成する高電圧給水弁１３ａと、剤ポンプ１５と、局部洗浄機構１７及び制御弁１８と、便座ヒーター２１とを動作させる。また降圧回路２４が高圧電源を降圧して低圧電源を供給し、これによってトラップモータ２０ｂを動作させる。なお通常時には低電圧給水弁１３ｂは非選択であって動作されることはない。通常時の具体的な動作を挙げれば、便座ヒーター２１を作動させての便座保温、洗浄指令に基づいて局部洗浄機構１７及び制御弁１８を作動させての局部洗浄、排水指令に基づいて高電圧給水弁１３ａとトラップモータ２０ｂとを作動させてのボウル部１０の排給水等がある。排給水中に適切なタイミングで剤ポンプ１５を作動させてボウル部１０の洗浄も行う。

一方停電時には、制御回路２７は電圧センサ２８の検知に基づいて停電時用の制御プログラムを実行する。この場合、蓄電池２６が低圧電源を供給し、これによって低電圧給水弁１３ｂとトラップモータ２０ｂとを動作させる。なお停電時には高電圧給水弁１３ａは非選択であって動作されることはない。停電時になされる動作は、排水指令に基づいて低電圧給水弁１３ｂとトラップモータ２０ｂとを作動させてのボウル部１０の排給水のみに制限するとよい。ボウル部１０の溜め水の量は上水道の水圧等に関わらず一定とされるから、排水毎に水力発電機１９は一定量の電力を発電し、その電力が蓄電池２６に再充電される。一回の排給水に要する消費電力は一定であるから、停電時の動作をボウル部１０のその給排水のみに制限し、かつ水力発電機１９の発電能力を排給水で消費される電力に見合うものに設定しておけば、排給水後常に蓄電池２６を満充電まで回復できるようになる。その結果停電が長引いたとしても電池切れが防止できる。なお排水トラップ部２０がＺ管式トラップのものであれば、水力発電機１９の発電量は排給水の際に電気式給水弁１３が消費する電力に見合うように設定すればよい。

更に本実施形態の通常時及び停電時の基本動作をそれぞれ図３、図４に従って具体的に説明する。ここで排水トラップ部としては電動式トラップを想定している。

図３は通常時における基本動作の処理手順を示すフロー図である。このフロー図では上から順に排水指令、高電圧給水弁の開閉制御、トラップモータの回動制御、トラップ管２０ａの位置、水力発電機の作動を示している。剤ポンプの制御に係る説明は省略する。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの期間には前通水処理がなされている。具体的には時刻Ｔ１に排水指令が発せられ、高電圧給水弁が開制御されている。これによりボウル部への給水が開始される。時刻Ｔ２にトラップモータが上移動方向に回動制御されており、そのためトラップ管２０ａが上位置よりも更に上位置に移動している。これによりボウル部に水が追加されるので汚水を勢いよく流すことが可能になる。

時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間には排水処理がなされている。具体的には時刻Ｔ３にトラップモータが下移動方向に回動制御されており、そのためトラップ管が下位置に移動している。これにより汚水が排水され発電機が発電動作する。発電機の発電はトラップ管が下位置となった後も汚水が排水されている間は継続する。

時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間には溜め水処理がなされている。具体的には時刻Ｔ４にトラップモータが上移動方向に回動制御され、そのためトラップ管が上位置に移動している。このときはまだ高電圧給水弁の開制御が継続しているのでボウル部に溜め水が溜められる。時刻Ｔ５に高電圧給水弁が閉制御されており、これによりボウル部への給水が停止される。

図４は停電時における基本動作の処理手順を示すフロー図である。このフロー図では上から順に排水指令、低電圧給水弁の開閉制御、トラップモータの回動制御、トラップ管２０ａの位置、水力発電機の作動を示している。

時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間には排水処理がなされる。すなわち時刻Ｔ１０にトラップモータが下移動方向に回動制御されており、そのためトラップ管が下位置に移動している。これにより汚水が排水され発電機が発電動作する。発電機の発電はトラップ管が下位置となった後も汚水が排水されている間は継続する。

時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの期間には溜め水処理がなされる。すなわち時刻Ｔ１２に低電圧給水弁が開制御されている。これによりボウル部への給水が開始され、同時にトラップモータが上移動方向に回動制御され、トラップ管が上位置に移動している。これによりボウル部に溜め水が溜められる。時刻Ｔ１３に低電圧給水弁が閉制御されており、ボウル部への給水が停止される。

図３に示した処理手順と図４に示した処理手順とを対比すれば、処理全体が停電時には通常時よりも簡略化され短縮されている。特にボウル部への給水時間を停電時には通常時よりも短縮すれば電気式給水弁等の電力消費が抑えられるので、蓄電池や水力発電機を小型化できるようになる。

図５は前記実施形態の変形例の具体的な構成を示す側面断面図である。図１乃至図２に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。また本変形例の通常時、停電時の基本動作等は前記実施形態の場合と同様であるから説明を省略する。

この変形例では水力発電機１９が排水トラップ部２０よりも下流の排水路１２に設けられている。すなわち排水トラップ部２０は上下に首振りするトラップ管２０ａを有する電動式トラップとしており、トラップ管２０ａを収容する気密容器２０ｃの下端部、つまりトラップ管２０ａの直下に水力発電機１９の水車１９ａが設けられている。汚水は排水路１２を下向きに流れ、水力発電機１９はその際に放出される汚水の位置エネルギーを電力に変換するのであるから、水力発電機１９を排水トラップ部２０よりも下方に設ければより高い発電能力が得られると考えられる。これは排水トラップ部２０がＺ管式のものであったとしても同様である。

１ 便器装置
１３ 電気式給水弁
１０ ボウル部
２６ 蓄電池
１９ 水力発電機
２０ 排水トラップ部
１３ａ 高電圧給水弁
１３ｂ 低電圧給水弁

Claims (6)

1. 電気式給水弁の開閉によってボウル部への給水を制御するタンクレス便器装置において、
   前記ボウル部からの排水を受けて発電する水力発電機と、
   前記水力発電機が発電した電力を蓄え停電時には前記電気式給水弁に作動電源を供給する蓄電池とを備えたことを特徴とするタンクレス便器装置。
2. 請求項１に記載のタンクレス便器装置において、
   前記水力発電機は前記ボウル部と排水トラップ部との間の排水路に設けられていることを特徴とするタンクレス便器装置。
3. 請求項１に記載のタンクレス便器装置において、
   前記水力発電機は排水トラップ部よりも下流の排水路に設けられていることを特徴とすうタンクレス便器装置。
4. 請求項２又は３に記載のタンクレス便器装置において、
   前記排水トラップ部は電動により排水制御する電動式トラップを備えており、
   前記蓄電池は停電時には前記電動式トラップに作動電源を供給することを特徴とするタンクレス便器装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のタンクレス便器装置において、
   前記電気式給水弁は商用電源から生成された作動電源で動作する高電圧給水弁と、前記蓄電池から供給された作動電源で動作する低電圧給水弁とを並列させてなることを特徴とするタンクレス便器装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のタンクレス便器装置において、
   前記ボウル部への給水時間は停電時には通常時よりも短縮されることを特徴とするタンクレス便器装置。
   

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