JP2022122163A - サイホン排水システム - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で、迅速にサイホン力を発生させることができるサイホン排水システムを提供する。【解決手段】サイホン排水システム１０は、水廻り器具２０からの排水を流し、水平方向に延在する横引き管４６と、横引き管４６の排水方向下流側に設けられ、下方向に延在する竪管４８と、横引き管４６と竪管４８との間に設けられ水平方向から下方向へ湾曲形成された落とし込み管３２と、を備えている。落とし込み管３２は、流路の中心軸３２ＣＬを境にして、湾曲の径方向内側の流路断面積Ａが、湾曲の径方向外側の流路断面積Ｂよりも小さく設定されている。【選択図】図５

Description

本発明は、サイホン排水システムに関する。

近年、従来の勾配排水システムに代わるものとして、所謂サイホン排水システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。サイホン排水システムは、特許文献１に記載されるように、水廻り器具にサイホン排水管を接続し、サイホン排水管の垂下部をなす竪管部にて発生するサイホン力（負圧力）を利用して、水廻り器具からの排水効率を向上させるシステムである。

このサイホン排水システムにおいては、水廻り器具から排出された排水はサイホン排水管に流入し、サイホン排水管の水平部をなす横引き管部及びサイホン排水管の垂下部をなす竪管部を満たす。サイホン排水管の竪管部が排水で満たされると、竪管部内の排水は重力により落下し、竪管部の内部に竪管部における水頭差に対応する吸引力、即ちサイホン力が発生する。横引き管部内の排水は、前記サイホン力によって竪管部に向かって吸引され、サイホン排水管内が排水で満たされる所謂満流流れとなってサイホン排水管内を流下する。

このように、サイホン排水システムでは、横引き管部の下流側に配置された竪管部に排水が流れ込み、かつ竪管部が排水で満たされないとサイホン力が発生しないため、水廻り器具から排水がなされてからサイホン力が発生するまでタイムラグがあり、水廻り器具から迅速に排水を流すことが望まれる。

ここで、竪管側の径を横引き管側の径に比べて小さくすることで、竪管部内を満流にする時間を短縮するサイホン排水システムが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１７―３１６７０号公報

上記サイホン排水システムでは、横引き管の下流側に、径が徐々に縮径する継手、Ｌ字状のベント管（落とし込み管とも呼ばれる）を介して竪管が接続されており、部品点数を多く必要としている。

本発明は上記事実を考慮し、少ない部品点数で、迅速にサイホン力を発生させることができるサイホン排水システムの提供を目的とする。

請求項１に記載のサイホン排水システムは、水廻り器具からの排水を流し、水平方向に延在する横引き管と、前記横引き管部の排水方向下流側に設けられ、下方向に延在する竪管と、前記横引き管部と前記竪管との間に設けられ水平方向から下方向へ湾曲形成された落とし込み管と、を備え、前記落とし込み管は、流路の中心軸を境にして、湾曲の径方向内側の流路断面積が、湾曲の径方向外側の流路断面積よりも小さく設定された縮径部分を有している。

請求項１に記載のサイホン排水システムでは、横引き管部と竪管との間に設けられた湾曲する落とし込み管において、流路の中心軸を境にして、湾曲の径方向内側の流路断面積が、湾曲の径方向外側の流路断面積よりも小さく設定された縮径部分が設けられている。
このため、横引き管から落とし込み管に排水が流入した際に、湾曲の径方向内側の流路断面積と湾曲の径方向外側の流路断面積とが同一に設定された落とし込み管、言い換えれば、断面が真円の通常の流路を有する落とし込み管に比較して、落とし込み管の入り口側、即ち、排水方向上流側の端部側で水位が早く上昇して流路内が早く満流となる。これにより、落とし込み管に続く竪管も早く満流となり、サイホンの起動時間を短縮することが可能となる。

また、請求項１に記載のサイホン排水システムでは、従来技術のサイホン排水システムのように、横引き管の下流側に径が徐々に縮径する継手を必要としないので、従来技術のサイホン排水システムに比較して、システムの部品点数を削減することができる。
なお、「湾曲の径方向内側」は「湾曲の曲率中心に近い側」と言い換えることができ、「湾曲の径方向外側」は、「湾曲の曲率中心に遠い側」と言い換えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサイホン排水システムにおいて、前記縮径部分の流路断面積は、前記横引き管の流路断面積よりも小面積に設定されている。

請求項２に記載のサイホン排水システムでは、落とし込み管の流路断面積を、横引き管の流路断面積よりも小さく設定することで、落とし込み管を更に早く満流にすることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のサイホン排水システムにおいて、前記縮径部分は、流路に直角な断面で見たときに、前記流路の中心軸を境にして湾曲の径方向内側の管内壁が、前記湾曲の径方向内側へ向けて互いに近づく一対の傾斜面と、一方の前記傾斜面の端部と他方の前記傾斜面の端部とを繋ぐ連結面とを含んで構成され、前記流路の中心軸を境にして湾曲の径方向外側の管内壁が、前記中心軸を曲率中心とする円弧面を含んで構成されている。

請求項３に記載のサイホン排水システムの落とし込み管の縮径部分では、流路に直角な断面で見たときに、流路の中心軸を境にして湾曲の径方向内側の管内壁を、湾曲の径方向内側へ向けて互いに接近する一対の傾斜面と一方の傾斜面の端部と他方の傾斜面の端部とを繋ぐ連結面とを含んで構成し、流路の中心軸を境にして湾曲の径方向外側の管内壁を、中心軸を曲率中心とする円弧面を含んで構成するという簡単な構成で、湾曲の径方向内側の流路断面積を、湾曲の径方向外側の流路断面積よりも小さくすることができる。

なお、落とし込み管の湾曲の径方向内側の管内壁に、湾曲の径方向内側へ向けて互いに接近する一対の傾斜面を設けた場合、一方の傾斜面の端部と他方の傾斜面の端部とが互いに接続されると、接続部分がＶ字状の尖った谷底のような形状となり、谷底に排水中の異物が堆積し易くなる。

請求項３に記載の落とし込み管の縮径部分では、一対の傾斜面の一方の傾斜面の端部と他方の傾斜面の端部とが連結面で繋がれており、一方の傾斜面の端部と他方の傾斜面の端部とが離されている、言い換えれば、一対の傾斜面で形成される谷底が尖らずに広くなるので、排水中の異物が谷底に堆積し難くなり、また、仮に谷底に異物が滞留したとしても次の排水の勢いによって流されて除去され易くなる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のサイホン排水システムにおいて、前記縮径部分を流路に直角な断面で見たときに、前記一対の傾斜面は各々直線状とされ、前記傾斜面は、前記一対の傾斜面の中間部を通ると共に、流路の中心軸を通る仮想鉛直中心線と直交する仮想水平線に対して、３０°を超え、４５°以下の傾斜角度で傾斜している。

落とし込み管の縮径部分を流路に直角な断面で見たときの傾斜面の形状を直線状とし、一対の傾斜面の中間部を通ると共に、流路の中心軸を通る仮想鉛直中心線と直交する仮想水平線に対して３０°を超え、４５°以下の傾斜角度で傾斜面を傾斜させることで、サイホンの起動時間を短縮することが可能となる。なお、傾斜面の傾斜角度が３０°以下になると、連結面を形成することが出来なくなる場合がある。
なお、「流路の中心軸を通る仮想鉛直中心線と直交する仮想水平線に対して３０°を超え、４５°以下」は、「仮想鉛直中心線に対して４５°以上、６０°未満」に言い換えることができる。

以上説明したように本発明のサイホン排水システムによれば、少ない部品点数で、迅速にサイホン力を発生させることができる、という優れた効果を有する。

本発明の一実施形態に係るサイホン排水システムの全体構成を示す概略図である。 落とし込み管の内部を示す流路の中心軸に沿った断面図である。 図２に示す落とし込み管を横引き管側接続部側から見た正面図である。 図２に示す落とし込み管を竪管側接続部側から見た下面図である。 図２に示す落とし込み管の中心軸に直角な断面図（図２の５－５線断面図）である。 （Ａ）、（Ｂ）は傾斜面の端部を示す断面図（図３の６－６線断面図）である。 シミュレーション結果を示す表である。 （Ａ）～（Ｃ）は、変形例に係る落とし込み管を示す断面図である。

図１～図６にしたがって、本発明の一実施形態に係るサイホン排水システム１０を説明する。
各図において矢印Ｘ、Ｙで示す方向は水平面に沿う方向であり、互いに直交している。また、矢印Ｚで示す方向は鉛直方向（上下方向）に沿う方向である。各図において矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示される各方向は、互いに一致するものとする。

＜サイホン排水システム＞
図１には、本実施形態に係るサイホン排水システム１０の全体構成が概略図で示されている。本実施形態に係るサイホン排水システム１０は、サイホン力を利用して水回り器具２０からの排水を効率よく排出する排水システムである。

サイホン排水システム１０は、複数階で構成された集合住宅に用いられ、排水を下方へ流す立て管１２を備えている。この立て管１２は、集合住宅の上下方向（鉛直方向）に延設され、集合住宅の各階のスラブ１４を貫いている。

なお、立て管１２は、建物内部において、スラブ１４を貫通して複数階に亘って形成されたパイプスペースの中に配置されている。又は、立て管１２は、建物の内外を仕切る外壁１６の外側、例えば、メーターボックス等の中に配置してもよい。本実施形態のサイホン排水システム１０は、集合住宅に好適に用いられるが、集合住宅以外の戸建て住宅、事務所ビル、商業ビル、工場等の各種の建物に用いることができる。

集合住宅の各階の各戸には、水回り器具２０が設けられている。この水回り器具２０は、一例としてキッチンのシンクであり、排水方向下流側にディスポーザー２２、及び排水トラップ２４が接続されている。排水トラップ２４の排水方向下流側には、Ｌ字状に曲げられたＬ字配管部材２６が配置されている。Ｌ字配管部材２６は、排水トラップ２４に接続されて鉛直方向に延びる鉛直部２６Ａ、スラブ１４の上に水平方向に配置されて水平方向に延びる水平部２６Ｂ、及び鉛直部２６Ａと水平部２６Ｂとを繋ぐ湾曲部２６Ｃを含んで構成されている。なお、水回り器具２０は、浴槽、洗面器、洗濯機等の他の排水系統としてもよい。

Ｌ字配管部材２６の排水方向下流側には、スラブ１４の上に配置されて水平方向、言いかえれば鉛直方向に対して直角方向に延びる横引き管部材２８が配置されている。Ｌ字配管部材２６と横引き管部材２８とは、継手３０を介して接続されている。

横引き管部材２８の排水方向下流側の端部には、湾曲した落とし込み管３２が継手３４を介して接続されている。落とし込み管３２の下流側には、下方向に延びる竪管部材３６が継手３８を介して接続されている。なお、落とし込み管３２の下流側は、スラブ１４に形成された貫通孔１４Ａに挿入されている。

竪管部材３６の排水方向下流側の端部は、立て管１２の中間部に取付けられた合流継手４０に継手４２を介して接続されている。

本実施形態において、スラブ１４の上に水平に配置されている配管部分、具体的にはＬ字配管部材２６の水平部２６Ｂ、横引き管部材２８がサイホン排水管４４の横引き管４６とされている。なお、排水性能を確保する観点から、横引き管４６には、継手３０から継手３４に向かって下向きに傾斜する水勾配を設けてもよい。本実施形態における「水平」とは、水勾配程度の傾斜を含むものとする。
また、本実施形態において、下方向に延びる竪管部材３６が、サイホン排水管４４の竪管４８とされている。

＜落とし込み管＞
図２に示すように、本発明の落とし込み管の一例である落とし込み管３２は、側面視で、略円弧形状に湾曲している。落とし込み管３２は、一例として、硬質塩ビ等の合成樹脂で形成されている。

図２～４に示すように、落とし込み管３２は、横引き管部材２８側に継手３４を接続するための直線状の横引き管側接続部３２Ａと、竪管部材３６側に継手３８を接続するための直線状の竪管側接続部３２Ｂとを備え、横引き管側接続部３２Ａと竪管側接続部３２Ｂとの間に円弧部３２Ｃを備えている。

なお、横引き管側接続部３２Ａと継手３４とは、一例として、ねじ込みより着脱可能に接続されている。また、竪管側接続部３２Ｂと継手３８とは、一例として、ねじ込みにより着脱可能に接続されている。

図２に示すように、本実施形態の落とし込み管３２は、基本的には湾曲形成された円管であるが、図５（Ａ）に示すように、その内壁面には、側面から見たときの湾曲の曲率半径内側（矢印Ｒ_ＩＮ側）に、一対の傾斜面５０が周方向に間隔を開けて形成されている。一対の傾斜面５０は、図２に示すように、横引き管部材２８側の端部から竪管部材３６側に向けて形成されている。なお、本実施形態の落とし込み管３２において、傾斜面５０の形成されている部分が本発明の縮径部分に相当する。

なお、本実施形態の落とし込み管３２では、一対の傾斜面５０が、横引き管側接続部３２Ａの内壁面と円弧部３２Ｃの内壁面に形成され、竪管側接続部３２Ｂには形成されていないが、一対の傾斜面５０は、竪管側接続部３２Ｂにも形成されていてもよい。

落とし込み管３２において、一対の傾斜面５０は、円管の内壁面よりも径方向内側へ突出して形成されており、一方の傾斜面５０の端部と他方の傾斜面５０の端部との間には、連結面５２が設けられている。なお、図５（Ｂ）で示す落とし込み管３２のように、連結面５２が無く、互いに近接する一方の傾斜面５０の端部と他方の傾斜面５０の端部とが接続されていてもよい。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態の落とし込み管３２において、傾斜面５０の形成されていない部分の内壁面（上記連結面５２、及び竪管側接続部３２Ｂの内壁面）は、落とし込み管３２の中心軸３２ＣＬに直角な断面で見たときに、中心軸３２ＣＬを曲率中心とする円弧面であり、該円弧面の曲率半径は、落とし込み管３２における傾斜面５０の形成されていない部分の内径Ｄの１／２となっている。

また、本実施形態の落とし込み管３２において、傾斜面５０の形成されていない部分の内径Ｄは、排水方向上流側に接続されている横引き管部材２８の内径と同一寸法とされている。

落とし込み管３２は、流路の中心軸３２ＣＬを境にして湾曲した部分の径方向内側の内壁面に一対の傾斜面５０が突出しているため、流路の中心軸３２ＣＬを境にして、湾曲した部分の径方向内側（矢印Ｒ_ＩＮ）の流路断面積（左上がりの斜線部分）Ａが、湾曲した部分の径方向外側（矢印Ｒ_ＯＵＴ）の流路断面積（右上がりの斜線部分）Ｂよりも小さくなっている。したがって、排水の流れる流路の断面積は、横引き管部材２８から落とし込み管３２へ流入する際に減少する。

なお、落とし込み管３２において、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）は、一例として、横引き管部材２８の流路断面積の７０～８０％の範囲内に設定することが好ましい。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態の傾斜面５０は、流路に直角な断面で見て直線状に形成されている。一対の傾斜面５０の中央部を通ると共に、中心軸３２ＣＬを通る仮想鉛直中心線ＦＶＣＬと直交する仮想水平線ＦＨＬに対して、傾斜角度θで傾斜している。この傾斜角度θは、一例として、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）を、横引き管部材２８の流路断面積の７５％に設定したときに、３０°を超え、４５°以下に設定することが好ましい。

なお、傾斜面５０は、排水が流入する横引き管部材２８側の端部に、図６（Ａ）に示すアール面取り５０Ａや、図６（Ｂ）に示すテーパー面５０Ｂを形成し、排水が落とし込み管３２へスムーズに流れ込むようにすることが好ましい。

（作用、及び効果）
本発明の実施形態に係るサイホン排水システム１０では、水回り器具２０から排水が排出されると、該排水は、ディスポーザー２２、排水トラップ２４、Ｌ字配管部材２６、及び横引き管部材２８を介して落とし込み管３２へ流れ込む。

ここで、落とし込み管３２は、傾斜面５０の形成されている部分において、流路の中心軸３２ＣＬを境にして、湾曲の径方向内側の流路断面積Ａが、湾曲の径方向外側の流路断面積Ｂよりも小さく設定されており、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）が、横引き管部材２８の流路断面積よりも小さく設定されている。

そのため、本実施形態の落とし込み管３２は、排水が流入した際に、流路の断面形状が真円とされた通常の流路（内径Ｄ）を有する落とし込み管に比較して、入り口側、言い換えれば、排水方向上流側の端部側（横引き管側接続部３２Ａ側）で水位が早く上昇して、落とし込み管３２の流路内が早く満流となる。したがって、落とし込み管３２に続く竪管４８も早く満流となり、サイホンの起動時間を短縮することが可能となる。

本実施形態に係るサイホン排水システム１０では、落とし込み管３２の内壁面の形状を上記のように変更するという簡単な構成で、迅速にサイホンを起動することができ、また、従来技術のサイホン排水システムのように、横引き管の下流側に径が徐々に縮径する継手を必要としないので、従来技術のサイホン排水システム対比で部品点数を削減することができる。

なお、落とし込み管３２において、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）と横引き管部材２８の流路断面積との差が小さすぎると、サイホンの起動時間を短縮することができなくなるため、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）を横引き管部材２８の流路断面積の８０％以下とすることが好ましい。

また、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）と横引き管部材２８の流路断面積との差が大きすぎると、横引き管部材２８に対して落とし込み管３２の流路面積が相対的に小さくなり過ぎて、サイホン力が発生しても、排水能力（単位時間当たりの排水量）が低下してしまう。このため、サイホンの起動時間を短縮することができなくなるため、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）を横引き管部材２８の流路断面積の７０％以上とすることが好ましい。

図３～図５（Ａ）に示すように、本実施形態の落とし込み管３２では、一方の傾斜面５０と他方の傾斜面５０との間に連結面５２が設けられて谷底が広くなっているので、排水中の異物が谷底に堆積し難い。また、仮に谷底に異物が滞留したとしても、該異物は次の排水の勢いによって流されて除去され易くなる。

なお、一方の傾斜面５０と他方の傾斜面５０との間の谷底に排水中の異物が堆積しなければ、図５（Ｂ）に示すように、一方の傾斜面５０と他方の傾斜面５０との間に連結面５２は設けられていなくてもよい。

傾斜面５０の傾斜角度θは、一例として、傾斜面５０の形成されている部分の流路断面積（流路断面積Ａ＋Ｂ）を、横引き管部材２８の流路断面積の７５％に設定したときに、３０°を超え、４５°以下に設定することが好ましいとした。傾斜面５０の傾斜角度θを３０°を超える角度にする理由は、傾斜角度θが３０°以下になると、一方の傾斜面５０と他方の傾斜面５０とが接続されてしまい、谷底が尖って狭くなるからである。一方、傾斜角度θを４５°以下に設定する理由は、傾斜角度θが４５°を超えると、サイホンの起動時間を早くすることが出来なくなるためである。

（試験例）
図７の表１には、落とし込み管の傾斜面の形成されている部分の流路断面積を横引き管部材の流路断面積に対して７５％に設定し、傾斜面の傾斜角度θを変更した場合の落とし込み管の流路断面形状が示されている。
表１に示すように、傾斜面の傾斜角度θを３１°以上とすれば、一方の傾斜面と他方の傾斜面との間に連結面５２を設けることができることが分かる。なお、傾斜角度θを３０°にした場合、一方の傾斜面と他方の傾斜面とが互いに接続されてしまい、連結面５２を設けることができなくなった。

また、落とし込み管の傾斜面の傾斜角度θを種々変更し、傾斜角度θと落とし込み管の竪管側の各部において、排水を流し始めてから満流になるまでの時間をシミュレーションにより求めた。満流を計測した部位は、落とし込み管の入り口の中心軸から下方へ６３ｍｍの計測部位、１００ｍｍの計測部位、及び１５０ｍｍの計測部位の計三箇所である。
シミュレーションを行った結果、傾斜角度θが３１°～４５°の範囲内では、それ以外の場合に比較して、竪管内が満流になるまでの時間が短いことが判明した。これにより、傾斜面の傾斜角度θを３１°～４５°の範囲内とすることで、異物の堆積を抑制しつつ、サイホンの起動を早くできることが分かる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

上記実施形態の落とし込み管３２では、断面で見て傾斜面５０が直線形状であったが、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように断面で見て傾斜面５０は曲線形状であってもよい。
また、上記実施形態の落とし込み管３２では、断面で見て、中心軸３２ＣＬを挟んで両側に傾斜面５０が形成されていたが、図８（Ｃ）に示すように、傾斜面５０は中心軸３２ＣＬの片側のみに設けられていてもよい。

上記実施形態の落とし込み管３２では、上流側の端部から円弧部３２Ｃの下流側の端部（または竪管側接続部３２Ｂの下流側の端部）にかけて傾斜面５０を設けたが、落とし込み管３２の一部（一例として、円弧部３２Ｃの長手方向中間部から下流側）に設けられていればサイホンの起動を早くすることが可能である。即ち、サイホンの起動時間を短くできれば、傾斜面５０を形成する部位は落とし込み管３２のどこでもよい。

１０…サイホン排水システム、２０…水回り器具、３２…落とし込み管、４６…横引き管、４８…竪管、Ａ…湾曲の径方向内側の流路断面積、Ｂ…湾曲の径方向外側の流路断面積、５０…傾斜面（縮径部分）、５２…連結面

Claims (4)

1. 水廻り器具からの排水を流し、水平方向に延在する横引き管と、
   前記横引き管部の排水方向下流側に設けられ、下方向に延在する竪管と、
   前記横引き管部と前記竪管との間に設けられ水平方向から下方向へ湾曲形成された落とし込み管と、
   を備え、
   前記落とし込み管は、流路の中心軸を境にして、湾曲の径方向内側の流路断面積が、湾曲の径方向外側の流路断面積よりも小さく設定された縮径部分を有している、
   サイホン排水システム。
2. 前記縮径部分の流路断面積は、前記横引き管の流路断面積よりも小面積に設定されている、
   請求項１に記載のサイホン排水システム。
3. 前記縮径部分は、流路に直角な断面で見たときに、前記流路の中心軸を境にして湾曲の径方向内側の管内壁が、前記湾曲の径方向内側へ向けて互いに近づく一対の傾斜面と、一方の前記傾斜面の端部と他方の前記傾斜面の端部とを繋ぐ連結面とを含んで構成され、前記流路の中心軸を境にして湾曲の径方向外側の管内壁が、前記中心軸を曲率中心とする円弧面を含んで構成されている、
   請求項１または請求項２に記載のサイホン排水システム。
4. 前記縮径部分を流路に直角な断面で見たときに、前記一対の傾斜面は各々直線状とされ、
   前記傾斜面は、前記一対の傾斜面の中央部を通ると共に、流路の中心軸を通る仮想鉛直中心線と直交する仮想水平線に対して、３０°を超え、４５°以下の傾斜角度で傾斜している、
   請求項３に記載のサイホン排水システム。

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