JP5139118B2 - サイフォン排水システム - Google Patents

Description

本発明はサイフォン排水システムに関するものである。

近年、従来の勾配排水システムに代わって、サイフォン排水システムが提案されている。サイフォン排水システムは、特許文献１、２に記載されるように、水回り器具とサイフォン排水管を含んで構成されており、サイフォン排水管は、床スラブに沿って無勾配で配管された横引き管、及び、垂下部をなす竪管で構成されている。そして、サイフォン排水システムでは、竪管にて発生するサイフォン力（負圧力）を利用して、水回り器具からの排水効率の向上が図られている。

一般的に、サイフォン排水システムは、図８（Ａ）（Ｂ）に示す構成を有している。図８（Ａ）では、水廻り機器３がトラップ４を介してサイフォン排水管７に接続されている。サイフォン排水管７は、スラブＳ上に無勾配で配置される（長さＬｈ）横引き管７Ａと、鉛直方向に配設される竪管７Ｂとを有している。竪管７Ｂは、集合住宅の上下方向（縦方向）に延設される排水立て管２に、水頭差Ｈｓをもって接続されている。

図８（Ｂ）は、サイフォン排水管７の上流側に貯留槽６を備えた例である。貯留槽６の上流側には排水導管５が連結されており、貯留槽６の上方には通気管８が連結されている。通気管８の他端部は、排水立て管２に接続されている。

このようなサイフォン排水システムの配管設計を行うにあたって、処理可能流量とサイフォン開始時間という、二つの重要な管理項目がある。

処理可能流量とは、サイフォン排水管にフルにサイフォン力がかかった場合に、単位時間あたりにどれだけの流量が処理できるかという数字であり、この数字が水廻り器具から排出される流量より小さいと処理が追いつかず、水廻り器具側に水が溢れてくることになる。

サイフォン開始時間とは、水廻り器具からの排水開始からサイフォン力が発生するまでのタイムラグのことである。そのタイムラグの間に水廻り器具から排出された水は、トラップ内、配管内、貯留槽内に貯留されている状態になる。したがって、サイフォン開始時間が遅いと、サイフォン開始前に水廻り器具側に水が溢れてくることになる。

したがって、サイフォン排水システムの設計を行うにあたっては、これらの管理項目をクリアできるように設計する必要がある。

ところで、最近の研究により、サイフォン排水システムにあって、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓ（サイフォン起動水頭Ｈｐともいう）の存在も重要であることが分かってきた。これは、サイフォン排水管中への水の押し込みの圧力としてある程度の圧力が必要で、この圧力が得られる水位にならないと、どれだけ時間が経過してもサイフォン力が発生しないという現象に基づくものである。サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは、図８（Ａ）（Ｂ）にＸで示された高さ内のいずれかの位置となる。サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓが確保されなければサイフォン力が発生しないため、高さＸはサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓよりも高くなるように設定される必要がある。
特に、貯留槽６を用いた図８（Ｂ）に示すサイフォン排水システムにあっては、貯留槽の高さＸはサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓよりも高くなければならないため、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは重要な要素をなすものである。しかるに、貯留槽はできるだけ容量が小さい方が収まりがよく、背丈の低い貯留槽にあっては、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓが確保できないような設計となってしまうケースが起こりうる。

更に、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは、さまざまな条件（例えば、サイフォン排水管径、サイフォン排水管の横引き長さ）により異なってくることも分かっており、これらが大きくなると貯留槽の縦方向のサイズも大きくしなくてはならず、床下の空間が限られている中では施工可能領域が制限されることとなる。
特開２０００−２９７４４７号公報 特開２００３−２０１７２７号公報

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、サイフォン排水の設計を行うにあたって、処理可能流量とサイフォン開始時間の二つの数値をふまえた上で、更にサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることの可能なサイフォン排水システムを提供することを目的とする。

請求項１に係るサイフォン排水システムは、床スラブに沿って無勾配で配管される横引き管と、排水の行われる水廻り機器と前記横引き管との間に設けられ、前記水廻り機器からの排水を一時貯留する貯留槽と、前記横引き管よりも下流側に配置され、排水を流下させることによりサイフォン力を発生させる竪管と、前記横引き管と前記竪管との間に配置され、前記横引き管と前記竪管とを連結するように屈曲されている屈曲管と、を備え、前記竪管は、内断面積が前記屈曲管の内断面積よりも縮小された縮小部を有し、この縮小部よりも下流側の内断面積が前記屈曲管及び前記横引き管の内断面積よりも小さいこと、を特徴とするものである。

本発明によれば、竪管の縮小部よりも下流側の内断面積が、上流側に配置された屈曲管及び横引き管の内断面積よりも小径とされているので、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができる。

なお、本発明の横引き管、屈曲管、及び、竪管は、別体とされていて継手を介して又は継手なしで連結されていてもよい。また、横引き管、屈曲管、及び、竪管が継目なしで一体的に構成されていてもよい。

貯留槽が備えられたサイフォン排水システムにおいては、貯留槽の高さはサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓよりも高くなければならないため、本発明の構成によりサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができれば、貯留槽の高さを低くすることができる。

なお、横引き管の内径は、１０ｍｍ〜３５ｍｍであることが好ましく、横引き管の内側断面積と竪管の縮径部よりも下流側の内側断面積の比は、０．９５〜０．４であることが好ましい。

本発明のサイフォン排水システムによれば、竪管の縮径部よりも下流側の内径を上流側に配置された屈曲管及び横引き管の内径よりも小径とすることにより、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができる。

以下、本発明に係るサイフォン排水システムについて、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るサイフォン排水システムの全体構成を説明する。図１には、本実施形態に係るサイフォン排水システムの全体構成が概略図にて示されている。

本実施形態に係るサイフォン排水システム１０は、サイフォン力を利用して水回り器具からの排水を効率よく排出する排水システムである。

本実施形態では、複数の水回り器具からの排水を一時的に貯留する貯留槽を用いたサイフォン排水システムを例に説明する。サイフォン排水システム１０は、複数階で構成された集合住宅に用いられ、図１に示すように、排水を下方へ流す排水立て管１２を備えている。この排水立て管１２は、集合住宅の上下方向（縦方向）に延設され、集合住宅の各階の床スラブ１４を貫いている。
なお、本発明に係るサイフォン排水システムは、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や工場等にも用いることができる。

集合住宅の各階の各戸には、複数の水回り器具１６が設けられており、この水回り器具１６には、水回り器具１６から排出される排水を流す排水導入管１８の一端が排水トラップ１７を介してそれぞれ接続されている。排水導入管１８の他端は、貯留槽２０の流入口と接続されている。貯留槽２０は、複数の水回り器具１６からの排水を貯留可能とされており、排水導入管１８は、従来勾配排水同様に貯留槽２０側が低くなるように勾配をもって配設されるのが好ましい。

貯留槽２０には、サイフォン排水管２２が接続されている。サイフォン排水管２２は、横引き管２４、屈曲管２５、及び、竪管２６を含んで構成されている。なお、本実施形態では、サイフォン排水管２２は、横引き管２４、屈曲管２５、及び、竪管２６の内断面を円形とした例で説明するが、これらの管の内断面は、円形以外の、４、５、６、８角形などの多角形としてもよいし、楕円、扁平形状でもよい。

横引き管２４は、貯留槽２０と連通され、床スラブ１４上で水平方向に無勾配で配設されている。竪管２６は、排水立て管１２に沿って、上下方向（鉛直方向）に配設されている。この竪管２６は、合流部継手４０を介して排水立て管１２と連結されている。合流部継手４０は、竪管２６からの排水を排水立て管１２へ合流させる。屈曲管２５は、横引き管２４と竪管２６との間に配置され、一端が横引き管２４と接続され他端が竪管２６と接続されている。屈曲管２５は、横引き管２４と竪管２６とを接続するように屈曲されている。

横引き管２４、屈曲管２５、及び竪管２６は、１本の排水管で構成され、合流部継手４０までは他の排水管と途中で合流することなく、排水立て管１２へ排水を導くようになっている。

なお、横引き管２４、屈曲管２５、及び、竪管２６は、継目なしで一体的に構成されていてもよいし、各々別体とされていて継手を介して又は継手なしで連結されていてもよい。

図２に示すように、横引き管２４の内径２４Ｂ、及び、屈曲管２５の内径２５Ｂは、太過ぎるとサイフォン起動時間が遅くなる（サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓが大きくなる）という欠点があり、１０ｍｍ〜３５ｍｍが好ましい。

竪管２６には、下流側に向かって小径となるテーパー状の縮径部２７が構成されている。縮径部２７よりも上流の内径２６Ｂは、屈曲管２５の内径２５Ｂと同径とされ、縮径部２７よりも下流側の内径２７Ｂは屈曲管の内径２５Ｂよりも小径とされている。縮径部２７は、図２に示すように、屈曲管２５に近い位置に構成してもよいし、図３に示すように、合流部継手４０に近い位置に構成してもよいし、中間部に構成してもよい。さらには、竪管２６の上流側端部に構成しても、下流側端部に構成してもよい。

横引き管２４内の排水には、サイフォン水頭Ｈｓのエネルギーにより、排水方向へ向かうサイフォン力が作用される。

貯留槽２０には、さらに、通気管３０が接続されている。通気管３０は、サイフォン排水管２２に沿って配設され、合流部継手４０を介して排水立て管１２と連結されている。

上記サイフォン排水システム１０によれば、水回り器具１６から排出された排水は、貯留槽２０へ流入し、貯留槽２０から横引き管２４、竪管２６、合流部継手４０を経て排水立て管１２へ合流する。サイフォン排水管２２内を満流で排水が流れると、サイフォン水頭Ｈｓのポテンシャルエネルギ−により、サイフォン力が発生する。このサイフォン力により、横引き管２４及び竪管２６内の排水が誘導され、その排水が促進される。

このような構成のサイフォン排水システムにあっては、サイフォン排水管２２の下流側先端にサイフォン水頭Ｈｓを備えただけではサイフォン力の発生はなく、サイフォン排水管２２内の排水に対してある程度の押し込み水圧がかからないとサイフォン力の起動は行われないことは前記した通りである。このような押し込み水圧をかけるためのサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは、図１に示すように、貯留槽２０の高さよりも低く設定される必要がある。

発明者は、貯留槽２０を用いたサイフォン排水システム１０のサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓについて検討を加えている際、サイフォン排水管２２の管径がサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓに大きく関係していることを知見し、本発明に至ったものである。サイフォン排水システム１０において、竪管２６の所定位置よりも下流側の内径２７Ｂを、横引き管２４の内径２４Ｂ、屈曲管２５の内径２５Ｂよりも小径とすることによって、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができたものである。

本実施形態によれば、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができ、それにより、貯留槽２０の縦方向の寸法も低くすることができる。また、サイフォン排水システムの施工可能領域の拡大を実現することができる。

なお、横引き管２４及び屈曲管２５の内側断面積Ｄ１と竪管２６の縮径部２７よりも下流側の内側断面積Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）の値は０．９５〜０．４であるのがサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを低くするのに好適であることが分かった。

なお、本実施形態では、縮径部２７をテーパー状としたが、必ずしもテーパー状である必要はなく、図４（Ａ）に示すように、片側のみ傾斜した形状２７−１として縮径してもよい。

また、図４（Ｂ）に示すように、異径継手２７Ｊを用いて上流側と下流側に内径の異なる管を接続し、異径継手２７Ｊ部分を縮径部としてもよい。

また、図４（Ｃ）に示すように、大径部分２７Ｅ、２７Ｆの間に管部分２７Ｔを備えた継手とし、管部分２７Ｔを縮径部としてもよい。
また、図４（Ｄ）に示すように、テーパー状の管２７Ｌに継手２７Ｋ、２７Ｍを接続し、その上流側と下流側に内径の異なる管を接続し、管２７Ｌ部分を縮径部としてもよい。

このように、継手を用いて縮径を行った場合、継手部分の外径が大きくなる。複数のサイフォン排水管が配設される集合住宅では、この継手部分（縮径部分）Ｊが重なり合うことを避けるために、図５に示すように、水平方向に継手部分Ｊを少しずつずらして横引き管２４の配管を行うこととなり、縮径部分Ｊが共用スペースＳ１のみならず、専用スペースＳ２に配置されることが生じうる。すると、メンテナンス等を専用スペースＳ２内で行わなければならなくなり、メンテナンスの効率が悪くなる。本実施形態のように、竪管２６部分で縮径を行えば、図６に示すように、鉛直方向に継手部分Ｊを少しずつずらして配管を行うことができ、専用スペースＳ２に縮径部分Ｊが配置されることがなく、メンテナンスの効率化を図ることができる。

また、本実施形態では、貯留槽２０を備えたサイフォン排水システムについて説明したが、本発明は、図７に示すように、貯留槽２０を備えないサイフォン排水システムに適用することもできる。

（実験例１〜３）

図１に示す構成のサイフォン排水システム１０について、サイフォン水頭Ｈｓを２．５ｍとし、横引き管２４の長さＬｈを３ｍ、４ｍ、５ｍの３通りで、また、横引き管２４の内径２４Ｂを、２０ｍｍ、２５ｍｍの２通りに変えて、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを測定する。

実験例１はサイフォン排水管２２の内径をすべての区間で２０ｍｍとした比較例であり、実験例２はサイフォン排水管２２の内径をすべての区間で２５ｍｍとした比較例である。実験例３は、縮径部２７よりも上流側の内径２６Ｂを２５ｍｍとし、下流側の内径２７Ｂを２０ｍｍとした実施例である。かかる実験例３の内断面積の比Ｄ２／Ｄ１の比は０．６４であった。

各実験例におけるサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓ測定値（単位：ｍｍ）を表１に示す。

ここで、Ｌｈ＝５ｍの場合を例にとって説明すると、サイフォン排水管２２の内径を全区間で２０ｍｍとした実験例１の場合には、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは５７ｍｍであり、サイフォン排水管２２の内径を全区間で２５ｍｍとした実験例２の場合には、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは７１ｍｍであり、竪管２６の縮径部２７よりも上流側のサイフォン排水管２２の内径を２５ｍｍとして縮径部２７よりも下流側の内径を２０ｍｍとした実験例３の場合には、サイフォン起動基準水頭Ｈｉｓは４７ｍｍであった。このことから、実験例３（実施例）において、最もサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができることが判明した。

また、Ｌｈが３ｍ、４ｍの場合も、実験例３において最もサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓを小さくすることができることが判明した。

（実験例４〜７）

次に、上記とは異なるサイフォン排水システムにおいて、内断面積の比Ｄ２／Ｄ１の比を変えて実施例４〜８を行った。実験例４はサイフォン排水管２２の内径をすべての区間で２０ｍｍとした比較例でありＤ２／Ｄ１＝１、実験例５はサイフォン排水管２２の内径をすべての区間で２５ｍｍとした比較例でありＤ２／Ｄ１＝１である。そして、実験例６は、縮径部２７よりも上流側の内径２６Ｂを２５ｍｍとし、下流側の内径２７Ｂを２０ｍｍとした実施例であり、Ｄ２／Ｄ１＝０．６４である。実験例７は、縮径部２７よりも上流側の内径２６Ｂを２５ｍｍとし、下流側の内径２７Ｂを１６ｍｍとした実施例であり、Ｄ２／Ｄ１＝０．４１である。

実験例４〜７におけるＨｉｓの測定値（単位：ｍｍ）を表２に示す。

以上の実験例からも内断面積の比Ｄ２／Ｄ１の小さい方がサイフォン起動基準水頭Ｈｉｓが小さくなることが分かる。

本実施形態のサイフォン排水システムの全体図である。 本実施形態の縮径部付近を示す図である。 本実施形態の図２と異なる例の縮径部付近を示す図である。 本実施形態の縮径部の他の例（Ａ）〜（Ｃ）を示す図である。 縮径部が屈曲管の上流側に設けられた場合の構成を示す図である。 縮径部が屈曲管の下流側に設けられた場合の構成を示す図である。 本実施形態のサイフォン排水システムの他の例の全体図である。 一般的なサイフォン排水システムの全体図（Ａ）（Ｂ）である。

符号の説明

１０ サイフォン排水システム
１２ 排水立て管
１４ 床スラブ
１６ 水廻り器具
２０ 貯留槽
２２ サイフォン排水管
２４ 横引き管
２５ 屈曲管
２６ 竪管
２７ 縮径部
４０ 合流部継手

Claims (3)

1. 床スラブに沿って無勾配で配管される横引き管と、
   排水の行われる水廻り機器と前記横引き管との間に設けられ、前記水廻り機器からの排水を一時貯留する貯留槽と、
   前記横引き管よりも下流側に配置され、排水を流下させることによりサイフォン力を発生させる竪管と、
   前記横引き管と前記竪管との間に配置され、前記横引き管と前記竪管とを連結するように屈曲されている屈曲管と、
   を備え、
   前記竪管は、内断面積が前記屈曲管の内断面積よりも縮小された縮小部を有し、この縮小部よりも下流側の内断面積が前記屈曲管及び前記横引き管の内断面積よりも小さいこと、を特徴とするサイフォン排水システム。
2. 前記横引き管の内径が１０ｍｍ〜３５ｍｍであること、を特徴とする請求項１に記載のサイフォン排水システム。
3. 前記横引き管の内断面積と前記竪管の前記縮小部よりも下流側の内断面積の比が０．９５〜０．４であること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のサイフォン排水システム。

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