JP6812927B2 - 水洗大便器 - Google Patents

Description

本発明は、排水配管内部で停滞した汚物が発生することを防止することに好適な、洗浄シーケンスを実施することができる水洗大便器に関する発明である。

水洗大便器では、洗浄水タンク内に洗浄水を貯留するタンク式、またはフラッシュバルブ式の給水方法によって、洗浄水をボウルに放出してボウルの洗浄を行うことがなされている。そして、この洗浄水の放出により、ボウル内の汚物等（以下、明細書中では大小便などの排泄物だけでなく、トイレットペーパー等のボウル内に廃棄されるものを総称して「汚物」または「汚物等」と呼ぶこともある）をその圧力により排水部へ押し流し、或いは、サイホン作用を併用して汚物等を排水部へ引き込み、汚物等を便器外へ搬送する。

さらに、便器外に排出された汚物等は洗浄水と共に排水配管へと流入することとなる。通常、この排水配管は建物内に比較的長距離で設けられるものであり、便器外に排出された汚物等も排水配管内を長距離搬送されることとなる。

このため、従来では、汚物等の物量によっては、排水配管の勾配と洗浄水量の勢いだけでは搬送性能が不足し、汚物等が排水配管内で停滞するおそれがあった。これに対して、特許文献１では搬送性能の不足を配慮し、便器の使用状況に応じてボウル内に洗浄水とは別に汚物等の搬送用の水を流すことで、排水配管内における閉塞を抑制している。

一方で、特許文献１では、汚物を搬送するために必要な洗浄水量よりも過剰に供給してしまう恐れもあり、洗浄水量の削減という面で考えれば無駄な水を消費してしまうという問題があった。このような洗浄シーケンスでは、洗浄水とは別の搬送用の水を流すため、近年の節水化の観点からは好ましくない。

これに対して、特許文献２では洗浄水よりも少ない水量の搬送用の水を流すことで、使用水量を削減しながら搬送性能を上げることができるとされている。

特許４０９４７９７号公報 特開２０１２−１３６９１５号公報

しかしながら、特許文献２では、排水配管内に停滞した汚物等があることが前提であるため、特に医療機関設備などでは、医療機関設備内の排水配管内に感染性の排泄物が停滞するおそれがあり、排水配管内で発生する圧力変動の状態によっては便器に形成された封水が切れる可能性があることから、衛生面から好ましくない。さらに、洗浄水とは異なる搬送用の水を追加で供給するものであるため、未だ節水化の余地が残るものである。

また、図７乃至図９は従来の搬送システムに関するものである。図７は従来の搬送システム図を示し、排水配管は垂直方向に垂下した後に屈曲し、水平方向に再度屈曲を繰り返したものである。排水配管は全長１３ｍを想定したものであり、配管径は呼び径７５Ａ、勾配は１／１００を想定している。さらに、図８は排水配管内の瞬間流量特性を示したものであり、横軸が洗浄開始時からの経過時間（秒）、縦軸が排水配管内における瞬間流量（Ｌ／秒）を表したものである。また、図９は横軸が洗浄開始時からの経過時間（秒）、縦軸が汚物の搬送された搬送距離（ｍ）を示している（図８と対応している）。なお、実験に用いた汚物は一般社団法人日本レストルーム工業会が『衛生器具に関する工業会基準大便器汚物搬送性能』において搬送メディアとして設定したトイレットペーパーを全長３．６ｍに加工したものを使用したものである。

図８および図９によると、洗浄を開始してほぼ一定の割合でおよそ２秒後に１．６Ｌ／秒の瞬間流量が計測され、以降は徐々に瞬間流量が低下して、およそ１３秒後には０Ｌ／秒を計測する。瞬間流量の計測が終了した後もおよそ１５秒まで汚物は緩やかに搬送され、およそ６．５ｍ程度まで搬送が継続される。

瞬間流量の計測が終了した後も汚物が搬送される要因としては、配管内における非定常な水位変化が起因していると考えられる。すなわち、このような搬送システムでは、排水配管内において、汚物等は水に浮遊している状態で搬送されるものであるため、排水配管内を流れる洗浄水は、排水配管の屈曲等によって脈動が形成され、排水配管内の水位変化は非定常な状態となる。この非定常な水位変化による水勢によって慣性的な搬送が実施されるものであるが、これは偶発的に生じるものであり、常に高い搬送性能を具備するものではなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、近年の節水化された洗浄水量であっても常に高い搬送性能を有する水洗大便器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、使用者が排泄を行うボウルと、ボウルに溜水を形成するトラップとを有し、トラップと連通する排水配管に汚物を排出する水洗大便器装置において、ボウルに洗浄水を給水し、トラップから排水管に汚物を排出させる給水装置と、給水装置からの洗浄水量を制御する制御装置と、を備え、制御装置からの指令によって供給された洗浄水を脈動流として排水配管に流入させる脈動流形成手段が設けられ、トラップと排水配管とは排水ソケットによって接続され、脈動流形成手段は排水ソケットの内部に設けられている。

このように構成された本発明においては、水洗大便器装置本体が脈動流形成手段を有するため、水洗大便器装置で発生させた脈動流を排水配管に排出することが可能になる。これにより、排水配管内において、脈動を持った流れによって汚物を搬送することができ、排水配管における搬送性能を高めることができる。
また、排水ソケット内で脈動流を形成するため、便器内での流体エネルギーの損失を抑制することができ、強い脈動流を形成することができる。

なお、本明細書において、「脈動流」とは流れる方向が一定であり、周期的または不定期な変動を伴った流動のことである。この脈動流は、流れ方向に対して非定常な水位変動を行いながら流動するものであるため、定常的な流動と比べて汚物に対する搬送力を高めることができる。

本発明において、好ましくは、脈動流形成手段は、排水ソケットの流路断面積を可変とするものであり、トラップを通過した洗浄水に脈動流を形成するものである。

このように構成された本発明によれば、排水ソケット内の流路断面積を可変とすることで、排水ソケットを通過可能な流量を可変とすることができる。これにより、排水ソケット以降の流路において、洗浄水どうしを衝突させて脈動流を形成することができる。このため、別途の搬送用の水を供給する必要がなく、洗浄水量を一定としながら脈動流を形成することができるため、節水と搬送能力の向上を両立させることができる。

本発明において、好ましくは、脈動流形成手段は、排水ソケットの内部に設けられた開閉弁であり、開度の異なる第１の開弁状態と第２の開弁状態とを切り替えることで排水ソケットの流路断面積を可変とする。

このように構成された本発明によれば、排水ソケット内部に開閉弁を設けるという簡易な構成によって排水ソケット内の流路断面積を可変とすることができる。

本発明において、好ましくは、脈動流形成手段は、排水ソケットの内部に設けられた波動発生装置である。

このように構成された本発明によれば、排水ソケット内を流動する洗浄水を音圧又は風圧等の振動を洗浄水に伝えることで、排水ソケット内で脈動流を形成することができる。このため、別途の搬送用の水を供給する必要がなく、洗浄水量を一定としながら脈動流を形成することができるため、節水と搬送能力の向上を両立させることができる。

本発明によれば、近年の節水化された洗浄水量であっても常に高い搬送性能を有する水洗大便器を提供することができる。

本発明の第１実施形態による水洗大便器装置のシステムブロック図を示す。 本発明の第１実施形態による水洗大便器装置の洗浄工程のタイムチャートを示す。 本発明の第２実施形態による水洗大便器の側面断面図を示す。 本発明の第２実施形態による排水配管内における瞬間流量特性を示す。 本発明の第２実施形態による排水配管内における汚物搬送距離を示す。 本発明の第３実施形態による水洗大便器の側面断面図を示す。 本発明の搬送シミュレーションを実施した搬送システムを示す。 図７における搬送システムに関し、従来の排水配管内の瞬間流量特性を示す。 図７における搬送システムに関し、従来の排水配管内の汚物搬送距離を示す。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による水洗大便器装置を説明する。
まず、図１は、本発明の第１実施形態における構成を示すシステムブロック図である。図１に示すように、市水１は給水装置１５０を経て水洗大便器１０に供給される直圧式を想定している。給水装置１５０から供給された洗浄水はゼット吐水路１１１とリム吐水路１１３に供給され、各々の給水開閉及び瞬間流量特性は制御装置２０によって制御される。大便器１０には排水トラップ１２０によってボウル１１０に溜水が形成されており、汚物等を含んだ溜水は排水ソケット２１０を経て排水用の排水配管５０に排出されるようになっている。排水配管５０は、建物の構造に合わせて縦引または横引となるように設けられ、下水へと通じる。

ここで、図示は省略するが、制御装置２０は、洗浄水を給水装置１５０からリム吐水路１１３に供給し、リム吐水路１１３からの洗浄水によってボウル１１０を洗浄するリム洗浄を実行する。次に、制御装置２０は、洗浄水を給水装置１５０から排水トラップ１２０へ連通するゼット吐水路１１１に供給し、排水トラップ１２０内へ洗浄水を排出するゼット洗浄を行い、この間リム洗浄は継続する（第１の洗浄工程）。さらに、制御装置２０はゼット洗浄が終了した後に、ボウル１１０の溜水を所定水位まで形成することを目的として、引き続きリム洗浄を実行する（第２の洗浄工程）。これら一連の洗浄工程によって汚物が排水配管５０へと流されることとなる。

本発明の第１実施形態における洗浄工程によれば、給水装置１５０を制御する制御装置２０は、給水装置１５０から給水する洗浄水量を変更するものであり、具体的には以下に詳述する

まず、図２によれば、時刻ｔ０は待機状態を示している。その後、時刻ｔ１に使用者が便器洗浄スイッチ（図示せず）を操作すると、制御装置２０は給水装置１５０に信号を送信して洗浄工程が開始される。

次に、時刻ｔ１〜ｔ２の時に止水１は給水装置１５０によってリム吐水路１１３に供給され、リム吐水路１１３からボウル１１０に洗浄水が供給される。この時、リム吐水路１１３からボウル１１０には一定の瞬間流量Ｑ１で供給される（例えば、Ｑ１＝１０Ｌ／ｍｉｎ）。ボウル１１０に供給された洗浄水は、ボウル１１０を旋回しながら下方へ流下し、ボウル１１０の内壁面が洗浄される。

さらに、時刻ｔ３〜ｔ４において、給水装置１５０からの洗浄水はゼット吐水路１１１に供給され、ゼット吐水路１１１から所定の瞬間流量Ｑ２（例えば、Ｑ２＝８５Ｌ／ｍｉｎ）でゼット吐水として排出され、排水トラップ１２０内に流入し、排水トラップ１２０の管路を満水にしてサイホン現象を引き起こす。このサイホン現象により、ボウル１１０内の溜水及び汚物は、排水トラップ１２０に吸引され、排水配管５０から排出される。

ここで、ｔ３〜ｔ４において、給水装置１５０はＱ２と、Ｑ２よりも小さい瞬間流量Ｑ２´（例えば、Ｑ２´＝５０Ｌ／ｍｉｎ）と、を交互にゼット吐水路１１１に供給する。これにより、排水トラップ１２０よりも下流側の流路で洗浄水を衝突させることができ、排水配管５０に流入する洗浄水を脈動流とすることができる。なお、本発明の第１実施形態において、Ｑ２＞Ｑ２´としたが、Ｑ２＜Ｑ２´としても同様の効果が得られる。

同時に、時刻ｔ３〜ｔ４において、給水装置１５０はリム吐水路１１３に洗浄水を供給し、リム吐水路１１３を通過した洗浄水は、リム吐水路１１３から所定の流量Ｑ３（例えば、Ｑ３＝６Ｌ／ｍｉｎ）でボウル１１０に吐出される。ボウル１１０に供給された洗浄水は、ボウル１１０を旋回しながら下方へ流下し、ボウル１１０の内壁面が洗浄される。

ここで、ｔ３〜ｔ４において、給水装置１５０はＱ３と、Ｑ３よりも小さい瞬間流量Ｑ３´（例えば、Ｑ３´＝４Ｌ／ｍｉｎ）と、を交互にリム吐水路１１３に供給する。リム吐水路１１３に供給された洗浄水は、上述したサイホン現象により排水トラップ１２０に吸引される。この際、排水トラップ１２０よりも下流側の流路で洗浄水を衝突させることができ、排水配管５０に流入する洗浄水を脈動流とすることができる。なお、本発明の第１実施形態において、Ｑ３＞Ｑ３´としたが、Ｑ３＜Ｑ３´としても同様の効果が得られる。

さらに、時刻ｔ５〜ｔ６において、給水装置１５０はリム吐水路１１３に洗浄水を供給し、リム吐水路１１３を通過した洗浄水は、リム吐水路１１３から所定の流量Ｑ４（例えば、Ｑ４＝６Ｌ／ｍｉｎ）でボウル１１０に吐出される。ボウル１１０に供給された洗浄水は、ボウル１１０を旋回しながら下方へ流下し、ボウル１１０の内壁面が洗浄される。洗浄水の一部はサイホン現象によって排水トラップ１２０に排出され、他はボウル１１０の溜水面を形成する。

ここで、ｔ５〜ｔ６において、給水装置１５０はＱ４と、Ｑ４よりも小さい瞬間流量Ｑ４´（例えば、Ｑ４´＝４Ｌ／ｍｉｎ）と、を交互にリム吐水路１１３に供給する。リム吐水路１１３に供給された洗浄水は、上述したサイホン現象により排水トラップ１２０に吸引される。この際、排水トラップ１２０よりも下流側の流路で洗浄水を衝突させることができ、排水配管５０に流入する洗浄水を脈動流とすることができる。なお、本発明の第１実施形態において、Ｑ４＞Ｑ４´としたが、Ｑ４＜Ｑ４´としても同様の効果が得られる。

上述した本発明の第１実施形態による水洗大便器１によれば、給水装置から供給される洗浄水の瞬間流量を切り替えることによって脈動流を形成することができ、排水配管５０の内部において、脈動流による推進力によって汚物等の搬送性能を高めることができる。

すなわち、本発明の第１実施形態による一連の洗浄工程において、瞬間流量を交互に繰り返すものであるため、洗浄時間を増減することで、便器に供給される総流量を変化させずに、脈動流を形成することが可能である。このため、別途搬送用の洗浄水を供給することなく、搬送性能を向上させることができる。

なお、本発明の第１実施形態では、サイホン式の便器を示したが、サイホン作用を生じないいわゆる「洗い落とし式」の便器であってもよい。便器本体１０が洗い落とし式の便器であっても、排水トラップに洗浄水を流す工程、及び／又は溜水を形成する工程で上述した洗浄水量を切り替える制御を行うことで、排水配管に供給される水勢が脈動する同様の効果が得られる。

次に、本発明の別の実施形態である第２実施形態について説明する。図３は本発明の第２実施形態の水洗大便器１０の側面断面図を示している。なお、上述した第１実施形態と共通する部分に関する説明は省略する。

本発明の第２実施形態において、水洗大便器１０は非使用時にはボウル１１０と排水トラップ１２０とが連通する部分に溜水が形成される（図示せず）。この溜水は使用者が排水作業を行った際に、排水トラップ１２０から排出され、排水ソケット２００を通過する。排水ソケット２００は排水トラップ１２０と、排水配管２５０と、を排水配管接続部２２０によって接続しており、排水ソケット２００には、排水ソケット本体２１０の内部に開閉弁２４０（脈動流形成手段）が設けられている。排水ソケット２００を通過した洗浄水は、その後排水配管接続部２５０に接続された排水配管５０に流入する。これら一連の工程によって、汚物はボウル１１０から排水配管５０へと排出されることとなる。

ここで、図３（ａ）は開閉弁２４０が全開した状態を示しており、図３（ｂ）は開閉弁２４０が全閉した状態を示している。開閉弁２４０は、支持軸２４３を有し、その支持軸２４３において排水ソケット本体２１０に対して回動自在に軸支されている。そのため、開閉弁２４０は図３（ａ）に示すようにＡ１方向に可動することで、流路断面積を小さくすることができ、図３（ｂ）に示すようにＡ２方向に可動することで流路断面積を大きくすることが可能となる。この流路断面積の大きさを切り替えることによって、開閉弁２４０を通過する流量が調整可能となるため、開閉弁２４０よりも下流側で洗浄水を衝突させることができ、非定常な流れとして脈動流を形成することができる。

なお、開閉弁２４０は、排水ソケット本体２１０の流路を完全に閉鎖する必要はない。すなわち、開閉弁２４０が排水ソケット本体２１０の流路断面積を変更し、ボウル１１０の排出水勢を変化させ、脈動流を形成することができれば、開閉弁２４０と排水ソケット本体２１０の流路との間に隙間が生じていてもよい。

なお、開閉弁２４０の開閉は制御によって所定のタイミングによって開閉させてもよいし、瞬間流量センサを設けてその値によって開閉を制御するよう構成してもよい。また、開閉弁を所定の圧力に応じて開閉するよう構成することも好ましい。

次に、図４及び図５を参照しながら、本発明の実施形態２における排水配管５０内における瞬間流量特性及び搬送性能について説明する。

図４は、図７に示す排水配管内に本発明の非定常洗浄をもたらした時の瞬間流量特性を示したものであり、横軸が洗浄開始時からの経過時間（秒）、縦軸が排水配管内における瞬間流量（Ｌ／秒）を表したものである。また、図中の点線は瞬間流量が一定に増減する仮想値を示し、実線は実測値を示している。図４の実線に示すように、瞬間流量の実測値は仮想値よりも高い値と低い値とを繰り返し、水洗便器内で形成した非定常な流れ（脈動流）を排水配管に供給している。

また、図５は横軸が洗浄開始時からの経過時間（秒）、縦軸が汚物の搬送された搬送距離（ｍ）を示している。なお、データに用いた汚物はトイレットペーパーを全長３．６ｍに加工したものを使用したものである。なお排水配管内の搬送特性は、排水配管のバラツキだけでなく、洗浄水に対するトイレットペーパーの接遇タイミングに偶発的な要因が発生するため、偶発的な変動が発生することは自明のことである。

これによると、図７に示す従来例と同様に、洗浄開始からおよそ１３秒経過すると瞬間流量の計測が停止する。一方、図４及び図５に示すように、本発明の第２実施形態によれば、脈動流が形成されているため、洗浄開始１３秒経過後も２０秒まで汚物は緩やかに搬送される。その後、搬送距離が７．０ｍで汚物が滞留する。すなわち、脈動に伴う水位上昇が慣性による汚物の搬送を促しており、同条件の搬送を行った従来例と比較して搬送性能が向上している。

つぎに、図６を用いて第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態と共通する部分は符号共通として説明は省略する。

図６に示すように、排水ソケット本体２１０の内部には波動発生装置３４０が設けられている。この波動発生装置３４０は振動波を発生するものであり、この音波によって排水ソケット本体２１０を通過する洗浄水を脈動させる。なお、この波動発生装置３４０は、例えば音波や風圧等によって洗浄水を振動させるものであればよい。排水ソケット本体２１０を脈動の媒体としているが、媒体としては排水配管５０の一部を構成する点検口（図示せず）に波動発生装置３４０を設けることも好ましい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるべきではない、したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 市水
１０ 水洗大便器
２０ 制御手段
５０ 排水配管
１００ 便器本体
１１０ ボウル
１１１ ぜット吐水路
１１３ リム吐水路
１２０ 排水トラップ
１５０ 給水装置
２００ 排水ソケット
２１０ 排水ソケット本体
２２０ 排水トラップ接続部
２４０ 開閉弁（脈動流形成手段）
２４１ 弁体
２４３ 支持軸
２５０ 排水配管接続部
３４０ 波動発生装置（脈動流形成手段）

Claims (4)

1. 使用者が排泄を行うボウルと、前記ボウルに溜水を形成するトラップとを有し、前記トラップと連通する排水配管に汚物を排出する水洗大便器装置において、
   前記ボウルに洗浄水を給水し、前記トラップから汚物を排出させる給水装置と、
   前記給水装置からの洗浄水量を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置からの指令によって供給された洗浄水を脈動流として前記排水配管に流入させる脈動流形成手段が設けられ、
   前記トラップと前記排水配管とは排水ソケットによって接続され、前記脈動流形成手段は前記排水ソケットの内部に設けられていることを特徴とする水洗大便器装置。
2. 前記脈動流形成手段は、前記排水ソケットの流路断面積を可変とするものであり、前記トラップを通過した洗浄水に脈動流を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の水洗大便器装置。
3. 前記脈動流形成手段は、前記排水ソケットの内部に設けられた開閉弁であり、開度の異なる第１の開弁状態と第２の開弁状態とを切り替えることで前記排水ソケットの流路断面積を可変とすることを特徴とする請求項２に記載の水洗大便器装置。
4. 前記脈動流形成手段は、前記排水ソケットの内部に設けられた波動発生装置であることを特徴とする請求項１に記載の水洗大便器装置。

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