(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-26
(45)【発行日】2024-10-04
(54)【発明の名称】熱交換機能付き排水トラップ
(51)【国際特許分類】
E03C 1/28 20060101AFI20240927BHJP
E03C 1/12 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
E03C1/28 A
E03C1/12 D
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020219503
(22)【出願日】2020-12-28
(65)【公開番号】P2022104343
(43)【公開日】2022-07-08
【審査請求日】2023-10-02
(73)【特許権者】
【識別番号】504163612
【氏名又は名称】株式会社ＬＩＸＩＬ
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】西村 俊亮
(72)【発明者】
【氏名】安尾 貴司
(72)【発明者】
【氏名】小野 勝男
【審査官】砂川 充
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５７－１８３４６９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１２－１７２４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５９－１６３８０９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５６－６６６８４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５３－１１９１４４（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ４７Ｋ ３／００
Ｅ０３Ｃ １／１２－ １／３３
Ｆ２４Ｈ １／００
Ｆ２４Ｄ １７／００－１７／０２
Ｆ２４Ｄ １９／００－１９／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に水を貯留して封水を形成することが可能なトラップ本体と、前記トラップ本体の天面に形成された洗い場排水流入口と、
前記トラップ本体から排水を流出させるための流出口と、
を備え、
前記トラップ本体の少なくとも一部が、前記トラップ本体内の排水の熱をトラップ本体外に伝熱する伝熱部材で形成され、
前記伝熱部材と熱的に接触するように配置された給水管をさらに備え、
前記伝熱部材は、前記トラップ本体内側にフィンを備えることを特徴とする熱交換機能付き排水トラップ。
【請求項2】
前記トラップ本体の底面部が前記伝熱部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機能付き排水トラップ。
【請求項3】
浴槽からの排水を前記トラップ本体に流入させるための浴槽排水流入口と、前記浴槽排水流入口からの排水により前記トラップ本体内に渦流を発生させる渦流発生部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換機能付き排水トラップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排水の熱を再利用することが可能な排水トラップに関する。
【背景技術】
【0002】
現在、政府主導のもと、ネット・ゼロ・エネルギー・ハウス（ＺＥＨ：ゼッチ）の普及に向けた取り組みが行われている。ＺＥＨとは、「外皮の断熱性能等を大幅に向上させるとともに、高効率な設備システムの導入により、室内環境の質を維持しつつ大幅な省エネルギーを実現した上で、再生可能エネルギーを導入することにより、年間の一次エネルギー消費量の収支をゼロとすることを目指した住宅」である。経済産業省は、「２０２０年までにハウスメーカー等の建築する注文戸建住宅の過半数でＺＥＨを実現すること」を目標に掲げており、ハウスメーカー等は、ＺＥＨを実現するための様々な技術の開発を進めている。
【0003】
住宅において省エネルギー化を実現するための技術として、排水熱を再利用する技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された給湯装置は、上水道等の給水源からの水を湯沸器を介して給湯する給湯管路と、給水源からの水を湯沸器を経ることなく給水する給水管路とを備え、給湯管路からの温水と給水管路からの水とを湯水混合栓を介して混合させ或いは混合させることなく供給するように構成した給湯装置であって、給湯管路若しくは給水管路に、使用済みの温排水の熱を熱交換回収する排熱回収部を設け、該排熱回収部を経た水を、給湯管路若しくは給水管路を経て湯水混合栓に供給するように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】登録実用新案第３１４９９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された給湯装置において、排熱回収部は、内管をなす排水管を外管をなす給水管が包囲する二重管構造の熱交換器となっており、排水管を流れる温排水の熱が、排水管および給水管を介して、給水管を流れる給水に伝導される。
【0006】
しかしながら、特許文献１に開示された給湯装置では、通常は床面の下に配置される排水管に熱交換器を設ける構成となっているので、既存の浴室への後付け工事が容易ではないという課題がある。
【0007】
本開示は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、浴室への取付工事が容易な新たな熱交換器構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示に係る熱交換機能付き排水トラップは、内部に水を貯留して封水を形成することが可能なトラップ本体と、トラップ本体の天面に形成された洗い場排水流入口と、トラップ本体から排水を流出させるための流出口とを備える。トラップ本体の少なくとも一部が、トラップ本体内の排水の熱をトラップ本体外に伝熱する伝熱部材で形成される。この熱交換機能付き排水トラップは、伝熱部材と熱的に接触するように配置された給水管をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップを適用可能な給湯システムの一例を概略的に示す図である。
【図2】実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップが配置された浴室の概略斜視図である。
【図3】実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップの斜視図である。
【図4】実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップの分解斜視図である。
【図5】実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップの分解縦断面図である。
【図6】浴槽排水流入口の形状を示すための図である。
【図7】浴槽排水流入口の形状を示すための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図１は、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップを適用可能な給湯システムの一例を概略的に示す。
【0011】
図１に示す給湯システム１０は、水を供給するための給水管１２、１４と、給湯装置１１により加温された湯を供給するための給湯管１３と、排水を排出するための排水管１８と、給水管１４から供給される水を排水により加温するための熱交換機能付き排水トラップ２０と、熱交換機能付き排水トラップ２０により加温された水と給湯装置１１により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、温水の温度が維持されるように水および湯の流量を制御するための流量制御機構３０とを備える。流量制御機構３０により一定の温度に維持されて供給される温水は、例えば、浴室４１に設置されたカラン１６やシャワー１７などから吐出され、使用者により使用される。
【0012】
従来、浴室においては、一般に、使用者がカラン１６やシャワー１７などを使用しているとき、吐出された温水は、温度がほとんど下がらずに、すなわち、その熱がほとんど利用されることなく、浴室に設置された洗い場排水口１９から排出されてきた。また、浴槽２２から湯を抜くとき、その熱がほとんど利用されることなく、浴槽２２の浴槽排水口２１から排出されてきた。そこで、本開示に係る給湯システム１０では、温かいまま排出される排水を熱交換機能付き排水トラップ２０に導入し、使用中のカラン１６やシャワー１７などに供給する水を加温するために利用する。これにより、湯と混合される水の温度を高くし、吐出される温水の温度を維持するために必要な湯の量を少なくすることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
【0013】
前述したように、熱交換機能付き排水トラップ２０において排水の熱により加温され、給水管１５から供給される水の温度は、排水の温度や量などに応じて変動しうるが、給湯システム１０では、流量制御機構３０が水および湯の流量を自動的に制御して温水の温度を一定に維持するので、安定した温度の温水がカラン１６やシャワー１７から吐出される。これにより、使用者の利便性を向上させることができ、ひいては、エネルギー消費を低減させることが可能な給湯システム１０の普及を促進することができる。
【0014】
流量制御機構３０は、水または湯の流量を自動的に制御することができる機構であればよく、機械的または電気的に流量を制御するものであってもよい。流量を機械的に制御する機構として、例えば、サーモスタット式水栓が使用されてもよい。また、流量を電気的に制御する機構として、例えば、電磁弁や電動弁などの自動的に開閉を制御することが可能な弁が使用されてもよい。
【0015】
図２は、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０が配置された浴室４１の概略斜視図である。
【0016】
図２に示すように、洗い場を形成する洗い場パン２４と浴槽２２間にエプロン２６が立設され、このエプロン２６側の洗い場パン２４に洗い場排水口１９が設置されている。洗い場排水口１９では、洗い場パン２４と一体に凹み状に排水枡２８が形成されており、排水枡２８の下部に熱交換機能付き排水トラップ２０が連結されている。排水枡２８の上部には排水口カバー２７が覆設されている。
【0017】
熱交換機能付き排水トラップ２０の側面には、排水パイプ２９が接続されており、排水パイプ２９は浴槽２２の底面に設けられている浴槽排水口２１に連通して、浴槽２２内の浴槽排水が排水パイプ２９を通り熱交換機能付き排水トラップ２０内に流入される。
【0018】
また、熱交換機能付き排水トラップ２０には、洗い場パン２４側からの排水が排水枡２８を通り上方より流入される洗い場排水流入用の開口（洗い場排水流入口）が設けられており、熱交換機能付き排水トラップ２０の周側面には排水管１８が接続されて、排水管１８を通し排水できるように構成されている。
【0019】
図３は、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０の斜視図である。また図４は、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０の分解斜視図である。また図５は、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０の分解縦断面図である。
【0020】
熱交換機能付き排水トラップは、内部に水を貯留して封水を形成することが可能なトラップ本体３４を備える。トラップ本体３４の天面には洗い場排水流入口４３が形成されている。排水枡２８にはフランジ部材３２が取り付けられ、このフランジ部材３２にネジでトラップ本体３４の上端が取り付けられており、フランジ部材３２内には上方から着脱可能にヘアキャッチャー３６が取り付けられている。
【0021】
ヘアキャッチャー３６は下方側へ向かって縮径する略円錐台形状をなし、トラップ本体３４内に溜められる封水の封水面の直上にその下端の底面が位置するように取り付けられている。ヘアキャッチャー３６は、渦流が上昇した際にもヘアキャッチャー３６が浮き上がらないようにフランジ部材３２に取り付けられている。
【0022】
トラップ本体３４の側面には、浴槽２２からの排水をトラップ本体３４に流入させるための浴槽排水流入口３８（図６、図７参照）が形成されている。図６および図７は、浴槽排水流入口３８の形状を例示するための図である。浴槽排水流入口３８は、縦方向に延びる縦長状に形成されて（すなわち、流水口断面の横幅よりも縦幅の方が大きい）、流入される浴槽排水の流速が増すように、浴槽側からトラップ本体３４側にかけて流路幅Ｗが狭くなるように形成されている。この浴槽排水流入口３８には、外側へ突出状に接続部４０が連続しており、この接続部４０に浴槽２２側から排水パイプ２９が接続される。なお本実施形態において、接続部４０は、トラップ本体の一部として形成されているが、水密性が保たれるなら接続部４０は、独立の部材であってもよい。
【0023】
また、トラップ本体３４の側面には、浴槽排水流入口３８と略反対側に、トラップ本体３４から排水を流出させるための流出口４２が形成されており、この流出口４２には排水管１８が接続される。
【0024】
流出口４２の上流側には、トラップ本体３４の底面より一体状に立ち上げて封水壁４４が形成されており、この封水壁４４の上端が封水面となる。この封水壁４４の上流側には、トラップ本体３４の天面３３から遮蔽部材４６が縦設されている。この遮蔽部材４６は、下端側から上方側に向かって拡径状に傾斜して縦設されたものであり、トラップ本体３４の内周面３４ａと連続して平面視略円形状の内周面を形成するように浴槽排水流入口３８に対して湾曲状に配置されている。なお、遮蔽部材４６はトラップ本体３４内を流入室Ｒ１と流出室Ｒ２に区画するものであり、遮蔽部材４６の下端とトラップ本体の底面との間には、流入室Ｒ１と流出室Ｒ２を連通させる連通部Ｐが形成されている。
【0025】
このような構成において、浴槽２２の排水栓が開けられ、浴槽２２内の浴槽水が一気に排水パイプ２９を通り浴槽排水流入口３８からトラップ本体３４内に流入されると、浴槽排水はトラップ本体３４の内周面３４ａと遮蔽部材４６に沿って旋回して渦流となり、発生した渦流は、遮蔽部材４６が下端側から上方側に向かって拡径状（傾斜面が斜め上を向く）に傾斜されているため、遮蔽部材４６にガイドされて上昇渦流となり上昇する。この上昇渦流が排水枡２８の上面の排水口カバー２７付近まで上昇するように遮蔽部材４６の傾斜角度が設定されていれば、上昇渦流により排水枡２８の内周面やヘアキャッチャー３６に付着しているゴミや髪の毛が良好に落とされて、ゴミや髪の毛は渦の中心に集められ、渦の中心から下方へ落下して、ゴミや髪の毛はヘアキャッチャー３６の下端の底面中央部に良好に集められることとなる。これにより、ヘアキャッチャー３６は、その中央部分以外に髪の毛が付着していない状態に保たれ、通水が良好となる。また、トラップ本体３４の内周面３４ａ等に付着しているヌメリも除去でき、渦流の一部は遮蔽部材４６の下端と底面間の連通部Ｐを通り、封水壁４４の内周面のヌメリをも除去できる。
【0026】
実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０では、上述したように浴槽排水流入口３８は縦長状（流水口断面の横幅よりも縦幅の方が大きい）に形成されているため、浴槽２２からの排水が勢いを増して流入し、トラップ本体３４内で発生する渦流を安定させることができる。
【0027】
一般的な排水トラップは、トラップ本体の略全てが樹脂部材で形成される。一方、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０では、トラップ本体３４の底面部３４ｂが伝熱部材で形成され、トラップ本体３４の他の部分は樹脂で形成される。伝熱部材は、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属部材であってよい。例えば銅を用いた場合、ヌメリを低減できる。以下、伝熱部材で形成された底面部を「伝熱底面部３４ｂ」と呼ぶ。伝熱底面部３４ｂは、トラップ本体３４内の排水の熱をトラップ本体３４外に伝熱する。このような一部が金属部材で形成された樹脂成形品は、インサート成形を行うことにより製造することができる。
【0028】
図４に示すように、伝熱底面部３４ｂは、トラップ本体内側に複数のフィン４８を備えてもよい。フィン４８を設けることにより、熱交換効率を高めることができる。フィン４８の形状、大きさ、配置などは、トラップ本体３４内の渦流の発生に悪影響を与えないよう留意すべきである。
【0029】
実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０はさらに、トラップ本体３４の下部に給水管５０を備える。給水管５０は、トラップ本体３４の伝熱底面部３４ｂと熱的に接触するように配置される。伝熱底面部３４ｂと熱接触する部分ができるだけ多くなるように、給水管５０は、曲線部と直線部とを組み合わせた連続的に折り返す蛇行状に形成されている。
【0030】
給水管５０の一方の端部５０ａは給水管１４（図１参照）に接続され、他方の端部５０ｂは給水管１５（図１参照）に接続される。給水管１４から給水管５０の一方の端部５０ａに供給された水は、給水管５０を流れる間に伝熱底面部３４ｂからの熱により加温され、給水管５０の他方の端部５０ｂから吐出される。給水管５０の他方の端部５０ｂから吐出された温水は、給水管１５を介して流量制御機構３０に供給される。
【0031】
実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０はさらに、給水管５０を覆う断熱部材５２を備える。断熱部材５２によって給水管５０を覆うことにより、排水から給水への熱交換効率を高めることができる。
【0032】
以上、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０の構成について説明した。この熱交換機能付き排水トラップ２０では、トラップ本体３４の底面部を伝熱底面部３４ｂとし、その伝熱底面部３４ｂに熱的に接触するように給水管５０を設けた。使用者がカラン１６やシャワー１７を使った際には、場排水流入口４３から洗い場排水がトラップ本体３４内に流入する。この洗い場排水の熱を伝熱底面部３４ｂを介して給水管５０を流れる給水に伝熱することができる。また、使用者が浴槽２２から湯を抜く際には、浴槽排水流入口３８から浴槽排水がトラップ本体３４内に流入する。この浴槽排水の熱を伝熱底面部３４ｂを介して給水管５０を流れる給水に伝熱することができる。給水管５０で加温された温水を給湯装置１１（図１参照）により加温された湯と混合して使用することで、エネルギー消費を低減させることができる。
【0033】
実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０は、トラップ本体３４の底面部を伝熱底面部３４ｂとし、その伝熱底面部３４ｂに熱的に接触するように給水管５０を設けた構造のため、熱交換機能を有していない従来の排水トラップからの形状および大きさの変更は小さい。従って、大がかりな工事が必要なく、従来の排水トラップが設置されていた場所への取付工事が容易である。
【0034】
また、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０では、洗い場排水や浴槽排水を排水トラップで熱交換しているので、浴槽や洗い場などの排温水源から熱交換器までの流路長さを短くできる。これにより、排水の熱の損失が少なくなるので、排水トラップの下流に熱交換器を配置した場合と比較して、熱交換効率を高めることができる。
【0035】
また、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０では、排水流路と給水流路との間に伝熱底面部３４ｂを介しているため、排水と給水との間のクロスコネクションを確実に防ぐことができる。
【0036】
さらに、実施の形態に係る熱交換機能付き排水トラップ２０では、浴槽排水流入口３８からの浴槽排水によりトラップ本体３４内に渦流を発生させる構成となっている。このような渦流を発生させた場合、渦流が発生しない場合と比較して熱交換効率を高めることができる。これは、渦流が発生することで流速が早くなるため、伝熱面付近の温度境界層厚さが減少し、伝熱量が増加するからである。
【0037】
上述の実施の形態では、トラップ本体３４の底面部を伝熱部材で形成したが、トラップ本体３４の少なくとも一部を伝熱部材で形成し、該一部と熱的に接触するように給水管５０を配置してあればよい。例えば、トラップ本体３４の底面部に加えて側面部も伝熱部材で形成し、該側面部と熱的に接触するように給水管５０を配置してもよい。
【0038】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【0039】
１０ 給湯システム、 １１ 給湯装置、 １２，１４，１５，５０ 給水管、 １６ カラン、 １７ シャワー、 １８ 排水管、 ２０ 排水トラップ、 ２１ 浴槽排水口、 ２２ 浴槽、 ２７ 排水口カバー、 ２８ 排水枡、 ３０ 流量制御機構、 ３２ フランジ部材、 ３４ トラップ本体、 ３４ｂ 伝熱底面部、 ３６ ヘアキャッチャー、 ３８ 浴槽排水流入口、 ４１ 浴室、 ４３ 洗い場排水流入口、４４ 封水壁、 ４８ フィン、 ５２ 断熱部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】