(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液槽内部に貯留した液体を排出した後、液槽内部に戻して循環させるように構成した循環式液槽装置であって、
液槽外部に配設した断面円形状の渦室と、
前記液槽内部に貯留した液体が前記渦室内部に流入するように、前記渦室に一端側を連通接続し、前記液槽に貫穿した第一の排液口に他端側を連通接続した第一の流入管と、
前記液槽内部に貯留した液体が前記渦室内部に流入するように、前記渦室に一端側を連通接続し、前記液槽に貫穿した第二の排液口に他端側を連通接続した第二の流入管と、
前記渦室の片側面中央部を軸線方向に貫穿した吐液口と、
該吐液口に接続した循環用ポンプを備え、
前記第一の流入管と前記第二の流入管は、前記渦室の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、前記渦室に一端側をそれぞれ連通接続したことを特徴とする循環式液槽装置。
【請求項２】
第一の排液口と第二の排液口を、断面円形状の渦室の内径以上の間隔をあけて液槽に貫穿した請求項１記載の循環式液槽装置。
【請求項３】
渦室を液槽外部に縦型に配設した請求項１又は２記載の循環式液槽装置。
【請求項４】
渦室を液槽外部に横型に配設した請求項１又は２記載の循環式液槽装置。
【請求項５】
渦室のケ−シングと循環用ポンプのケ−シングを一体的に形成することで、渦室と循環用ポンプをユニット化した請求項１〜４のいずれか記載の循環式液槽装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プールや浴槽等の液槽に使用される排液管ユニット及びこの排液管ユニットを用いた循環式液槽装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊泳用のプールには、水を循環するための排水口や、掃除・修理のときに水を抜くための排水口が設けられている。この排水口に児童が体を吸着されるという痛ましい事故が起こっている。事故防止対策としては、排水口に格子状の蓋を設置するのが一般的であるが、遊泳者が故意に蓋を外したり、あるいは水中の塩素によって止め金具が腐食して蓋が外れたりすることがあり、その結果事故に至った例が実際に報告されている。
【０００３】
また、人間が入浴するための浴槽にはジェットバス等の循環式浴槽装置が設置されていることがある。この循環式浴槽装置にも湯を循環するための排水口が設けられている。この排水口に入浴者の体が吸着されたり、髪の毛が吸込まれるという事故も発生している。
【０００４】
遊泳用プールにおける上記課題を解決するために、例えば、特許文献１記載の「プールの排水口における危険防止システム」が提案されている。この危険防止システムは、循環用ポンプによりプールの排水口から排水させる水を再びプール内に循環させて再利用するようにしたプールにおいて、前記排水口を覆う透水性カバーの背面またはその近傍に、このカバーの後方向きの部分的または全体的な偏位によって作動するロードセルからなるセンサを取付け、このセンサで検出される圧力変化の入力信号に基づいて、排水口を異物等が塞ぐ異常な事態と判断された場合に、危険防止手段を作動させる信号を発する制御回路を設ける構成としたものである。これによって、プールの底部の排水口において、人体等の異物の吸い込み等の危険な事態が発生した際に、直ちにこれに対処して事故防止を図ることができる、とされている。
【０００５】
しかし、特許文献１記載の「プールの排水口における危険防止システム」は、機械的に構成された可動部を電気的に制御しており、定期的なメンテナンスが必要不可欠であった。また、メンテナンスを十分行っていたとしてもシステムが故障する可能性が依然として残り、安全性が十分とはいえないものであった。さらに、設備自体が高価になりがちであり、取付け工事自体も手間と費用がかかるものであった。
【０００６】
一方、循環式浴槽装置における上記課題を解決するために、例えば、特許文献２記載の「ジェットバス用安全装置」が提案されている。この安全装置は、バスタブ内の湯を吸込口から吸込配管を介してポンプに取り込み噴流口から噴流させるジェットバス装置に設けられ、前記吸込口から異物を吸い込んだ時の安全を確保する安全装置であって、前記吸込口とは別に設けられたバイパス吸込口と、前記吸込配管とバイパス吸込口とを接続するバイパス配管と、バイパス配管内に設けられ吸込配管側が一定以上の負圧になったときに開弁する負圧作動弁と、を備えた構成としたものである。これによって、吸込口から異物を吸込んで一定以上の負圧が生じると負圧作動弁が開弁して、バイパス吸込口からバイパス配管を通して湯が吸込側配管へ供給されるので、前記吸込口の負圧は小さくなり、異物を吸込口から容易に離すことができるができる、とされている。
【０００７】
しかし、特許文献２記載の「ジェットバス用安全装置」も、機械的可動部を有する負圧弁を利用しており、定期的なメンテナンスが必要である等、特許文献１記載の発明と同様の問題点を抱えていた。
【０００８】
これらの課題を一挙に解決するため、本願発明者らは、非特許文献１において、流体自体の流れで吸着時の吸引圧力を制御する排液管ユニットを提案した。この排液管ユニットは流体素子の一種である渦型流体素子の特性を応用したものであり、その構造概念図を図10に示す。本図に示すように、内部空間形状が薄い円柱型の渦室８の外周に、接線方向に平行に取付けられた二本の流入管9a,9bが液槽底面51の二個の排液口53a,53bにつながっており、また、渦室８の片側面83の中心部に軸方向に取付けられた吐液管41が図示しない排液管路につながっているという構成である（以降、この排液管ユニットを「平行型排液管ユニット」と呼ぶ）。
【０００９】
上記構成とすることによって、一方の排液口53bに入浴者等の異物（図10では、円柱状異物55）が吸着されると、もう一方の排液口53aから渦室８へ流入する流れが渦質内部で強い旋回流を発生することになる。この旋回流による遠心力場により、渦室内部は外周から中心に向かって負の強い圧力勾配が生じ、外周における圧力は排液口53aの流入部の圧力すなわち液槽底面51の液圧に近い値となる。その結果、排液口53bの吸着部分の下流圧力も液槽底面51の圧力（液圧）に近い値となり、吸着部分の上流と下流の圧力差が減少する。この圧力差が小さくなれば、吸着時の吸引圧力（吸着した排液口側の流入管圧力）は弱まり、入浴者等は吸着状態から離脱できるのである。本願発明者らが過去に提案した上記平行型排液管ユニット７は、機械的可動部や電気的接点が一切無く、メンテナンスフリーで故障の心配もなく、簡単な構成で取付け工事も比較的容易であるという優れた特徴を有するのである。なお、以降、「吸着時の吸引圧力」を単に「吸着時吸引力」と呼ぶ。
【００１０】
上記の様な特徴を有する従来の平行型排液管ユニット７であるが、より一層の安全性確保のため、さらなる吸着時吸引力の低減が切望されていた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−７３５７６号公報（請求項１、第１図）
【特許文献２】特開平８−２２４２８４号公報（第２図）
【非特許文献１】吉富  秀樹、外２名、“流体自身の流れで吸引力を制御する渦室付排水管の研究”2002年4月、空気調和・衛生工学会論文集No.85
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の平行型排液管ユニットの安全性を飛躍的に向上させたものである。すなわち、機械的可動部や電気的接点が一切無く、メンテナンスフリーで故障の心配もなく、かつ簡単な構成で取付け工事も比較的容易であるという従来の平行型排液管ユニットの特徴はそのままで、さらに吸着時吸引力を著しく低減させ、より一層安全性が向上した排液管ユニット及びこのような排液管ユニットを用いた循環式液槽装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、液槽内部に貯留した液体を排出するための排液管ユニットであって、断面円形状の渦室と、該渦室に一端側（流出口側）を連通接続した第一の流入管と、前記渦室に一端側（流出口側）を連通接続した第二の流入管と、前記渦室の片側面中央部を軸線方向に貫穿した吐液口とからなり、前記第一の流入管と前記第二の流入管は、前記渦室の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、前記渦室に一端側（流出口側）をそれぞれ連通接続したことを特徴とする排液管ユニットを提供することで解決される。第一の流入管の他端側（流入口側）および第二の流入管の他端側（流入口側）は液槽と連通接続される。これによって、液槽に貯留した液体は両流入口側から流入管に流れ込み、渦室を経由して吐液口から排出されることになる。そして、第一の流入管と第二の流入管のどちらかが液槽内部側から人体等の異物を吸着した場合には、吸着していない側の流入管を介して渦室内部に接線方向から流入する液体が渦室内部で強い旋回流を引き起し、後述するように、従来の平行型排液管ユニットと比して、吸着時吸引力をより一層低減することができるのである。ここで、「旋回流」とは、断面円形状の渦室に内周部所定位置の接線方向から流入した液体が、渦室内部を旋回する流れのことをいう。なお、第一の流入管の他端側（流入口側）を液槽に連通接続する位置と、第二の流入管の他端側（流入口側）を液槽に連通接続する位置とは、両者異なる位置となる。
【００１４】
本願発明者は、より安全な排液管ユニットを求め、図10に示す従来の平行型排液管ユニット７よりも吸着時吸引力をより一層低減させるために鋭意研究開発を重ねた。その結果、図１に例示される対向型排液管ユニット１を完成させたのである。通常であれば、二本の流入管3a,3bの一端側（流出口側）32a,32bをそれぞれ対向させることは、排液同士の干渉によりエネルギー損失が生じて排液効率が低下するおそれがあり、当業者の避けるところである。しかし、本願発明者は、第一の流入管3aと第二の流入管3bは、渦室２の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、渦室２に一端側（流出口側）32a,32bをそれぞれ連通接続したという本発明の特徴的構成をあえて採用することで、驚くべきことに、吸着時吸引力を著しく低減させることに成功したのである。これによって、より一層安全性が向上した排液管ユニットを提供することができる。
【００１５】
ここで、「液槽」とは、浴槽やプール槽のみならず、魚類観賞用水槽や化学プラント液貯槽などの一般用タンクを含む概念である。また、「排出」とは、液槽中の液体を外へ出すことをいい、外へ出した液体をその後再び液槽内に戻す場合であっても、液槽中の液体を外へ出すこと自体は「排出」に該当する。さらに「排出」には、重力の作用によって液槽中の液体を外へ出すことのみならず、液槽外部から吸引して外へ出すことも含む。さらにまた、「断面円形状の渦室」とは、渦室の内周部所定位置の接線方向から流入する液体が、渦室内部を旋回する流れ（旋回流）を引き起すように、内部空間が断面円形状に形成された渦室をいい、薄い円柱型のみならず、厚い円柱型や円錐型および算盤玉型等の内部空間形状である渦室も含む概念である。
【００１６】
また、上記対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置としては、液槽内部に貯留した液体を排出した後、液槽内部に戻して循環させるように構成した循環式液槽装置であって、液槽外部に配設した断面円形状の渦室と、前記液槽内部に貯留した液体が前記渦室内部に流入するように、前記渦室に一端側（流出口側）を連通接続し、前記液槽に貫穿した第一の排液口に他端側（流入口側）を連通接続した第一の流入管と、前記液槽内部に貯留した液体が前記渦室内部に流入するように、前記渦室に一端側（流出口側）を連通接続し、前記液槽に貫穿した第二の排液口に他端側（流入口側）を連通接続した第二の流入管と、前記渦室の片側面中央部を軸線方向に貫穿した吐液口と、該吐液口に接続した循環用ポンプを備え、前記第一の流入管と前記第二の流入管は、前記渦室の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、前記渦室に一端側（流出口側）をそれぞれ連通接続したことを特徴とする循環式液槽装置を提示する。ここで、「吐液口に接続した循環用ポンプ」における「接続」とは、吐液口に循環用ポンプを直接的に接続した場合だけでなく、他の配管等を間に介して間接的に接続した場合も含む。なお、流入管は、他端側（流入口側）を排液口に連通接続していることから、本発明の循環式液槽装置では、排液口に人体等の異物が吸着されることと、流入管に人体等の異物が吸着されることは同じ現象である。
【００１７】
このとき、第一の排液口と第二の排液口を、断面円形状の渦室の内径以上の間隔をあけて液槽に貫穿した循環式液槽装置とすることが好ましい。ここで、「内径」とは、断面円形状の渦室の内側の直径をいい、例えば円錐型のように、軸線方向で渦室の内側の直径が変化する場合には、最も長い箇所の内側の直径をいう。
【００１８】
これによって、流入管の施工が簡単、かつ流入管内部でのエネルギー損失の小さい状態で、循環式液槽装置の安全性をより高めることができる。
【００１９】
本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置においても、従来の平行型排液管ユニットを配設した場合と同様、二個の排液口のうち片方にのみ人体等の異物が吸着された場合に吸着時吸引力の低減効果が発現する。しかし、万が一、人体等が二個の排液口に同時に吸着された場合には吸着時吸引力の低減効果が期待できない。これを考慮すると、二個の排液口をできるだけ離れた位置に設け、人体等が二個の排液口に同時に吸着されないようにすることが好ましい。
【００２０】
しかし、従来の平行型排液管ユニット（図10参照）を配設した循環式液槽装置において、二個の排液口53a,53bの間隔を渦室８の内径程度以上に広げると、図11に示すように、第一の流入管9aおよび第二の流入管9bの屈曲箇所が多くなって取り回しが複雑になるばかりか、液体が流入管内を流れる際のエネルギー損失が増加し円滑な流れが阻害される場合があった。ところが、本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置においては、二個の排液口の間隔を渦室の内径程度以上に広げた場合であっても、図５に示す様に、従来の平行型排液管ユニットを配設した場合（図11）と比較して、第一の流入管3aおよび第二の流入管3b（以降、両流入管3a,3bと呼ぶ場合がある）の屈曲箇所を少なく構成できる。これによって、両流入管3a,3bの取り回しが簡素化され、より施工が簡単、かつ両流入管内部でのエネルギー損失の小さい状態で、循環式液槽装置の安全性をより高めることができるのである。
【００２１】
また、渦室を液槽外部に縦型に配設した循環式液槽装置とすることができる。これによって、少ない設置面積で渦室を配設でき、例えばバスルーム等、設置スペースの狭い場所でも容易に設置可能な循環式液槽装置とすることができる。
【００２２】
渦室を液槽外部に横型に配設した循環式液槽装置とすることもできる。渦室を液槽の下側に配設する場合や、ある程度設置スペースに余裕がある場合は、渦室を横型に配設することが好ましい。渦室を横型に配設すると渦室内部における流れの位置ヘッドがほぼ等しくなり、旋回流を生じる際に重力の影響を受けにくくなる。これによって、より渦室内部での旋回流がスムーズになり、吸着時吸引力の低減効果が高い循環式液槽装置とすることができる。渦室内径が大きい循環式液槽装置であればある程、渦室を横型に配設することで旋回流がスムーズになる。
【００２３】
渦室のケーシングと循環用ポンプのケーシングを一体的に形成することで、渦室と循環用ポンプをユニット化した循環式液槽装置とすることもできる。これによって、小型でコンパクトかつ設置しやすい循環式液槽装置となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によって、機械的可動部や電気的接点が一切無く、メンテナンスフリーで故障の心配もなく、かつ簡単な構成で取付け工事も比較的容易であるという従来の平行型排液管ユニットの特徴に加えて、さらに吸着時吸引力を著しく低減させ、より一層安全性が向上した排液管ユニット、及びこのような排液管ユニットを配設した循環式液槽装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を用い、本発明の対向型排液管ユニット及び循環式液槽装置を例示して、具体的に説明する。図１〜図４は本発明の対向型排液管ユニットを説明するための図であり、図５〜図９は本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置を説明するための図である。一方、図10は従来の平行型排液管ユニットを説明するための図であり、図11と図12は従来の平行型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置を説明するための図である。また、図13〜図15は本発明の対向型排液管ユニットにおいて吸着時吸引力が低下するメカニズム等を説明するための図である。
【００２６】
まず、図１〜図４を用いて、本発明の対向型排液管ユニット１について例示説明する。これらの図において、第一の流入管3aは図の右側方に、第二の流入管3bは図の左側方に延在しているが説明の都合上省略してある。図１および図２に示すように、本発明の対向型排液管ユニット１は、吐液口24が貫穿された渦室２と、第一の流入管3aと、第二の流入管3bとからなるものである。以下、本発明の対向型排液管ユニット１を構成する上記構成要素について順に説明する。なお、本例では吐液口24に吐液管41が接続された構成である。
【００２７】
［排液管ユニット：渦室］
渦室２の内部空間形状は断面が円形状である。これによって、後述するように、第一の流入管3a又は第二の流入管3bのうちどちらかが人体等の異物を吸着した場合に、他方の流入管を介して接線方向から渦室内部20に流入した液体が、渦室内部20で旋回流を引き起すことになる（図１では×印を用いて、第二の流入管3bが異物を吸着した状態を模式的に示してある）。渦室２の内部空間形状は図１に示すような薄い円柱型に限定されず、図４に示すように、算盤玉型（ a）、厚い円柱型（ b）、円錐型（ c）、中央部にかけて陥没した円柱型（ d）等、種々の形状とすることができる。すなわち、渦室２の内部空間形状は、内周部の接線方向から渦室２に流入した液体が旋回流を引き起すように断面が円形状であればよい。また、図２に示す様に、渦室外周壁21には、第一の流入管3aと第二の流入管3bを、渦室２の内周部所定位置（本図では、内周部上端位置）の接線方向左右から直線的に対向させて、流出口側（一端側）32a,32bから渦室２にそれぞれ連通接続するために、二つの接続孔22a,22bを互いに隣接して貫穿している。
【００２８】
また、渦室２には、片側面23の中央部を軸線方向に、渦室２の内部から外部まで貫穿した吐液口24が設けられており、液槽内部から両流入管3a,3bを介して渦室内部20に流入した液体がこの吐液口24から排出される。本実施形態では、吐液口24に吐液管41が接続されており、液槽内部から渦室内部20に流入した液体は吐液管41から排出される構成であるが、吐液管41を設けなくてもよい。
【００２９】
渦室２を構成する材料について、液体に浸食されなければ特に制限されない。液体が水であれば、ステンレスや硬質塩化ビニル樹脂で外装部（ケーシング）を構成すればよい。
【００３０】
断面円形状の渦室２の内径は特に制限されず、現実的には液槽の大きさや、両流入管3a,3bの内径等を考慮して決定されることになる。例えば、家庭用の浴槽に配設する場合には、渦室２の内径は8〜25cmであることが好ましい。内径が8cmより小さいと通常時のエネルギー損失が増えて好ましくなく、25cmより大きいと設置スペースが確保しにくくなるばかりか、渦室自体も高価になる。家庭用の浴槽に配設する場合、渦室２の内径は、より好ましくは10〜20cmである。また、プールに配設する場合には、渦室２の内径は50〜130cmであることが好ましく、より好ましくは60〜100cmである。
【００３１】
渦室２の内部厚みLも特に制限されない。渦室２が円柱型の場合、渦室２の内径Dvとの比率L/Dvは0.1〜1が好ましい。L/Dvが0.1より小さいと通常流れにおけるエネルギー損失が大きくなる。L/Dvが1より大きいと吸着時吸引力が増加する。渦室２の内径との比率L/Dvは好ましくは、0.15〜0.5であり、より好ましくは0.2〜0.4である。また、渦室２の内部厚みLは、後述する両流入管3a,3bの内径と同じか、それより大きいことが好ましい。
【００３２】
吐液口24の内径Deについても特に制限されないが、渦室２の内径Dvとの比率De/Dvで0.05〜0.7が好ましい。De/Dv が0.05より小さいと通常時の流れにおけるエネルギー損失が大きくなる。De/Dvが0.7より大きいと吸着時吸引力が増加する。渦室２の内径との比率は好ましくは、0.1〜0.5であり、より好ましくは0.15〜0.4である。
【００３３】
［排液管ユニット：第一の流入管及び第二の流入管］
第一の流入管3a及び第二の流入管3bは、液槽内部に貯留した液体が渦室内部20に流入するように、液槽内部と渦室内部20をそれぞれ連通する。より詳細には、図２及び図３に示すように、第一の流入管3aと第二の流入管3bを介して渦室内部20に流入する液体が、渦室２の内周部所定位置26（図２及び図３では、内周部上端位置）における接線方向左右の対向する方向からそれぞれ渦室内部20に流入するように、第一の流入管3aと第二の流入管3bは、渦室２の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、渦室２に流出口側（一端側）32a,32bをそれぞれ連通接続している。そして、両流入管3a,3bの流出口側（一端側）32a,32bは、渦室２の内周部形状に合わせて円弧状に切り欠かれて鋭角的に形成されており、図３に示す様に、鋭角的に形成された両流入管3a,3b同士の先端部対抗位置33が、渦室２の前記内周部所定位置26とほぼ等しい位置になるように渦室２に流出口側（一端側）32a,32bをそれぞれ連通接続している。
【００３４】
第一の流入管3aは、液槽に貫穿した第一の排液口に流入口側（他端側）が接続されることで、液槽内部と渦室内部20を連通することになる。同様に、また、第二の流入管3bは、液槽に貫穿した第二の排液口に流入口側（他端側）が接続されることで、液槽内部と渦室内部20を連通することになる。
【００３５】
両流入管3a,3bの材質は、液体に浸食されなければ特に制限されない。液体が水であれば、ステンレス製や硬質塩化ビニル樹脂製の流入管を使用することができる。両流入管3a,3bの内径も特に制限されないが、渦室２の内部厚みL以下であることが好ましく、この条件下において0.1〜20cm 程度の範囲で選択できる。両流入管3a,3bの内径は、好ましくは0.2〜10cmであり、より好ましくは0.4〜5cmである。
【００３６】
次に図５〜図９を用いて、本発明の対向型排液管ユニット１を配設した循環式液槽装置について説明する。なお、図５及び図６では、説明の都合上、液槽５は液槽底面51の一部についてのみ二点鎖線で表現している。よって、液槽底面51の上方空間は液槽内部50となる。まず、図５を用いて本循環式液槽装置の第一実施形態について説明する。
【００３７】
［循環式液槽装置：第一実施形態］ 
図５に示す第一実施形態では、液槽５の下側に対向型排液管ユニット１を配設している。渦室２は液槽５の下側に縦型に配設されている。液槽底面51には所定間隔53Lを隔てて第一の排液口53aと第二の排液口53b（以降、両排液口53a,53bと呼ぶ場合がある）が貫穿されている。そして、液槽内部に貯留した液体が第一の排液口53aから流出して渦室内部に流入するように、渦室２に流出口側（一端側）32aを連通接続した第一の流入管3aの流入口側（他端側）31aが、第一の排液口53aに連通接続している。また、同じく、液槽内部に貯留した液体が第二の排液口53bから流出して渦室内部に流入するように、渦室２に流出口側（一端側）32bを連通接続した第二の流入管3bの流入口側（他端側）31bが、第一の排液口53bに連通接続している。これによって、第一の流入管3aおよび第二の流入管3bは、液槽内部50に貯留した液体が渦室内部に流入するようにそれぞれ液槽内部50と渦室内部を連通していることになる。本図のように、両流入管3a,3bを左右対称に形成し、対向型排液管ユニット１が左右対称になるように渦室２と両流入管3a,3bを配設することが好ましい。
【００３８】
そして、第一の流入管3aと第二の流入管3bは、渦室２の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、流出口側（一端側）32a,32bをそれぞれ渦室２に連通接続している。これにより、第一の流入管3a又は第二の流入管3bのうちどちらかが人体等の異物を吸着した場合に、他方の流入管を介して接線方向から渦室内部に流入した液体が旋回流を引き起し、吸着時吸引力を低減することになる。渦室内部に流れ込んだ液体は、片側面23の中央部を軸線方向に貫穿した吐液口24から吐液管41を介して循環用ポンプ（図示せず）へ流れ、配管（図示せず）を通って再び液槽内部50に戻ることになる。また、本第一実施形態では、断面円形状の渦室２の内径2Rよりも、第一の排液口53aと第二の排液口53bの間隔53Lが広く構成されている。
【００３９】
液槽底面51に設けた両排液口53a,53bの間隔53Lはできるだけ広くする方が安全であり、30cm以上が好ましい。これによって入浴者等が両排液口53a,53bに同時に吸着される可能性を低減できる。両排液口53a,53bの間隔53Lは、より好ましくは50cm以上である。この間隔が広いほど入浴者等が両排液口53a,53bに同時に吸着される可能性が低減できるが、その上限値は液槽５の大きさによって主に制限される。入浴者等が両排液口53a,53bに同時に吸着される可能性を低減しようとすると、両排液口53a,53bの間隔53Lは断面円形状の渦室２の内径2Rより広くなる場合が多い。
【００４０】
図11に、図５における本発明の対向型排液管ユニット１に代えて、従来の平行型排液管ユニット７を配設した場合を示す。本図でも、説明の都合上、液槽５は、液槽底面51の一部についてのみ二点鎖線で表現している。図５に示すように、本発明の対向型排液管ユニット１を設置した方が、両流入管3a,3b(9a,9b)の屈曲箇所を少なく構成できる。これによって、施工が容易となるばかりか、流入管内部でエネルギー損失が少なくなり、よりスムーズに液体を流すことができるのである。
【００４１】
図５に示した本第一実施形態では、渦室２が縦型に配設されているがこれに限定されず、横型に配設してもよいし（第二実施形態で後述）、斜めに傾斜させて配設してもよい。しかし、設置面積の狭い場合には、本第一実施形態のように、縦型に配設することが好ましい。また、本第一実施形態では、渦室２の内周部上端位置で両流入管3a,3bを連通接続しているが、これに限定されず、例えば、渦室２の内周部下端位置で両流入管3a,3b を連通接続してもよい。しかし、本第一実施形態のように構成した方が、渦室内部20の上端部に空気が入り込んだ場合でも容易に外部に抜けるため、安定した吸引力低減効果が得られ好ましい。さらに、本第一実施形態では、両排液口53a,53bを液槽底面51に設けたが、これに限定されす、液槽５の壁面に設けてもよい（第三実施形態で後述）。なお、本第一実施形態は循環式液槽装置についてものであるが、本発明の対向型排液管ユニット１を設置するのは循環式液槽装置に限定されず、吐液管41を通った液体を、循環用ポンプを介して液槽内部50に戻すことなく、下水道等に流す場合でもよい。
【００４２】
［循環式液槽装置：第二実施形態］
次に、図６を用いて本発明の対向型排液管ユニット１を配設した循環式液槽装置の第二実施形態について説明する。前記第一の実施形態との大きな違いは、渦室２を横型に配設している点である。
【００４３】
渦室２を横型に配設したことによって、渦室内部で旋回流が生じる際に重力の影響を受けにくくなる。このため、旋回流がよりスムーズになり、吸引力低減効果のより高い循環式液槽装置とすることができる。
【００４４】
図７〜図９は本発明の対向型排液管ユニット１を浴槽６に配設した循環式液槽（浴槽）装置を例示する図である。まず、図７を用いて本発明の対向型排液管ユニット１を配設した循環式液槽装置の第三実施形態について説明する。
【００４５】
［循環式液槽装置：第三実施形態］
図７に示す第三実施形態は、浴槽内部60に貯留した水を排出した後、浴槽内部60に戻して循環させるように構成した循環式液槽（浴槽）装置であって、浴槽６の手前側外壁面64aに隣接させて縦型に配設した断面円形状の渦室２と、前記浴槽内部60に貯留した水が前記渦室内部に流入するように、前記渦室２に一端側（流出口側）32aを連通接続し、前記浴槽６の右側壁62aに貫穿した第一の排水口に他端側（流入口側）31aを連通接続した第一の流入管3aと、前記浴槽内部60に貯留した水が前記渦室内部に流入するように、前記渦室２に一端側（流出口側）32bを連通接続し、前記浴槽６の左側壁62bに貫穿した第二の排水口に他端側（流入口側）31bを連通接続した第二の流入管3bと、前記渦室２の片側面23の中央部を軸線方向に貫穿した吐水口と、該吐水口に接続した循環用ポンプ（図示せず）を備え、前記第一の流入管3aと前記第二の流入管3bは、前記渦室２の内周部所定位置の接線方向左右から直線的に対向して、前記渦室２に一端側（流出口側）32a,32bをそれぞれ連通接続したことを特徴とする循環式液槽（浴槽）装置を例示したものである。
【００４６】
ここで、「水」とは、Ｈ2Ｏという物質をいうのであり、水と湯といった温度の違いによる使い分けで用いているのではない。すなわち、ここでいう水とは、水と湯のいずれも含む。また、「吐水口に接続した循環用ポンプ」における「接続」とは、吐水口に循環用ポンプを直接的に接続した場合だけでなく、図７に示す吐水管41を介して間接的に接続した場合も含む。
【００４７】
上記構成によって、浴槽内部60に貯留した水が左右の両流入管3a,3bを介して渦室内部に流れ込む。そして、第一の流入管3a又は第二の流入管3bのうちどちらかが入浴者等を吸着した場合に、他方の流入管を介して接線方向から渦室内部に流入した液体が旋回流を引き起し、吸着時吸引力を低減することになる。渦室内部に流れ込んだ水は、渦室２の片側面23に設けた吐水口から吐水管41を介して循環用ポンプ（図示せず）へ流れ、配管（図示せず）を通って再び浴槽内部60に戻るのである。
【００４８】
本第三実施形態では、渦室２を縦型に設置しているため、設置スペースの狭い浴槽でも対向型排液管ユニット１を設置することができる。また、前記第一実施形態と同様、左右の両流入管3a,3bが渦室２の内周部上端位置の接線方向左右から直線的に対向して渦室２とそれぞれ連通接続していることにより、安定した吸着時吸引力の低減効果が得られる。
【００４９】
図12に、図７における本発明の対向型排液管ユニット１に代えて、従来の平行型排液管ユニット７を配設した場合を示す。本発明の対向型排液管ユニット１を配設した図７の循環式液槽装置の方が、左右の両流入管3a,3b(9a,9b)の屈曲箇所を少なく構成できる。これによって、前記第一実施形態と同様、施工が容易となるばかりか、流入管内部でのエネルギー損失が少なくなり、よりスムーズに液体を流すことができるのである。
【００５０】
本第三実施形態では、渦室２が縦型に配設されているがこれに限定されず、横型に配設してもよいし、斜めに傾斜させて設置してもよい。しかし、前述したように、設置スペースが狭い場合には、本第三実施形態のように、縦型に配設することが好ましい。渦室２の設置スペースに余裕がある場合には、前記第二実施形態と同様に、渦室２を横型に配設すると、より旋回流がスムーズになり吸着時吸引力の低減効果が高まる。また、本第三実施形態では、渦室２の内周部上端位置で両流入管3a,3bを連通接続しているが、これに限定されず、例えば、渦室２の内周部下端位置で両流入管3a,3b を連通接続してもよい。しかし、前述したように、本第三実施形態のように構成した方が安定した吸着時吸引力の低減効果が得られ好ましい。
【００５１】
［循環式液槽装置：第四実施形態］
最後に、図８〜図９を用いて本発明の対向型排液管ユニット１を配設した循環式液槽（浴槽）装置の第四実施形態について説明する。図９は図８のＡ−Ａ’線を通って上下に延びる切断面を矢印方向から見た拡大断面図である。
【００５２】
本第四実施形態では、第三実施形態同様、渦室２を浴槽６の手前側外壁面64aに隣接させて縦型に配設している。そして、図９に示すように、渦室２のケーシング25と循環用ポンプ42のケーシング45を一体的に形成することで渦室２と循環用ポンプ42をユニット化し、吐水口24と循環用ポンプ42の吸引口43とを直接連結したものである。これによって、コンパクトでかつ設置しやすい循環式液槽装置となる。渦室内部20に流れ込んだ水は、吐水口24から直接循環用ポンプ42へ流れ、配管（図示せず）を通って再び浴槽内部に戻るのである。なお、本第四実施形態では、吐水口24 と循環用ポンプ42の吸引口43とを直接連結するため、吐水口24に吐液管41（図７参照）は接続されていない。
【００５３】
本実施の形態では、渦室２を縦型に配設しているが、これに限定されず、横型に設置してもよい。例えば、吐水口24が上方を向くように渦室を配設し、吸引口43が下方を向く様に上方から循環用ポンプ42を載置連結することができる。また、吐水口24が下方を向くように渦室２を配設し、吸引口43が上方を向く様に下方から循環用ポンプ42を当接させて連結してもよい。
【００５４】
以下、図13及び図14を用いて、従来の平行型排液管ユニットに比べて、本発明の対向型排液管ユニットの吸着時吸引力が弱まるメカニズムを解説する。なお、本解説において、位置ヘッドは考慮していないが、考慮した場合であっても、本発明の対向型排液管ユニットと従来の平行型排液管ユニットとの比較においては、基本的に同様の扱いができる。
【００５５】
［吸着時吸引力の低減メカニズム：定性的評価］
流入管に異物が吸着されたときの模式図を図13に示す。このとき吸着された異物にかかる吸着時吸引力は、吸着物（異物）の外面と内面の差圧に管断面積をかけて求められる。
【数１】
0004560630.tif 000002
ここに、F：吸着時吸引力、As：流入管断面積、P1：外面の水圧、Pm：流入管内圧力である。
【００５６】
式(1)において流入管断面積Asと水圧P1は流入管の形状と設置位置が決まれば定まる値であるから、吸着時吸引力Fを弱くするためには流入管内圧力Pmを大きくする必要がある。この流入管内圧力Pmを大きくできるという点において、本発明の対向型排液管ユニットは従来の平行型排液管ユニットに比べて優れているのである。以下このことを説明する。
【００５７】
図14は、二本ある流入管の一方を“基準とする流入管”とし、もう一方の吸着された側の流入管の取付け状態を示した解析モデルである。なお、説明の都合上、従来の平行型排液管ユニットの場合と本発明の対向型排液管ユニットの場合を同じ図に示している。水は上部左側の流入管より流入し、渦室外周部に沿って旋回流となる。上部右側の流入管が対向型排液管ユニットの吸着側流入管であり、下部左側の流入管が平行型排液管ユニットの吸着側流入管となっている。吸着された側の流入管は、渦室外周部の流れの一部がせき止められた状態になっているので、流入管内圧力は渦室外周部の圧力エネルギーに加え、流れの速度エネルギーの一部が圧力として回復したものの和として求められる。すなわち、
流入管内圧力＝渦室外周部の圧力エネルギー＋回復係数×流れの速度エネルギー
の関係が成り立つ。これを、本発明の対向型排液管ユニットと従来の平行型排液管ユニットについて式で表現すれば以下の２式となる。
【数２】
0004560630.tif 000003
【数３】
0004560630.tif 000004
ここに、Pm-1：対向型排液管ユニットの流入管内圧力、Pm-2：平行型排液管ユニットの流入管内圧力、V1：Ｗの位置での流れの速度、V2：Ｚの位置での流れの速度、β：回復係数（0〜1.0の範囲の値をとるが、実験データを解析したところ0.5となった）、Po：渦室外周部の圧力である。
【００５８】
ここで、Ｚの位置は、Ｗの位置から渦室外周に沿って円周の半分だけ回った位置であるから、この間に流れは外周壁との摩擦により速度が減少する。すなわち、
【数４】
0004560630.tif 000005
の関係が成り立つことになる。
つまり、式(2)と式(3)の速度エネルギーの項は、本発明の対向型排液管ユニットの方が大きいので、流入管内圧力も対向型排液管ユニットの方が大きい。その結果、式(1)で求められる吸着時吸引力は対向型排液管ユニットの方が弱くなるのである。
【００５９】
［吸着時吸引力の低減メカニズム：定量的評価］
次に、本発明の対向型排液管ユニットと従来の平行型排液管ユニットの吸着時吸引力を理論的に解析し、定量的評価を行なう。
【００６０】
まず、図14の解析モデルにおいて液槽から上部左側流入管への流入過程を解析する。流量をQ、流入管断面積をAsとすれば、流入管内の流速VSは次式で与えられる。
【数５】
0004560630.tif 000006
液槽底面すなわち流入管入口部の水圧をP1とすると、流入管内の全圧Pstは次式より求められる。
【数６】
0004560630.tif 000007
ここで、ρは水の密度である。また、ζは吸込み管の損失係数であるが、実験データを解析したところレイノルズ数Reの関数として次式で求められる。
【数７】
0004560630.tif 000008
なお、レイノルズ数Reは次のように定義する。
【数８】
0004560630.tif 000009
ここに、Dvは渦室内径、νは水の動粘性係数である。
また、上部左側流入管内の静圧Psは、
【数９】
0004560630.tif 000010
より求められる。
【００６１】
対向型排液管ユニットの吸着側流入管内圧力Pm-1は、前述のように式(2)で求める。式(2)を再掲すれば式(10) である。
【数１０】
0004560630.tif 000011
ここで、流速V1は、図14のようにＷの位置の流速であるから、これは上部左側流入管内の流速VSに等しいと近似してよい。よって、
【数１１】
0004560630.tif 000012
である。また、渦室外周部の圧力Poは上部左側流入管内の静圧Psに等しいと見なせる。よって、
【数１２】
0004560630.tif 000013
である。なお、回復係数は前述したように0.5であるから、式(11)と式(12)を式(10)へ代入すれば対向型排液管ユニットの吸着側流入管内圧力Pm-1を求めることができる。そして、Pm-1を求めれば、吸着時吸引力F1は式(1)で示したように、
【数１３】
0004560630.tif 000014
によって計算できる。
【００６２】
次に、平行型排液管ユニットの吸着側流入管内圧力と吸着時吸引力を求める。まず、平行型排液管ユニットの流速V2を求める。図14に示す渦室外周壁について、Ｗの位置からＺの位置までの網状ハッチングを施した部分について考える。上部左側流入管を通過した流れは、Ｗの位置では速度VSで渦室外周部へ接線方向から流入し、外周壁に沿って半円周分だけ旋回しＺの位置に到達する。この外周部の網状ハッチングを施した部分の旋回流について、境界層理論を適用し、外周壁の摩擦を考慮すれば、角運動量保存の関係より次式が成り立つ。
【数１４】
0004560630.tif 000015
ここに、rvは渦室半径、Vθは外周部の旋回速度、τwは外周壁の摩擦応力である。また、Lは図５の網状ハッチングを施した部分の壁面の幅であり、図14の記号を用いて表せば、
【数１５】
0004560630.tif 000016
である。
式(14)の右辺の摩擦応力τwを定めるため、外周壁を近似的に平板と見なし、平板に沿った乱流境界層を考える。乱流境界層の速度分布は、円管内乱流の1/7乗則に従うと仮定すると、摩擦応力は次のようになる。
【数１６】
0004560630.tif 000017
ここに、Uは主流速度、δは境界層厚さである。一方、平板上の境界層の厚さδは、前縁からの距離をxとすると次式より求めることができる。
【数１７】
0004560630.tif 000018
図５において、Ｗの位置からの旋回角度をθとすると距離xはx=rvθとなる。一方、Ｚの位置までの旋回角度は円周の半分に相当するθ=πであるから、Ｚまでの距離はx=rvπとなる。これを式(17)へ代入すれば次のようになる。
【数１８】
0004560630.tif 000019
以上より、Uを外周部の旋回速度Vθ、τw を渦室外周壁の摩擦応力と見なし、式(16)に式(18)を代入し、これを式(14)へ代入する。そして、Vθ= V2と書き換えれば流速V2は、
【数１９】
0004560630.tif 000020
となる。ここに、μは水の粘性係数である。
また、渦室外周部の圧力Poは上部左側流入管内の静圧Psに等しいと見なせるから、
【数２０】
0004560630.tif 000021
である。
これで、流速V2と圧力Poが定まったので、平行型排液管ユニットの吸着側流入管内圧力Pm-2は、前述のように式(3)で求められる。再掲すれば、
【数２１】
0004560630.tif 000022
となる。
そこで、平行型排液管ユニットの吸着時吸引力は、
【数２２】
0004560630.tif 000023
によって計算できる。
【００６３】
図15に、渦室内径120mm、渦室の内部厚み13mmの薄い円柱型渦室と、内径13mmの流入管を使用した排液管ユニットについて、入口圧力P1が109.53kPaのときの吸着時吸引力の計算結果を、従来の平行型排液管ユニットと本発明の対向型排液管ユニットの双方について示す。同一の流入管内流速において、本発明の対向型排液管ユニットは従来の平行型排液管ユニットに比べて吸着時吸引力を10〜15％程度低減できることがわかる。
【００６４】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野における熟練者等により、本出願の願書に添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正が可能であるとの点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の対向型排液管ユニットの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の対向型排液管ユニットの分解斜視図である。
【図３】図１の対向型排液管ユニットの縦断面図である。
【図４】本発明の対向型排液管ユニットの他の実施形態を例示した斜視図である。
【図５】本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第一実施形態を説明するための斜視図である。
【図６】本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第二実施形態を説明するための斜視図である。
【図７】本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第三実施形態を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の対向型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第四実施形態を説明するための斜視図である。
【図９】図８におけるＡ−Ａ’線を通って上下に延びる切断面を矢印方向から見た拡大断面図である。
【図１０】従来の平行型排液管ユニットの一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】従来の平行型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第一実施形態を説明するための斜視図である。
【図１２】従来の平行型排液管ユニットを配設した循環式液槽装置の第二実施形態を説明するための斜視図である。
【図１３】流入管に異物が吸着されたときの状態を模式的に示した斜視図である。
【図１４】本発明の対向型排液管ユニットと従来の平行型排液管ユニットの吸着時吸引力を解析するための解析モデルを示す図である。
【図１５】本発明の対向型排液管ユニットと従来の平行型排液管ユニットの吸着時吸引力を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１      対向型排液管ユニット（本発明）
２,８  渦室
2R    渦室内径
24    吐液口（吐水口）
3a,3b  流入管
32a,32b 一端側（流出口側）
31a,31b 他端側（流入口側）
41    吐液管（吐水管）
42    循環用ポンプ
５      液槽
51    液槽底面
53a,53b 排液口
53L    排液口の間隔
６    浴槽
62a,62b側壁
７      平行型排液管ユニット（従来品）
9a,9b  流入管
【図１】
0004560630.tif 000024
【図２】
0004560630.tif 000025
【図３】
0004560630.tif 000026
【図４】
0004560630.tif 000027
【図５】
0004560630.tif 000028
【図６】
0004560630.tif 000029
【図７】
0004560630.tif 000030
【図８】
0004560630.tif 000031
【図９】
0004560630.tif 000032
【図１０】
0004560630.tif 000033
【図１１】
0004560630.tif 000034
【図１２】
0004560630.tif 000035
【図１３】
0004560630.tif 000036
【図１４】
0004560630.tif 000037
【図１５】
0004560630.tif 000038