(57)【要約】【課題】熱電ヒートポンプを用いたトイレ装置を提供すること。【解決手段】トイレ装置（１００）は、座部を備えた便器（１１０）と、前記便器を流すための水を収容する貯水槽（１２０）と、入口（２１１）及び出口（２１２）を有する導管（２１０）及び該出口にあるノズル（２２０）を含み、ユーザーの身体の下部を洗浄する水噴射（２３０）を生成するために前記便器内に位置する水噴射装置（２００）とを含む。前記貯水槽に関連する水と作動的に熱的連通して該水から熱を抽出する低温側（３１０）と、前記導管の導管区画（２１３）と熱的連通し、前記導管を流れる水の温度を上げるため、抽出された熱を供給する高温側（３２０）とを有する熱電ヒートポンプ（３００）も存在する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
座部を備えた便器と、
前記便器を流すための水を収容する貯水槽と、
入口及び出口を有する導管、及び該出口あるノズルを含み、前記便器に座っているユーザーの身体の下部を洗浄する水噴射を生成するために前記便器内に位置する水噴射装置と、
前記貯水槽に関連する水と作動的に熱的連通して該水から熱を抽出する低温側、及び前記導管の導管区画と熱的連通し、前記導管を流れる水の温度を上げるため、抽出された熱を供給する高温側を有する熱電ヒートポンプと、
を含むトイレ装置。
【請求項２】
前記熱電ヒートポンプはペルチェ素子を含む、請求項１に記載のトイレ装置。
【請求項３】
前記熱電ヒートポンプは、前記高温側に関連する第１の通路を含み、該第１の通路は前記導管に連結されるとともに前記導管区画として機能する、請求項１に記載のトイレ装置。
【請求項４】
前記第１の通路は、曲がりくねった経路の形で前記熱電ヒートポンプの高温側内を延在する、請求項３に記載のトイレ装置。
【請求項５】
前記熱電ヒートポンプは、前記低温側が前記貯水槽内の水と作動的に熱的連通した状態で前記貯水槽の壁部に設置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトイレ装置。
【請求項６】
前記貯水槽の壁部は開口を有し、前記熱電ヒートポンプは、前記低温側が前記貯水槽内の水と熱的連通するために前記貯水槽内にあるか又は前記貯水槽の内側を向いた状態で前記開口を通って配置されている、請求項５に記載のトイレ装置。
【請求項７】
前記熱電ヒートポンプの低温側は、前記貯水槽内の水と接触するためのフィン付又はピン付の熱導体を含む、請求項６に記載のトイレ装置。
【請求項８】
前記熱電ヒートポンプは前記低温側と関連する第２の通路を含み、該第２の通路は２つの端部を有し、該２つの端部は、前記貯水槽から出て戻る水の循環が前記熱電ヒートポンプを通るようそれぞれのチューブに連結されて前記貯水槽の内部と連通している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のトイレ装置。
【請求項９】
前記導管区画及び前記第２の通路のうちの一方は、前記導管区画及び前記第２の通路のうちの他方を取り囲む、請求項８に記載のトイレ装置。
【請求項１０】
前記第２の通路は、前記導管区画が内部を延在する管状構造を有する、請求項９に記載のトイレ装置。
【請求項１１】
前記熱電ヒートポンプは、高温側が内側を向いた状態で前記導管区画を取り囲むように配置された少なくとも３つのペルチェ素子を含む、請求項８に記載のトイレ装置。
【請求項１２】
前記熱電ヒートポンプは、高温側が内側を向いた状態で前記導管区画を取り囲むように配置された少なくとも３つのペルチェ素子を含む、請求項１１に記載のトイレ装置。
【請求項１３】
前記熱電ヒートポンプは、前記ペルチェ素子の低温側と接触するともに、前記第２の通路が低温側を延在する少なくとも１つの外側熱導体と、前記ペルチェ素子の高温側と接触するとともに、前記導管区画が高温側を延在する少なくとも１つの内側熱導体とを含む、請求項１２に記載のトイレ装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの外側熱導体及び前記少なくとも１つの内側熱導体のうちの少なくとも一方は一体的な管状構造を有する、請求項１３に記載のトイレ装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの外側熱導体は、前記第２の通路を提供するウォータージャケットによって外側が取り囲まれた一体的な筒状構造を有する、請求項１４に記載のトイレ装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの内側熱導体は、内側に流路、リブ又はキー溝を含む一体的な筒状構造を有する、請求項１４に記載のトイレ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水噴射洗浄機能を有するトイレ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーの身体の下部を洗うために、トイレに水噴射を提供することが急速に広まっている。洗浄工程には温水が好適である。そのため、係るビデ用途には小型で効率的な温水器が必要となる。大半の既存のシステムでは、例外なく従来の抵抗ヒーターが用いられているが、従来の抵抗ヒーターはスペースや電力消費の点で効率的ではなく、浴室では推奨されないＡＣ電源の使用が必要になることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、新たな、あるいは改良されたトイレ装置を提供することにより、上記の課題又は欠点を軽減するか又は少なくとも緩和しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、トイレ装置が提供される。当該トイレ装置は、座部を備えた便器と、前記便器を流すための水を収容する貯水槽と、入口及び出口を有する導管、及び該出口にあるノズルを含み、前記便器に座っているユーザーの身体の下部を洗浄する水噴射を生成するために前記便器内に位置する水噴射装置とを含む。前記貯水槽に関連する水と作動的に熱的連通（thermal  communication）して該水から熱を抽出する低温側（cold  side）と、前記導管の導管区画（conduit  section）と熱的連通し、前記導管を流れる水の温度を上げるため、抽出された熱を供給する高温側（hot  side）とを有する熱電ヒートポンプも存在する。
【０００５】
前記熱電ヒートポンプはペルチェ素子を含むことが好ましい。
【０００６】
前記熱電ヒートポンプは、前記高温側に関連する第１の通路を含み、該第１の通路は前記導管に連結されるとともに前記導管区画として機能することが好ましい。
【０００７】
前記第１の通路は、曲がりくねった経路の形で前記熱電ヒートポンプの高温側内を延在することがより好ましい。
【０００８】
第１の好ましい実施形態では、前記熱電ヒートポンプは、前記低温側が前記貯水槽内の水と作動的に熱的連通した状態で前記貯水槽の壁部に設置されている。
【０００９】
前記貯水槽の壁部は開口を有し、前記熱電ヒートポンプは、前記低温側が前記貯水槽内の水と熱的連通するために前記貯水槽内にあるか又は前記貯水槽の内側を向いた状態で前記開口を通って配置されていることがより好ましい。
【００１０】
前記熱電ヒートポンプの低温側は、前記貯水槽内の水と接触するためのフィン付又はピン付（finned  or  pinned）の熱導体を含むことがさらにより好ましい。
【００１１】
第２の好ましい実施形態では、前記熱電ヒートポンプは前記低温側と関連する第２の通路を含み、該第２の通路は２つの端部を有し、該２つの端部は、前記貯水槽から出て戻る水の循環が前記熱電ヒートポンプを通るようにそれぞれのチューブに連結されて前記貯水槽の内部と連通している。
【００１２】
前記導管区画及び前記第２の通路のうちの一方は、前記導管区画及び前記第２の通路のうちの他方を取り囲むことがより好ましい。
【００１３】
前記第２の通路は、前記導管区画が内部を延在する管状構造（ウォータージャケット）を有することがさらにより好ましい。
【００１４】
前記熱電ヒートポンプは、高温側が内側を向いた状態で前記導管区画を取り囲むように配置された少なくとも３つのペルチェ素子を含むことが好ましい。
【００１５】
前記熱電ヒートポンプは、高温側が内側を向いた状態で前記導管区画を取り囲むように配置された少なくとも３つのペルチェ素子を含むことがさらに好ましい。
【００１６】
前記熱電ヒートポンプは、前記ペルチェ素子の低温側と接触するともに、前記第２の通路が低温側を延在する少なくとも１つの外側熱導体と、前記ペルチェ素子の高温側と接触するとともに、前記導管区画が高温側を延在する少なくとも１つの内側熱導体とを含むことがさらにより好ましい。
【００１７】
前記少なくとも１つの外側熱導体及び前記少なくとも１つの内側熱導体のうちの少なくとも一方は一体的な管状構造を有することがさらにより好ましい。
【００１８】
前記少なくとも１つの外側熱導体は、前記第２の通路を提供するウォータージャケットによって外側が取り囲まれた一体的な筒状構造を有することがさらにより好ましい。
【００１９】
前記少なくとも１つの内側熱導体は、内側に流路、リブ又はキー溝を含む一体的な筒状構造を有することがさらにより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
添付の図面を参照しながら、一例として本発明をより具体的に説明する。
【図１】図１は、水噴射装置と、該水噴射装置に供給される水の温度を上げる熱電ヒートポンプとを含む、本発明に係るトイレ装置の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、図１のトイレ装置の概略図である。
【図３】図３は、図２の熱電ヒートポンプの断面図である。
【図４】図４は、図３の熱電ヒートポンプの概略図である。
【図５】図５は、水噴射装置と、該水噴射装置に供給される水の温度を上げる熱電ヒートポンプとを含む、本発明に係るトイレ装置の第２の実施形態の斜視図である。
【図６】図６は、図５のトイレ装置の概略図である。
【図７】図７は、図５の熱電ヒートポンプの斜視図である。
【図８】図８は、図７の熱電ヒートポンプの側部断面図である。
【図９】図９は、図７の熱電ヒートポンプの端部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
先ず図面の図１〜図４を参照して、本発明を具体化した第１のトイレ装置１００を示す。第１のトイレ装置１００は、座部１１１を備えた便器１１０と、便器１１０を流すのに用いられる水を収容するための、水タンク１２０の形態の貯水槽とを含む。水噴射装置２００が存在する。水噴射装置２００は、入口端２１１及び出口端２１２を有する導管２１０と、出口端２１２にあるノズル２２０とを含み、便器１１０に座っているユーザーの身体の下部を洗浄する水噴射２３０を生成するために概して便器１１０内に位置している。入口端２１１は、洗浄水（flush  water）として使用するために清水（fresh  water）を水タンク１２０に供給する清水供給パイプ１３０にＴ字継手１３１を用いて連結されている。
【００２２】
熱電ヒートポンプ３００も含まれる。熱電ヒートポンプ３００は、水タンク１２０に関連する水と作動的に熱的連通して、該水から熱を抽出する低温側３１０と、導管２１０の区画２１３と熱的連通し、導管２１０を流れる水がノズル２２０を通じて噴出される前にその水の温度を上げるため、抽出された熱を供給する高温側３２０とを有する。
【００２３】
一般に、熱電ヒートポンプ３００は、ＤＣ電流を素子に流して、温度勾配に逆らって素子の一方側（即ち低温側３１０）から反対側（即ち高温側３２０）に熱を移動させることによって加熱効果、冷却効果又は安定化効果を生じさせる固体素子である。熱電ヒートポンプ３００は、水を加熱するか又はその温度を上げる瞬間温水器として機能する。本技術によれば、熱電ヒートポンプ３００は、具体的には、限定されないが、ペルチェ素子３００Ｐ（ペルチェクーラー又はヒーターとしても知られている）により実施されるか又はペルチェ素子３００Ｐを含む。ペルチェ素子３００Ｐは、低温側３１０及び高温側３２０としてそれぞれ作用する２つの金属層３０１及び３０２に両側が挟まれた中間半導体層３０３によって形成された多層構造を有する。
【００２４】
図２のトイレ装置１００では、熱電ヒートポンプ３００は、高温側３２０で延在することによって高温側３２０に関連する通路Ｐ１を含む。通路Ｐ１は導管２１０に連結又は接合されている。通路Ｐ１は、導管２１０、より正確には導管区画２１３を流れる水が、動作時に熱電ヒートポンプ３００の低温側３１０から移された熱によって熱電ヒートポンプ３００の高温側３２０で加熱されるように導管区画２１３として機能する。
【００２５】
熱電ヒートポンプ３００は、低温側３１０が、壁部１２１を介して又は好ましくは壁１部２１を通じて水タンク１２０内の洗浄水と作動的に熱的連通した状態で水タンク１２０の壁部１２１に配置されている。そのため、壁部１２１には開口１２２が形成されている。熱電ヒートポンプ３００は、低温側３１０がタンク１２０内の洗浄水と熱的連通するために水タンク１２０内に挿入にされた状態で（あるいは水タンク１２０の内側を向いた状態で）、開口１２２を通って配置されている。熱電ヒートポンプ３００の低温側３１０は、タンク１２０内の洗浄水と直接接触するためのフィン付又はピン付の熱導体３１１を含むことが好ましい。導体３１１は、低温側３１０と洗浄水との間の接触領域と、それ故にそれらの間の熱的連通又は熱交換を最大化するヒートシンクである。
【００２６】
熱電ヒートポンプ３００の高温側３２０は外に露出しており、高温側３２０に導体ブロック３２１が取り付けられている。通路Ｐ１は、曲がりくねった経路、例えば複数のＺ折り経路（multiple  z-fold  path）の形で導体ブロック３２１、即ち熱電ヒートポンプ３００の高温側内を延在している。高温側３２０とノズル２２０に向かう水との間の接触領域と、それに故にそれらの間の熱的連通を最大化してそれらの間の熱交換を向上させるために、熱電ヒートポンプ３００の高温側に沿って導管区画２１３が延在している。
【００２７】
ペルチェ素子３００Ｐの動作の間、低温側３１０にあるフィン付熱導体３１１を通じてタンク１２０内の洗浄水から熱が抽出される。その後、抽出された熱はペルチェ素子３００Ｐによって高温側３２０に移されるか又は送り出されて熱導体ブロック３２１に到達する。次に、熱導体ブロック３２１は係る熱を導管区画２１３に伝導し、導管２１０を流れる水が便器１１０に座っているユーザーの身体の下部を洗浄する温水噴射２３０としてノズル２２０から出て行く前にその水の温度を上げる。
【００２８】
水噴射２３０の温度は、ペルチェ素子３００Ｐを駆動するＤＣ電源をデジタル又はアナログのコントローラを用いて調整することにより制御できる。ペルチェ素子３００Ｐは、自身の温度を常に室温で維持するタンク１２０内の洗浄水から熱エネルギーを抽出する。タンク１２０は、洗浄動作毎にノズル２２０を通じて分注される水よりもはるかに多い量の水を収容しているため、タンク１２０内に収容されている水の温度は周囲から素早く回復するため、本使用目的にとって実質的に無限の熱エネルギー源を表す。
【００２９】
図５〜図９を参照して、本発明を具体化した第２のトイレ装置１００’を示す。第２のトイレ装置１００’の一般的な構造又は構成は第１のトイレ装置１００のものと同様であり、同等の部分には、例えば座部１１１’を備えた便器１１０’、水タンク１２０’、導管２１０’及びノズル２２０’により形成される水噴射装置２００’及び熱電ヒートポンプ３００’といった具合にアポストロフィーを加えた同じ参照符号を付している。このトイレ装置１００’は同様の形で動作する。主たる違いは、後で説明するように熱電ヒートポンプ３００’の構成及び配置にある。
【００３０】
熱電ヒートポンプ３００’は水タンク１２０’に取り付けられているのではなく、目立たない別の場所（例えば便器１１０’の後ろ）に設置されているため、水タンク１２０’を変更する必要性が解消される。タンク１２０’内から熱電ヒートポンプ３００’に水を移動させるために、送水ポンプ４００及び水回路４１０が追加されている。水ポンプ４００は水を汲み出すために水タンク１２０’内で浸漬されている。水回路４１０は一対のチューブ４１１及び４１２によって形成されている。第１のチューブ４１１は、タンク１２０’から熱電ヒートポンプ３００’に水を届けるためにポンプ４００から熱電ヒートポンプ３００’に延び、第２のチューブ４１２は水を戻すために熱電ヒートポンプ３００’からタンク１２０’に戻るように延びている。
【００３１】
熱電ヒートポンプ３００’自体には新たな構成が付与されている。高温側３２０’に関連する元来の（original）／第１の通路Ｐ１’に加えて、新たな構成として低温側３１０’に関連する第２の通路Ｐ２が含まれる。第２の通路Ｐ２は、タンク１２０’からの水がチューブ４１２を通じてタンク１２０’に戻る前に、他方のチューブ４１１を通じて熱電ヒートポンプ３００’を通過させるようにする役割を果たす。第２の通路Ｐ２は２つの両端Ｐ２−１及びＰ２−２を有し、Ｐ２−１及びＰ２−２はそれぞれチューブ４１１及び４１２に連結されて水タンク１２０’の内部と連通しているため、タンク１２０’から出て戻る水の循環が途中で熱電ヒートポンプ３００’を通るようにすることができる。
【００３２】
第２の通路Ｐ２は、円筒状のウォータージャケットに似た筒状構成を有し、その筒状構造が元来の／第１の通路Ｐ１’及び導管区画２１３’を取り囲むか又はその筒状構造内を第１の通路Ｐ１’及び導管区画２１３’が同心円状に延在する。いずれの場合について、それらの構成を説明する。好適な変更を加えて、第２の通路Ｐ２が第１の通路Ｐ１’及び導管区画２１３’に取り囲まれるような逆の構成にすることも可能である。そのため、通常、導管区画２１３’及び第２の通路Ｐ２のうちの一方が、導管区画２１３’及び第２の通路Ｐ２のうちの他方を取り囲む。
【００３３】
熱電ヒートポンプ３００’は、三角状に配置された少なくとも３つのペルチェ素子３００Ｐ’によって形成されるか又はこの特定の実施形態では、中心軸に沿って熱電ヒートポンプ３００’に亘って延在する導管区画２１３’を取り囲むように四角構成で配置された４つのペルチェ素子３００Ｐ’によって形成されている。これらの４つのペルチェ素子３００Ｐ’は、それらの高温側３２０’が内側を向き、それらの低温側３１０’が外側を向いた状態で配置されている。
【００３４】
熱電ヒートポンプ３００’は、ペルチェ素子３００Ｐ’の低温側３１０’と接触するとともに、その低温側を第２の通路Ｐ２が延在する外側熱導体３１１’と、ペルチェ素子３００Ｐ’の高温側３２０’と接触するとともに、その高温側を第１の通路Ｐ１’及び導管区画２１３’が延在する内側熱導体３２１’をさらに含む。外側熱導体３１１’は一体的な筒状構造を有し、第２の通路Ｐ２を提供するウォータージャケットによって外側が取り囲まれている。内側熱導体３２１’も同じように一体的な筒状構造を有し、第１の通路Ｐ１’を通って導管区画２１３’に沿って流れる水との熱的連通を又は係る水への伝熱を高めるために軸方向に延びた流路、リブ又はキー溝Ｘを含む内側を有する。
【００３５】
外側熱導体３１１’及び内側熱導体３２１’のそれぞれは、全体的な円筒構造を得るために互いに組み付けられる１／４に区画化された４つの導体（ペルチェ素子３００Ｐ’毎に１つ設けられる）に分割されるか又はそれらによって形成される。
【００３６】
動作時、第２の通路Ｐ２は、主要な加熱パイプ、即ち導管区画２１３’として機能する第１の通路Ｐ１’を取り囲む外側熱交換ケースとして機能する。第２の通路Ｐ２は、ペルチェ素子３００Ｐ’の反対の外側低温側３１０’及び内側高温側３２０’で４つのペルチェ素子３００Ｐ’により第１の通路Ｐ１’から分離されている。タンク１２０’からの洗浄水はポンプ４００により第２の通路Ｐ２を通って循環され、外側低温側３１０’に熱を供給する。そして、ペルチェ素子３００Ｐ’にＤＣ電流が印加されると、供給された熱がペルチェ素子３００Ｐ’によって内側高温側３２０’に移されるか又は送り出され、その後第１の通路Ｐ１’内の水によって抽出される。ノズル２２０’は、第１の通路Ｐ１’又は導管区画２１３’を通じて導管２１０’に沿って流れる水と共に動作する。第１の通路Ｐ１’又は導管区画２１３’では、便器１１０’に座っているユーザーの身体の下部を洗浄する温水噴射２３０’としてノズル２２０’から水が出て行く前にその水が好適な高い温度に加熱される。
【００３７】
タンク１２０’に戻る水の温度は、水噴射２３０’を形成する水への熱損失により低下する。水タンク１２０’はかなり大量の水を収容しているため、全体的な温度低下は些細なものとなる。システムは、連続的な温水の流れを維持して水ノズル２２０’の比較的短時間の動作を支持することができる。
【００３８】
一般に、ペルチェ素子３００Ｐ／３００Ｐ’は、電力（熱を生成する際にも消費される）が印加されると、その低温側３１０／３１０’から反対側の高温側３２０／３２０’に熱を送り出す／移す。そのため、高温側３２０／３２０’で得られ、ビデ用途のために水の温度を上げるのに有用な熱エネルギーを、消費される電気エネルギーよりも大きくすることができる。従って、トイレ装置１００／１００’の加熱システムは、従来の抵抗型の電気ヒーターに比べて加熱効率が高められている。
【００３９】
本発明のトイレ装置において熱電ヒートポンプ、とりわけペルチェ素子を使用することの利点は以下のように要約される。
【００４０】
高効率
ペルチェ素子の加熱成績係数（ＣＯＰ）は約１．６なのに対して、従来の抵抗ヒーターの効率は約０．８〜０．９である。
【００４１】
サイズ
ペルチェ素子は反応が素早く、即座に水を加熱できるため、別の貯水槽を必要としない。
【００４２】
温水の連続供給
ペルチェ素子の高い加熱強度に起因する瞬間加熱により連続供給される。
【００４３】
省エネルギー
貯水槽型ヒーターは、水が予め加熱されているため、時間が経つにつれて周囲に熱を奪われる。瞬間ヒーター、とりわけペルチェ素子は要求に応じてのみ電力を消費し、周囲への損失もほとんどない。
【００４４】
ペルチェ素子３００Ｐ／３００Ｐ’はサイズがコンパクトで、構造が強固であり、比較的長い期間確実に動作できる。これは本発明に係る好ましいオプションであるが、今日又は未来のいずれかにおいて熱電ヒートポンプの他の種類のデザインの使用が想定される。
【００４５】
本発明は一例として説明したに過ぎず、当業者であれば添付の特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に様々な他の変更及び／又は修正を加えることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  トイレ装置
１１０  便器
１１１  座部
１２０  貯水槽／水タンク
２００  水噴射装置
２１０  導管
２１１  入口端
２１２  出口端
２１３  導管区画
２２０  ノズル
２３０  水噴射
３００  熱電ヒートポンプ
３００Ｐ  ペルチェ素子
３１０  低温側
３１１  熱導体
３２０  高温側
３２１  導体ブロック
Ｐ１  第１の通路
Ｐ２  第２の通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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