小野寺 尚幸 (〒01 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1号 TOTO株式会社内 Fukuoka, 8028601, JP)
SATO, Tomoko (1-1 Nakashima 2-chome, Kokurakita-ku, Kitakyusyu-sh, Fukuoka 01, 8028601, JP)
佐藤 知子 (〒01 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1号 TOTO株式会社内 Fukuoka, 8028601, JP)
KUROISHI, Masahiro (1-1 Nakashima 2-chome, Kokurakita-ku, Kitakyusyu-sh, Fukuoka 01, 8028601, JP)
TOTO株式会社 (〒01 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1号 Fukuoka, 8028601, JP)
ONODERA, Naoyuki (1-1 Nakashima 2-chome, Kokurakita-ku, Kitakyusyu-sh, Fukuoka 01, 8028601, JP)
小野寺 尚幸 (〒01 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1号 TOTO株式会社内 Fukuoka, 8028601, JP)
SATO, Tomoko (1-1 Nakashima 2-chome, Kokurakita-ku, Kitakyusyu-sh, Fukuoka 01, 8028601, JP)
佐藤 知子 (〒01 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1号 TOTO株式会社内 Fukuoka, 8028601, JP)
| 給水流路に対して略平行な中心軸と、 周面に複数の動翼羽根部を有し、前記中心軸のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられる動翼と、 前記動翼に対して間隙を隔てて前記動翼の上流側に設けられ、前記動翼に旋回流を与える複数の静翼羽根部を周面に有する予旋回静翼と、 前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、 前記マグネットに対向するコイルと、 を備え、 前記静翼羽根部間に形成される静翼流路の中心よりも、前記動翼羽根部間に形成される動翼流路の中心の方が径外方向に位置していることを特徴とする水栓用発電機。 |
| 前記動翼羽根部が前記静翼羽根部よりも径外方向に突出していることを特徴とする請求項1記載の水栓用発電機。 |
| 水栓装置の水栓金具と、前記水栓装置の上流側に設けられた止水栓との間を接続する流路に設けられ、発電した電力を前記水栓装置の開閉動作以外に供給可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の水栓用発電機。 |
| 水栓装置の水栓金具内に設けられ、発電した電力で前記水栓装置を開閉することを特徴とする請求項1または2に記載の水栓用発電機。 |
| 前記静翼羽根部の外周部は、前記動翼羽根部の内周部より径外方向に突出していることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の水栓用発電機。 |
| 前記動翼流路の入口幅が、前記静翼流路の出口幅より大であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1つに記載の水栓用発電機。 |
| 前記動翼流路の入口幅が、前記静翼流路の出口幅の1.5倍以上2.5倍以下であることを特徴とする請求項6記載の水栓用発電機。 |
| 前記マグネットは、前記動翼流路を囲むように前記動翼羽根部に固定された筒状を呈し、前記コイルは、前記マグネットの上流側端面及び下流側端面の少なくともいずれかに対向して配置されたことを特徴とする請求項1~7のいずれか1つに記載の水栓用発電機。 |
本発明は、給水の流れを利用して発電す 水栓用発電機に関する。
従来より、蛇口の下に手を差し出すこと よって、これをセンサが感知し、蛇口から を自動的に吐水する自動水栓装置が知られ いる。また、そのような自動水栓装置の流 に小型発電機を配設し、この発電機で得ら た電力を蓄電しておき、上述のセンサ等の 路の電力を補う装置も知られている。
例えば、特許文献1には、流体が流通する 流路に、羽根部を有する軸流式の水車を設け た発電装置が開示されている。水車の羽根部 の外周側には、略円筒状のマグネットが固定 され、このマグネットの下流側にマグネット の回転により起電力を発生するコイルが配設 されている。水車の上流側には、水車にあて る水流の流速を高めるとともに、その水流が 水車の軸方向に対して旋回するようにする噴 流口が形成され、その噴流口を流れた旋回流 は、水車の羽根部とマグネット内周面との間 の空間を流れて、水車に回転力を与える。
しかし、特許文献1では、噴流口の出口幅と
、水車への流入口幅とが略等しく、遠心方向
(径外方向)への成分を多く持った旋回流が水
に流入する際、マグネット内周面に衝突す
ことによる圧力損失や、マグネットの外周
を流れる水流の割合が高くなり水車を流れ
流量が低減することなどにより、水力エネ
ギーから回転エネルギーへの変換効率が悪
、発電効率の向上が期待できない。
本発明は、動翼に回転力を与えない無駄 流れを抑制し、発電効率を向上させた水栓 発電機を提供する。
本発明の一態様によれば、給水流路に対 て略平行な中心軸と、周面に複数の動翼羽 部を有し、前記中心軸のまわりに回転可能 前記給水流路に設けられる動翼と、前記動 に対して間隙を隔てて前記動翼の上流側に けられ、前記動翼に旋回流を与える複数の 翼羽根部を周面に有する予旋回静翼と、前 動翼と一体に回転可能なマグネットと、前 マグネットに対向するコイルと、を備え、 記静翼羽根部間に形成される静翼流路の中 よりも、前記動翼羽根部間に形成される動 流路の中心の方が径外方向に位置している とを特徴とする水栓用発電機が提供される
3 自動水栓装置
7 センサ
8 電磁弁
9、16 コイル
11 水栓用発電機
14 予旋回静翼
15 動翼
17 軸受
18 静翼羽根部
19 動翼羽根部
24 中心軸
55 定流量弁
56 充電器
57 制御部
71 静翼流路
72 動翼流路
M1~M3 マグネット
以下、図面を参照し、本発明の実施形態 ついて説明する。なお、各図面中、同一の 成要素には同一の符号を付している。
図2は、本発明の実施形態に係る発電機付自
動水栓装置(以下、単に自動水栓装置とも称
る)の取付例を表す模式図である。
図3は、同自動水栓装置の内部構成を表す模
式図である。
本実施形態に係る自動水栓装置3は、例え ば洗面台2などに取り付けられる。自動水栓 置3は、配管4を介して、水道水等の流入口5 接続されている。自動水栓装置3は、円筒状 本体3aと、この本体3aの径外方向に延出して 本体3aの上部に設けられた吐水部3bとを有す 。本体3aと吐水部3bは水栓金具を構成する。 水部3bの先端には、吐水口6が形成され、さ にこの吐水口6の近傍にセンサ7が内蔵され いる。
自動水栓装置3の内部には、流入口5から 入し配管4を流れてきた給水を、吐水口6へと 導く給水流路10が形成されている。自動水栓 置3の本体3aの内部には、その給水流路10を 閉する電磁弁8が内蔵され、さらに電磁弁8の 下流側には、吐水量を一定に制限する定流量 弁55が内蔵されている。また、水道元圧が使 圧よりも高すぎる場合に減圧するための減 弁または調圧弁(図示省略)が、電磁弁8より 流側に内蔵されている。なお、定流量弁55 減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設け れる。
定流量弁55より下流の吐水部3bの内部には 、水栓用発電機11が内蔵されている。本体3a 内部には、水栓用発電機11で発電された電力 を充電しておく充電器56、センサ7の駆動と電 磁弁8の開閉を制御する制御部57が設けられて いる。水栓用発電機11は、電磁弁8及び定流量 弁55よりも下流側に配設されているため、水 元圧(一次圧)が、水栓用発電機11に直接作用 しない。したがって、水栓用発電機11は、そ ほど高い耐圧性を要求されず、信頼性やコ トの点で有利である。
次に、水栓用発電機11の具体例について 明する。
[第1の具体例]
図1は、本発明の第1の具体例に係る水栓用
電機の内部を表す模式断面図である。
図4は、同水栓用発電機における予旋回静翼
14、動翼15、軸受17の斜視図である。
図5は、同水栓用発電機におけるマグネット
M1とヨーク極歯33c、34aとの配置関係を表す模
斜視図である。
本具体例に係る水栓用発電機は、主とし 、筒体13、予旋回静翼14、動翼15、マグネッ M1、コイル9を備え、これらは、図3に表され るケース12の中に収容されている。
筒体13は、小径部13aと大径部13bとからな 段付き形状を呈し、その内部が給水流路に 通した状態で、図2、3に図示される吐水部3b 内蔵され、筒体13の中心軸方向は、流水方 に対して略平行になるよう設置される。筒 13は、小径部13aを上流側に、大径部13bを下流 側に向けて配置される。
筒体13の内部には、上流側から順に、予 回静翼14、動翼15、軸受17が設けられている 予旋回静翼14は小径部13aの内部に設けられ、 動翼15及び軸受17は大径部13bの内部に設けら ている。
予旋回静翼14は、円柱体の一方の端面(上 側に位置する面)に、円錐体を一体に設けた 形状を呈する。予旋回静翼14の周面には、径 方向に突出した複数の突起状の静翼羽根部1 8が設けられている。図4に表すように、静翼 根部18は、予旋回静翼14の軸中心に対して右 方向にねじれつつ、上流側から下流側に向け て傾斜している。予旋回静翼14は、筒体13に して固定されている。
予旋回静翼14に対して間隙(例えば0.55mm)を 隔てて、予旋回静翼14の下流側に動翼15が設 られている。動翼15は、円柱状を呈し、その 周面には径外方向に突出した複数の突起状の 動翼羽根部19が設けられている。図4に表すよ うに、動翼羽根部19は、静翼羽根部18とは逆 、軸中心に対して左方向にねじれつつ、上 側から下流側に向けて傾斜している。動翼15 は、給水流路に対して略平行な中心軸24を介 て、筒体13に対して固定された軸受17上に支 持されている。動翼15は、中心軸24のまわり 回転可能となっている。軸受17は、動翼15に して間隙を隔てて、動翼15の下流側に設け れている。
筒体大径部13bの下流端の開口は、Oリング 52を介して、封止部材51によって液密に塞が ている。封止部材51の内部には段付き孔が形 成され、その段部51aは環状に形成され、この 段部51aの上に軸受17が支持されている。
軸受17は、封止部材51内部の段部51aの上に 支持されるリング部材21と、このリング部材2 1の中心に設けられた軸支持部22とが、放射状 に設けられた連結部材23(図4)によって結合さ てなる。連結部材23間は、閉塞せず貫通し いるため、筒体13内部の給水の流れを妨げな い。
軸受17の軸支持部22には、動翼15の軸中心 固定された中心軸24が回転可能に支持され いる。中心軸24の先端部は、動翼15から突出 て予旋回静翼14に嵌め込まれている。中心 24の先端部と予旋回静翼14とは、互いに固定 れておらず、筒体13に対して固定された予 回静翼14に対して中心軸24は回転可能になっ いる。あるいは、中心軸24の両端部をそれ れ軸支持部22と予旋回静翼14に固定させ、そ 中心軸24に対して回転可能に動翼15を嵌め込 む構成としてもよい。
中心軸24と予旋回静翼14の周面との間の径 方向寸法と、中心軸24と動翼15の周面との間 径方向寸法とは略等しく、予旋回静翼14の周 面と動翼15の周面とは軸方向に見て略面一と っている。
静翼羽根部18の径外方向への突出幅は、 流側から下流側にかけてほぼ同じとなって る。同様に、動翼羽根部19の径外方向への突 出幅は、上流側から下流側にかけてほぼ同じ となっている。動翼羽根部19の方が静翼羽根 18よりも突出幅は大きく、動翼羽根部19は静 翼羽根部18よりも径外方向に突出している。 翼羽根部18の外周部18aは、動翼羽根部19の内 周部19aよりも径外方向に突出している。
周方向に見て隣り合う静翼羽根部18間の 間は、静翼流路71として機能する。周方向に 見て隣り合う動翼羽根部19間の空間は、動翼 路72として機能する。図1に示すように、静 流路71における幅方向(径方向)の中心C1より 、動翼流路72における幅方向(径方向)の中心 C2の方が径外方向に位置している。静翼流路7 1の出口は、間隙(例えば0.55mm)を隔てて、動翼 流路72の入口に対向している。動翼流路72の 口幅bは、静翼流路71の出口幅aより大きい。
筒体13の大径部13bの内部に、動翼流路72を 囲むように動翼羽根部19に固定された筒状の グネットM1が収容されている。図4において2 点鎖線で表されるマグネットM1の内周面は、 翼羽根部19の側端部に固定されている。
大径部13bの外側には、マグネットM1の上 側端面に対向させてコイル9が配置されてい 。なお、コイル9は、マグネットM1の下流側 面に対向させて配置してもよく、あるいは マグネットM1の上流側及び下流側の両端面 それぞれ対向させて1対のコイル9を配置して もよい。
コイル9は、図5に表される円筒状のヨー 31と、このヨーク31の内部に配置されるコイ 配線部(図示省略)とを有する。ヨーク31は、 共に磁性体からなる3つのヨーク32、33、34を み合わせてなる。
ヨーク33は、内部に収容したコイル配線 の周面部に対向される周面部33bと、マグネ トM1に対向される複数の極歯33aと、を有する 。複数の極歯33aは、径内方に突出して周面部 33bに一体に設けられ、周方向に沿って等間隔 で設けられている。
ヨーク34は、径外方向に突出し、ヨーク33 の極歯33aの間に配置される複数の極歯34aを有 する。極歯33a、34aは、内部に収容されたコイ ル配線部を間に挟んで、ヨーク32に対向して る。
マグネットM1の軸方向の端面には、周方 に沿ってN極とS極とが交互に着磁されている 。
次に、本実施形態に係る水栓用発電機及 自動水栓装置の作用について説明する。
使用者が、吐水口6(図3)の下に手をかざす と、これをセンサ7が感知して、制御部57が電 磁弁8を開にする。これにより、水栓用発電 11の筒体13の内部に流水が供給され、筒体13 内部を流れた水は吐水口6から吐水される。 用者が、吐水口6の下から手を遠ざけると、 電磁弁8が閉となり、自動で水が止まる。
筒体13内に流れ込んだ流水は、予旋回静 14の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され 、図1及び図4に図示される具体例においては 軸中心に対して右方向に旋回するような旋 流となって、静翼羽根部18間の静翼流路71を 流れる。
静翼流路71を流れた旋回流は、動翼流路72 に流入し、動翼羽根部19の上側の傾斜面に衝 する。本具体例では、動翼流路72に流入す 旋回流は、軸中心に対して右方向に旋回し 流れなので、動翼羽根部19に対して右方向の 力が作用し、動翼15は右回りに回転する。動 流路72を流れた流水は、軸受17の内側を通過 して、筒体13内部を抜け、吐水口6へと至る。
動翼15が回転すると、これに固定された グネットM1も回転し、このマグネットM1に対 している極歯33a、34a(図5)の極性が変化して く。すなわち、ヨーク33(極歯33a)がN極のと ヨーク34(極歯34a)がS極、ヨーク33(極歯33a)がS のときヨーク34(極歯34a)がN極という状態が り返されることで、ヨーク33、34の内部に配 されたコイル配線部に対する鎖交磁束が変 し、そのコイル配線部に起電力が生じ、発 する。発電した電力は、充電器56へと充電 れた後、例えば、電磁弁8、センサ7、制御部 57の駆動に使用される。
本具体例においては、静翼羽根部18と筒 13内周面とによって囲まれる空間が静翼流路 71として機能し、前述したように流水がその 翼流路71を流れることで旋回流が形成され 。この旋回流は、動翼羽根部19とマグネット M1内周面とによって囲まれる空間である動翼 路72に流入し、動翼15に回転力を与える。
動翼流路72に流入する流水は旋回流であ ため、動翼流路72に流入する流水は、動翼流 路72の径外方に設けられたマグネットM1に衝 する成分を多くもっている。そこで、本具 例では、動翼流路72の中心C2を静翼流路71の 心C1よりも径外方向に位置させることにより 、静翼流路71から流出して径外方向に広がっ 流れの中心を、動翼流路72の中心C2に合わせ ることで、効率良く水流を動翼15で受けるこ ができる。さらに、動翼羽根部19を静翼羽 部18よりも径外方向に突出させ、静翼流路71 出口幅aよりも広い動翼流路72の入口幅bを確 保することで、予旋回静翼14を通過した水流 径外方向に進んでマグネットM1に衝突する での距離を長くすることができ、マグネッ 衝突時の水流の流速の低減が図れる。その め、予旋回静翼14を通過した水流がマグネッ トM1に衝突する時の圧力損失を原因とする、 力エネルギーから回転エネルギーへの変換 失を低減させることができ、発電効率の向 が図れる。
特に、節水効果をアピールした自動水栓 ように発電に用いる水力エネルギーが小さ ものでは、わずかな圧力損失であっても低 したいという要求が強く、本実施形態はそ ようなものに非常に有効である。
なお、静翼流路71の出口幅bに対して、動 流路72の入口幅aをあまり大きくしすぎると 流路の急拡大による圧力損失が生じるため この流路の急拡大による圧力損失の影響を えつつ、前述した旋回流のマグネットM1へ 衝突による圧力損失も抑えるために、静翼 路71の出口幅bと動翼流路72の入口幅aとの関 を適切に設定する必要がある。
次に、静翼流路出口幅に対する動翼流路 口幅の比率を、1.0、1.5、2.0、2.5と変えた場 における、圧力損失の比(%)、損失流出の比( %)、羽根車効率の比(%)をシミュレーションし 結果について、表1、図6~8を参照して説明す る。なお、静翼流路は、その上流側の入口か ら下流側の出口にかけて径方向の幅は同じと し、同様に、動翼流路は、その上流側の入口 から下流側の出口にかけて径方向の幅は同じ とした。
損失流量とは、静翼流路71を通過した流 のうち、動翼流路72を通過せずに、マグネッ トM1と、筒体13内壁面との間の隙間を通過し しまう流量を表す。羽根車効率とは、与え 水流のエネルギーのうち回転エネルギーに 換された割合のことをいう。
図6において、横軸は、静翼流路出口幅に対
する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、
動翼流路入口幅比率が1.0のときの圧力損失の
比を100(%)として、動翼流路入口幅比率が1.5、
2.0、2.5のときの圧力損失の比(%)を表している
。
図7において、横軸は、静翼流路出口幅に対
する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、
動翼流路入口幅比率が1.0のときの損失流量の
比を100(%)として、動翼流路入口幅比率が1.5、
2.0、2.5のときの損失流量の比(%)を表している
。
図8において、横軸は、静翼流路出口幅に対
する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、
動翼流路入口幅比率が1.0のときの羽根車効率
の比を100(%)として、動翼流路入口幅比率が1.5
、2.0、2.5のときの羽根車効率の比(%)を表して
いる。
図6より、動翼流路入口幅比率が2.0のとき 、最も圧力損失が小さい。また、図7のグラ 図よりわかることは、動翼流路入口幅を拡 することで、動翼流路を通らずにマグネッ と筒体内壁面との間の隙間を通過していた 量が減少し、その分、動翼流路を通って動 の回転に寄与する水量が増え、発電効率を 上させることができる。したがって、動翼 路入口幅を広げることにより、前述したマ ネットへの衝突による圧力損失低減および 翼に回転力を与えない損失流量の減少とい 2つの作用により発電効率を向上させること できる。また、図8より、動翼流路入口幅比 率が2.0のとき、最も羽根車効率がよい。図6 7、8に基づく知見より、動翼流路入口幅とし ては、静翼流路出口幅の1.5倍以上2.5倍以下が 望ましい。具体的な動翼流路の入口幅寸法と しては、例えば1.0mmを挙げることができる。
なお、動翼羽根部19を静翼羽根部18よりも 径外方向に突出させて動翼流路72の拡大を図 には、設置箇所における径方向寸法に余裕 必要である。本具体例では、コイル9を、マ グネットM1の軸方向に対向配置させた構造の め、コイル9をマグネットM1の径外方向に対 配置させた場合に比べて、径方向寸法を小 くすることができ、例えば図2に表される円 筒状の吐水部3bの中に内蔵させても吐水部3b 細くスッキリとしたデザイン性を損ねない
[第2の具体例]
図9は、本発明の第2の具体例に係る水栓用
電機の内部を表す模式断面図である。
図10は、同水栓用発電機におけるコイル16を
表す模式斜視図である。
図11は、図10に表されるコイル16の分解斜視
である。
図12は、同水栓用発電機におけるマグネッ
M2とヨーク極歯25c、26bとの配置関係を表す模
式平面図である。
本具体例では、マグネットM2とコイル16と の配置関係が第1の具体例と異なる。
筒体13の大径部13bの内部に、動翼流路72を 囲むように動翼羽根部19に固定された筒状の グネットM2が収容されている。大径部13bの 外方向の外側には、マグネットM2の外周面に 対向させてコイル16が配置されている。
コイル16は、図10、11に表される1対のヨー ク25、26と、これらヨーク25、26が組み合わさ て形成される環状の空間内に配設されたコ ル配線部16aとを有する。
ヨーク25、26は、共に磁性体からなる。ヨ ーク25は、コイル配線部16aの一方の端面部に 向される環状部25aと、コイル配線部16aの周 部に対向される周面部25bとを有し、さらに 状部25aの内周縁部には、軸方向に突出した 数の極歯25cが設けられている。ヨーク26は コイル配線部16aの他方の端面部に対向され 環状部26aと、この環状部26aの内周縁部に、 方向に突出して設けられた複数の極歯26bと 有する。ヨーク25の極歯25cは、周方向に沿っ て等間隔で設けられ、ヨーク26の極歯26bも周 向に沿って等間隔で設けられており、図10 表されるように、一方のヨークの極歯の間 、他方のヨークの極歯を位置させて、両ヨ ク25、26の極歯25c、26bは、コイル配線部16aの 周面に対向する。
マグネットM2は、図12に表されるように、 周方向にN極とS極とが交互に着磁されており それぞれのヨーク25、26の極歯25c、26bは、筒 体13の管壁を間に挟んで、マグネットM2のN極 たはS極に対向する。コイル配線部16aは、極 歯25c、26bおよび筒体13の管壁を間に挟んで、 グネットM2に対向する。
第1の具体例と同様、予旋回静翼14によっ 形成された旋回流の水力を受けて動翼15が 転されると、これに固定されたマグネットM2 も回転する。マグネットM2は、図12に表され ように、周方向に沿ってN極とS極が交互に並 んで着磁されているため、マグネットM2に対 しているヨーク25、26の極歯25c、26bの極性が 変化していく。すなわち、ヨーク25がN極のと きヨーク26がS極、ヨーク25がS極のときヨーク 26がN極という状態が繰り返されることで、コ イル配線部16aに対する鎖交磁束が変化し、コ イル配線部16aに起電力が生じ、発電する。
本具体例においても、動翼流路72の中心C2 を静翼流路71の中心C1よりも径外方向に位置 せることにより、静翼流路71から流出して径 外方向に広がった流れの中心を、動翼流路72 中心C2に合わせることで、効率良く水流を 翼15で受けることができる。さらに、動翼羽 根部19を静翼羽根部18よりも径外方向に突出 せ、静翼流路71の出口幅aよりも広い動翼流 72の入口幅bを確保することで、予旋回静翼14 を通過した水流が径外方向に進んでマグネッ トM2に衝突するまでの距離を長くすることが き、マグネット衝突時の水流の流速の低減 図れる。そのため、予旋回静翼14を通過し 水流がマグネットM2に衝突する時の圧力損失 を原因とする、水力エネルギーから回転エネ ルギーへの変換損失を低減させることができ 、発電効率の向上が図れる。
[第3の具体例]
図13は、本発明の第3の具体例に係る水栓用
電機の内部を表す模式断面図である。
本具体例では、筒体13の内部に、給水が れる方向の上流側から順に、予旋回静翼14、 動翼15、マグネットM3、および軸受17が、互い の軸中心を一致させて設けられている。マグ ネットM3は、円筒状を呈し、動翼15の下流側 動翼15に対して離間して設けられている。
動翼15の軸中心に固定され、軸受17上に回 転可能に支持された中心軸24は、マグネットM 3の中空部を貫通しており、その中心軸24には 、放射状に延びる複数本の連結部材35を介し 、マグネット装着部材36が固定されている マグネット装着部材36は、リング状のプレー ト部37と、このプレート部37の中央孔の縁部 一体に設けられ上流側に向けて延在する筒 38とを有する。
マグネットM3は、その中空部を、マグネ ト装着部材36の筒部38の外周面に嵌合させて レート部37上に固定されている。したがっ 、マグネットM3は、マグネット装着部材36お び中心軸24を介して、動翼15に対して固定さ れており、動翼15が回転すると、マグネットM 3は動翼15と一体となって回転する。
あるいは、中心軸24の両端部をそれぞれ 支持部22と予旋回静翼14に固定させ、その中 軸24に対して回転可能に動翼15をはめ込む構 成としてもよい。この具体例の場合、マグネ ット装着部材36の連結部材35は、中心軸24のま わりを回転可能に中心軸24に対して係合して り、さらに筒部38の上端が動翼15に固定され ているので、動翼15が回転すると、マグネッ M3はマグネット装着部材36と共に中心軸24の わりに回転する。
筒体13の外周面における、マグネットM3に 対向する部分には、マグネットM3の軸方向長 に合わせて、例えば2つのコイル16が設けら ている。コイル16は、前述した第2の具体例 同じ構成を有し、マグネットM3は、第2の具 例のマグネットM2と同様、周方向に沿ってN とS極が交互に並んで着磁されており、マグ ネットM3が回転することによる発電の原理も 2の具体例と同じである。
本具体例においては、静翼羽根部18と筒 13内周面とによって囲まれる空間が静翼流路 71として機能し、動翼羽根部19と筒体13内周面 とによって囲まれる空間が動翼流路72として 能する。前述したように流水が静翼流路71 流れることで旋回流が形成され、この旋回 は、動翼流路72に流入し、動翼15に回転力を える。動翼流路72を流れた流水は、マグネ トM3の中空部、軸受17の内側を通過して、筒 13内部を抜け、吐水口6へと至る。
動翼流路72に流入する流水は旋回流であ ため、動翼流路72に流入する流水は、動翼流 路72の径外方に位置する筒体13内周面に衝突 る成分を多くもっている。本具体例におい も、動翼流路72の中心C2を静翼流路71の中心C1 よりも径外方向に位置させることにより、静 翼流路71から流出して径外方向に広がった流 の中心を、動翼流路72の中心C2に合わせるこ とで、効率良く水流を動翼15で受けることが きる。さらに、動翼羽根部19を静翼羽根部18 よりも径外方向に突出させ、静翼流路71の出 幅aよりも広い動翼流路72の入口幅bを確保す ることで、予旋回静翼14を通過した水流が径 方向に進んで筒体13内周面に衝突するまで 距離を長くすることができ、その衝突時の 流の流速の低減が図れる。そのため、予旋 静翼14を通過した水流が筒体13内周面に衝突 る時の圧力損失を原因とする、水力エネル ーから回転エネルギーへの変換損失を低減 せることができ、発電効率の向上が図れる
なお、本具体例において、動翼15の周面 囲むように動翼羽根部19に動翼リングを設け てもよい。このような構成にすれば、動翼リ ングの外周面と、筒体13の内周面との間の隙 が狭められて、動翼羽根部19よりも径外方 の流路抵抗が大きくなって、動翼流路72を流 れる流量が多くなり、水力エネルギーから回 転エネルギーへの変換効率が高まる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施 態について説明した。しかし、本発明は、 れらに限定されるものではなく、本発明の 術的思想に基づいて種々の変形が可能であ 。
水栓用発電機11は、水栓装置3の水栓金具 内部に設けられることに限らない。例えば 図14に表すように、水栓装置3の水栓金具(本 体3a及び吐水部3b)と、これよりも上流側に設 られた止水栓(元栓)105との間を接続する配 (流路)4に設けてもよい。この場合、発電機11 は洗面台等のカウンター2下に配設される。 た、水栓装置3の吐水口6へとつながる給水流 路を開閉する電磁弁8も水栓金具の内部に設 ることに限らず、例えば図14の例では、止水 栓105と発電機11との間の配管(流路)4に設けて よい。
本発明の水栓用発電機は、止水栓(元栓)10 5と水栓装置3の吐水口6との間の流路に設けら れ、止水栓105から水栓装置3の吐水口6へと向 て流れる流水の水力によって発電される。 栓装置としては、例えば、キッチン用水栓 リビングダイニング用水栓、シャワー用水 、トイレ用水栓、洗面所用水栓などが挙げ れる。また、水栓装置において、吐出流量 、例えば、毎分100リットル以下、望ましく 毎分30リットル以下に設定される。特に、 面所用水栓においては、毎分5リットル以下 設定されていることが望ましい。また、ト レ用水栓のような吐出流量が比較的多い場 には、給水管から、発電機11に流れる水流 分岐させて、発電機11を流れる流量を毎分30 ットル以下に調整することが望ましい。こ は、給水管からのすべての水流を発電機11 流すと、動翼15の回転数が大きくなり、騒音 や軸摩耗が増大する可能性が懸念され、また 、回転数が増大しても適正回転数以下でなけ れば、渦電流やコイル熱によるエネルギー損 失が生じるため、発電量は増大しないからで ある。また、水栓金具が取り付けられる水道 管の給水圧としては、例えば、日本において は0.05(MPa)程度の低水圧である場合もあり得る 。
また、本発明は、人体検知センサを用い 自動水栓に限らず、例えば、図15に表すよ に手動操作部や手動スイッチ3cのオン/オフ よるワンタッチ水栓、流量をカウントして 水する定量吐水水栓、設定時間を経過する 止水するタイマー水栓などにも適用できる
また、発電された電力を、例えば、図15 表すように水栓装置3に設けられたライトア プ用の照明101や、その他、アルカリイオン や銀イオン含有水などの電解機能水の生成 流量表示(計量)、温度表示、音声ガイドな に用いてもよい。
さらには、図16に表すように、例えば、 面所の天井に設けられた人体検知センサ102 、発電機11が発電した電力を供給してもよい 。その他、発電機11が発電した電力を、ガス ンサ、マイクロ波センサ、ドア開閉の機械 センサ等の作動に用いてもよい。
本発明によれば、動翼に回転力を与えな 無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させ 水栓用発電機が提供される。
Next Patent: POLYVINYL CHLORIDE FIBER
