【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内設備用水力発電ユニットに関するものである。本明細書において屋内設備とは、オフィス、駅等の公共施設や住宅で使用される水回り設備であって、上水、中水、下水、井戸水、雨水等を使用する設備を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
流路内に羽根車形状の回転体を配設し、流路外に発電用マグネットと発電用コイルを配設した屋内設備用発電ユニットが、特許文献１に開示されている。
また、流路内に羽根車形状の回転体を配設し、発電用マグネットを流路の延在方向に配設し、流路外に発電用コイルを配設した屋内設備用発電ユニットが、特許文献２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７２６２
【特許文献２】実公平３−５３１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術として特許文献１に開示された図９（ａ）に示すような水力発電ユニットは、羽根車形状の回転体１００を流路の延在方向と略垂直になるよう流路内に配設し、流路外に発電用マグネット１０１と発電用コイル１０２を配設している。流路内において水流が翼部１０３に衝突することによって、回転体１００が回転駆動する。流路内から流路外への動力伝達は、回転体１００と発電用マグネット１０１を、軸封部１０６を設け管壁１０５を貫通させた回転軸１０４で接続することにより行われ、回転体１００が発電用マグネット１０１を回転駆動する。発電用マグネット１０１と回転の径方向に対峙して配設された発電用コイル１０２により電力が発生する。このように特許文献１に開示された図９（ａ）に示すような水力発電ユニットは、管壁１０５に軸封部１０６を設けシールする必要があり、当該軸封部１０６で摺動ロスが発生し、発電効率が低下してしまう問題があった。
また、従来技術として特許文献２に開示された図９（ｂ）に示すような従来の水力発電ユニットは、羽根車形状の回転体２００と、当該回転体２００と同一回転軸の発電用マグネット２０２を流路内に配設し、流路外に発電用コイル２０３を配設している。流路内において水流が翼部２０４に衝突することによって、回転体２００が回転駆動する。回転体２００は回転軸２０１を介して発電用マグネット２０２を回転駆動し、発電用マグネット２０２と回転の径方向に対峙して配設された発電用コイル２０３により電力が発生する。このように特許文献２に開示された図９（ｂ）に示すような水力発電ユニットは、軸封部がなく摺動ロスは少ないが、発電用マグネット２０２が流路内に配設されていおり、異物が付着しやすいので、発電用マグネット２０２と管壁２０５の間隔を広げて空隙２０６を設ける必要がある。一般的に発電効率は発電用コイルを通過する磁力強さに比例するが、図９（ｂ）では、発電用マグネット２０２と管壁２０５間の空隙２０６、ひいては、間壁２０５の厚みにより、発電用マグネット２０２と発電用コイル２０３との径方向の距離を縮めることが出来ない。そのため、発電用コイル２０３を通過する磁力が弱まり、発電効率が低下するという問題があった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、流路内に配設された羽根車形状の回転体と発電用コイルに対峙して流路外に配設された発電用マグネットを第１回転部と第２回転部を介し、、発電効率を向上させた屋内設備用発電ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
請求項１に記載の屋内設備用水力発電ユニットは、流路内に配設され水流により回転する回転体と、流路内に配設され前記回転体により回転駆動される第１回転部と、流路外に且つ第１回転部と対峙し空隙をおいて配設され第１回転部との間に働く磁力による吸引力で回転駆動される第２回転部と、前記第２回転部の回転に伴い電力を生ずる発電用コイルとを有することを特徴としている。第１回転部と第２回転部の間に磁力による吸引力が働くことで、流路内から流路外へ非接触で動力を伝達できるため、図９（ａ）に示したように、軸受部をシールする必要がなく摺動ロスが少ない。また、図９（ｂ）に示したように、発電用マグネットの磁束を、管壁を介して発電用コイルに通過させる必要がなく、流路内の異物が発電用マグネットに付着することがないので、発電用マグネットと発電用コイルの間隔が小さくなり、発電効率を上げることが出来る。また、発電効率は発電用マグネットの磁力が直接影響するが、流路外に発電用マグネットが取り付けられており、磁力の強い発電用マグネットを取り付けることが出来るので、発電効率を向上させることが出来る。
【０００６】
請求項２記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部と第２回転部にマグネットを装着し、両回転部間の異極同士が近接となるよう配設したことを特徴としている。こうすることにより、第１回転部と第２回転部間の磁力による吸引力が向上し、回転力を非接触で確実に伝えることが出来、脱調を防ぐことが出来る。
【０００７】
請求項３記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部と第２回転部の回転軸方向が略同一となるよう配設されたことを特徴としている。第１回転部と第２回転部の回転軸方向を略同一としているので、回転中の偏心ブレが発生しにくく、安定した状態で回転させることが出来る。その結果、回転のエネルギー損失を少なくすることが出来、発電効率を向上させることが出来る。
【０００８】
請求項４記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部を円柱形状、第２回転部を円筒形状とし、両者が径方向に重なりを持つよう配設したことを特徴としている。こうすることにより、第１回転部と第２回転部間の磁力による吸引力が向上し、大きい回転トルク時においても、脱調を防ぐことが出来る。
【０００９】
請求項５記載の屋内設備用水力発電ユニットは、主流路内に回転体を流入口に露出するよう配設し、第１回転部を主流路外に配設したことを特徴としている。主流路内に回転体を流入口に露出するよう配設しているので、回転体が水力エネルギーを効率良く得ることが出来、さらに、第１回転部を主流路外に配設しているので、第１回転部に流入する総流量が軽減され、圧力損失の増大や異物付着を防止することが出来る。
【００１０】
請求項６記載の屋内設備用水力発電ユニットは、流路壁が電気絶縁体であることを特徴としている。流路壁が電気伝導体である場合、磁力が流路壁を貫通し横切ることにより流路壁表面に渦電流が発生し、エネルギーのロスが発生するが、流路壁を電気絶縁体とすることにより渦電流は発生せず、エネルギーのロスを低減させることが出来る。
【００１１】
請求項７記載の屋内設備用水力発電ユニットは、水道管の一部に挿入され水道管の水流によって回転体が駆動されることを特徴としている。水道水によって回転体が駆動するので、流れの安定した供給が可能となり、発電効率を上げることが出来る。
【００１２】
請求項８記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部に防錆性強磁性体を装着している。第１回転部の被水による腐蝕を防止することが出来、第１回転部の耐久性を向上させることが出来る。
【００１３】
請求項９記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部を樹脂製の防水カバーで覆ったことを特徴としている。マグネットには磁力を強くする目的として希土類が配合される場合がある。この場合、第１回転部を小型化しても、脱調を防ぐことが出来るが、錆び易いといった欠点があるため、第１回転部を樹脂製の防水カバーで覆うことにより、マグネットへの被水を防止することが出来、耐久性を向上させることが出来る。また、第一回転部を安価にすることを目的とし、第一回転部に装着する強磁性体を鉄やニッケル、あるいはそれらを含む合金とした場合にも、当該回転部を防水カバーで覆おうことにより、錆びを防止し、耐久性を向上させることが出来る。
【００１４】
請求項１０記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部の外周部に第２回転部の磁極部と対峙して局所的に近接した強磁性体の突出部を設け、第１回転部を当該回転軸と略同一な中心軸を持つ円柱形状の防水カバーで覆ったことを特徴としている。第１回転部の外周部に、第２回転部の磁極部と対峙して局所的に近接した突出部を設けることで、第１回転部と第２回転部間の磁力を分散させることなく、磁極部と突出部間で磁力を集中させることが出来るので、第１回転部から第２回転部へ脱調することなく回転力を伝達することが出来る。しかし、回転の際に突出部の側面で流動抵抗が増大するが、第一回転部に円柱形状で樹脂製の防水カバーを装着することにより、外周が滑らかな形状になるので、無用な流動抵抗を生じさせることなく、脱調を防ぐことが出来る。
【００１５】
請求項１１記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第１回転部と第２回転部を円盤形状とし、円盤の径方向が回転軸と略垂直となるよう配設し、第１回転部と第２回転部の回転軸方向を略同一にしたことを特徴としている。第１回転部と第２回転部を円盤形状にすることで、両回転部を回転軸方向にコンパクトにすることが出来る。さらに、両者の外周縁近傍で、磁力を保持できるため、小さな回転トルクで回転初期からスムーズに駆動することが出来る。その結果、強力な磁石を使う必要がなくなる。
【００１６】
請求項１２記載の屋内設備用水力発電ユニットは、第２回転部に接続された変速機と、変速された回転に伴い電力を発生する発電用コイルとを有することを特徴としている。変速機を配設することにより、羽根車の出力が最高となる回転数で、発電用マグネットと発電用コイルとが形成するモーター型発電ユニットを駆動することが可能となり、屋内設備用水力発電ユニットの発電効率が向上する。また、羽根車形状、発電用マグネット、発電用コイルの設計を変更することなく、屋内設備用発電ユニットの電気出力を必要に応じて変更することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例に係る屋内設備用水力発電ユニット１を説明する。
図１（ａ）は屋内設備用水力発電ユニット１の側面図であり、図１（ｂ）は上面図であり、図２（ａ）はＡ−Ａ断面であり、図２（ｂ）はＢ−Ｂ断面であり、これら図１、図２に基づき本発明の実施例を説明する。
【００１８】
屋内設備用水力発電ユニット１は、管壁２の中央部に開口部３が形成された真直筒状の第１ケーシング４を備え、主流路６を形成している。また、流路外から開口部３を覆うように主流路６の延在方向と直交する方向へ有底筒状、且つ樹脂製の第２ケーシング７が備え付けられている。第１ケーシング４と第２ケーシング７は外壁部８とフランジ９でネジ１０により接合されている。さらに当接合部１１はＯリング１２によりシールされている。回転体１３は羽根車形状になっており、円板状の端壁１４ａ、１４ｂが互いに間隔を隔てて第１回転軸１５に固定されている。端板１４ａの周縁部から端板１４ｂの周縁部へ差し渡されて、且つ周方向に互いに間隔を隔てて、複数の長方形板状の湾曲翼１６が配設され、端壁１４ａ、１４ｂとに固定されている。湾曲翼１６と第１回転軸１５との間には隙間Ｓ１が形成されている。回転体１３は流入口５に露出しており、第１ケーシング４内に配設されている。回転体１３の第１回転軸１５は主流路６の延在方向と直交する方向へ差し向けられ、軸受１７により支持されている。さらに、第１回転軸１５は回転体１３直近上流の主流路６の中心軸線１８から径方向外方へオフセットされている。従って、第１回転軸１５のオフセット方向の管壁２と湾曲翼１６との間の隙間Ｓ２は狭く、第１回転軸１５のオフセット方向とは逆方向の管壁２と湾曲翼１６との間の隙間Ｓ３は広い。第１回転軸１５上には円柱状の第１回転部１９が、第２ケーシング７の側壁部２０と空隙をおいて配設されている。
【００１９】
流路外には円筒状の第２回転部２２が第２ケーシング７と空隙をおいて、第２回転軸２３上に配設されている。第１回転部１９にはマグネット３３、第２回転部２２にはマグネット３４が装着されている。マグネット３３、３４の磁極部に関して、第１回転部１９は外周部２４の周方向に、また第２回転部２２は内周部２５の周方向にＮ極とＳ極とが交互に繰り返すよう着磁されており、第１回転部１９と第２回転部２２は両回転部間で異極同士が近接となるよう、径方向に対峙して配設されている。さらに、第２回転部２２には第２回転軸２３を介して、発電用マグネット２６ａと発電用コイル２６ｂを有すモーター型発電ユニット２６が備え付けられている。
【００２０】
屋内設備用水力発電ユニット１は、図示しない電磁弁への通電により水流をオンし所定時間経過後に自動的に水流をオフする屋内設備用水栓２７と、屋内設備用水栓２７の下流に配設されたバキュームブレーカー２８との間に配設されている。第１ケーシング４の上流端２９が屋内設備用水栓２７の下流端３０に接続され、第１ケーシング４の他端３１がバキュームブレーカー２８の上流側に接続されている。バキュームブレーカー２８は、図示しない配管を介して図示しない水栓便器に接続している。
【００２１】
屋内設備用水力発電ユニットの作動を図１に基づき説明する。
屋内設備用水栓２７の図示しない電磁弁が通電され、当該電磁弁によりオンされた水流が、屋内設備用水力発電ユニットの主流路６へ流入する。
水流は回転体１３の湾曲翼１６に衝突して回転体１３を回転駆動する。回転体１３は第１回転部１９を回転駆動する。第１回転部１９は第２回転部２２と両回転部間で異極同士が近接されているため、磁力による吸引力の作用により第２回転部２２を回転駆動し、ひいては発電用マグネット２６ａを回転駆動する。発電用コイル２６ｂを通過する発電用マグネット２６ａの磁束が変化することにより、発電用コイル２６ｂに電力が発生する。発電用コイル２６ｂに発生した電力は、屋内設備用水栓２７が備える図示しない電磁弁の駆動電力の一部として利用される。
回転体１３に衝突した水流は、回転体１３を回転駆動した後、回転体１３よりも下流の主流路６を流れ、屋内設備用水力発電ユニットからバキュームブレーカー２８へ流入し、更に図示しない水洗便器へ流入し、便器内の汚物を便器から排出する。
【００２２】
屋内設備用水力発電ユニット１において、第１回転部１９と第２回転部２２の間に磁力による吸引力が作用することにより、流路内から流路外へ非接触で動力を伝達することが出来る。第１回転部１９が磁力により第２回転部２２を回転駆動させる際、脱調が起こらない程度で空隙を設ける必要はあるが、当該空隙は発電効率には直接影響しないため、第１回転部１９に付着した異物の影響を受けにくく、空隙による発電効率の低下を抑えることが出来る。また、軸封部を設ける必要がなく摺動ロスが生じない。その結果、従来の屋内設備用水力発電ユニットに比べ、発電性能を向上させることが出来る。
【００２３】
屋内設備用発電ユニット１において、回転体１３は羽根車形状になっており、回転体１３の湾曲翼１６と第１回転軸１５との間に隙間Ｓ１が形成されている。周速の早い回転体１３の外周縁近傍で効率良く湾曲翼１６に力を与えた水流の一部は、湾曲翼１６の内周縁から回転体１３の内部へ流入する。第１回転軸１５と湾曲翼１６との間に隙間Ｓ１がないと、水流が湾曲翼１６内に溜まって回転抵抗となるが、隙間Ｓ１があると、回転体１３内へ流入した水流は隙間Ｓ１を通って再び湾曲翼１６の内周縁へ流入し、湾曲翼１６に再度効率良く力を与えた後、湾曲翼１６の外周縁から回転体１３外へ流出する。この結果、羽根車効率が向上し、且つ回転体１３の回転抵抗が抑制され、回転体１３による圧力損失が抑制される。また、回転体１３直近上流の部位と回転体１３直近下流の部位とが回転体１３の外周部３２へ差し向けられているので、水流は回転体１３の外周部３２へ流入し外周部３２から流出する。この結果、第１回転軸１５方向への水流が大幅に抑制されるので、第１回転軸１５と係合する第１回転部１９方向への水流も大幅に抑制され、第１回転部１９の被水が大幅に抑制され、第１回転部１９の腐蝕や第１回転部１９への異物付着が大幅に抑制される。
【００２４】
主流路６内に回転体１３を流入口５に露出するよう配設されている。一方、第１回転部１９は主流路外の第２ケーシング７内に配設されているので、当該回転部に衝突する水力が軽減される。その結果、圧力損失を軽減することが出来、さらに第１回転軸１５を支持する軸受１７への負荷が軽減され、摺動ロスによる発電効率の低下を抑制することが出来る。さらに、第２ケーシング７内に流入する総流量も少なくなり、第１回転部１９への異物付着をさらに少なくすることが出来る。その結果、第１回転部１９の耐久性を向上させることが出来る。また、第１ケーシング４の開口部３の面積を小さくすることによって、第２ケーシング７内に流入する総流量をさらに少なくすることが出来、異物付着が大幅に軽減する。
【００２５】
第１回転部１９と第２回転部２２はマグネット３３、３４の異極間が近接となるよう、径方向に対峙して配設されているので、第１回転部１９から第２回転部２２へ脱調することなく回転力が確実に伝わり発電効率を上げることが出来る。さらに、第１回転軸１５方向と第２回転軸２３方向を略同一としているで、第１回転部１９の外周部２４と第２回転部２２の内周部２５との間に働く磁力による吸引力が回転の径方向に均一となるため、回転中の偏心ブレ等が発生しにくく、安定した状態で回転することが出来る。その結果、回転のエネルギー損失を少なくすることが出来、発電効率が向上する。
【００２６】
屋内設備用水力発電ユニット１において、第２ケーシング７の材質をＡＢＳやＰＰＳといった樹脂製、あるいはガラス等の電気絶縁体にするのが好ましい。本発明において電気絶縁体とは抵抗率が１０８（Ω・ｃｍ）程度より大きいものとする。第２ケーシング７の材質を、抵抗率（Ω・ｃｍ）の小さい黄銅とした場合、第１回転部１９と第２回転部２２が回転駆動する際、第２ケーシング７側面を磁力が貫通し横切ることで第２ケーシング７の表面に渦電流が発生する。その影響で回転に対しブレーキがかかり、回転エネルギーのロスが発生するが、第２ケーシング７の材質を、電気を通しにくい樹脂製にしているので、渦電流の発生を低減することが出来、エネルギーロスを防止することが出来る。その結果、発電効率を向上させることが出来る。ただし、金属類の中でもＳＵＳは比較的、抵抗率（Ω・ｍ）が高いため、第２ケーシング７の材質をＳＵＳとすれば、渦電流を抑えながら、第２ケーシング７の耐水圧性を高めることが出来る。
【００２７】
屋内設備用水力発電ユニット１のケーシングは水道管の一部を形成するよう構成されており、屋内設備用水力発電ユニットを水道管に組み込んで、簡便に発電を行うことが出来る。また、水道水によって回転体１３が駆動するので流れの安定した供給が可能となり、水道水の流量に適した発電制御を行うことが出来、発電効率を上げることができる。
【００２８】
屋内設備用水力発電ユニット１において、第１回転部１９に例えば、フェライト系ステンレスや焼結フェライトのマグネット、あるいはこれらを配合したフェライト系マグネット、さらには樹脂類を配合したマグネット、表面にメッキ処理を施したマグネット等の、水中で繰り返し使用しても磁力が半減しない防錆性強磁性体を装着するのが好ましい。そうすることによって、第１回転部１９の被水による腐蝕を防止することが出来、第１回転部１９と第２回転部２２の間に働く磁力の劣化を防ぐことが出来る。さらに、温水を使用した場合においても、磁力の劣化を防ぐことが出来るので、発電効率と耐久性を向上させることが出来る。
【００２９】
屋内設備用水力発電ユニット１において、図３に示すように、第１回転部１９は材質が樹脂製の、例えばＡＢＳやＰＰＳ等の防水カバー３５で覆っても良い。そうすることで、第一回転部１９の錆びを防ぐことが出来、磁力に影響を与えることなく、第１回転部１９の耐久性を向上させることが出来る
【００３０】
屋内設備用水力発電ユニット１において、図４（ａ）に示すように、第１回転部１９の外周部２４に第２回転部２２の磁極部と対峙して局所的に近接した強磁性体の突出部３６を設け、第１回転部１９を、当該回転軸と略同一な中心軸を持つ、円柱形状で樹脂製のＡＢＳやＰＰＳ等の防水カバー３５で覆っても良い。第１回転部１９の外周部２４に、第２回転部２２の磁極部と対峙して局所的に近接した突出部３６を設けているので、第１回転部１９と第２回転部２２間の磁力を分散させることなく、磁極部と突出部３６間で磁力を集中させることが出来る。その結果、第１回転部１９から第２回転部２２へ脱調することなく回転力を伝達することが出来、第１回転部１９を軽量化させることが出来る。また、第一回転部１９に円柱形状であり樹脂製のＡＢＳやＰＰＳ等の防水カバー３５を装着しているので、回転の際に突出部の側面３７に生じる流動抵抗を防ぐことが出来、第１回転部１９の発電効率を向上させることが出来る。 また、図４（ｂ）に示すように、第１回転部１９に関して、材質が樹脂製である円筒状の防水カバー３５の内周３８に強磁性体を第２回転部２２の磁極部と対峙した部３９のみに接着し、さらに軽量化させても良い。
【００３１】
また、第１回転部１９と第２回転部２２の配設方法を次のようにしても良い。図５（ａ）に示すように、第１回転部１９と第２回転部２２には、形状が円盤状であり外周部４０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に繰り返すよう着磁したマグネット３３´、３４´が装着されている。両回転部の円盤の径方向が回転軸に略垂直となり、異極同士が管壁２を介して近接となるよう配設されている。水流により羽根車形状の回転体１３が回転し、第１回転部１９を回転駆動させる。当該回転部は磁力の吸引力により、第２回転部２２を回転駆動される。第２回転部２２はモーター型発電ユニット２６を回転駆動し、電力が発生する。その結果、両回転部を回転軸方向にコンパクトにすることが出来、管壁２２上で流路の延在方向と垂直な方向に突出した第２ケーシング５８を小さくすることが出来る。さらに、両者の外周縁近傍で、磁力を保持できるため、小さな回転トルクで、回転初期からスムーズに駆動することが出来る。その結果、強力な磁石を使う必要がなくなる
【００３２】
屋内設備用水力発電ユニット１において、図６に示すように、第２回転部２２を変速機４１を介してモーター型発電ユニット２６に係合させても良い。
羽根車形状の回転体１３の出力特性Ｗ１と、発電用マグネットと発電発電用コイルとが形成するモーター型発電ユニット２６の入力特性Ｗ２とは、一般に図７に示すようなものになる。従って、回転体１３と発電ユニット２６とを接続すると、回転体１３の出力と発電機の入力とが釣り合った点、すなわちＷ１とＷ２との交点Ｐで発電ユニット２６は作動する。変速機４１を介して発電用マグネットを回転体１３に係合させ、回転体１３の回転数ベースの発電ユニットの入力特性Ｗ２′を図７に破線で示すように左方へ移動させることにより、Ｗ１とＷ２′の交点、ひいては発電ユニット２６の作動点を回転体１３の最高出力点Ｍへ移動させることが出来る。発電ユニット２６の出力は発電ユニット２６の入力の増減に応じて増減するので、発電機の作動点を回転体１３の最高出力点Ｍへ移動させることにより、回転体１３の最高出力で発電ユニット２６を駆動し、発電ユニット２６の出力を最大にすることができる。この結果、屋内設備用水力発電ユニット１の発電効率が向上する。
【００３３】
次に第２実施例を説明する。
屋内設備用水力発電ユニット１において、図８に示すように、流路内に配設され回転軸５０が流路の延在方向へ差し向けられた回転体５１と、回転軸５０に対して周方向に傾斜した案内路を有し流路内に且つ流路内を流れる水流に関して回転体５１の上流側に配設され、且つ水流によって回転しない予旋回発生部材５２と、流路内に配設され、回転体５１により回転駆動される材質が強磁性体である第１回転部５３と、当該回転部５３と管壁２を隔てて流路外に且つ第１回転部５３と対峙して配設され、軸受５４により支持されている第２回転部５５と、当該回転部５５に対峙して配設された発電用コイル５６を備えた軸流式の実施形態にしても良い。予旋回発生部材５２に流入した水流は、案内路により周方向へ差し向けられ旋回流となる。旋回流は回転体５１へ流入し、回転軸５０に対して周方向へ且つ案内路とは反対方向へ傾斜した翼部５７に衝突して回転駆動し、ひいては回転体５１に固定された第１回転部５３を回転駆動する。第１回転部５３と第２回転部５５間では磁力による吸引力が働き、第１回転部５３は第２回転部５５を軸受５４上で回転駆動する。第２回転部５５は材質がマグネットとなっており、ひいてはモーター型発電ユニットの発電用マグネットを兼ねているので、第２回転部５５の磁束が発電用コイル５６を通過することにより、発電用コイル５６に起電力が発生する。このような実施形態においても、流路内で得た回転力を第１回転部５０と第２回転部５３を介して非接触で流路外へ伝達し発電させることで、従来の水力発電ユニットに比べて軸封による摺動ロスが無くなり、発電用マグネットと発電用コイル間の距離が狭められ、発電効率を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る屋内設備用発電ユニットを説明した図である。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図２】本発明の実施例に係る屋内設備用発電ユニットの断面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】防水カバーを装着した第一回転部を横断面視し、説明した図である。
【図４】突出部を設けた第一回転部を横断面視し、説明した図である。
【図５】第１回転部と第２回転部に円板形状のマグネットを装着した本発明の他の実施例に係る屋内設備用水力発電ユニットを説明した図である。
【図６】第２回転部とモーター型水力発電ユニットの間に変速機を配設した本発明の他の実施例に係る屋内設備用水力発電ユニットを説明した図である。
【図７】羽根車出力特性と発電機入力特性の相関を示す図である。
【図８】回転体を軸流式羽根車とした本発明の他の実施例に係る屋内設備用水力発電ユニットを説明した図である。
【図９】従来の技術を説明した図である。
【符号の説明】
１ 屋内設備用水力発電ユニット１
２ 管壁
３ 開口部
４ 第１ケーシング
５ 流入口
６ 主流路
７ 第２ケーシング
８ 外壁部
９ フランジ
１０ ネジ
１１ 接合部
１２ Ｏリング
１３ 回転体
１４ 端壁
１５ 第１回転軸
１６ 湾曲翼
１７ 軸受
１８ 中心軸線
１９ 第１回転部
２０ 側壁部
２２ 第２回転部
２３ 第２回転軸
２４ 外周部
２５ 内周部
２６ａ 発電用マグネット
２６ｂ 発電用コイル
２６ モーター型発電ユニット
２７ 屋内設備用水栓
２８ バキュームブレーカー
２９ 上流端
３０ 下流端
３１ 他端
３２ 外周部
３３、３４ マグネット
３５ 防水カバー
３６ 突出部
３７ 側面
３８ 内周
３９ 対峙部
４０ 外周部
４１ 変速機
５０ 回転軸
５１ 回転体
５２ 予旋回発生部材
５３ 第１回転部
５４ 軸受
５５ 第２回転部
５６ 発電用コイル５６
５７ 翼部
５８ 第２ケーシング
１００ 回転体
１０１ 発電用マグネット
１０２ 発電用コイル
１０３ 翼部
１０６ 軸封部
１０４ 回転軸
１０５ 管壁
２００ 回転体
２０１ 回転軸
２０２ 発電用マグネット
２０３ 発電用コイル
２０４ 翼部
２０５ 管壁
２０６ 空隙
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間
Ｓ３ 隙間
Ｗ１ 出力特性
Ｗ２ 入力特性
Ｐ 交点
Ｍ 最高出力点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydroelectric power unit for indoor equipment. In this specification, the indoor facility is a plumbing facility used in a public facility such as an office or a station, or a house, and means a facility using tap water, medium water, sewage, well water, rainwater, and the like.
[0002]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses an indoor facility power generation unit in which an impeller-shaped rotating body is disposed in a flow path and a power generation magnet and a power generation coil are disposed outside the flow path.
In addition, an impeller-shaped rotating body is disposed in the flow path, a power generating magnet is disposed in the extending direction of the flow path, and a power generating unit for indoor equipment in which a power generating coil is disposed outside the flow path, It is disclosed in Patent Document 2.
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-2000-27262
[Patent Document 2] Japanese Utility Model 3-531
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a hydraulic power generation unit as shown in FIG. 9A disclosed in Patent Document 1 as a conventional technique, an impeller-shaped rotating body 100 is disposed in a flow path so as to be substantially perpendicular to the extending direction of the flow path. In addition, a power generation magnet 101 and a power generation coil 102 are provided outside the flow path. When the water flow collides with the wing portion 103 in the flow channel, the rotating body 100 is driven to rotate. Power transmission from the inside of the flow path to the outside of the flow path is performed by connecting the rotating body 100 and the power generation magnet 101 with the rotating shaft 104 provided with the shaft sealing portion 106 and penetrating the tube wall 105. Drives the power generation magnet 101 to rotate. Electric power is generated by a power generation coil 102 disposed to face the power generation magnet 101 in the radial direction of rotation. As described above, the hydraulic power generation unit as shown in FIG. 9A disclosed in Patent Document 1 needs to seal the pipe wall 105 by providing the shaft sealing portion 106, and the shaft sealing portion 106 causes sliding loss. This causes a problem that power generation efficiency is reduced.
In addition, a conventional hydraulic power generation unit as shown in FIG. 9B disclosed in Patent Document 2 as a conventional technique includes an impeller-shaped rotating body 200 and a power-generating magnet 202 having the same rotating shaft as the rotating body 200. Are disposed in the flow path, and the power generation coil 203 is disposed outside the flow path. When the water flow collides with the wing portion 204 in the flow path, the rotating body 200 is rotationally driven. The rotating body 200 rotationally drives the power generating magnet 202 via the rotary shaft 201, and generates electric power by the power generating coil 203 disposed so as to face the power generating magnet 202 in the rotation radial direction. As described above, the hydraulic power generation unit as shown in FIG. 9B disclosed in Patent Document 2 has no shaft sealing portion and has a small sliding loss, but the power generation magnet 202 is disposed in the flow path. Therefore, it is necessary to provide a gap 206 by widening the gap between the power generation magnet 202 and the tube wall 205 because foreign matter is likely to adhere to the tube. In general, the power generation efficiency is proportional to the magnetic force passing through the power generation coil. In FIG. 9B, however, the gap 206 between the power generation magnet 202 and the tube wall 205, and furthermore, the power generation efficiency depends on the thickness of the inter-wall 205. It is not possible to reduce the radial distance between the power magnet 202 and the power generating coil 203. Therefore, there is a problem that the magnetic force passing through the power generation coil 203 is weakened, and the power generation efficiency is reduced.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a first power generation magnet disposed outside the flow path in opposition to an impeller-shaped rotor and a power generation coil disposed in the flow path. It is an object of the present invention to provide a power generation unit for indoor equipment with improved power generation efficiency via a rotating unit and a second rotating unit.
[0005]
[Means to solve the problem]
The indoor facility hydraulic power generation unit according to claim 1, a rotator disposed in the flow path and rotated by a water flow, and a first rotator disposed in the flow path and rotated by the rotator, A second rotating unit disposed outside the flow path and facing the first rotating unit with a gap therebetween, the second rotating unit being driven to rotate by a suction force generated by a magnetic force acting between the first rotating unit and the second rotating unit; And a power generating coil for generating electric power. Since a magnetic attraction force acts between the first rotating portion and the second rotating portion, power can be transmitted from the inside of the flow path to the outside of the flow path in a non-contact manner, and as shown in FIG. There is no need to seal the parts and sliding loss is small. Further, as shown in FIG. 9B, there is no need to pass the magnetic flux of the power generation magnet through the tube wall to the power generation coil, and no foreign matter in the flow path adheres to the power generation magnet. Therefore, the distance between the power generation magnet and the power generation coil is reduced, and the power generation efficiency can be increased. In addition, the power generation efficiency is directly affected by the magnetic force of the power generation magnet, but the power generation magnet is mounted outside the flow path, and the power generation magnet having a strong magnetic force can be mounted, so that the power generation efficiency can be improved. .
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a hydroelectric unit for indoor equipment, wherein magnets are mounted on the first rotating portion and the second rotating portion, and the two rotating portions are arranged such that different poles are close to each other. By doing so, the attraction force due to the magnetic force between the first rotating portion and the second rotating portion is improved, the rotating force can be transmitted reliably without contact, and step-out can be prevented.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the hydroelectric power unit for indoor equipment, wherein the first rotating portion and the second rotating portion are arranged so that the rotation axis directions thereof are substantially the same. Since the directions of the rotation axes of the first rotating portion and the second rotating portion are substantially the same, eccentric blurring during rotation hardly occurs, and the rotation can be performed in a stable state. As a result, the energy loss of rotation can be reduced, and the power generation efficiency can be improved.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydroelectric unit for indoor equipment, wherein the first rotating portion has a cylindrical shape, the second rotating portion has a cylindrical shape, and both are arranged so as to overlap in the radial direction. By doing so, the attraction force due to the magnetic force between the first rotating portion and the second rotating portion is improved, and loss of synchronism can be prevented even at a large rotating torque.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the hydroelectric unit for indoor equipment, wherein the rotating body is disposed in the main passage so as to be exposed at the inflow port, and the first rotating portion is disposed outside the main passage. Since the rotating body is disposed in the main flow passage so as to be exposed at the inflow port, the rotating body can efficiently obtain hydraulic energy. Further, since the first rotating portion is disposed outside the main flow passage. Thus, the total flow rate flowing into the first rotating portion is reduced, and an increase in pressure loss and adhesion of foreign substances can be prevented.
[0010]
The hydraulic power generation unit for indoor facilities according to claim 6 is characterized in that the flow path wall is an electrical insulator. When the flow path wall is an electric conductor, magnetic force penetrates and crosses the flow path wall to generate an eddy current on the flow path wall surface, causing an energy loss. However, the flow path wall is used as an electrical insulator. As a result, eddy current is not generated, and energy loss can be reduced.
[0011]
The indoor facility hydraulic power generation unit according to claim 7 is characterized in that the rotating body is driven by the water flow of the water pipe inserted into a part of the water pipe. Since the rotating body is driven by the tap water, a stable flow can be supplied, and the power generation efficiency can be increased.
[0012]
In the hydraulic power unit for indoor equipment according to the eighth aspect, a rustproof ferromagnetic material is mounted on the first rotating part. Corrosion of the first rotating portion due to being wet can be prevented, and the durability of the first rotating portion can be improved.
[0013]
According to a ninth aspect of the present invention, in the hydraulic power generation unit for an indoor facility, the first rotating portion is covered with a waterproof cover made of resin. In some cases, a rare earth element is blended in the magnet for the purpose of increasing the magnetic force. In this case, even if the first rotating part is reduced in size, step-out can be prevented, but there is a disadvantage that the first rotating part is easily rusted. Can be prevented, and the durability can be improved. Also, for the purpose of reducing the cost of the first rotating part, even when the ferromagnetic material attached to the first rotating part is made of iron, nickel, or an alloy containing them, cover the rotating part with a waterproof cover. Thereby, rust can be prevented and durability can be improved.
[0014]
The hydroelectric power unit for an indoor facility according to claim 10, wherein a ferromagnetic protrusion is provided on an outer peripheral portion of the first rotating portion so as to face and locally approach the magnetic pole portion of the second rotating portion. Is covered with a cylindrical waterproof cover having a central axis substantially the same as the rotation axis. By providing a protruding portion on the outer peripheral portion of the first rotating portion, which is locally opposed to the magnetic pole portion of the second rotating portion, without dispersing the magnetic force between the first rotating portion and the second rotating portion, Since the magnetic force can be concentrated between the magnetic pole portion and the protruding portion, the rotational force can be transmitted from the first rotating portion to the second rotating portion without step-out. However, during rotation, the flow resistance increases on the side surface of the protruding portion. However, by attaching a cylindrical waterproof cover made of resin to the first rotation portion, the outer periphery becomes smooth, so that unnecessary flow resistance is used. Loss of synchronism can be prevented without causing the occurrence of out-of-step.
[0015]
In the hydroelectric power generation unit for indoor facilities according to claim 11, the first rotating part and the second rotating part are formed in a disk shape, and the radial direction of the disk is disposed substantially perpendicular to the rotation axis. It is characterized in that the rotating shaft directions of the two rotating parts are substantially the same. By forming the first rotating part and the second rotating part in a disk shape, both rotating parts can be made compact in the rotation axis direction. Furthermore, since the magnetic force can be held near the outer peripheral edges of both, it is possible to smoothly drive from the beginning of rotation with a small rotation torque. As a result, there is no need to use a strong magnet.
[0016]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a hydraulic power generation unit for an indoor facility, comprising: a transmission connected to the second rotating portion; and a power generation coil for generating electric power in accordance with the speed of rotation. By disposing the transmission, it is possible to drive the motor-type power generation unit formed by the power generation magnet and the power generation coil at the rotation speed at which the output of the impeller becomes the maximum, and the hydroelectric power generation unit for indoor equipment Power generation efficiency is improved. Further, it is possible to change the electric output of the indoor facility power generation unit as needed without changing the shape of the impeller, the design of the power generation magnet, and the design of the power generation coil.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment according to an embodiment of the present invention will be described.
1A is a side view of the hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment, FIG. 1B is a top view, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along a line B in FIG.
[0018]
The hydroelectric power generation unit 1 for an indoor facility includes a straight cylindrical first casing 4 in which an opening 3 is formed in the center of a pipe wall 2, and forms a main flow path 6. Further, a second casing 7 having a bottomed cylindrical shape and made of resin is provided in a direction orthogonal to the extending direction of the main flow path 6 so as to cover the opening 3 from outside the flow path. The first casing 4 and the second casing 7 are joined by screws 10 at outer wall portions 8 and flanges 9. Further, the joint 11 is sealed by an O-ring 12. The rotating body 13 has an impeller shape, and disk-shaped end walls 14a and 14b are fixed to the first rotating shaft 15 with an interval therebetween. A plurality of rectangular plate-shaped curved wings 16 are disposed from the peripheral edge of the end plate 14a to the peripheral edge of the end plate 14b and spaced apart from each other in the circumferential direction, and are provided on the end walls 14a and 14b. Fixed. A gap S1 is formed between the curved blade 16 and the first rotating shaft 15. The rotating body 13 is exposed at the inflow port 5 and is disposed in the first casing 4. The first rotating shaft 15 of the rotating body 13 is directed in a direction orthogonal to the direction in which the main flow path 6 extends, and is supported by a bearing 17. Further, the first rotating shaft 15 is offset radially outward from the center axis 18 of the main flow path 6 immediately upstream of the rotating body 13. Therefore, the gap S2 between the tube wall 2 in the offset direction of the first rotation shaft 15 and the curved blade 16 is narrow, and the gap S2 between the tube wall 2 and the curved blade 16 in the direction opposite to the offset direction of the first rotation shaft 15 is small. Is wide. On the first rotating shaft 15, a columnar first rotating portion 19 is arranged with a gap with the side wall portion 20 of the second casing 7.
[0019]
Outside the flow path, a cylindrical second rotating part 22 is arranged on the second rotating shaft 23 with a gap from the second casing 7. A magnet 33 is mounted on the first rotating part 19 and a magnet 34 is mounted on the second rotating part 22. Regarding the magnetic pole portions of the magnets 33 and 34, the first rotating portion 19 is worn in the circumferential direction of the outer circumferential portion 24, and the second rotating portion 22 is worn so that the N pole and the S pole are alternately repeated in the circumferential direction of the inner circumferential portion 25. The first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 are arranged so as to face each other in the radial direction so that different poles are close to each other between the two rotating portions. Further, a motor type power generation unit 26 having a power generation magnet 26a and a power generation coil 26b is provided on the second rotating portion 22 via a second rotating shaft 23.
[0020]
The indoor equipment hydraulic power generation unit 1 is provided with an indoor equipment faucet 27 that turns on a water flow by energizing a solenoid valve (not shown) and automatically turns off the water flow after a predetermined time has elapsed, and a downstream of the indoor equipment faucet 27. And the vacuum breaker 28. The upstream end 29 of the first casing 4 is connected to the downstream end 30 of the faucet 27 for indoor facilities, and the other end 31 of the first casing 4 is connected to the upstream side of the vacuum breaker 28. The vacuum breaker 28 is connected to a faucet (not shown) via a pipe (not shown).
[0021]
The operation of the hydroelectric power unit for indoor equipment will be described with reference to FIG.
The electromagnetic valve (not shown) of the indoor facility faucet 27 is energized, and the water flow turned on by the electromagnetic valve flows into the main flow path 6 of the indoor facility hydraulic power generation unit.
The water stream collides with the curved wings 16 of the rotating body 13 and drives the rotating body 13 to rotate. The rotating body 13 drives the first rotating unit 19 to rotate. Since the different poles of the first rotating portion 19 are close to each other between the second rotating portion 22 and the two rotating portions, the second rotating portion 22 is rotationally driven by the action of the attraction force by the magnetic force, and thus the power generation magnet 26a is moved. Drive rotationally. When the magnetic flux of the power generation magnet 26a passing through the power generation coil 26b changes, electric power is generated in the power generation coil 26b. The electric power generated in the power generation coil 26b is used as a part of the driving electric power of a solenoid valve (not shown) provided in the indoor facility faucet 27.
The water current that has collided with the rotating body 13 drives the rotating body 13 to rotate, then flows through the main flow path 6 downstream of the rotating body 13, flows into the vacuum breaker 28 from the indoor facility hydraulic power generation unit, and furthermore, a flush toilet (not shown) And drains the waste from the toilet bowl.
[0022]
In the hydroelectric power generation unit 1 for an indoor facility, a magnetic attraction acts between the first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 to transmit power from inside the channel to outside the channel in a non-contact manner. I can do it. When the first rotating section 19 drives the second rotating section 22 to rotate by magnetic force, it is necessary to provide a gap to such an extent that step-out does not occur. However, the gap does not directly affect the power generation efficiency. 19 is less susceptible to the effects of foreign matter adhering thereto, and can suppress a decrease in power generation efficiency due to voids. Further, there is no need to provide a shaft sealing portion, and no sliding loss occurs. As a result, power generation performance can be improved as compared with the conventional hydroelectric power unit for indoor facilities.
[0023]
In the indoor facility power generation unit 1, the rotating body 13 has an impeller shape, and a gap S1 is formed between the curved blade 16 of the rotating body 13 and the first rotating shaft 15. Part of the water flow that efficiently applied a force to the curved blade 16 near the outer peripheral edge of the rotating body 13 having a high peripheral speed flows into the rotating body 13 from the inner peripheral edge of the curved blade 16. If there is no gap S1 between the first rotating shaft 15 and the curved blade 16, the water flow accumulates in the curved blade 16 to cause rotation resistance. However, if there is the gap S1, the water flow flowing into the rotating body 13 will be a gap. After flowing into the inner peripheral edge of the curved blade 16 again through S <b> 1, the force is again efficiently applied to the curved blade 16, and then flows out of the rotating body 13 from the outer peripheral edge of the curved blade 16. As a result, the impeller efficiency is improved, the rotational resistance of the rotating body 13 is suppressed, and the pressure loss due to the rotating body 13 is suppressed. In addition, since the portion immediately upstream of the rotating body 13 and the portion immediately downstream of the rotating body 13 are directed to the outer peripheral portion 32 of the rotating body 13, the water flow flows into the outer peripheral portion 32 of the rotating body 13 and flows from the outer peripheral portion 32. leak. As a result, the water flow in the direction of the first rotating shaft 15 is largely suppressed, so that the water flow in the direction of the first rotating portion 19 that engages with the first rotating shaft 15 is also greatly suppressed. Water is greatly suppressed, and corrosion of the first rotating portion 19 and adhesion of foreign matter to the first rotating portion 19 are significantly suppressed.
[0024]
The rotating body 13 is provided in the main flow path 6 so as to be exposed at the inflow port 5. On the other hand, since the first rotating portion 19 is disposed inside the second casing 7 outside the main flow path, the hydraulic force colliding with the rotating portion is reduced. As a result, the pressure loss can be reduced, the load on the bearing 17 supporting the first rotating shaft 15 is reduced, and the reduction in power generation efficiency due to the sliding loss can be suppressed. Further, the total flow rate flowing into the second casing 7 is also reduced, so that the amount of foreign matter attached to the first rotating portion 19 can be further reduced. As a result, the durability of the first rotating portion 19 can be improved. Further, by reducing the area of the opening 3 of the first casing 4, the total flow rate flowing into the second casing 7 can be further reduced, and adhesion of foreign substances is greatly reduced.
[0025]
Since the first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 are arranged to face each other in the radial direction so that the different poles of the magnets 33 and 34 are close to each other, the first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 The torque can be transmitted reliably without step-out and power generation efficiency can be increased. Further, since the direction of the first rotating shaft 15 and the direction of the second rotating shaft 23 are substantially the same, the attraction by magnetic force acting between the outer peripheral portion 24 of the first rotating portion 19 and the inner peripheral portion 25 of the second rotating portion 22. Since the force becomes uniform in the radial direction of rotation, eccentric blurring or the like during rotation is unlikely to occur, and rotation can be performed in a stable state. As a result, the energy loss of rotation can be reduced, and the power generation efficiency is improved.
[0026]
In the hydraulic power generation unit 1 for indoor equipment, the material of the second casing 7 is preferably made of resin such as ABS or PPS, or an electrical insulator such as glass. In the present invention, an electric insulator has a resistivity of 10%. 8 (Ω · cm). When the material of the second casing 7 is brass having a small resistivity (Ω · cm), a magnetic force penetrates and crosses the side surface of the second casing 7 when the first rotating unit 19 and the second rotating unit 22 are driven to rotate. As a result, an eddy current is generated on the surface of the second casing 7. As a result, a brake is applied to the rotation, causing a loss of rotational energy. However, since the material of the second casing 7 is made of a resin that is hard to conduct electricity, generation of eddy current can be reduced, and energy can be reduced. Loss can be prevented. As a result, power generation efficiency can be improved. However, among metals, SUS has a relatively high resistivity (Ω · m). Therefore, if the material of the second casing 7 is SUS, the water resistance of the second casing 7 can be increased while suppressing the eddy current. Can be done.
[0027]
The casing of the indoor equipment hydraulic power generation unit 1 is configured to form a part of a water pipe, and the power generation can be easily performed by incorporating the indoor equipment hydraulic power generation unit into the water pipe. In addition, since the rotating body 13 is driven by the tap water, a stable supply of the flow can be performed, power generation control suitable for the flow rate of the tap water can be performed, and power generation efficiency can be increased.
[0028]
In the hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment, for example, a magnet made of ferrite stainless steel or sintered ferrite, a ferrite magnet mixed with these, a magnet mixed with resin, and a plating treatment on the surface are formed on the first rotating portion 19. It is preferable to mount a rust-proof ferromagnetic material such as a magnet that has been applied and has a magnetic force that is not reduced by half even when repeatedly used in water. By doing so, it is possible to prevent the first rotating part 19 from being corroded by water, and to prevent the magnetic force acting between the first rotating part 19 and the second rotating part 22 from deteriorating. Furthermore, even when hot water is used, the magnetic force can be prevented from deteriorating, so that power generation efficiency and durability can be improved.
[0029]
In the hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment, as shown in FIG. 3, the first rotating portion 19 may be covered with a waterproof cover 35 made of resin, for example, ABS or PPS. By doing so, the rust of the first rotating portion 19 can be prevented, and the durability of the first rotating portion 19 can be improved without affecting the magnetic force.
[0030]
In the hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment, as shown in FIG. 4A, a ferromagnetic material locally close to the outer peripheral portion 24 of the first rotating portion 19 in opposition to the magnetic pole portion of the second rotating portion 22. A protrusion 36 may be provided, and the first rotating portion 19 may be covered with a waterproof cover 35 such as ABS or PPS made of a resin and having a columnar shape having a center axis substantially the same as the rotating shaft. Since the outer peripheral portion 24 of the first rotating portion 19 is provided with the protruding portion 36 that is locally opposed to the magnetic pole portion of the second rotating portion 22, the portion between the first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 is provided. The magnetic force can be concentrated between the magnetic pole portion and the protrusion 36 without dispersing the magnetic force. As a result, the rotational force can be transmitted without step-out from the first rotating section 19 to the second rotating section 22, and the first rotating section 19 can be reduced in weight. In addition, since the first rotating part 19 is provided with a waterproof cover 35 such as ABS or PPS made of a cylinder and made of resin, it is possible to prevent the flow resistance generated on the side surface 37 of the protruding part during rotation. The power generation efficiency of the one rotation unit 19 can be improved. Further, as shown in FIG. 4B, with respect to the first rotating part 19, a ferromagnetic substance is opposed to the magnetic pole part of the second rotating part 22 on the inner periphery 38 of the cylindrical waterproof cover 35 made of resin. It is also possible to adhere only to the part 39 that has been made, and further reduce the weight.
[0031]
Further, the method of disposing the first rotating unit 19 and the second rotating unit 22 may be as follows. As shown in FIG. 5A, the first rotating portion 19 and the second rotating portion 22 have a disk shape and are magnetized such that N poles and S poles are alternately repeated in the circumferential direction of the outer peripheral portion 40. Magnets 33 'and 34' are attached. The radial directions of the disks of both rotating parts are substantially perpendicular to the rotation axis, and the different poles are arranged close to each other via the tube wall 2. The impeller-shaped rotating body 13 is rotated by the water flow, and the first rotating unit 19 is rotationally driven. The rotating part is driven to rotate the second rotating part 22 by a magnetic attraction force. The second rotating unit 22 drives and rotates the motor-type power generation unit 26 to generate electric power. As a result, both rotating parts can be made compact in the direction of the rotation axis, and the second casing 58 protruding on the tube wall 22 in the direction perpendicular to the direction in which the flow path extends can be reduced. Furthermore, since the magnetic force can be held near the outer peripheral edges of both, it is possible to drive smoothly from the beginning of rotation with a small rotation torque. As a result, there is no need to use strong magnets
[0032]
In the indoor facility hydraulic power generation unit 1, as shown in FIG. 6, the second rotating unit 22 may be engaged with the motor type power generation unit 26 via the transmission 41.
The output characteristics W1 of the impeller-shaped rotating body 13 and the input characteristics W2 of the motor-type power generation unit 26 formed by the power generation magnet and the power generation coil are generally as shown in FIG. Therefore, when the rotating body 13 and the power generating unit 26 are connected, the power generating unit 26 operates at a point where the output of the rotating body 13 and the input of the generator are balanced, that is, at the intersection P between W1 and W2. By engaging the power generating magnet with the rotating body 13 via the transmission 41 and moving the input characteristic W2 'of the power generating unit based on the rotation speed of the rotating body 13 to the left as shown by the broken line in FIG. The intersection of W1 and W2 ', and thus the operating point of the power generation unit 26, can be moved to the maximum output point M of the rotating body 13. Since the output of the power generation unit 26 increases and decreases according to the increase and decrease of the input of the power generation unit 26, by moving the operating point of the generator to the maximum output point M of the rotating body 13, the maximum output of the rotating body 13 And the output of the power generation unit 26 can be maximized. As a result, the power generation efficiency of the indoor facility hydraulic power generation unit 1 is improved.
[0033]
Next, a second embodiment will be described.
In the hydroelectric power generation unit 1 for indoor equipment, as shown in FIG. 8, a rotating body 51 disposed in a flow path and having a rotating shaft 50 directed in the extending direction of the flow path, and a rotating body 51 with respect to the rotating shaft 50. A pre-swirl generating member 52 having a guide path inclined in the direction, disposed in the flow path and upstream of the rotating body 51 with respect to the water flow flowing in the flow path, and not rotated by the water flow, and disposed in the flow path A first rotating part 53 whose material is rotatably driven by the rotating body 51 is a ferromagnetic substance, and is disposed outside the flow path and opposed to the first rotating part 53 with the rotating part 53 and the tube wall 2 interposed therebetween. An axial flow type embodiment including a second rotating portion 55 provided and supported by a bearing 54 and a power generation coil 56 disposed to face the rotating portion 55 may be adopted. The water flow that has flowed into the pre-swirl generating member 52 is directed in the circumferential direction by the guide path and becomes a swirling flow. The swirling flow flows into the rotating body 51, collides with the wing portion 57 inclined in the circumferential direction with respect to the rotating shaft 50 and in the direction opposite to the guide path, and is driven to rotate, and thus the first fixed to the rotating body 51. The rotation unit 53 is driven to rotate. Attraction force by magnetic force acts between the first rotating unit 53 and the second rotating unit 55, and the first rotating unit 53 drives the second rotating unit 55 to rotate on the bearing 54. Since the material of the second rotating part 55 is a magnet, and thus also serves as a power generating magnet of the motor-type power generating unit, the magnetic flux of the second rotating part 55 passes through the power generating coil 56, thereby generating the power generating coil. An electromotive force is generated at 56. Also in such an embodiment, the conventional hydraulic power generation unit is configured such that the torque obtained in the flow path is transmitted to the outside of the flow path through the first rotating part 50 and the second rotating part 53 in a non-contact manner to generate power. As compared with, the sliding loss due to the shaft sealing is eliminated, the distance between the power generating magnet and the power generating coil is reduced, and the power generation efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a power generation unit for indoor equipment according to an embodiment of the present invention. (A) is a side view, (b) is a top view.
FIG. 2 is a sectional view of a power generation unit for indoor equipment according to an embodiment of the present invention. (A) is an AA arrow view of FIG. 1, (b) is a BB arrow view.
FIG. 3 is a diagram illustrating a first rotating unit to which a waterproof cover is attached, as viewed in a cross-sectional view.
FIG. 4 is a diagram illustrating a first rotating portion provided with a protruding portion in a cross-sectional view.
FIG. 5 is a view illustrating a hydroelectric power unit for indoor equipment according to another embodiment of the present invention in which a disc-shaped magnet is mounted on a first rotating unit and a second rotating unit.
FIG. 6 is a view illustrating a hydraulic power generation unit for indoor equipment according to another embodiment of the present invention in which a transmission is disposed between a second rotating unit and a motor-type hydraulic power generation unit.
FIG. 7 is a diagram showing a correlation between an impeller output characteristic and a generator input characteristic.
FIG. 8 is a diagram illustrating a hydroelectric power unit for indoor equipment according to another embodiment of the present invention in which a rotating body is an axial impeller.
FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 Hydroelectric power generation unit for indoor equipment 1
2 Pipe wall
3 opening
4 First casing
5 Inlet
6 Main channel
7 Second casing
8 Outer wall
9 Flange
10 screws
11 Joint
12 O-ring
13 Rotating body
14 End wall
15 First rotation axis
16 Curved wing
17 Bearing
18 center axis
19 First rotating part
20 Side wall
22 Second rotating part
23 Second rotation axis
24 Outer circumference
25 Inner circumference
26a Magnet for power generation
26b Coil for power generation
26 Motor type power generation unit
27 faucets for indoor equipment
28 Vacuum Breaker
29 Upstream end
30 Downstream end
31 the other end
32 Outer circumference
33, 34 magnet
35 Waterproof cover
36 Projection
37 sides
38 Inner circumference
39 Confrontation
40 Outer circumference
41 transmission
50 rotation axis
51 Rotating body
52 Pre-turn member
53 1st rotating part
54 Bearing
55 2nd rotating part
56 Power generation coil 56
57 Wing
58 2nd casing
100 rotating body
101 Magnet for power generation
102 Coil for power generation
103 wing
106 Shaft seal
104 rotation axis
105 tube wall
200 rotating body
201 Rotation axis
202 Magnet for power generation
203 Power generation coil
204 Wing
205 tube wall
206 void
S1 gap
S2 gap
S3 gap
W1 output characteristics
W2 input characteristics
P intersection
M Maximum output point
