JP2020133635A - 水力発電機及び吐水装置、水力発電機の製造方法 - Google Patents

水力発電機及び吐水装置、水力発電機の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】第２構造体が着脱可能に第１構造体内の空間に取付けられる場合であっても、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が変わることを抑制できる水力発電機を提供する。【解決手段】本発明の水力発電機は、流入口と流出口とを連通させる空間を形成する第１構造体１８と、第１構造体内の空間に取付けられる第２構造体２０であって、第２構造体が第１構造体に取付けられた状態で、第１構造体と第２構造体とにより流入口から流出口までの通水路が形成される、第２構造体２０と、通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車２２と、水車の運動を電力に変換する発電部２６とを備え、第２構造体２０は、第１構造体１８に着脱可能に形成されると共に、水車２２の固定シャフト２４を固定する固定部２０ｅを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、水力発電機及び吐水装置、水力発電機の製造方法に関する。
従来、特許文献１に示すように、流路中の水流の作用を受けて回転する水車と、流入口から水車に至る流路の少なくとも一部を形成すると共に流路に着脱可能に構成されているアタッチメントとを備えた発電機が知られている。このような発電機においては、アタッチメントを流路に着脱可能とするため、流路が第１の構造体により形成されるとき、着脱可能であるアタッチメントは、第１の構造体とは別の第２の構造体を形成している。この発電機においては、アタッチメントを取り替えることにより、流路の断面積を調節することができ、水車に作用する水流を調節することができる。これにより、供給される流量が変化したとしても、発電機に最適な流量を流すことができる。
特許第４５５６５６９号
しかしながら、このような発電機は、流路に取付けられたアタッチメントと、水車との位置関係がずれるおそれがあった。例えば、アタッチメントを流路に取付けた際にアタッチメントと水車との位置関係がずれるおそれがある。また、例えば、アタッチメントに水圧がかかることによりアタッチメントの位置がずれアタッチメントと水車との位置関係がずれるおそれがある。その場合、水車に作用する水流の流量が意図した流量からずれ、発電機による発電量が予定された発電量から変わってしまう懸念があった。
そこで、本発明は、第２構造体が着脱可能に第１構造体内の空間に取付けられる場合であっても、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が変わることを抑制できる水力発電機を提供することを目的としている。
上述した目的を達成するために、水力により発電する水力発電機であって、流入口と流出口とを連通させる空間を形成する第１構造体と、上記第１構造体内の空間に取付けられる第２構造体であって、上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記第１構造体と上記第２構造体とにより上記流入口から上記流出口までの通水路が形成される、上記第２構造体と、上記通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車と、上記水車の運動を電力に変換する発電部と、を備え、上記第２構造体は、上記第１構造体に着脱可能に形成されると共に、上記水車の固定シャフトを固定する固定部を備えていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、第２構造体が、第１構造体に着脱可能に形成されると共に、水車の固定シャフトを固定する固定部を備えている。これにより、第２構造体が着脱可能に第１構造体内の空間に取付けられる場合であっても、水車に対する第２構造体の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体と水車との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
本発明において、好ましくは、上記第２構造体は、上記水車に水を導入する導入口を形成する。
このように構成された本発明においては、導入口を形成する第２構造体と水車との位置関係のずれを抑制できる。これにより、導入口から水車に導入される水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることをより確実に抑制できる。
本発明において、好ましくは、上記第２構造体は、上記水車の全周を囲む収容室の壁面を形成する。
仮に第２構造体が水車の全周を囲むように形成されていない場合、水車の周囲において第２構造体と第１構造体等の壁面とが設けられ、水車の周囲において第２構造体と第１構造体の壁面との間に隙間が形成される。このような隙間により乱流が発生し、水車に作用する水流の流量が狙いの流量からずれる恐れがある。
これに対し、上述のように構成された本発明においては、第２構造体は、水車の全周を囲む収容室の壁面を形成する。これにより水車の周囲において第２構造体と第１構造体の壁面との間の隙間が形成されることを抑制できる。よって、このような隙間により乱流が発生し、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることをさらに抑制することができる。
本発明において、好ましくは、さらに、上記第１構造体と上記第２構造体との間に設けられ上記第１構造体と上記第２構造体との間の振動を吸収する振動吸収部材を備える。
このように構成された本発明においては、第２構造体は、固定部により水車の固定シャフトを固定する。これにより、水車の回転による固定シャフトの振動が第２構造体に伝達される。このとき、第１構造体と第２構造体との間に振動吸収部材が設けられている。よって、振動吸収部材により第２構造体に伝達された振動が吸収され、振動吸収部材により、固定シャフトの振動が、第２構造体を介して、第１構造体に伝達され、水力発電機全体、配管等に伝達されることを抑制することができる。
本発明において、好ましくは、水を吐水する吐水装置は、水を供給する供給流路を開閉する開閉弁と、人体を検知する検知センサと、上記検知センサの検知信号に基づいて上記開閉弁を制御する制御部と、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水力発電機であって、上記開閉弁、上記検知センサ及び上記制御部が消費する電力のうち少なくとも一部の電力を生じさせる上記水力発電機と、を備えている。
このように構成された本発明においては、例えば施工環境等に応じ水力発電機に供給される水の流量が変わる場合に、発電量の変化を抑制するため、所定流量を供給するように第２構造体が選択又は取替される場合であっても、水車に対する第２構造体の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体と水車との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。よって、吐水装置において第２構造体が第１構造体に着脱可能に形成される場合であっても水車の発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
本発明において、好ましくは、流入口と流出口とを連通させる空間を形成する第１構造体と、上記第１構造体内の空間に取付けられる第２構造体であって、上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記第１構造体と上記第２構造体とにより上記流入口から上記流出口までの通水路が形成される、上記第２構造体と、上記通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車と、上記水車の運動を電力に変換する発電部と、を備える水力発電機の製造方法であって、上記第１構造体に着脱可能に形成され、且つ上記水車の固定シャフトを固定する固定部を備え、且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の上記第２構造体の内から上記第２構造体を選択する選択工程と、上記選択工程により選択された上記第２構造体の固定部に上記水車の上記固定シャフトを固定する固定工程と、を含むことを特徴としている。
このように構成された本発明においては、選択工程により、第２構造体が、第１構造体に着脱可能に形成され、且つ水車の固定シャフトを固定する固定部を備え、且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の第２構造体の内から選択され、さらに、固定工程により、水車の固定シャフトが選択工程により選択された第２構造体の固定部に固定される。これにより、第２構造体が選択されて第１構造体内の空間に取付けられる場合であっても、水車に対する第２構造体の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体と水車との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
本発明において、好ましくは、上記第１構造体と上記第２構造体のいずれか一方から他方へ突出する突出部を備え、上記突出部は上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記突出部が上記いずれか一方から他方へ突出した他方の構造体に当接すると共に、上記突出部は上記第１構造体と上記第２構造体との間の隙間が上記流入口と上記流出口との間を連通させることを抑制するように配置されている。
このように構成された本発明においては、、比較的簡易な構成により、第１構造体と第２構造体の間との間の隙間が流入口と流出口との間を連通させることを抑制することができ、流入口と流出口との間に流れを形成することを阻害する抵抗部として機能でき、流入口から流出口までの本来意図した通水路に水を無駄なく流すことができる。
本発明の水力発電機によれば、第２構造体が着脱可能に第１構造体内の空間に取付けられる場合であっても、水車に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
本発明の第１実施形態による水力発電機を備えた吐水装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態による水力発電機の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による水力発電機の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿って見た断面図である。 本発明の第１実施形態による水力発電機の製造方法における各工程を示す図である。 本発明の第２実施形態による水力発電機の断面図である。 本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体の斜視図である。 本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体の上面図である。 本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体を導入路と導出路との間の側方から見た側面図である。 本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体を導出路側から見た側面図である。
次に、図１乃至図５を参照して、本発明の第１実施形態による水力発電機を備えた吐水装置を説明する。
図１は本発明の第１実施形態による水力発電機を備えた吐水装置の概略構成図であり、図２は本発明の第１実施形態による水力発電機の分解斜視図であり、図３は本発明の第１実施形態による水力発電機の平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た断面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿って見た断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態による水力発電機２を備えた吐水装置１は、水を吐水する吐水装置である。
吐水装置１は、水道等の給水源４から水を供給する供給流路６と、供給流路６から供給された水を吐水する吐水部８と、供給流路６を開閉する開閉弁１０と、人体を検知する検知センサ１２と、検知センサ１２の検知信号に基づいて開閉弁１０を制御する制御部１４と、供給流路６に設けられる水力発電機２とを備えている。
吐水部８は、矢印Ｆ０に示すように、水を水受け部１６に向けて吐水させる。吐水部８は、カウンター、壁面、便器装置、便器の手洗い器等に設けられることができる。水受け部１６は、水を受けるように形成される。水受け部１６は、例えば手洗い器、シンク、カウンターのボウル部、便器本体のボウル部等として形成されることができる。
開閉弁１０は、供給流路６を開閉することにより、供給流路６に通水させる通水状態（吐水部８から吐水する吐水状態）と、供給流路６の通水を停止させる止水状態（吐水部８から吐水させない止水状態）とを切り替えるようになっている。開閉弁１０は、制御部１４と電気的に接続される。
検知センサ１２は、赤外線式の人体検知センサである。検知センサ１２は、人体を検知する他の検知センサ、例えば、マイクロ波を使用したドップラー式のセンサであってもよい。検知センサ１２は、制御部１４と電気的に接続される。
制御部１４は、開閉弁１０、検知センサ１２、水力発電機２等と、電気的に接続され、電気信号を相互に送受信することができ、上述の各部分を電気的に操作できるようになっている。制御部１４は、吐水装置１の開閉弁１０及び検知センサ１２等を制御することができるようなメモリ等の記憶装置（図示せず）及び演算装置（図示せず）を備えている。制御部１４は、電気的に接続された任意の装置に電力を供給する機能を有する。
水力発電機２は、供給流路６を流れる水流の作用を受け、水力により発電する発電機である。水力発電機２は、開閉弁１０、検知センサ１２及び制御部１４が消費する電力のうち少なくとも一部の電力を生成する。水力発電機２は、開閉弁１０、検知センサ１２、制御部１４、他の電力を使用する機器等と制御部１４を介して電気的に接続され、電力を供給できるようになっている。
次に、図２乃至図５を参照して、水力発電機２の詳細について説明する。
水力発電機２は、流入口１８ａと流出口１８ｂとを連通させる空間を形成する第１構造体１８と、第２構造体２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第１構造体１８と第２構造体２０とにより流入口１８ａから流出口１８ｂまでの通水路が形成される、第２構造体２０と、通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車２２と、水車２２を支持する固定シャフト２４と、水車２２の回転運動を電力に変換する発電部２６と、水車２２と発電部２６との間を水密に区画するキャンケース２８とを備えている。
水車２２は、通水路を流れる水の作用を受けて回転するロータを形成する。水車２２の中心部分は、中空に形成され、中空な部分に固定シャフト２４が挿入された状態で水車２２が配置される。本実施形態の水車２２は、固定シャフト式の回転子を形成している。水車２２は、複数の断面翼形状の羽根部２２ａを外周に沿って外側端が位置するように等間隔に並べて配置している。この羽根部２２ａは、図５に示すような断面において、回転方向に向けて湾曲するように形成され、羽根部２２ａの内側端がこの外側端よりも回転方向にわずかに進んだ位置に配置されている。よって、羽根部２２ａは、半径方向に対して斜めに配置されている。
水車２２は、水車２２と接合され水車２２と一体に回転するようになっているマグネット３０を備えている。マグネット３０は、固定シャフト２４の外側において円筒状に形成されている。マグネット３０の外周面は、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に現れるように磁化されている。マグネット３０が後述するコイルの内側で回転することにより発電部２６に起電力を生ずる。マグネット３０はセラミックスにより形成されている。マグネット３０は、キャンケース２８により区画された通水路側に配置される。よって、マグネット３０は、後述する収容室２０ｄの上部の水中に配置され、水中で回転される。マグネット３０は、キャンケース２８の内周面部２８ｃとは離間した状態で配置される。
固定シャフト２４の一端は後述するように第２構造体２０に固定される。固定シャフト２４は、固定された状態で、水車２２の回転の中心軸部を形成する。固定シャフト２４の他端は、後述するキャンケース２８の天面部２８ｄに形成された凹み中に配置されており、半径方向の移動が規制されているが、天面部２８ｄに固定されていない状態となっている。固定シャフト２４は、円柱形の棒状に形成されている。固定シャフト２４は、金属により形成されている。なお、固定シャフト２４は、樹脂により形成されてもよい。仮に固定シャフトは、樹脂により形成される場合には、固定シャフト２４が第２構造体と一体に形成されてもよい。
発電部２６は、マグネット３０の外周面と対向するように配置されるステータ３２と、ステータ３２に接続されたハーネス３４とを備えている。ハーネス３４はステータ３２と制御部１４とを電気的に接続している。なお、ハーネス３４は、制御部１４を介さずに開閉弁１０、検知センサ１２、他の電力を使用する機器等と電気的に直接に接続されていてもよい。
ステータ３２は、円筒状に形成されたボビン３６と、ボビン３６に導線を巻くように形成されているコイル３８と、コイル３８の外側に設けられているヨーク４０とを備えている。コイル３８は、マグネット３０の回転により起電力を生ずる。ヨーク４０は磁性体によって形成されている。
キャンケース２８は、円形の外形を有している。キャンケース２８は、円筒状の外周面部２８ａと、環状の底面部２８ｂと、円筒状の内周面部２８ｃと、内周面部２８ｃの上端より内側を覆う円盤状の天面部２８ｄとを備えている。キャンケース２８は、キャンケース２８の外周面部２８ａ、底面部２８ｂ、内周面部２８ｃ及び天面部２８ｄにより、天面部２８ｄの外側（大気側）の空間と、その内側（通水路側）の空間とを水密に区画する。キャンケース２８の外周面部２８ａには、シール部２９が取付けられ、シール部２９によりキャンケース２８と第１構造体１８との間が水密にシールされる。キャンケース２８の外周面部２８ａにはねじ部２８ｅが形成され、このねじ部２８ｅが第１構造体１８の内周面のねじ部１８ｃと螺合することにより、キャンケース２８が第１構造体１８に固定される。さらに、キャンケース２８が、第２構造体２０を第１構造体１８内に収納するように間接的に固定でき、簡易に取付けできる。
図５に示すように、第１構造体１８は、流入口１８ａから流出口１８ｂまで延びる通水路の外郭を形成する。第１構造体１８は、流入口１８ａから上方に向かって縦方向に延びる入口通水路部分１８ｄと、流出口１８ｂまで横方向に延びる出口通水路部分１８ｅと、入口通水路部分１８ｄと出口通水路部分１８ｅとの間に円柱状空間を形成する円筒構造部１８ｆとを備えている。なお、入口通水路部分１８ｄは、流入口１８ａから横方向に延びるように形成されていてもよい。また、出口通水路部分１８ｅは、流出口１８ｂまで縦方向に延びるように形成されていてもよい。
第１構造体１８の円筒構造部１８ｆ内の円柱状空間に、第２構造体２０が取付けられる。第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内周面は、第２構造体２０の外周面と概ね合致するように形成される。よって、第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内径は、第２構造体２０の外径とほぼ同じ且つわずかに大きく形成されている。第１構造体１８は、樹脂により形成されている。
第２構造体２０は、円筒状の外周面を形成する。よって、第２構造体２０は、第１構造体１８の円筒構造部１８ｆ内の円柱状空間内に嵌合するように取付けられる。第２構造体２０は、第２構造体２０が第１構造体１８内に配置された状態で、キャンケース２８を第１構造体１８に螺合させることにより比較的簡易に取付けられる。第２構造体２０は、キャンケース２８を第１構造体１８から取り外すことにより比較的簡易に取外可能である。このように、第２構造体２０は第１構造体１８に着脱可能に形成されている。
第２構造体２０は、水を通水する通水路を形成している。第２構造体２０は、第２構造体２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第１構造体１８と第２構造体２０とにより流入口１８ａから流出口１８ｂまでの通水路が形成されるように形成されている。第２構造体２０は、通水路の水車２２に対して流入口１８ａ側において、水車２２に水を導入する導入路２０ａを形成する。導入路２０ａは、第２構造体２０内においてノズル形状に形成されている。導入路２０ａの下流端に形成された導入口２０ｈは、水車２２に水を導入するように水を吐出する噴射部を形成している。導入路２０ａは、全部又は一部が第２構造体２０とキャンケース２８とにより囲まれた流路として形成されていてもよい。導入路２０ａは、開口径が絞られた状態で水車２２の羽根部２２ａの直前まで形成されている。導入路２０ａは第１構造体１８の入口通水路部分１８ｄからの供給流量に対し、所定流量を水車２２に送出するように流路を絞っている。後述するように、水車２２の固定シャフト２４が第２構造体２０の固定部２０ｅに固定され、水車２２と導入路２０ａとの相対的な位置関係が変わりにくくなっている。よって、導入路２０ａの下流端に形成された導入口２０ｈと羽根部２２ａ（回転中の羽根部２２ａ）との距離が変わりにくくなり、この距離が変わることにより導入路２０ａから羽根部２２ａに作用する水流が変化しにくくなる。従って、水車２２の羽根部２２ａに作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制できる。
また、第２構造体２０は、通水路の水車２２に対して流出口１８ｂ側において水車２２から水を導出する導出路２０ｂを形成する。導出路２０ｂは、第２構造体２０とキャンケース２８とにより囲まれた流路として形成されている。導出路２０ｂは、全部又は一部が第２構造体２０内部に形成されていてもよい。
また、第２構造体２０は、導入路２０ａと導出路２０ｂとの間において水車２２が配置される円柱状の収容室２０ｄを形成している。収容室２０ｄは、水車２２の全周を囲むように形成され、水車２２の外形よりもわずかに大きく形成されている。収容室２０ｄは、円柱状の内部空間を形成している。第２構造体２０は、水車２２の全周を囲む収容室２０ｄの壁面２０ｇを形成している。第２構造体２０は、樹脂により形成されている。
第２構造体２０は、さらに、水車の固定シャフト２４を固定する固定部２０ｅを備えている。固定部２０ｅは、収容室２０ｄの中央部の底面に形成されている。固定シャフト２４は、第２構造体２０の固定部２０ｅに圧入されて固定される。第２構造体２０は、自身の外周面の全周にわたって溝部２０ｆを形成している。
第２構造体２０は、シンプルな円柱形状の外形を形成している。第２構造体２０は、取替可能ユニットとして構成されている。第２構造体２０は、それぞれほぼ同じ円形を形成し且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の第２構造体２０の内から選択可能に形成されている。また、第２構造体２０は、異なる通水路形状を形成する他の第２構造体２０と取替可能に形成されている。このように異なる通水路形状を形成する第２構造体２０を準備し、異なる通水路形状を形成する第２構造体２０から意図する第２構造体２０を選択して適用する。このように第２構造体２０を選択することにより、施工現場の環境により供給流路６からの洗浄水の供給流量が変化する場合に、供給流量に応じた通水路形状の第２構造体２０を取付け、水車２２に作用する水流の流量を水車２２に最適な予定の流量（意図した流量）とすることができる。このように予定の流量の水流が水車２２に作用することにより、発電部２６は当初予定された発電量を発電することができる。このように、供給流量の異なる現場に応じて、第２構造体２０を選択する又は取り替えることにより、水力発電機２の水車２２及び発電部２６を変更（交換）又は調整せずに、特定の水車２２及び発電部２６を使用することができる。よって、供給流量に応じて多品種の水車及び発電部２６を製造する必要を抑制することができる。また、仮に水車２２及び発電部２６を変更又は調整しなければならない場合でも、変更する水車２２及び発電部２６の種類が増えることを抑制することができる。また、異なる通水路形状の第２構造体２０の選択により、第２構造体２０により下流側の流路の水圧をコントロールすることも可能となる。例えば、選択可能な第２構造体２０の通水路形状は、通水路の断面積が異なるような通水路形状に形成されることができる。また、例えば、選択可能な第２構造体２０の通水路形状は、水車２２より上流側に流入する水の内の一部を水車２２を介さずに水車２２より下流側に流すバイパス流路をさらに備えるような通水路形状に形成されることができる。
水力発電機２は、さらに、第１構造体１８と第２構造体２０との間に設けられ第１構造体１８と第２構造体２０との間の振動を吸収する振動吸収部材である第２構造体シール部４２を備える。第２構造体シール部４２は、環状に形成されるゴム状の部材である。第２構造体シール部４２は、第２構造体２０の溝部２０ｆに取付られた状態で、第１構造体１８の内周面と接触する。よって、第２構造体シール部４２は、第２構造体２０と第１構造体１８との間の接触部を構成する。第２構造体シール部４２は、振動を吸収する機能を有している。第２構造体２０が固定部２０ｅを備えるので、固定シャフト２４からの振動が第２構造体２０まで伝達されるものの、第２構造体シール部４２により、この振動が第１構造体１８に伝達されにくく又は弱められた振動が伝達されるようにすることができる。
次に、図５により、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２中の水の流れを簡単に説明する。
矢印Ｆ１に示すように、第１構造体１８、第２構造体２０及びキャンケース２８により形成される通水路において、水は、流入口１８ａから入口通水路部分１８ｄに流入する。続いて、矢印Ｆ２に示すように、水は、導入路２０ａから水車２２の羽根部２２ａに作用する。矢印Ｆ３に示すように、水車２２に流入した水は、水車２２に回転力を生じさせ、水車２２から流出する。流出した水は、導出路２０ｂから出口通水路部分１８ｅを通って流出口１８ｂに流れる。
次に、図６により、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機の製造方法を説明する。
図６は本発明の第１実施形態による水力発電機の製造方法における各工程を示す図である。ここで、図６において、Ｓは各工程を示している。以下においては水力発電機の製造方法の概略を分かりやすく説明するため、第２構造体シール部４２の取付等については説明を省略している。
先ず、図６の工程Ｓ１に示すように、水力発電機の製造者は、流入口１８ａと流出口１８ｂとを連通させる空間を形成する第１構造体１８を準備する。
工程Ｓ２に示すように、通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車２２を準備する。
工程Ｓ３に示すように、水車２２の運動を電力に変換する発電部２６を準備する。
工程Ｓ４に示すように、第１構造体１８に着脱可能に形成され、且つ水車２２の固定シャフト２４を固定する固定部２０ｅを備え、且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の第２構造体２０を準備する。この工程Ｓ４は、製造時において既に、複数の第２構造体２０が準備されている場合には、製造時においては省略されて工程Ｓ５が実行される。
工程Ｓ５に示すように、複数の第２構造体２０の内から第２構造体２０を選択する。
工程Ｓ６に示すように、Ｓ５により選択された第２構造体２０の固定部２０ｅに水車２２の固定シャフト２４を固定する。
工程Ｓ７に示すように、Ｓ６により固定シャフトが固定された第２構造体２０を第１構造体１８に配置する。
工程Ｓ８に示すように、Ｓ６により固定シャフトが固定された第２構造体２０に水車２２を配置する。
工程Ｓ９に示すように、Ｓ７及びＳ８により第２構造体２０及び水車２２が第１構造体１８に配置された状態で第１構造体１８にキャンケース２８を取付けると共に、発電部２６を取付ける。このようにして水力発電機２が製造される。なお、このように製造された水力発電機２を、準備された他の機器と共に取付けることにより吐水装置１が製造される。
上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２によれば、第２構造体２０が、第１構造体１８に着脱可能に形成されると共に、水車２２の固定シャフトを固定する固定部を備えている。これにより、第２構造体２０が着脱可能に第１構造体１８内の空間に取付けられる場合であっても、水車２２に対する第２構造体２０の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体２０と水車２２との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車２２に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
また、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２によれば、導入路２０ａ及び導入口２０ｈを形成する第２構造体２０と水車２２との位置関係のずれを抑制できる。これにより、導入路２０ａから水車２２に導入される水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることをより確実に抑制できる。
仮に第２構造体２０が水車２２の全周を囲むように形成されていない場合、水車２２の周囲において第２構造体２０と第１構造体１８等の壁面とが設けられ、水車２２の周囲において第２構造体２０と第１構造体１８の壁面との間に隙間が形成される。このような隙間により乱流が発生し、水車２２に作用する水流の流量が狙いの流量からずれる恐れがある。
これに対し、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２によれば、第２構造体２０は、水車２２の全周を囲む収容室２０ｄの壁面２０ｇを形成する。これにより水車２２の周囲において第２構造体２０と第１構造体１８の壁面との間の隙間が形成されることを抑制できる。よって、このような隙間により乱流が発生し、水車２２に作用する水流の流量が所定流量からずれることをさらに抑制することができる。
また、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２によれば、第２構造体２０は、固定部２０ｅにより水車２２の固定シャフト２４を固定する。これにより、水車２２の回転による固定シャフト２４の振動が第２構造体２０に伝達される。このとき、第１構造体１８と第２構造体２０との間に第２構造体シール部４２が設けられている。よって、第２構造体シール部４２により第２構造体２０に伝達された振動が吸収され、第２構造体シール部４２により、固定シャフト２４の振動が、第２構造体２０を介して、第１構造体１８に伝達され、水力発電機全体、配管等に伝達されるおそれを抑制することができる。
また、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２を備えた吐水装置１によれば、例えば施工環境等に応じ水力発電機に供給される水の流量が変わる場合に、発電量の変化を抑制するため、所定流量を供給するように第２構造体２０が選択又は取替される場合であっても、水車２２に対する第２構造体２０の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体２０と水車２２との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車２２に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。よって、吐水装置１において第２構造体２０が第１構造体１８に着脱可能に形成される場合であっても水車２２の発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
また、上述した本発明の第１実施形態による水力発電機２の製造方法によれば、選択工程により、第２構造体２０が、第１構造体１８に着脱可能に形成され、且つ水車２２の固定シャフト２４を固定する固定部２０ｅを備え、且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の第２構造体２０の内から選択され、さらに、固定工程により、水車２２の固定シャフト２４が選択工程により選択された第２構造体２０の固定部２０ｅに固定される。これにより、第２構造体２０が選択されて第１構造体１８内の空間に取付けられる場合であっても、水車２２に対する第２構造体２０の位置変化を抑制でき、通水路を形成する第２構造体２０と水車２２との位置関係のずれを抑制できる。これにより、水車２２に作用する水流の流量が所定流量からずれることを抑制でき、発電量が予定された発電量から変わることを抑制できる。
次に、図７乃至図１１により、本発明の第２実施形態による水力発電機を説明する。第２実施形態は、本発明による水力発電機の第２構造体の第２構造体シール部材を第１突出部に変更し且つ第２突出部及び第３突出部を設けた例である。図７は本発明の第２実施形態による水力発電機の断面図であり、図８は本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体の斜視図であり、図９は本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体の上面図であり、図１０は本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体を導入路と導出路との間の側方から見た側面図であり、図１１は本発明の第２実施形態による水力発電機において固定シャフトが取付けられた状態の第２構造体を導出路側から見た側面図である。図７は、本発明の第２実施形態による水力発電機において、第１実施形態の図４の断面に相当する断面図を示している。
第２実施形態による水力発電機１０２は、上述した第１実施形態による水力発電機２と構造がほぼ同じであるため、本発明の第２実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様な部分については図面に同じ参照符号を付して説明を省略する。
第２実施形態による水力発電機１０２は、第１構造体１８と、第２構造体１２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第１構造体１８と第２構造体１２０とにより流入口１８ａから流出口１８ｂまでの通水路が形成される第２構造体１２０と、水車２２と、発電部２６と、キャンケース２８とを備えている。発電部２６はマグネット３０を備え、マグネット３０は水車２２と接合され水車２２と一体に回転するようになっている。
第１構造体１８の円筒構造部１８ｆ内の円柱状空間に、第２構造体１２０が取付けられる。第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内周面は、第２構造体１２０の外周面１２０ｃと概ね合致するように形成される。第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内径は、第２構造体１２０の外径とほぼ同じ又はわずかに大きく形成されている。
第２実施形態における第２構造体１２０の後述する第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ、第３突出部１２０ｋ以外の構造（例えば通水路、固定部２０ｅ等の構造）は、第１実施形態における第２構造体２０の構造と、同様であるので説明を省略する。
第２構造体１２０は、円筒状の外周面１２０ｃを形成する。よって、第２構造体１２０は、第１構造体１８の円筒構造部１８ｆ内の円柱状空間内に嵌合するように取付けられる。第２構造体１２０は、第２構造体１２０が第１構造体１８内に配置された状態で、キャンケース２８を第１構造体１８に螺合させることにより比較的簡易に取付けられる。第２構造体１２０は、キャンケース２８を第１構造体１８から取り外すことにより比較的簡易に取外可能である。このように、第２構造体１２０は第１構造体１８に着脱可能に形成されている。第２構造体１２０は、樹脂により形成されている。
第２構造体１２０は、さらに、第２構造体１２０の外面から突出する第１突出部１２０ｉを備えている。第１突出部１２０ｉは、第２構造体の外周面１２０ｃの全周にわたって環状に形成されている。第１突出部１２０ｉは、外周面１２０ｃよりもさらに外方に突出するように形成されている。第１突出部１２０ｉは、外周面１２０ｃの全周のうち、導入路２０ａ側の領域においては高さ方向の第２構造体１２０の中央よりも上部側の上部側突出部１２０ｌを形成し、導出路２０ｂ側の領域においては高さ方向の第２構造体１２０の中央よりも下部側の下部側突出部１２０ｍを形成する。第１突出部１２０ｉは、導入路２０ａ側の領域及び導出路２０ｂ側の領域においては外周面１２０ｃに沿って水平方向に延びている。第１突出部１２０ｉは、導入路２０ａ側の領域と導出路２０ｂ側の領域との間において第２構造体１２０の中央よりも上部側から下部側に斜めに延びるように形成されている。上部側突出部１２０ｌは、導入路２０ａよりも上方側に配置され、下部側突出部１２０ｍは導出路２０ｂよりも下方側に配置されている。よって、第１突出部１２０ｉは円筒構造部１８ｆの内周面と当接することにより、ほぼ同じ高さに形成される導入路２０ａと導出路２０ｂとが直接流体連通することを抑制できる。よって、第１構造体１８と第２構造体１２０の間との間の隙間が流入口１８ａと流出口１８ｂとの間をバイパスするように連通させることを抑制することができる。
第１突出部１２０ｉは、第２構造体１２０と共に一体に形成される。第１突出部１２０ｉは、樹脂により形成される。第１突出部１２０ｉは、樹脂により形成されるので、一定程度の弾性を有している。第２構造体１２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第２構造体１２０の第１突出部１２０ｉが第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内周面に当接する。このとき、第１突出部１２０ｉは、突出部分が潰れるようにしてゴムのシール部材と同種のシール機能を奏することができる。
第２構造体１２０は、さらに、第２構造体１２０の外面から突出する第２突出部１２０ｊと、第２構造体１２０の外面から突出する第３突出部１２０ｋとを備えている。
第２突出部１２０ｊは、第２構造体の外周面１２０ｃの全周の一部（例えば全周の４分の１）にわたって円弧状に形成されている。第２突出部１２０ｊは、外周面１２０ｃよりもさらに外方に突出するように形成されている。第２突出部１２０ｊは、下部側突出部１２０ｍと反対側の半円内の外周面に形成される。第２突出部１２０ｊは、上部側突出部１２０ｌと平行且つ線状に水平方向に延びている。第２突出部１２０ｊは、線状の突出部に限られず、点状の突出部であってもよい。また、第２突出部１２０ｊは、複数部分に分かれた突出部であってもよい。第２突出部１２０ｊは、下部側突出部１２０ｍよりもさらに下方側に形成される。第２突出部１２０ｊは、導入路２０ａより下方側に形成されている。第２突出部１２０ｊは、導入路２０ａの側方側において下部側突出部１２０ｍとほぼ同じ高さに配置されていてもよい。
第２突出部１２０ｊは、第２構造体１２０と共に一体に形成される。第２突出部１２０ｊは、樹脂により形成され、一定程度の弾性を有している。第２構造体１２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第２構造体１２０の第２突出部１２０ｊが第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内周面に当接する。このとき、第２突出部１２０ｊは、第１構造体１８と第２構造体１２０との間の隙間が流入口１８ａと流出口１８ｂとの間を連通させることを抑制するように配置され、水車２２を経ない水の流れ（水車２２をバイパスするような水の流れ）を阻害する。換言すると、流入口１８ａから水車２２を経て流出口１８ｂまで水を無駄なく流すことができ、発電効率向上に寄与する。
第３突出部１２０ｋは、第２構造体の外周面１２０ｃの全周の一部（例えば全周の４分の１）にわたって円弧状に形成されている。第３突出部１２０ｋは、外周面１２０ｃよりもさらに外方に突出するように形成されている。第３突出部１２０ｋは、上部側突出部１２０ｌと反対側の半円内の外周面に形成される。第３突出部１２０ｋは、下部側突出部１２０ｍと平行且つ線状に水平方向に延びている。第３突出部１２０ｋは、線状の突出部に限られず、点状の突出部であってもよい。また、第３突出部１２０ｋは、複数部分に分かれた突出部であってもよい。第３突出部１２０ｋは、上部側突出部１２０ｌよりもさらに上方側に形成される。第３突出部１２０ｋは、導出路２０ｂより上方側に形成されている。第３突出部１２０ｋは、上部側突出部１２０ｌとほぼ同じ高さに配置されていてもよい。
第３突出部１２０ｋは、第２構造体１２０と共に一体に形成される。第３突出部１２０ｋは、樹脂により形成され、一定程度の弾性を有している。第２構造体１２０が第１構造体１８に取付けられた状態で、第２構造体１２０の第３突出部１２０ｋが第１構造体１８の円筒構造部１８ｆの内周面に当接する。
第２実施形態における第２構造体１２０は、第１実施形態における第２構造体２０と同様に、取替可能ユニットとして構成されている。第２構造体１２０は、それぞれほぼ同じ円形を形成し且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の第２構造体１２０の内から選択可能に形成されている。また、第２構造体１２０は、異なる通水路形状を形成する他の第２構造体１２０と取替可能に形成されている。このように異なる通水路形状を形成する第２構造体１２０を準備し、異なる通水路形状を形成する第２構造体１２０から意図する第２構造体１２０を選択して適用する。このように第２構造体１２０を選択することにより、施工現場の環境により供給流路６からの洗浄水の供給流量が変化する場合に、供給流量に応じた通水路形状の第２構造体１２０を取付け、水車２２に作用する水流の流量を水車２２に最適な予定の流量（意図した流量）とすることができる。このように予定の流量の水流が水車２２に作用することにより、発電部２６は当初予定された発電量を発電することができる。このように、供給流量の異なる現場に応じて、第２構造体１２０を選択する又は取り替えることにより、水力発電機１０２の水車２２及び発電部２６を変更（交換）又は調整せずに、特定の水車２２及び発電部２６を使用することができる。よって、供給流量に応じて多品種の水車及び発電部２６を製造する必要を抑制することができる。また、仮に水車２２及び発電部２６を変更又は調整しなければならない場合でも、変更する水車２２及び発電部２６の種類が増えることを抑制することができる。また、異なる通水路形状の第２構造体１２０の選択により、第２構造体１２０により下流側の流路の水圧をコントロールすることも可能となる。例えば、選択可能な第２構造体１２０の通水路形状は、通水路の断面積が異なるような通水路形状に形成されることができる。また、例えば、選択可能な第２構造体１２０の通水路形状は、水車２２より上流側に流入する水の内の一部を、水車２２を介さずに水車２２より下流側に流すバイパス流路をさらに備えるような通水路形状に形成されることができる。
第２構造体１２０を第１構造体１８に取付ける場合に、第１突出部１２０ｉは、第２構造体１２０と一体に形成されているので、第２構造体１２０の第１突出部１２０ｉが第１構造体１８の内周面に対してずれる又はよれる等してシール機能が低下する不良をより抑制できる。また、第１突出部１２０ｉは、第２構造体１２０と一体に成形されるため、第２構造体１２０に対して第２構造体シール部を取り付ける工程が不要となる。更には、第２構造体１２０を第１構造体１８に挿入する際の摩擦によって外れてしまう心配もなく、第２構造体１２０と第１構造体１８との組立性がより向上できる機能を奏する。
本発明の一実施形態においては、第２構造体１２０の外周面において、第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋが設けられている。このような構造によれば、第２構造体１２０を第１構造体１８に取付ける場合に、第１突出部１２０ｉは、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋとの組合せにより、第２構造体１２０と第１構造体１８との組立性をより向上できる。例えば、第２構造体１２０を第２構造体１２０の下方から第１構造体１８に挿入するように取付ける場合に、先ず、外周面１２０ｃの下部の第２突出部１２０ｊと下部側突出部１２０ｍとが比較的速いタイミングにおいて（比較的近い挿入深さにおいて）円筒構造部１８ｆの内周面に当接する。第２突出部１２０ｊが省略されている場合と比較して、挿入時に第２構造体１２０の中心に対し相対する位置から反発力が生じることで、第２構造体１２０が中心軸方向に対して傾いたり、第１構造体１８に対して中心より偏って配置されたりすることを抑制できる。よって、第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋにより、第２構造体１２０と第１構造体１８との組立性がより向上できる機能を奏する。
なお、変形例として第２構造体１２０の外周面において、第１突出部１２０ｉのみが設けられ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋが省略されていてもよい。第２構造体１２０の外周面において、第１突出部１２０ｉのみが設けられ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋが省略される場合にも、一定程度、第２構造体１２０と第１構造体１８との組立性が向上できる。例えば、第２構造体１２０を第２構造体１２０の下方から第１構造体１８に挿入するように取付ける場合に、最終的には下部側突出部１２０ｍと、上部側突出部１２０ｌと、が夫々円筒構造部１８ｆの内周面に当接する。これにより、挿入時に第２構造体１２０の中心に対し相対する位置から反発力が生じることで、第２構造体１２０が中心軸方向に対して傾いたり、第１構造体１８に対して中心より偏って配置されたりすることを抑制できる。つまり、第２構造体１２０を当初予定された位置に予定した姿勢で比較的正確に取付けることができ、組立性がより向上できる。
なお、第１突出部１２０ｉのみが設けられている場合であっても、最終的には上部突出部と下部突出部が互いに反発しあい、第２構造体１２０の姿勢が修正でき、より簡単な構造で第２構造体１２０を当初予定した位置に正確且つ簡単に取付けできる。
また、さらなる変形例として、第２構造体１２０の外周面において、第１突出部１２０ｉに加えて、第２突出部１２０ｊ又は第３突出部１２０ｋのいずれかのみが設けられていてもよい。第１突出部１２０ｉに加えて、第２突出部１２０ｊ又は第３突出部１２０ｋのいずれかのみが設けられている場合であっても、第２構造体１２０の姿勢がさらに修正でき、比較的簡単な構造で第２構造体１２０を当初予定した位置に正確且つ簡単に取付けでき、組立性がより向上できる。
さらなる変形例として、第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋのうちのいずれか又はこれらの全部若しくは一部の組合せが第１構造体１８の円筒構造部１８ｆ側に設けられ、円筒構造部１８ｆから内側に突出するように形成されていてもよい。例えば、第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋが円筒構造部１８ｆに形成されている場合には、第１突出部１２０ｉ、第２突出部１２０ｊ及び第３突出部１２０ｋと外周面１２０ｃとが当接され、シール機能、組立性向上機能等がそれぞれ奏される。
上述した本発明の第２実施形態による水力発電機１０２によれば、比較的簡易な構成により、第１構造体１８と第２構造体１２０の間との間の隙間が流入口１８ａと流出口１８ｂとの間を連通させることを抑制することができ、流入口１８ａと流出口１８ｂとの間に流れを形成することを阻害する抵抗部として機能でき、流入口１８ａから流出口１８ｂまでの本来意図した通水路に水を無駄なく流すことができる。
１ 吐水装置
２ 水力発電機
６ 供給流路
１０ 開閉弁
１２ 検知センサ
１４ 制御部
１８ 第１構造体
２０ 第２構造体
２０ａ 導入路
２０ｄ 収容室
２０ｅ 固定部
２２ 水車
２４ 固定シャフト
２６ 発電部
１０２ 水力発電機
１２０ 第２構造体
１２０ｃ 外周面
１２０ｉ 第１突出部
１２０ｊ 第２突出部
１２０ｋ 第３突出部

Claims (7)

  1. 水力により発電する水力発電機であって、
    流入口と流出口とを連通させる空間を形成する第１構造体と、
    上記第１構造体内の空間に取付けられる第２構造体であって、上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記第１構造体と上記第２構造体とにより上記流入口から上記流出口までの通水路が形成される、上記第２構造体と、
    上記通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車と、
    上記水車の運動を電力に変換する発電部と、
    を備え、
    上記第２構造体は、上記第１構造体に着脱可能に形成されると共に、上記水車の固定シャフトを固定する固定部を備えていることを特徴とする水力発電機。
  2. 上記第２構造体は、上記水車に水を導入する導入口を形成する、請求項１に記載の水力発電機。
  3. 上記第２構造体は、上記水車の全周を囲む収容室の壁面を形成する、請求項１又は２に記載の水力発電機。
  4. さらに、上記第１構造体と上記第２構造体との間に設けられ上記第１構造体と上記第２構造体との間の振動を吸収する振動吸収部材を備える、請求項１乃至３の何れか１項に記載の水力発電機。
  5. 水を吐水する吐水装置であって、
    水を供給する供給流路を開閉する開閉弁と、
    人体を検知する検知センサと、
    上記検知センサの検知信号に基づいて上記開閉弁を制御する制御部と、
    上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水力発電機であって、上記開閉弁、上記検知センサ及び上記制御部が消費する電力のうち少なくとも一部の電力を生じさせる上記水力発電機と、を備えた吐水装置。
  6. 流入口と流出口とを連通させる空間を形成する第１構造体と、
    上記第１構造体内の空間に取付けられる第２構造体であって、上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記第１構造体と上記第２構造体とにより上記流入口から上記流出口までの通水路が形成される、上記第２構造体と、
    上記通水路を流れる水の作用を受けて回転する水車と、
    上記水車の運動を電力に変換する発電部と、を備える水力発電機の製造方法であって、 上記第１構造体に着脱可能に形成され、且つ上記水車の固定シャフトを固定する固定部を備え、且つそれぞれ異なる通水路形状を形成する複数の上記第２構造体の内から上記第２構造体を選択する選択工程と、
    上記選択工程により選択された上記第２構造体の固定部に上記水車の上記固定シャフトを固定する固定工程と、を含む製造方法。
  7. さらに、上記第１構造体と上記第２構造体とのいずれか一方から他方へ突出する突出部を備え、上記突出部は上記第２構造体が上記第１構造体に取付けられた状態で、上記いずれか一方から他方へ突出した他方の構造体に当接すると共に、上記突出部は上記第１構造体と上記第２構造体との間の隙間が上記流入口と上記流出口との間を連通させることを抑制するように配置されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の水力発電機。
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