JPWO2004088127A1 - 給水装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る給水装置は、屋内設備への吸水を行う流路（１４）の途中に装置本体（６）を配設し、装置本体に発電ユニット（２３）を設けた。しかも、発電ユニットは、流路の水路方向と直交する方向に延伸させた回転軸（３４）と、回転軸に取付けて、水流によって回転する羽根車（２７）と、羽根車に連動して回転する磁石（４３）と、磁石に対向して配設したコイル（２９）とを有し、羽根車は、外方に向けて放射状に翼（３８）を形成するとともに、翼の内方に通水可能な間隙（４０）を形成した。このように、本発明では、翼（３８）と回転軸（３４）との間に間隙（４０）を形成しているために、翼の基端部分に流れ込んだ水が羽根車の回転を妨げることがなくなり、発電ユニットによる発電量を増大することができる。しかも、本発明では、羽根車の回転抵抗を低減するために羽根車の外方の流路を拡張する必要がなくなり、給水装置の小型化を図ることができる。

Description

本発明は、屋内設備への給水を行う流路の途中に発電ユニットを設けた給水装置に関するものである。なお、屋内設備とは、オフィスや駅などの公共施設や住宅で使用される流し台、洗面台、便器、洗濯機などの水周り設備であって、上水、中水、下水、井戸水、雨水などを使用する設備を意味する。

従来より、屋内設備への給水を行う流路の途中に発電ユニットを設けた給水装置が広く使用されている。この給水装置では、流路内の水流を利用して発電ユニットで発電し、その発電した電気で給水装置内部又は外部に設けたセンサやスイッチなどの各種電子機器を駆動するようにしていた。
たとえば、日本国特許公開昭和５９年２１７０７４号公報に開示されている自動給水装置では、装置本体の内部に流路を形成し、この流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。
そして、水流によって翼とともに回転軸が回転し、この回転軸の回転によって発電するようにしていた。
また、日本国特許公開２０００年２７２６２号公報に開示されている便器洗浄水の殺菌装置では、装置本体の内部に流路を形成し、この流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成しており、回転軸に発電機を連結していた。
そして、水流によって翼とともに回転軸が回転し、この回転軸の回転によって発電機で発電するようにしていた。
しかしながら、従来の装置では、流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。すなわち、従来の装置では、回転軸と翼との間に何ら間隙が設けられていなかった。
そのため、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れていた。そして、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼を回転させる作用が僅かであり、むしろ翼の回転抵抗として作用してしまい、かえって翼の回転を妨げており、発電機による発電量に損失が生じていた。
しかも、従来の装置では、装置本体に回転軸を取付けた構造となっており、装置本体に発電ユニットを着脱自在に装着した構造とはなっていなかったために、回転軸や翼などの発電機構を装置本体に組付ける作業が煩雑となり、また、発電機構のメンテナンス作業も煩雑なものであった。

そこで、本発明では、屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、前記装置本体に発電ユニットを設けた給水装置において、前記発電ユニットは、前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、前記回転軸に取付けて、水流によって回転する羽根車と、前記羽根車に連動して回転する磁石と、前記磁石に対向して配設したコイルとを有し、前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成するとともに、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記装置本体に形成した開口部から挿入され、前記装置本体の前記開口部と対向する内面に嵌まり込んで先端部が支持されることにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記磁石を流路内部に配設する一方、前記コイルを前記流路から水密状に区画した流路外部に配設することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記翼と前記磁石との間に異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けることにした。
また、本発明では、前記浸入防止手段は、前記羽根車の回転により異物を翼側へ押し返す水流が発生する先鋭状の螺子形状の溝を前記羽根車の外周に形成することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記流路の中心線上に前記回転軸を配設することにした。
また、本発明では、前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に間隙を前記回転軸の軸心に対して非対象に形成することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記翼の外周縁に沿って筒部を形成することにした。
また、本発明では、前記筒部の上方に前記羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けることにした。
また、本発明では、前記案内部材と前記回転軸を挟んで対向する位置に前記羽根車へ向けて水を案内する第２の案内部材を設けることにした。

図１は、本発明に係る給水装置としての便器洗浄装置の接続形態を示す斜視図である。
図２は、便器洗浄装置を示す分解斜視図である。
図３は、便器洗浄装置を示す模式図である。
図４は、便器洗浄装置を示す正面断面図である。
図５は、便器洗浄装置を示す側面断面図である。
図６は、装置本体と発電ユニットを示す分解斜視図である。
図７は、発電ユニットを示す分解斜視図である。
図８は、羽根車の出力ピーク値の変化を示すグラフである。
図９は、便器洗浄装置の接続形態を示す平面図である。
図１０は、便器洗浄装置の他の形態を示す正面断面図である。
図１１は、便器洗浄装置の他の接続形態を示す斜視図である。
図１２は、本発明に係る給水装置としての屋内設備用発電ユニットを示す正面断面図である。
図１３は、屋内設備用発電ユニットを示す側面断面図である。
図１４は、他の屋内設備用発電ユニットを示す模式図である。
図１５は、羽根車出力特性を示すグラフである。
図１６は、羽根車を示す断面図である。
図１７は、他の屋内設備用発電ユニットを示す断面図である。

以下に本発明に係る給水装置の具体的な構造について図面を参照しながら説明する。
（便器洗浄装置）
図１は、本発明に係る給水装置としての便器洗浄装置１を示している。
便器洗浄装置１は、図１に示すように、給水管２と便器３との間に介設されており、給水管２から供給された水を便器３へと供給するようにしている。図中、４は止水栓である。なお、便器３としては、図１に示す大便器でもよく、また、図１１に示す小便器でもよい。
この便器洗浄装置１は、図２に示すように、ケーシング５の内部に装置本体６を配設している。
ケーシング５は、図２、図４及び図５に示すように、装置本体６の上部を被覆する上カバー７と、装置本体６の前側下部を被覆する前カバー８と、装置本体６の後側下部を被覆する後カバー９とで分割可能に構成している。
装置本体６は、図２〜図６に示すように、上側右側部に給水管２に連通連結される円筒状の入水口１０を形成する一方、下部に便器３に連通連結される円筒状の出水口１１を形成している。
また、装置本体６は、入水口１０の下流側に開閉弁１２を配設するとともに、この開閉弁１２の上方に背圧室１３を形成し、一方、開閉弁１２の下方に二次側水路１４を形成している。
そして、入水口１０は、開閉弁１２の内部に形成した連通路１５を介して背圧室１３に連通連結しており、この背圧室１３は、第１及び第２のバイパス流路１６，１７を介して二次側水路１４に連通連結されており、この第１のバイパス流路１６には、中途部に電磁弁１８が配設され、第２のバイパス流路１７には、中途部に手動弁１９が配設されている。
この電磁弁１８は、ケーシング５の内側上部に取付けた制御ユニット２０に接続している。
この制御ユニット２０には、電磁弁１８の他に電池２１や人体検知センサ２２や後述する発電ユニット２３が接続されている。また、制御ユニット２０には発電ユニット２３で発電された電気エネルギーを充電しておく充電手段が内蔵されており、この充電手段から便器洗浄装置１の各部に電気エネルギーを供給している。また、便器洗浄装置１の使用開始時や長期間にわたって発電ユニット２３で発電が行われていない時には電池２１から電気エネルギーを前記充電手段へ供給するようにしている。
装置本体６は、上記した構成となっており、以下に説明するようにして便器３に洗浄用の水を供給するようにしている。
まず、電磁弁１８及び手動弁１９が閉塞された状態では、給水管２から供給された水が入水口１０から連通路１５を介して背圧室１３に流れ込み、水圧によって背圧室１３の方が二次側水路１４よりも圧力が高くなり、開閉弁１２が閉塞される。
そして、制御ユニット２０からの制御信号を受けて電磁弁１８が開放されると、背圧室１３から第１のバイパス流路１６を介して二次側水路１４に水が流れて、二次側水路１４と背圧室１３との圧力差が一気に減少し、それに伴って、開閉弁１２が上方の背圧室１３側に移動し、入水口１０と二次側水路１４とが連通され、水圧によって入水口１０から二次側水路１４へと水が流れ、さらに、出水口１１から便器３に水が供給される。
なお、手動弁１９を手動操作によって開放した場合も、同様に、背圧室１３から第２のバイパス流路１７を介して二次側水路１４に水が流れて、二次側水路１４と背圧室１３との圧力差が一気に減少し、それに伴って、開閉弁１２が上方の背圧室１３側に移動し、入水口１０と二次側水路１４とが連通され、水圧によって入水口１０から二次側水路１４へと水が流れ、さらに、出水口１１から便器３に水が供給される。
この装置本体６には、二次側水路１４を流れる水を利用して発電を行う発電ユニット２３が備えられている。
すなわち、装置本体６は、図４〜図６に示すように、下側左側部に円形状の開口部２４を形成し、この開口部２４と対向する内壁に支持凹部２５を形成しており、開口部２４から挿入された発電ユニット２３の先端部を支持凹部２５で支持するとともに、発電ユニット２３の中途部を開口部２４で支持している。
この発電ユニット２３は、図４〜図７に示すように、ホルダー２６と羽根車２７と中間カバー２８とコイル２９とカバー３０とで分解可能に構成している。
ホルダー２６は、略矩形状のフランジ３１に断面円弧状の筒部３２を形成し、この筒部３２の先端に略円板状の軸支持部３３を形成し、この軸支持部３３の中央に回転軸３４の基端部を取付けている。図中、３５はネジ孔である。
そして、ホルダー２６は、回転軸３４に略円筒状の羽根車２７を回転自在に取付けている。
この羽根車２７は、円筒状の筒部３６の先端側に筒部３６よりも小径円筒状の回転筒部３７を突設するとともに、筒部３６の先端側に外方に向けて放射状に８本の湾曲状の翼３８を回転筒部３７の外周面から間隔をあけて形成し、これらの回転筒部３７及び翼３８の先端に円板状の端板３９を形成している。
このように、羽根車２７は、回転筒部３７の外周面と翼３８の内側端部との間に間隔をあけることによって、翼３８の内方に通水可能な間隙４０を形成している。
また、羽根車２７は、筒部３６の外周面に羽根車２７の回転方向とは逆向きの螺旋状の溝４１を形成するとともに、この筒部３６の基端側に筒部３６よりも小径円筒状の支持筒部４２を突設し、この支持筒部４２に円筒状の磁石４３を取付けている。
この磁石４３は、外周部にＮ極とＳ極とを交互に連続して形成している。
そして、羽根車２７は、磁石４３を中間カバー２８に回転自在に係入している。
中間カバー２８は、環状円板部４４の中央部に磁石４３を係入する円筒部４５を形成し、この円筒部４５の先端中央部で回転軸３４の先端部を支持している。図中、４６は環状円板部４４の外周に設けた舌片、４７は舌片４６に設けた貫通孔である。
そして、中間カバー２８は、円筒部４５の外周部にコイル２９を係入している。
コイル２９は、環状に形成されており、中央の貫通孔４８に中間カバー２８の円筒部４５を係入し、外側部に出力端子４９を形成している。
そして、コイル２９は、中間カバー２８とカバー３０とによって水密状に被覆されている。
カバー３０は、略矩形状のフランジ部５０の中央に円筒部５１を形成し、この円筒部５１にコイル２９を係入している。図中、５２は貫通孔である。
そして、カバー３０は、ホルダー２６のフランジ３１に中間カバー２８とともにネジ５３で取付けられている。
上記構成の発電ユニット２３は、装置本体６に形成した開口部２４から挿入され、装置本体６の内部で先端部が支持されており、ホルダー２６のフランジ３１を開口部２４の外周部に形成したフランジ５４にネジ５５で着脱自在に取付けている。
これにより、発電ユニット２３を装置本体６から容易に着脱することができ、便器洗浄装置１の組立性を向上させることができるとともに、発電ユニット２３のメンテナンス性を向上させることができる。
しかも、装置本体６の内部で発電ユニット２３の先端部を支持しているために、装置本体６に発電ユニット２３を安定して組付けることができ、回転軸３４を流路中の所定位置に精度良く配置することができる。
そして、発電ユニット２３は、装置本体６に取付けた状態では、装置本体６の内部に形成された流路５６の水流方向と直交する方向に回転軸３４を伸延させており、この回転軸３４に水流によって回転する羽根車２７を取付けるとともに、この羽根車２７に連動して一体的に回転する磁石４３と対向させた位置にコイル２９を配設している。
これにより、発電ユニット２３は、流路５６を流れる水が羽根車２７の翼３８の先端部分に衝突して、羽根車２７を回転させ、それに連動して磁石４３が回転し、磁石４３とコイル２９との作用で発電が行われる。
しかも、その際に、翼３８の先端部分に衝突した水は、その後、翼３８の先端よりも外側だけでなく翼３８の基端部分にも流れるが、この翼３８の基端部分に流れ込んだ水は、翼３８の内方に形成した通水可能な間隙４０を通過して羽根車２７から円滑に排出される。
そのため、翼３８の基端部分に流れ込んだ水が羽根車２７の回転を妨げることがなくなり、発電ユニット２３による発電量を増大することができる。また、発電ユニット２３を挿入したことによる装置本体６での圧力損失増加を低減するために羽根車２７の外方の流路５６を拡張する必要がなくなり、便器洗浄装置１の小型化を図ることができる。
この間隙４０は、間隙４０の幅と羽根車２７の半径との比（幅／半径）が０．１〜０．８となるように形成するのが好ましく、特に、０．２〜０．５とするのが望ましい。これは、図８に示すように、間隙４０の幅と羽根車２７の半径との比が０．２〜０．５の範囲では、羽根車２７による出力がほぼピークに達しており、発電ユニット２３での発電量を最大値に近づけることができるからであり、また、間隙４０の幅と羽根車２７の半径との比が０．１〜０．８の範囲では、羽根車２７によ出力として最大値（０．２５Ｗ）の半分以上を確保することができるからである。
なお、図８は、流量１１Ｌ／ｍｉｎにて通水した場合の結果である。系列Ａについては、翼外径２０ｍｍ、翼内径１３ｍｍと一定とし、回転筒部３７の径を変更することによって翼３８との隙間を変更している。また、系列Ｂ〜Ｄについては、翼３８の内径を１０ｍｍ〜１８ｍｍに変更することによって、回転筒部３７との隙間を変更している。そして、回転軸３４に加える負荷を変えて回転数を変更した場合における最も高出力となるピーク値をプロットしたものである。ここで、系列Ａ〜Ｄにおいて、翼３８としては８枚の円弧状によって形成されているものとしている。
また、発電ユニット２３は、装置本体６に取付けた状態では、磁石４３を流路５６の内部に配設し、一方、コイル２９を流路５６から中間カバー２８によって水密状に区画した流路５６の外部に配設している。
これにより、コイル２９が浸水してしまうことがなく、コイル２９の腐食や短絡による発電ユニット２３の誤動作や故障を未然に防止することができる。
また、発電ユニット２３は、羽根車２７の筒部３６の外周面に羽根車２７の回転により鉄錆などの異物を翼３８側へ押し返す水流が発生するように螺旋状に形成した溝４１を形成し、これによって、流路５６から磁石４３に向けて鉄錆などの異物が移動しないようにしている。すなわち、発電ユニット２３は、翼３８と磁石４３との間に溝４１を形成することによって、鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段５７を翼３８と磁石４３との間に形成している。
さらに、浸入抑制手段５７を先端の尖った螺子形状とすることにより、浸入抑制手段５７に入り込んでくる鉄錆などの異物を回転による力で細かく砕くことができるので、浸入抑制手段５７に異物が挟まって羽根車２７の回転が停止するのを未然に防止することができる。
このように、発電ユニット２３は、翼３８と磁石４３との間に鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段５７を設けているために、磁石４３に鉄錆などの異物が付着するのを抑制することができ、さらには、浸入抑制手段５７を先端の尖った螺子形状とすることにより、鉄錆などが浸入抑制手段５７に詰まることも抑制することができるので、羽根車２７の固着による発電ユニット２３の誤動作や故障を未然に防止することができる。
特に、羽根車２７の外周に羽根車２７の回転方向とは逆方向に向けて螺旋状に形成した溝４１を浸入抑制手段５７としているために、翼３８と磁石４３との間に浸入抑制手段５７を容易に形成することができ、発電ユニット２３をコンパクトに設計することができる。
また、便器洗浄装置１は、平面視で装置本体６に設けた入水口１０の中心線上に発電ユニット２３を対向配置しており、流路５９の中心線上に発電ユニット２３の回転軸３４を配設している。これにより、流路５９に対する発電ユニット２３の前後方向の出っ張り量が等しくなるようにしている。この流路５９は、装置本体６に設けた入水口１０と出水口１１とも中心線が一致するようにしている。しかも、便器洗浄装置１は、ケーシング５の前後方向の中心に入水口１０と出水口１１と発電ユニット２３とを収納している。
したがって、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、装置本体６を前後に反転させても、入水口１０と出水口１１との取り合いに変更を生ずることがなく、また、装置本体６を収納したケーシング５が前後に出っ張ることがないので、入水口１０に接続される給水管２の位置にかかわらず装置本体６に発電ユニット２３を良好に取付けることができ、便器洗浄装置１の施工性を向上させることができる。
すなわち、図２及び図９に示すように、便器洗浄装置１の右側に給水管２が配置される場合には、装置本体６の入水口１０を右側に向けた状態でケーシング５の内部に収納して入水口１０と給水管２とを接続し、一方、便器洗浄装置１の左側に給水管２が配置される場合には、装置本体６の入水口１０を左側に向けた状態でケーシング５の内部に収納して入水口１０と給水管２とを接続し、この場合には、上カバー７と上カバー７に収納された制御ユニット２０はそのままにして、装置本体６が収納された前カバー８と後カバー９の位置関係が前後逆になるよに反転させて取付けるだけでよい。
また、便器洗浄装置１は、図５に示すように、発電ユニット２３を装置本体６に取付けた状態では、翼３８の外周縁と流路５６の内壁５８との間に間隙５９を形成している。この間隙５９は、翼３８の外周縁と筒部３２との間の間隙よりも広く、羽根車２７による圧力損失を受けない流路となっている。
そのため、便器洗浄装置１は、発電に必要十分な水量のみを羽根車２７に流入させ、流路５６を流れる水の一部を翼３８の外周縁と流路５６の内壁５８との間の間隙５９から流し出すことができ、流路５６での圧力損失を抑制することができる。
そして、発電ユニット２３には、翼３８の外周縁に沿って筒部３２を形成しているために、翼３８に衝突することで羽根車２７を回転させる水の量や流入角度を筒部３２の形状によって正確に規定することができ、発電ユニット２３で所望の発電量を得ることができる。
しかも、便器洗浄装置１は、装置本体６の流路５６の内部に羽根車２７へ向けて水を案内するための案内部材６０を形成し、この案内部材６０を発電ユニット２３の筒部３２に連接させている。
これによっても、羽根車２７に流れ込む水の量を正確に規制することができ、発電ユニット２３で所望の発電量を得ることができる。
これら筒部３２や案内部材６０は、図５に示すように、流路５６の一方側だけに設けるのではなく、図１０に示すように、流路５６の両方側に設けてもよい。
すなわち、図１０に示す便器洗浄装置１では、筒部３２や案内部材６０と回転軸３４を挟んで対向する位置にも筒部６１や案内部材６２を形成している。
このように筒部３２，６１と回転軸３４を挟んで対向する位置に案内部材６０，６２を設けることによって、筒部３２，６１と案内部材６０，６２との間隙から流れ込む水によって羽根車２７を回転させることになり、少ない水量でも確実に発電ユニットで発電を行うことができる。
（屋内設備用発電ユニット）
図１２及び図１３は、本発明に係る給水装置としての屋内設備用発電ユニット１０１を示している。この屋内設備用発電ユニット１０１は、水道管の中途部に直接的に接続することができるようにしている。
図１２及び図１３に示すように、屋内設備用発電ユニット１０１は、側壁中央部に開口１０２ａが形成された真直筒状の第１ケーシング１０２を備えており、開口１０２ａから径方向外方へ筒部１０２ｂが延び、この筒部１０２ｂの端部に外フランジ１０２ｃが形成されている。
また、屋内設備用発電ユニット１０１は、筒部１０３ａと、この筒部１０３ａの一端に形成された外フランジ１０３ｂとを有する第２ケーシング１０３を備えており、筒部１０３ａは筒部１０２ｂへ挿入されている。また、筒部１０３ａは筒部１０２ｂに当接し、外フランジ１０３ｂは外フランジ１０２ｃに当接している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１は、有底筒部１０４ａと、この有底筒部１０４ａの開放端に形成された外フランジ１０４ｂとを有する第３ケーシング１０４を備えており、有底筒部１０４ａの内部空間は筒部１０３ａの内部空間に連通し、外フランジ１０４ｂは外フランジ１０３ｂに当接している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１は、有底筒部１０５ａと、この有底筒部１０５ａの開放端に形成された外フランジ１０５ｂとを有するキャップ１０５を備えており、このキャップ１０５は第３ケーシング１０４を収容している。また、外フランジ１０５ｂは外フランジ１０３ｂに当接し、これらの外フランジ１０３ｂ，１０５ｂは、ボルト１０６により、外フランジ１０２ｃに固定されている。
そして、第２ケーシング１０３は、第１ケーシング１０２の外フランジ１０２ｃとキャップ１０５の外フランジ１０５ｂとによって挟持されることにより、第１ケーシング１０２に固定され、また、第３ケーシング１０４は、第２ケーシング１０３の外フランジ１０３ｂとキャップ１０５の底部とによって挟持されることにより、第２ケーシング１０３に固定されている。
また、筒部１０２ｂと筒部１０３ａとの当接部はＯリング１０７によりシールされ、一方、外フランジ１０３ｂと外フランジ１０４ｂとの当接部はＯリング１０８によりシールされている。
また、第１ケーシング１０２と第２ケーシング１０３と第３ケーシング１０４とが一体に組み付けられて、ケーシング１０９が形成されている。
そして、第１ケーシング１０２の内部に形成された略真直に延在する主流路１１０ａと、第２ケーシング１０３の内部と第３ケーシング１０４の内部とに形成されるとともに主流路１１０ａから分岐して径方向外方へ延在する室１１０ｂとにより、流路１１０が形成されている。
この主流路１１０ａの内部には、羽根車１１１が配設されている。
この羽根車１１１の回転軸１１１ａは主流路１１０ａの延在方向（水流方向）と直交する方向へ差し向けられて伸延している。この回転軸１１１ａの両端には、円板状の端板１１１ｂ、１１１ｃが互いに間隔を隔てて固定されている。この端板１１１ｂの周縁部から端板１１１ｃ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１１１ｄが配設されている。この湾曲翼１１１ｄの両端は、端板１１１ｂと端板１１１ｃとに固定されている。
この湾曲翼１１１ｄと回転軸１１１ａとの間には、隙間Ｓ１０１が形成されている。
また、羽根車１１１の回転軸１１１ａは、水流に関して羽根車１１１の直近上流の主流路１１０ａの中心軸線から径方向外方へオフセットしている。従って、回転軸１１１ａのオフセット方向に形成される第１ケーシング１０２の側壁と湾曲翼１１１ｄとの間の隙間Ｓ１０２は狭く、回転軸１１１ａのオフセット方向とは逆方向に形成される第１ケーシング１０２の側壁と湾曲翼１１１ｄとの間の隙間Ｓ１０３は広い。
主流路１１０ａの上流側の端部、且つ狭幅隙間Ｓ１０２の側で羽根車１１１に接近して案内部材１１２が挿入固定されている。また、上流側から広幅隙間Ｓ１０３へ向けて延びる斜面１１２ａが案内部材１１２に形成されている。この斜面１１２ａは、羽根車回転軸１１１ａの直上位置を越えて広幅隙間Ｓ１０３へ向けて延びている。また、案内部材１１２の配設により、主流路１１０ａは、羽根車１１１の直近上流で絞られている。
一方、主流路１１０ａの下流側の端部、且つ狭幅隙間Ｓ１０２の側で羽根車１１１に接近して案内部材１１２’が挿入固定されている。また、下流側から広幅隙間Ｓ１０３へ向けて延びる斜面１１２ａ’が案内部材１１２’に形成されている。この斜面１１２ａ’は、羽根車１１１の回転軸１１１ａの直下位置を越えて広幅隙間Ｓ１０３へ向けて延びている。
また、羽根車１１１の回転軸１１１ａが主流路１１０ａの中心軸線から径方向外方へオフセットし、且つ案内部材１２，１２’が配設されることにより、主流路１１０ａの水流に関して羽根車１１１の直近上流部位と直近下流部位とは、羽根車１１１の外周部へ且つ広幅隙間Ｓ１０３へ差し向けられている。
また、端板１１１ｃに固定された回転軸１１１ｅが、室１１０ｂの内部で回転軸１１１ａと同軸に延在している。この回転軸１１１ｅが第３ケーシング１０４の有底筒部１０４ａの内部で延在する部分に、周方向に互いに間隔を隔てた複数の磁極を有する環状のマグネット１１３が固定されている。マグネット１１３は、径方向外端部が周方向にＮ極とＳ極とが交互に繰り返すように設計されている。
また、回転軸１１１ａの端板１１１ｂ側の端部と、回転軸１１１ｅのマグネット１１３側の端部とは、それぞれ軸受けにより支持されている。
また、第３ケーシング１０４の外部、且つキャップ１０５の内部に、第３ケーシング１０４の有底筒部１０４ａを取り巻いて、コイル１１４が配設されている。このコイル１１４は、有底筒部１０４ａを間に挟んでマグネット１１３と対峙し、このマグネット１１３の磁束がコイル１１４を通過している。
上記構成の屋内設備用発電ユニット１０１は、図示しない電磁弁への通電により水流をオンし、所定時間経過後に或いは人体検知センサー、汚物検知センサー、臭いセンサー等の各種センサーからのトリガー信号に基づいて、自動的に水流をオフする屋内設備用水栓１００と、この屋内設備用水栓１００の下流に配設されたバキュームブレーカー２００との間に配設されている。すなわち、第１ケーシング１０２の案内部材１１２が挿入された端部が、フランジを介して屋内設備用水栓１００の下流端に接続され、第１ケーシング１０２の他端が、バキュームブレーカー２００の上流端に接続されている。屋内設備用水栓１００の下流端には、案内部材１１２の斜面１１２ａに面一に接続する斜面１００ａ’を有する案内部材１００ａが挿入固定されている。
この屋内設備用発電ユニット１０１のケーシング１０９は、水道管の一部を形成しており、バキュームブレーカー２００は、図示しない配管を介して図示しない水洗便器に接続している。
次に、上記構成の屋内設備用発電ユニット１０１の作動を説明する。
屋内設備用水栓１００は、図示しない電磁弁に通電され、当該電磁弁によりオンされた水流が、案内部材１００ａの斜面１００ａ’によって案内されつつ、屋内設備用発電ユニット１０１の主流路１１０ａへ流入する。水流は、斜面１００ａ’に面一に接続する案内部材１１２の斜面１１２ａに案内されて、羽根車１１１の外周部へ差し向けられ、且つ広幅隙間Ｓ１０３へ差し向けられる。
この羽根車１１１の外周部へ流入した水流は、広幅隙間Ｓ１０３側の湾曲翼１１１ｄに衝突して羽根車１１１を回転駆動する。この羽根車１１１は、マグネット１１３を回転駆動する。
そして、コイル１１４を通過するマグネット１１３の磁束が変化することにより、コイル１１４に起電力が発生する。このコイル１１４に発生した電力は、直接又は二次電池やコンデンサーに貯留された後、屋内設備用水栓１００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、或いは、屋内設備が備える各種センサーの駆動電力、各種制御回路の駆動電力、ランプや電解槽等の各種機能部材の駆動電力の一部として利用される。
また、羽根車１１１を回転駆動した水流は、羽根車１１１の外周から流出し、主流路１１０ａを通って屋内設備用発電ユニット１０１からバキュームブレーカー２００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。
上記構成の屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１により回転駆動されるマグネット１１３を流路１１０の内部に配設し、マグネット１１３に対峙するコイル１１４を流路１１０の外部に配設したので、羽根車１１１の回転軸１１１ｅの一端を流路１１０の囲壁を貫通して流路１１０の外部へ延在させる必要が無く、回転軸１１１ｅとシール部材との摺接部を設ける必要も無い。この結果、流路１１０の外部への漏水が抑制されコイル１１４の被水が抑制される。
また、主流路１１０ａは、水流に関して羽根車１１１の直近上流の部位と羽根車１１１の直近下流の部位とが羽根車１１１の外周部へ差し向けられているので、水流は、羽根車１１１の外周部へ流入し外周部から流出する。この結果、羽根車１１１の回転軸１１１ａの方向への水流が大幅に抑制され、羽根車１１１の回転軸１１１ａと係合するマグネット１１３の方向への水流も大幅に抑制され、マグネット１１３の被水が大幅に抑制され、マグネット１１３の腐食やマグネット１１３への異物付着が大幅に抑制される。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１の近傍の主流路１１０ａが略真直に延在することにより水流の屈曲が抑制され、圧力損失が抑制されている。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１の回転軸１１１ａが、水流に関して羽根車１１１の直近上流の主流路１１０ａの中心軸線から径方向外方へオフセットされ、前記オフセット方向とは逆側の羽根車１１１の外周縁とこの外周縁に対峙する主流路１１０ａの囲壁との間に広幅の隙間Ｓ１０３を形成し、さらに、羽根車１１１の直近上流の主流路１１０ａを羽根車１１１の外周部へ且つ広幅隙間Ｓ１０３へ差し向けており、これにより、発電に必要な水流だけを羽根車１１１へ導き、一方、残余の水流を幅広隙間Ｓ１０３へ導いて、無用の圧力損失の発生を抑制している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１の湾曲翼１１１ｄと回転軸１１１ａとの間に隙間Ｓ１０１が形成されることにより、水流が湾曲翼１１１ｄ上に滞留する事態が抑制されて羽根車１１１の回転抵抗が抑制され、羽根車１１１による圧力損失が抑制されている。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１の直近上流で主流路１１０ａが絞られることにより、羽根車１１１に当たる水流の流速が増加し、発電効率が向上している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、マグネット１１３が、羽根車１１１の回転軸１１１ｅに固定されることにより、回転軸１１１ｅからマグネット１１３への動力伝達ロスが抑制されて、発電効率が向上している。また、回転軸１１１ｅとマグネット１１３との間に動力伝達機構を配設しないことにより、屋内設備用発電ユニット１０１が小型化されている。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、ケーシング１０９が水道管の一部を形成するように構成されているので、屋内設備用発電ユニット１０１を水道管に組み込んで、簡便に発電を行い、無駄に捨てられる水圧エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができる。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、水流が羽根車１１１の外周部へ差し向けられており、水流が羽根車１１１に印加するトルクが大きい。
従って、屋内設備用発電ユニット１０１は、起動時の立ち上がりが早く、水流をオンした直後に発電を開始することができる。また、屋内設備用発電ユニット１０１を、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１００と組み合わせた場合、屋内設備用発電ユニット１０１は、水流オンから水流オフまでの所定時間内に、確実に発電することができる。そのため、屋内設備用発電ユニット１０１は、水流オンから水流オフまでの時間が短くても、具体的には１分以下であっても、効率良く発電し、前記電磁弁の駆動電力の少なくとも一部を供給することができる。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、羽根車１１１の外周部へ差し向けられた水流が、周速の大きな外周縁近傍で効率良く翼１１１ｄに力を与えるので、羽根車１１１による圧力損失が小さい。また、羽根車１１１の外周部に隣接して広幅隙間Ｓ１０３を配設し、羽根車１１１の回転軸１１１ａと翼１１１ｄとの間に隙間Ｓ１０１を配設したので、羽根車１１１の流動抵抗が少なく、回転抵抗が少なく、羽根車１１１による圧力損失が少ない。従って、羽根車１１１の下流側の水流に、汚物搬送に必要な水圧、具体的には０．０２ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。
また、屋内設備用発電ユニット１０１においては、以下に示す式（１）で表される弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たすように、主流路１１０ａ、羽根車１１１、マグネット１１３、コイル１１４などの諸機能部材が設計されている。
Ｃｖ＝（Ｎ×Ｑ）／√（△Ｐ）・・・・・（１）
Ｃｖ≧０．１２６７×Ｑ・・・・・・ （２）
ここで、Ｎは０．０２１９、Ｑは屋内設備発電ユニットを流れる水流の流量（Ｌ／分）、△Ｐは屋内設備用発電ユニットの圧損（ＭＰａ）である。
この式（１）で表される弁容量係数Ｃｖは、弁の入口と出口との間の差圧△Ｐと、弁を通って流れる液体の流量との関係を規定する定数であり、弁の形状、寸法によって定まる定数である。
そして、弁容量係数が式（２）を満たす場合には、△Ｐ≦０．０３ＭＰａとなる。屋内設備用発電ユニット１を一種の弁と見做すと、屋内設備用発電ユニット１０１の弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット１の圧損△Ｐが０．０３ＭＰａ以下となる。屋内設備が接続される水道管の末端水圧は一般に０．０５ＭＰａ以上なので、屋内設備用発電ユニット１０１の弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たせば、屋内設備用発電ユニット１０１の下流側の水流に、汚物搬送に必要な０．０２ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。
この弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たす屋内設備用発電ユニット１０１は、流量の比較的少ない屋内設備や低圧で駆動可能な屋内設備との組み合わせに適している。具体的には、浴室用カラン、手洗い用水栓、台所用水栓、タンク式の大便器や小便器、局部洗浄装置等の屋内設備との組み合わせに適している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１の弁容量係数Ｃｖが以下に示す式（３）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット１０１の圧損△Ｐが０．０２ＭＰａ以下となり、屋内設備用発電ユニット１０１の下流側の水流に、０．０３ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。
Ｃｖ≧０．１５５１×Ｑ・・・・・・（３）
この弁容量係数Ｃｖが式（３）を満たす屋内設備用発電ユニット１０１は、上記の屋内設備との組み合わせに加え、水道直圧式の大便器や小便器、浴室用シャワー、気泡混入式の手洗い用水栓や台所用水栓との組み合わせにも適している。
また、屋内設備用発電ユニット１０１の弁容量係数Ｃｖが以下に示す式（４）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット１０１の圧損△Ｐが０．０１ＭＰａ以下となり、屋内設備用発電ユニット１０１の下流側の水流に、０．０４ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。
Ｃｖ≧０．２１９４×Ｑ・・・・・・（４）
この弁容量係数Ｃｖが式（４）を満たす屋内設備用発電ユニット１０１は、上記の屋内設備との組み合わせに加え、流量が比較的大きく駆動に高圧を必要とする屋内設備との組み合わせにも適している。
屋内設備用発電ユニット１０１では、図１３に一点鎖線で示すように、第２ケーシング１０３の外フランジ１０３ｂを径方向内方へ延長して、羽根車１１１を収容する主流路１１０ａと室１１０ｂのマグネット１１３を収容する部位との間に狭窄部Ｓ１０４を形成しても良い。
この場合には、マグネット１１３の近傍への水の侵入が抑制されてマグネット１１３の被水が抑制され、マグネット１１３の腐食やマグネット１１３への異物付着が抑制される。
また、外フランジ１０３ｂの前記径方向内方への延長部を網に代えても良い。
この場合にも、マグネット１１３近傍への水の侵入が抑制されてマグネット１１３の被水が抑制され、マグネット１１３の腐食やマグネット１１３への異物付着が抑制される。
また、屋内設備用発電ユニット１０１では、図１４に示すように、室１１０ｂの内部に変速機１１５を配設し、変速機１１５を介してマグネット１１３を羽根車１１１に係合させても良い。
屋内設備用発電ユニット１０１において、羽根車１１１の出力特性Ｗ１と、マグネット１１３とコイル１１４とが形成する発電機の入力特性Ｗ２とは、一般に図１５に示すようなものになる。
従って、羽根車１１１と前記発電機とを接続すると、羽根車１１１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で発電機は作動する。
そして、変速機１１５を介してマグネット１１３を羽根車１１１に係合させ、羽根車１１１の回転数ベースの発電機の入力特性Ｗ２′を図１５に一点鎖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、ひいては発電機の作動点を羽根車１１１の最高出力点Ｍへ移動させることができる。
発電機の出力は発電機の入力の増減に応じて増減するので、発電機の作動点を羽根車１１１の最高出力点Ｍへ移動させることにより、羽根車１１１の最高出力で発電機を駆動し、発電機の出力を最大にすることができる。この結果、屋内設備用発電ユニット１０１の発電効率が向上する。また、主流路１１０ａ、羽根車１１１、マグネット１１３、コイル１１４の設計を変更することなく、屋内設備用発電ユニット１０１の電気出力を必要に応じて変更することが可能になる。
羽根車１１１の湾曲翼１１１ｄの枚数は４以上２０以下であるのが望ましい。なぜならば、１枚の湾曲翼１１１ｄが水流から受け取るエネルギーには限度があるので、湾曲翼１１１ｄの枚数が４枚未満であると発電に必要なエネルギーを水流から受け取ることが困難になるからである。一方、湾曲翼１１１ｄの枚数が２０枚を超えると、周方向の翼間隔が短くなり、流動抵抗が増大して、エネルギー取得効率が低下するからである。
図１６に示すように、羽根車１１１の湾曲翼１１１ｄの断面形状は、白抜き矢印で示す水流方向に、凸に湾曲しているのが望ましい。平板翼よりも湾曲した翼のほうが、エネルギー取得効率が高い。
また、流量の比較的少ない屋内設備や低圧で駆動可能な屋内設備との組み合わせで屋内設備用発電ユニット１０１が使用される場合や、流路配置上やむを得ない場合には、羽根車１１１の近傍の主流路１１０ａを羽根車１１１の外周に沿って湾曲させても良い。また、屋内設備用発電ユニット１０１を、屋内設備用水栓１００の上流に配設しても良い。また、バキュームブレーカー２００を省略しても良い。
図１７に示すように、羽根車１１１の回転軸１１１ａと回転軸１１１ｅとを一体化して回転軸１１１ａ’とし、この回転軸１１１ａ’の一端を第１ケーシング１０２に固定し他端を第３ケーシング１０４に固定し、回転軸１１１ａ’に摺動回転可能に外嵌合するボス１１１ｆを配設し、このボス１１１ｆの一端に端板１１１ｂ’を固定し他端に端板１１１ｃ’を固定し、この端板１１１ｃ’にマグネット１１３’を固定しても良い。このマグネット１１３’と回転軸１１１ａ’との間には軸受１１１ｇを配設する。この場合には、回転軸１１１ａ’の廻りに湾曲翼１１１ｄが回転し、この湾曲翼１１１ｄの回転に伴ってマグネット１１３’が回転する。

本発明に係る給水装置は、屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、装置本体に発電ユニットを設けたものである。
しかも、発電ユニットは、流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、回転軸に取付けて、水流によって回転する羽根車と、羽根車に連動して回転する磁石と、磁石に対向して配設したコイルとを有し、羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成するとともに、翼の内方に通水可能な間隙を形成することにしたものである。
そして、本発明に係る発電ユニットでは、流路を流れる水が翼の先端部分に衝突して、羽根車を回転させ、それに連動して磁石が回転し、磁石とコイルとの作用で発電が行われる。
その際に、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れるが、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼の内方に形成した間隙を通過して羽根車から円滑に排出される。
このように、本発明では、翼と回転軸との間に間隙を形成しているために、翼の基端部分に流れ込んだ水が羽根車の回転を妨げることがなくなり、発電ユニットによる発電量を増大することができる。
しかも、本発明では、羽根車の回転抵抗を低減するために羽根車の外方の流路を拡張する必要がなくなり、給水装置の小型化を図ることができる。
また、本発明に係る発電ユニットは、装置本体に形成した開口部から挿入され、装置本体の内部で先端部が支持されるように構成したものである。
これにより、発電ユニットを装置本体から容易に着脱することができ、給水装置の組立性を向上させることができるとともに、発電ユニットのメンテナンス性を向上させることができる。
しかも、装置本体の内部で発電ユニットの先端部を支持しているために、装置本体に発電ユニットを安定して組付けることができ、回転軸を流路中の所定位置に精度良く配置することができる。
また、本発明に係る発電ユニットでは、磁石を流路内部に配設する一方、コイルを流路から水密状に区画した流路外部に配設しているために、コイルが浸水してしまうことがなく、コイルの腐食や短絡による発電ユニットの誤動作や故障を未然に防止することができる。
また、本発明に係る発電ユニットでは、翼と磁石との間に鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けているために、磁石４３に鉄錆などの異物が付着するのを抑制することができ、さらには、浸入抑制手段５７を先端の尖った螺子形状とすることにより、鉄錆などが浸入抑制手段５７に詰まることも抑制することができるので、羽根車２７の固着による発電ユニット２３の誤動作や故障を未然に防止することができる。
また、本発明に係る浸入抑制手段では、羽根車の外周に羽根車の回転方向とは逆方向に向けて螺旋状に形成した螺旋溝としているために、翼と磁石との間に浸入抑制手段を容易に形成することができる。
また、本発明では、発電ユニットを装置本体に形成した入水口の中心線上に配設しているために、入水口に接続される給水管の向きにかかわらず装置本体に発電ユニットを良好に取付けることができ、給水装置の施工性を向上させることができる。
また、本発明では、翼の外周縁と流路の内壁との間に間隙を形成しているために、流路を流れる水の一部を翼の外周縁と流路の内壁との間の間隙から流し出すことができ、流路での圧力損失を抑制することができる。
また、本発明に係る発電ユニットでは、翼の外周縁に沿って筒部を形成しているために、筒部の形状によって翼に衝突することで羽根車を回転させる水の量や流入角度を正確に規定することができ、発電ユニットで所望の発電量を得ることができる。
また、本発明では、筒部に羽根車へ向けて水を案内する案内部材を連接させているために、筒部の内側に流れ込む水の量を正確に規制することができ、発電ユニットで所望の発電量を得ることができる。
また、本発明では、筒部と回転軸を挟んで対向する位置に羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けているため、筒部と案内部材との間隙から流れ込む水によって羽根車を回転させることになり、少ない水量でも確実に発電ユニットで発電を行うことができる。

【０００２】
しかしながら、従来の装置では、流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。すなわち、従来の装置では、回転軸と翼との間に何ら間隙が設けられていなかった。
そのため、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れていた。そして、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼を回転させる作用が僅かであり、むしろ翼の回転抵抗として作用してしまい、かえって翼の回転を妨げており、発電機による発電量に損失が生じていた。
しかも、従来の装置では、装置本体に回転軸を取付けた構造となっており、装置本体に発電ユニットを着脱自在に装着した構造とはなっていなかったために、回転軸や翼などの発電機構を装置本体に組付ける作業が煩雑となり、また、発電機構のメンテナンス作業も煩雑なものであった。
【発明の開示】
そこで、本発明では、屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、前記装置本体に発電ユニットを設けた給水装置において、前記発電ユニットは、前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、前記回転軸に取付けて、水流によって回転する羽根車と、前記回転軸を支持する軸支持部を有するとともに、前記羽根車に沿った断面円弧状の筒部を有するホルダーと、前記羽根車に連動して回転する磁石と、前記磁石に対向して配設したコイルとを有し、この発電ユニットは、前記装置本体に形成した開口部から挿入することによって取付けられており、前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成するとともに、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記装置本体に形成した開口部から挿入され、前記装置本体の前記開口部と対向する内面に嵌まり込んで先端部が支持されることにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記磁石を流路内部に配設する一方、前記コイルを前記流路から水密状に区画した流路外部に配設することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記翼と前記磁石との間に異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けることにした。

【０００２】
しかしながら、従来の装置では、流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。すなわち、従来の装置では、回転軸と翼との間に何ら間隙が設けられていなかった。
そのため、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れていた。そして、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼を回転させる作用が僅かであり、むしろ翼の回転抵抗として作用してしまい、かえって翼の回転を妨げており、発電機による発電量に損失が生じていた。
しかも、従来の装置では、装置本体に回転軸を取付けた構造となっており、装置本体に発電ユニットを着脱自在に装着した構造とはなっていなかったために、回転軸や翼などの発電機構を装置本体に組付ける作業が煩雑となり、また、発電機構のメンテナンス作業も煩雑なものであった。
【発明の開示】
そこで、本発明では、屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、前記装置本体に発電ユニットを設けた給水装置において、前記発電ユニットは、前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、前記回転軸に取付けられて、水流によって回転する羽根車と、前記羽根車に沿った断面円弧状の筒部を有するとともに、この筒部の先端に前記回転軸の基端部を支持する軸支持部を有するホルダーと、前記羽根車に連動して回転する磁石と、前記磁石に対向して配設したコイルと、を有し、この発電ユニットにおける前記ホルダーは、前記軸支持部を前記装置本体に形成した開口部から前記流路内に挿入した状態で前記開口部の周面に取付けられており、前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成するとともに、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成した。
また、本発明では、前記発電ユニットにおける前記ホルダーは、前記装置本体の前記開口部と対向する内面に嵌まり込んで先端部が支持されることにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記磁石を流路内部に配設する一方、前記コイルを前記流路から水密状に区画した流路外部に配設することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記翼と前記磁石との間に異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けることにした。

【０００３】
また、本発明では、前記浸入防止手段は、前記羽根車の回転により異物を翼側へ押し返す水流が発生する先鋭状の螺子形状の溝を前記羽根車の外周に形成することにした。
また、本発明では、前記発電ユニットは、前記流路の中心線上に前記回転軸を配設することにした。
また、本発明では、前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に間隙を前記回転軸の軸心に対して非対象に形成することにした。
また、本発明では、前記筒部の上方に前記羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けることにした。
また、本発明では、前記案内部材と前記回転軸を挟んで対向する位置に前記羽根車へ向けて水を案内する第２の案内部材を設けることにした。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る給水装置としての便器洗浄装置の接続形態を示す斜視図である。
図２は、便器洗浄装置を示す分解斜視図である。
図３は、便器洗浄装置を示す模式図である。
図４は、便器洗浄装置を示す正面断面図である。
図５は、便器洗浄装置を示す側面断面図である。
図６は、装置本体と発電ユニットを示す分解斜視図である。
図７は、発電ユニットを示す分解斜視図である。
図８は、羽根車の出力ピーク値の変化を示すグラフである。
図９は、便器洗浄装置の接続形態を示す平面図である。
図１０は、便器洗浄装置の他の形態を示す正面断面図である。
図１１は、便器洗浄装置の他の接続形態を示す斜視図である。

本発明は、屋内設備への給水を行う流路の途中に発電ユニットを設けた給水装置に関するものである。なお、屋内設備とは、オフィスや駅などの公共施設や住宅で使用される流し台、洗面台、便器、洗濯機などの水周り設備であって、上水、中水、下水、井戸水、雨水などを使用する設備を意味する。

従来より、屋内設備への給水を行う流路の途中に発電ユニットを設けた給水装置が広く使用されている。この給水装置では、流路内の水流を利用して発電ユニットで発電し、その発電した電気で給水装置内部又は外部に設けたセンサやスイッチなどの各種電子機器を駆動するようにしていた。

たとえば、特許文献１に開示されている自動給水装置では、装置本体の内部に流路を形成し、この流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。
そして、水流によって翼とともに回転軸が回転し、この回転軸の回転によって発電するようにしていた。

また、特許文献２に開示されている便器洗浄水の殺菌装置では、装置本体の内部に流路を形成し、この流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成しており、回転軸に発電機を連結していた。
そして、水流によって翼とともに回転軸が回転し、この回転軸の回転によって発電機で発電するようにしていた。

特開昭５９−２１７０７４号公報 特開２０００−２７２６２２号公報

しかしながら、従来の装置では、流路の途中に水流方向と直交させた方向に向けて伸延させた回転軸を回転自在に取付け、この回転軸の外周に翼を放射状に形成していた。すなわち、従来の装置では、回転軸と翼との間に何ら間隙が設けられていなかった。

そのため、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れていた。そして、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼を回転させる作用が僅かであり、むしろ翼の回転抵抗として作用してしまい、かえって翼の回転を妨げており、発電機による発電量に損失が生じていた。

しかも、従来の装置では、装置本体に回転軸を取付けた構造となっており、装置本体に発電ユニットを着脱自在に装着した構造とはなっていなかったために、回転軸や翼などの発電機構を装置本体に組付ける作業が煩雑となり、また、発電機構のメンテナンス作業も煩雑なものであった。

請求項１記載の本発明は、屋内設備への給水を行う給水管の途中に、前記給水管と連通する流路を内部に形成した装置本体を配設し、前記装置本体内に発電ユニットを設けた給水装置において、前記発電ユニットは、前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、前記回転軸に取付けられて、水流によって回転する羽根車と、前記羽根車に沿った断面円弧状の筒部を有するとともに、この筒部の先端に前記回転軸の基端部を支持する軸支持部を有するホルダーと、前記羽根車に連動して回転する磁石と、前記磁石に対向して配設したコイルと、を有し、この発電ユニットにおける前記ホルダーは、前記軸支持部を前記装置本体に形成した開口部から前記流路内に挿入した状態で前記開口部の周面に取付けられており、前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成し、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成するとともに、前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に、前記翼の外周縁と前記筒部との間の間隙よりも広い間隙を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の本発明は、請求の範囲第１項に記載の給水装置において、前記発電ユニットにおける前記ホルダーは、前記装置本体の前記開口部と対向する内面に嵌まり込んで先端部が支持されることを特徴とする。

請求項３記載の本発明は、請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の給水装置において、前記発電ユニットは、前記磁石を流路内部に配設する一方、前記コイルを前記流路から水密状に区画した流路外部に配設したことを特徴とする。

請求項４記載の本発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第３項のいずれかに記載の給水装置において、前記発電ユニットは、前記翼と前記磁石との間に異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けたことを特徴とする。

請求項５記載の本発明は、請求の範囲第４項に記載の給水装置において、前記浸入防止手段は、前記羽根車の回転により異物を翼側へ押し返す水流が発生する先鋭状の螺子形状の溝を前記羽根車の外周に形成したことを特徴とする。

請求項６記載の本発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第５項のいずれかに記載の給水装置において、前記発電ユニットは、前記流路の中心線上に前記回転軸を配設したことを特徴とする。

請求項７記載の本発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第６項のいずれかに記載の給水装置において、前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に間隙を前記回転軸の軸心に対して非対称に形成したことを特徴とする。

請求項８記載の本発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第７項のいずれかに記載の給水装置において、前記筒部の上方に前記羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けたことを特徴とする。

請求項９記載の本発明は、請求の範囲第８項に記載の給水装置において、前記案内部材と前記回転軸を挟んで対向する位置に前記羽根車へ向けて水を案内する第２の案内部材を設けたことを特徴とする。

本発明に係る給水装置は、屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、装置本体に発電ユニットを設けたものである。
しかも、発電ユニットは、前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、前記回転軸に取付けられて、水流によって回転する羽根車と、前記羽根車に沿った断面円弧状の筒部を有するとともに、この筒部の先端に前記回転軸の基端部を支持する軸支持部を有するホルダーと、前記羽根車に連動して回転する磁石と、前記磁石に対向して配設したコイルと、を有し、この発電ユニットにおける前記ホルダーは、前記軸支持部を前記装置本体に形成した開口部から前記流路内に挿入した状態で前記開口部の周面に取付けられており、前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成し、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成するとともに、前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に、前記翼の外周縁と前記筒部との間の間隙よりも広い間隙を形成したものである。
そして、本発明に係る発電ユニットでは、流路を流れる水が翼の先端部分に衝突して、羽根車を回転させ、それに連動して磁石が回転し、磁石とコイルとの作用で発電が行われる。
その際に、翼の先端部分に衝突した水は、その後、翼の先端よりも外側だけでなく翼の基端部分にも流れるが、この翼の基端部分に流れ込んだ水は、翼の内方に形成した間隙を通過して羽根車から円滑に排出される。

このように、本発明では、翼と回転軸との間に間隙を形成しているために、翼の基端部分に流れ込んだ水が羽根車の回転を妨げることがなくなり、発電ユニットによる発電量を増大することができる。さらに、羽根車の回転抵抗を低減するために羽根車の外方の流路を拡張する必要がなくなり、給水装置の小型化を図ることができる。しかも、翼の外周縁と流路の内壁との間に、翼の外周縁と筒部との間の間隙よりも広い間隙を形成しているため、発電に必要十分な水量のみを羽根車に流入させ、流路を流れる水の一部を翼の外周縁と流路の内壁との間の間隙から流し出すことができ、流路での圧力損失を抑制することができる。

また、本発明に係る発電ユニットは、装置本体に形成した開口部から挿入され、装置本体の内部で先端部が支持されるように構成したものである。
これにより、発電ユニットを装置本体から容易に着脱することができ、給水装置の組立性を向上させることができるとともに、発電ユニットのメンテナンス性を向上させることができる。
しかも、装置本体の内部で発電ユニットの先端部を支持しているために、装置本体に発電ユニットを安定して組付けることができ、回転軸を流路中の所定位置に精度良く配置することができる。

また、本発明に係る発電ユニットでは、磁石を流路内部に配設する一方、コイルを流路から水密状に区画した流路外部に配設しているために、コイルが浸水してしまうことがなく、コイルの腐食や短絡による発電ユニットの誤動作や故障を未然に防止することができる。

また、本発明に係る発電ユニットでは、翼と磁石との間に鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けているために、磁石43に鉄錆などの異物が付着するのを抑制することができ、さらには、浸入抑制手段57を先端の尖った螺子形状とすることにより、鉄錆などが浸入抑制手段57に詰まることも抑制することができるので、羽根車27の固着による発電ユニット23の誤動作や故障を未然に防止することができる。

また、本発明に係る浸入抑制手段では、羽根車の外周に羽根車の回転方向とは逆方向に向けて螺旋状に形成した螺旋溝としているために、翼と磁石との間に浸入抑制手段を容易に形成することができる。

また、本発明では、発電ユニットを装置本体に形成した入水口の中心線上に配設しているために、入水口に接続される給水管の向きにかかわらず装置本体に発電ユニットを良好に取付けることができ、給水装置の施工性を向上させることができる。

また、本発明では、翼の外周縁と流路の内壁との間に間隙を形成しているために、流路を流れる水の一部を翼の外周縁と流路の内壁との間の間隙から流し出すことができ、流路での圧力損失を抑制することができる。

また、本発明に係る発電ユニットでは、翼の外周縁に沿って筒部を形成しているために、筒部の形状によって翼に衝突することで羽根車を回転させる水の量や流入角度を正確に規定することができ、発電ユニットで所望の発電量を得ることができる。

また、本発明では、筒部に羽根車へ向けて水を案内する案内部材を連接させているために、筒部の内側に流れ込む水の量を正確に規制することができ、発電ユニットで所望の発電量を得ることができる。

また、本発明では、筒部と回転軸を挟んで対向する位置に羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けているため、筒部と案内部材との間隙から流れ込む水によって羽根車を回転させることになり、少ない水量でも確実に発電ユニットで発電を行うことができる。

以下に本発明に係る給水装置の具体的な構造について図面を参照しながら説明する。

（便器洗浄装置）
図１は、本発明に係る給水装置としての便器洗浄装置１を示している。
便器洗浄装置１は、図１に示すように、給水管２と便器３との間に介設されており、給水管２から供給された水を便器３へと供給するようにしている。図中、４は止水栓である。なお、便器３としては、図１に示す大便器でもよく、また、図１１に示す小便器でもよい。

この便器洗浄装置１は、図２に示すように、ケーシング５の内部に装置本体６を配設している。
ケーシング５は、図２、図４及び図５に示すように、装置本体６の上部を被覆する上カバー７と、装置本体６の前側下部を被覆する前カバー８と、装置本体６の後側下部を被覆する後カバー９とで分割可能に構成している。
装置本体６は、図２〜図６に示すように、上側右側部に給水管２に連通連結される円筒状の入水口10を形成する一方、下部に便器３に連通連結される円筒状の出水口11を形成している。

また、装置本体６は、入水口10の下流側に開閉弁12を配設するとともに、この開閉弁12の上方に背圧室13を形成し、一方、開閉弁12の下方に二次側水路14を形成している。
そして、入水口10は、開閉弁12の内部に形成した連通路15を介して背圧室13に連通連結しており、この背圧室13は、第１及び第２のバイパス流路16,17を介して二次側水路14に連通連結されており、この第１のバイパス流路16には、中途部に電磁弁18が配設され、第２のバイパス流路17には、中途部に手動弁19が配設されている。

この電磁弁18は、ケーシング５の内側上部に取付けた制御ユニット20に接続している。
この制御ユニット20には、電磁弁18の他に電池21や人体検知センサ22や後述する発電ユニット23が接続されている。また、制御ユニット20には発電ユニット23で発電された電気エネルギーを充電しておく充電手段が内蔵されており、この充電手段から便器洗浄装置１の各部に電気エネルギーを供給している。また、便器洗浄装置１の使用開始時や長期間にわたって発電ユニット23で発電が行われていない時には電池21から電気エネルギーを前記充電手段へ供給するようにしている。

装置本体６は、上記した構成となっており、以下に説明するようにして便器３に洗浄用の水を供給するようにしている。

まず、電磁弁18及び手動弁19が閉塞された状態では、給水管２から供給された水が入水口10から連通路15を介して背圧室13に流れ込み、水圧によって背圧室13の方が二次側水路14よりも圧力が高くなり、開閉弁12が閉塞される。

そして、制御ユニット20からの制御信号を受けて電磁弁18が開放されると、背圧室13から第１のバイパス流路16を介して二次側水路14に水が流れて、二次側水路14と背圧室13との圧力差が一気に減少し、それに伴って、開閉弁12が上方の背圧室13側に移動し、入水口10と二次側水路14とが連通され、水圧によって入水口10から二次側水路14へと水が流れ、さらに、出水口11から便器３に水が供給される。

なお、手動弁19を手動操作によって開放した場合も、同様に、背圧室13から第２のバイパス流路17を介して二次側水路14に水が流れて、二次側水路14と背圧室13との圧力差が一気に減少し、それに伴って、開閉弁12が上方の背圧室13側に移動し、入水口10と二次側水路14とが連通され、水圧によって入水口10から二次側水路14へと水が流れ、さらに、出水口11から便器３に水が供給される。

この装置本体６には、二次側水路14を流れる水を利用して発電を行う発電ユニット23が備えられている。

すなわち、装置本体６は、図４〜図６に示すように、下側左側部に円形状の開口部24を形成し、この開口部24と対向する内壁に支持凹部25を形成しており、開口部24から挿入された発電ユニット23の先端部を支持凹部25で支持するとともに、発電ユニット23の中途部を開口部24で支持している。
この発電ユニット23は、図４〜図７に示すように、ホルダー26と羽根車27と中間カバー28とコイル29とカバー30とで分解可能に構成している。
ホルダー26は、略矩形状のフランジ31に断面円弧状の筒部32を形成し、この筒部32の先端に略円板状の軸支持部33を形成し、この軸支持部33の中央に回転軸34の基端部を取付けている。図中、35はネジ孔である。

そして、ホルダー26は、回転軸34に略円筒状の羽根車27を回転自在に取付けている。
この羽根車27は、円筒状の筒部36の先端側に筒部36よりも小径円筒状の回転筒部37を突設するとともに、筒部36の先端側に外方に向けて放射状に８本の湾曲状の翼38を回転筒部37の外周面から間隔をあけて形成し、これらの回転筒部37及び翼38の先端に円板状の端板39を形成している。
このように、羽根車27は、回転筒部37の外周面と翼38の内側端部との間に間隔をあけることによって、翼38の内方に通水可能な間隙40を形成している。

また、羽根車27は、筒部36の外周面に羽根車27の回転方向とは逆向きの螺旋状の溝41を形成するとともに、この筒部36の基端側に筒部36よりも小径円筒状の支持筒部42を突設し、この支持筒部42に円筒状の磁石43を取付けている。
この磁石43は、外周部にＮ極とＳ極とを交互に連続して形成している。
そして、羽根車27は、磁石43を中間カバー28に回転自在に係入している。
中間カバー28は、環状円板部44の中央部に磁石43を係入する円筒部45を形成し、この円筒部45の先端中央部で回転軸34の先端部を支持している。図中、46は環状円板部44の外周に設けた舌片、47は舌片46に設けた貫通孔である。

そして、中間カバー28は、円筒部45の外周部にコイル29を係入している。
コイル29は、環状に形成されており、中央の貫通孔48に中間カバー28の円筒部45を係入し、外側部に出力端子49を形成している。
そして、コイル29は、中間カバー28とカバー30とによって水密状に被覆されている。

カバー30は、略矩形状のフランジ部50の中央に円筒部51を形成し、この円筒部51にコイル29を係入している。図中、52は貫通孔である。
そして、カバー30は、ホルダー26のフランジ31に中間カバー28とともにネジ53で取付けられている。

上記構成の発電ユニット23は、装置本体６に形成した開口部24から挿入され、装置本体６の内部で先端部が支持されており、ホルダー26のフランジ31を開口部24の外周部に形成したフランジ54にネジ55で着脱自在に取付けている。

これにより、発電ユニット23を装置本体６から容易に着脱することができ、便器洗浄装置１の組立性を向上させることができるとともに、発電ユニット23のメンテナンス性を向上させることができる。
しかも、装置本体６の内部で発電ユニット23の先端部を支持しているために、装置本体６に発電ユニット23を安定して組付けることができ、回転軸34を流路中の所定位置に精度良く配置することができる。

そして、発電ユニット23は、装置本体６に取付けた状態では、装置本体６の内部に形成された流路56の水流方向と直交する方向に回転軸34を伸延させており、この回転軸34に水流によって回転する羽根車27を取付けるとともに、この羽根車27に連動して一体的に回転する磁石43と対向させた位置にコイル29を配設している。

これにより、発電ユニット23は、流路56を流れる水が羽根車27の翼38の先端部分に衝突して、羽根車27を回転させ、それに連動して磁石43が回転し、磁石43とコイル29との作用で発電が行われる。
しかも、その際に、翼38の先端部分に衝突した水は、その後、翼38の先端よりも外側だけでなく翼38の基端部分にも流れるが、この翼38の基端部分に流れ込んだ水は、翼38の内方に形成した通水可能な間隙40を通過して羽根車27から円滑に排出される。

そのため、翼38の基端部分に流れ込んだ水が羽根車27の回転を妨げることがなくなり、発電ユニット23による発電量を増大することができる。また、発電ユニット23を挿入したことによる装置本体６での圧力損失増加を低減するために羽根車27の外方の流路56を拡張する必要がなくなり、便器洗浄装置１の小型化を図ることができる。

この間隙40は、間隙40の幅と羽根車27の半径との比（幅／半径）が0.1〜0.8となるように形成するのが好ましく、特に、0.2〜0.5とするのが望ましい。これは、図８に示すように、間隙40の幅と羽根車27の半径との比が0.2〜0.5の範囲では、羽根車27による出力がほぼピークに達しており、発電ユニット23での発電量を最大値に近づけることができるからであり、また、間隙40の幅と羽根車27の半径との比が0.1〜0.8の範囲では、羽根車27によ出力として最大値（0.25Ｗ）の半分以上を確保することができるからである。

なお、図８は、流量１１L/minにて通水した場合の結果である。系列Ａについては、翼外径20mm、翼内径13mmと一定とし、回転筒部37の径を変更することによって翼38との隙間を変更している。また、系列Ｂ〜Ｄについては、翼38の内径を10mm〜18ｍｍに変更することによって、回転筒部37との隙間を変更している。そして、回転軸34に加える負荷を変えて回転数を変更した場合における最も高出力となるピーク値をプロットしたものである。ここで、系列Ａ〜Ｄにおいて、翼３８としては8枚の円弧状によって形成されているものとしている。

また、発電ユニット23は、装置本体６に取付けた状態では、磁石43を流路56の内部に配設し、一方、コイル29を流路56から中間カバー28によって水密状に区画した流路56の外部に配設している。
これにより、コイル29が浸水してしまうことがなく、コイル29の腐食や短絡による発電ユニット23の誤動作や故障を未然に防止することができる。
また、発電ユニット23は、羽根車27の筒部36の外周面に羽根車27の回転により鉄錆などの異物を翼38側へ押し返す水流が発生するように螺旋状に形成した溝41を形成し、これによって、流路56から磁石43に向けて鉄錆などの異物が移動しないようにしている。すなわち、発電ユニット23は、翼38と磁石43との間に溝41を形成することによって、鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段57を翼38と磁石43との間に形成している。

さらに、浸入抑制手段57を先端の尖った螺子形状とすることにより、浸入抑制手段57に入り込んでくる鉄錆などの異物を回転による力で細かく砕くことができるので、浸入抑制手段57に異物が挟まって羽根車27の回転が停止するのを未然に防止することができる。

このように、発電ユニット23は、翼38と磁石43との間に鉄錆などの異物の浸入を抑制する浸入抑制手段57を設けているために、磁石43に鉄錆などの異物が付着するのを抑制することができ、さらには、浸入抑制手段57を先端の尖った螺子形状とすることにより、鉄錆などが浸入抑制手段57に詰まることも抑制することができるので、羽根車27の固着による発電ユニット23の誤動作や故障を未然に防止することができる。

特に、羽根車27の外周に羽根車27の回転方向とは逆方向に向けて螺旋状に形成した溝41を浸入抑制手段57としているために、翼38と磁石43との間に浸入抑制手段57を容易に形成することができ、発電ユニット23をコンパクトに設計することができる。

また、便器洗浄装置１は、平面視で装置本体６に設けた入水口10の中心線上に発電ユニット23を対向配置しており、流路59の中心線上に発電ユニット23の回転軸34を配設している。これにより、流路59に対する発電ユニット23の前後方向の出っ張り量が等しくなるようにしている。この流路59は、装置本体６に設けた入水口10と出水口11とも中心線が一致するようにしている。しかも、便器洗浄装置１は、ケーシング５の前後方向の中心に入水口10と出水口11と発電ユニット23とを収納している。

したがって、図９(a)及び(b)に示すように、装置本体６を前後に反転させても、入水口10と出水口11との取り合いに変更を生ずることがなく、また、装置本体６を収納したケーシング５が前後に出っ張ることがないので、入水口10に接続される給水管２の位置にかかわらず装置本体６に発電ユニット23を良好に取付けることができ、便器洗浄装置１の施工性を向上させることができる。

すなわち、図２及び図９に示すように、便器洗浄装置１の右側に給水管２が配置される場合には、装置本体６の入水口10を右側に向けた状態でケーシング５の内部に収納して入水口10と給水管２とを接続し、一方、便器洗浄装置１の左側に給水管２が配置される場合には、装置本体６の入水口10を左側に向けた状態でケーシング５の内部に収納して入水口10と給水管２とを接続し、この場合には、上カバー７と上カバー７に収納された制御ユニット２０はそのままにして、装置本体６が収納された前カバー８と後カバー９の位置関係が前後逆になるよに反転させて取付けるだけでよい。

また、便器洗浄装置１は、図５に示すように、発電ユニット23を装置本体６に取付けた状態では、翼38の外周縁と流路56の内壁58との間に間隙59を形成している。この間隙59は、翼38の外周縁と筒部32との間の間隙よりも広く、羽根車27による圧力損失を受けない流路となっている。
そのため、便器洗浄装置１は、発電に必要十分な水量のみを羽根車27に流入させ、流路56を流れる水の一部を翼38の外周縁と流路56の内壁58との間の間隙59から流し出すことができ、流路56での圧力損失を抑制することができる。

そして、発電ユニット23には、翼38の外周縁に沿って筒部32を形成しているために、翼38に衝突することで羽根車27を回転させる水の量や流入角度を筒部32の形状によって正確に規定することができ、発電ユニット23で所望の発電量を得ることができる。

しかも、便器洗浄装置１は、装置本体６の流路56の内部に羽根車27へ向けて水を案内するための案内部材60を形成し、この案内部材60を発電ユニット23の筒部32に連接させている。
これによっても、羽根車27に流れ込む水の量を正確に規制することができ、発電ユニット23で所望の発電量を得ることができる。

これら筒部32や案内部材60は、図５に示すように、流路56の一方側だけに設けるのではなく、図１０に示すように、流路56の両方側に設けてもよい。
すなわち、図１０に示す便器洗浄装置１では、筒部32や案内部材60と回転軸34を挟んで対向する位置にも筒部61や案内部材62を形成している。
このように筒部32,61と回転軸34を挟んで対向する位置に案内部材60,62を設けることによって、筒部32,61と案内部材60,62との間隙から流れ込む水によって羽根車27を回転させることになり、少ない水量でも確実に発電ユニットで発電を行うことができる。

（屋内設備用発電ユニット）
図１２及び図１３は、本発明に係る給水装置としての屋内設備用発電ユニット101を示している。この屋内設備用発電ユニット101は、水道管の中途部に直接的に接続することができるようにしている。

図１２及び図１３に示すように、屋内設備用発電ユニット101は、側壁中央部に開口102aが形成された真直筒状の第１ケーシング102を備えており、開口102aから径方向外方へ筒部102bが延び、この筒部102bの端部に外フランジ102cが形成されている。

また、屋内設備用発電ユニット101は、筒部103aと、この筒部103aの一端に形成された外フランジ103bとを有する第２ケーシング103を備えており、筒部103aは筒部102bへ挿入されている。また、筒部103aは筒部102bに当接し、外フランジ103bは外フランジ102cに当接している。
また、屋内設備用発電ユニット101は、有底筒部104aと、この有底筒部104aの開放端に形成された外フランジ104bとを有する第３ケーシング104を備えており、有底筒部104aの内部空間は筒部103aの内部空間に連通し、外フランジ104bは外フランジ103bに当接している。

また、屋内設備用発電ユニット101は、有底筒部105aと、この有底筒部105aの開放端に形成された外フランジ105bとを有するキャップ105を備えており、このキャップ105は第３ケーシング104を収容している。また、外フランジ105bは外フランジ103bに当接し、これらの外フランジ103b,105bは、ボルト106により、外フランジ102cに固定されている。

そして、第２ケーシング103は、第１ケーシング102の外フランジ102cとキャップ105の外フランジ105bとによって挟持されることにより、第１ケーシング102に固定され、また、第３ケーシング104は、第２ケーシング103の外フランジ103bとキャップ105の底部とによって挟持されることにより、第２ケーシング103に固定されている。

また、筒部102bと筒部103aとの当接部はＯリング107によりシールされ、一方、外フランジ103bと外フランジ104bとの当接部はＯリング108によりシールされている。

また、第１ケーシング102と第２ケーシング103と第３ケーシング104とが一体に組み付けられて、ケーシング109が形成されている。
そして、第１ケーシング102の内部に形成された略真直に延在する主流路110aと、第２ケーシング103の内部と第３ケーシング104の内部とに形成されるとともに主流路110aから分岐して径方向外方へ延在する室110bとにより、流路110が形成されている。

この主流路110aの内部には、羽根車111が配設されている。
この羽根車111の回転軸111aは主流路110aの延在方向（水流方向）と直交する方向へ差し向けられて伸延している。この回転軸111aの両端には、円板状の端板111b、111cが互いに間隔を隔てて固定されている。この端板111bの周縁部から端板111c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111dが配設されている。この湾曲翼111dの両端は、端板111bと端板111cとに固定されている。

この湾曲翼111dと回転軸111aとの間には、隙間S101が形成されている。
また、羽根車111の回転軸111aは、水流に関して羽根車111の直近上流の主流路110aの中心軸線から径方向外方へオフセットしている。従って、回転軸111aのオフセット方向に形成される第１ケーシング102の側壁と湾曲翼111dとの間の隙間S102は狭く、回転軸111aのオフセット方向とは逆方向に形成される第１ケーシング102の側壁と湾曲翼111dとの間の隙間S103は広い。

主流路110aの上流側の端部、且つ狭幅隙間S102の側で羽根車111に接近して案内部材112が挿入固定されている。また、上流側から広幅隙間S103へ向けて延びる斜面112aが案内部材112に形成されている。この斜面112aは、羽根車回転軸111aの直上位置を越えて広幅隙間S103へ向けて延びている。また、案内部材112の配設により、主流路110aは、羽根車111の直近上流で絞られている。

一方、主流路110aの下流側の端部、且つ狭幅隙間S102の側で羽根車111に接近して案内部材112’が挿入固定されている。また、下流側から広幅隙間S103へ向けて延びる斜面112a'が案内部材112’に形成されている。この斜面112a'は、羽根車111の回転軸111aの直下位置を越えて広幅隙間S103へ向けて延びている。
また、羽根車111の回転軸111aが主流路110aの中心軸線から径方向外方へオフセットし、且つ案内部材12,12'が配設されることにより、主流路110aの水流に関して羽根車111の直近上流部位と直近下流部位とは、羽根車111の外周部へ且つ広幅隙間S103へ差し向けられている。

また、端板111cに固定された回転軸111eが、室110bの内部で回転軸111aと同軸に延在している。この回転軸111eが第３ケーシング104の有底筒部104aの内部で延在する部分に、周方向に互いに間隔を隔てた複数の磁極を有する環状のマグネット113が固定されている。マグネット113は、径方向外端部が周方向にＮ極とＳ極とが交互に繰り返すように設計されている。

また、回転軸111aの端板111b側の端部と、回転軸111eのマグネット113側の端部とは、それぞれ軸受けにより支持されている。

また、第３ケーシング104の外部、且つキャップ105の内部に、第３ケーシング104の有底筒部104aを取り巻いて、コイル114が配設されている。このコイル114は、有底筒部104aを間に挟んでマグネット113と対峙し、このマグネット113の磁束がコイル114を通過している。

上記構成の屋内設備用発電ユニット101は、図示しない電磁弁への通電により水流をオンし、所定時間経過後に或いは人体検知センサー、汚物検知センサー、臭いセンサー等の各種センサーからのトリガー信号に基づいて、自動的に水流をオフする屋内設備用水栓100と、この屋内設備用水栓100の下流に配設されたバキュームブレーカー200との間に配設されている。すなわち、第１ケーシング102の案内部材112が挿入された端部が、フランジを介して屋内設備用水栓100の下流端に接続され、第１ケーシング102の他端が、バキュームブレーカー200の上流端に接続されている。屋内設備用水栓100の下流端には、案内部材112の斜面112aに面一に接続する斜面100a'を有する案内部材100aが挿入固定されている。

この屋内設備用発電ユニット101のケーシング109は、水道管の一部を形成しており、バキュームブレーカー200は、図示しない配管を介して図示しない水洗便器に接続している。

次に、上記構成の屋内設備用発電ユニット101の作動を説明する。
屋内設備用水栓100は、図示しない電磁弁に通電され、当該電磁弁によりオンされた水流が、案内部材100aの斜面100a'によって案内されつつ、屋内設備用発電ユニット101の主流路110aへ流入する。水流は、斜面100a'に面一に接続する案内部材112の斜面112aに案内されて、羽根車111の外周部へ差し向けられ、且つ広幅隙間S103へ差し向けられる。
この羽根車111の外周部へ流入した水流は、広幅隙間S103側の湾曲翼111d
に衝突して羽根車111を回転駆動する。この羽根車111は、マグネット113を回転駆動する。

そして、コイル114を通過するマグネット113の磁束が変化することにより、コイル114に起電力が発生する。このコイル114に発生した電力は、直接又は二次電池やコンデンサーに貯留された後、屋内設備用水栓100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、或いは、屋内設備が備える各種センサーの駆動電力、各種制御回路の駆動電力、ランプや電解槽等の各種機能部材の駆動電力の一部として利用される。

また、羽根車111を回転駆動した水流は、羽根車111の外周から流出し、主流路110aを通って屋内設備用発電ユニット101からバキュームブレーカー200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。
上記構成の屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111により回転駆動されるマグネット113を流路110の内部に配設し、マグネット113に対峙するコイル114を流路110の外部に配設したので、羽根車111の回転軸111eの一端を流路110の囲壁を貫通して流路110の外部へ延在させる必要が無く、回転軸111eとシール部材との摺接部を設ける必要も無い。この結果、流路110の外部への漏水が抑制されコイル114の被水が抑制される。

また、主流路110aは、水流に関して羽根車111の直近上流の部位と羽根車111の直近下流の部位とが羽根車111の外周部へ差し向けられているので、水流は、羽根車111の外周部へ流入し外周部から流出する。この結果、羽根車111の回転軸111aの方向への水流が大幅に抑制され、羽根車111の回転軸111aと係合するマグネット113の方向への水流も大幅に抑制され、マグネット113の被水が大幅に抑制され、マグネット113の腐食やマグネット113への異物付着が大幅に抑制される。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111の近傍の主流路110aが略真直に延在することにより水流の屈曲が抑制され、圧力損失が抑制されている。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111の回転軸111aが、水流に関して羽根車111の直近上流の主流路110aの中心軸線から径方向外方へオフセットされ、前記オフセット方向とは逆側の羽根車111の外周縁とこの外周縁に対峙する主流路110aの囲壁との間に広幅の隙間S103を形成し、さらに、羽根車111の直近上流の主流路110aを羽根車111の外周部へ且つ広幅隙間S103へ差し向けており、これにより、発電に必要な水流だけを羽根車111へ導き、一方、残余の水流を幅広隙間S103へ導いて、無用の圧力損失の発生を抑制している。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111の湾曲翼111dと回転軸111aとの間に隙間S101が形成されることにより、水流が湾曲翼111d上に滞留する事態が抑制されて羽根車111の回転抵抗が抑制され、羽根車111による圧力損失が抑制されている。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111の直近上流で主流路110aが絞られることにより、羽根車111に当たる水流の流速が増加し、発電効率が向上している。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、マグネット113が、羽根車111の回転軸111eに固定されることにより、回転軸111eからマグネット113への動力伝達ロスが抑制されて、発電効率が向上している。また、回転軸111eとマグネット113との間に動力伝達機構を配設しないことにより、屋内設備用発電ユニット101が小型化されている。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、ケーシング109が水道管の一部を形成するように構成されているので、屋内設備用発電ユニット101を水道管に組み込んで、簡便に発電を行い、無駄に捨てられる水圧エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができる。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、水流が羽根車111の外周部へ差し向けられており、水流が羽根車111に印加するトルクが大きい。
従って、屋内設備用発電ユニット101は、起動時の立ち上がりが早く、水流をオンした直後に発電を開始することができる。また、屋内設備用発電ユニット101を、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100と組み合わせた場合、屋内設備用発電ユニット101は、水流オンから水流オフまでの所定時間内に、確実に発電することができる。そのため、屋内設備用発電ユニット101は、水流オンから水流オフまでの時間が短くても、具体的には１分以下であっても、効率良く発電し、前記電磁弁の駆動電力の少なくとも一部を供給することができる。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、羽根車111の外周部へ差し向けられた水流が、周速の大きな外周縁近傍で効率良く翼111dに力を与えるので、羽根車111による圧力損失が小さい。また、羽根車111の外周部に隣接して広幅隙間S103を配設し、羽根車111の回転軸111aと翼111dとの間に隙間S101を配設したので、羽根車111の流動抵抗が少なく、回転抵抗が少なく、羽根車111による圧力損失が少ない。従って、羽根車111の下流側の水流に、汚物搬送に必要な水圧、具体的には0.02ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。

また、屋内設備用発電ユニット101においては、以下に示す式（１）で表される弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たすように、主流路110a、羽根車111、マグネット113、コイル114などの諸機能部材が設計されている。

Ｃｖ＝(Ｎ×Ｑ)／√(△Ｐ)・・・・・（１）
Ｃｖ≧０．１２６７×Ｑ・・・・・・（２）

ここで、Ｎは０．０２１９、Ｑは屋内設備発電ユニットを流れる水流の流量（Ｌ／分）、△Ｐは屋内設備用発電ユニットの圧損（ＭＰａ）である。

この式（１）で表される弁容量係数Ｃｖは、弁の入口と出口との間の差圧△Ｐと、弁を通って流れる液体の流量との関係を規定する定数であり、弁の形状、寸法によって定まる定数である。

そして、弁容量係数が式（２）を満たす場合には、△Ｐ≦0.03ＭＰａとなる。屋内設備用発電ユニット１を一種の弁と見做すと、屋内設備用発電ユニット101の弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット１の圧損△Ｐが0.03ＭＰａ以下となる。屋内設備が接続される水道管の末端水圧は一般に0.05ＭＰａ以上なので、屋内設備用発電ユニット101の弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たせば、屋内設備用発電ユニット101の下流側の水流に、汚物搬送に必要な0.02ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。

この弁容量係数Ｃｖが式（２）を満たす屋内設備用発電ユニット101は、流量の比較的少ない屋内設備や低圧で駆動可能な屋内設備との組み合わせに適している。具体的には、浴室用カラン、手洗い用水栓、台所用水栓、タンク式の大便器や小便器、局部洗浄装置等の屋内設備との組み合わせに適している。

また、屋内設備用発電ユニット101の弁容量係数Ｃｖが以下に示す式（３）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット101の圧損△Ｐが0.02ＭＰａ以下となり、屋内設備用発電ユニット101の下流側の水流に、0.03ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。

Ｃｖ≧０．１５５１×Ｑ・・・・・・（３）

この弁容量係数Ｃｖが式（３）を満たす屋内設備用発電ユニット101は、上記の屋内設備との組み合わせに加え、水道直圧式の大便器や小便器、浴室用シャワー、気泡混入式の手洗い用水栓や台所用水栓との組み合わせにも適している。
また、屋内設備用発電ユニット101の弁容量係数Ｃｖが以下に示す式（４）を満たす場合には、屋内設備用発電ユニット101の圧損△Ｐが0.01ＭＰａ以下となり、屋内設備用発電ユニット101の下流側の水流に、0.04ＭＰａ以上の水圧を持たせることができる。

Ｃｖ≧０．２１９４×Ｑ・・・・・・（４）

この弁容量係数Ｃｖが式（４）を満たす屋内設備用発電ユニット101は、上記の屋内設備との組み合わせに加え、流量が比較的大きく駆動に高圧を必要とする屋内設備との組み合わせにも適している。

屋内設備用発電ユニット101では、図１３に一点鎖線で示すように、第２ケーシング103の外フランジ103bを径方向内方へ延長して、羽根車111を収容する主流路110aと室110bのマグネット113を収容する部位との間に狭窄部S104を形成しても良い。
この場合には、マグネット113の近傍への水の侵入が抑制されてマグネット113の被水が抑制され、マグネット113の腐食やマグネット113への異物付着が抑制される。

また、外フランジ103bの前記径方向内方への延長部を網に代えても良い。
この場合にも、マグネット113近傍への水の侵入が抑制されてマグネット113の被水が抑制され、マグネット113の腐食やマグネット113への異物付着が抑制される。

また、屋内設備用発電ユニット101では、図１４に示すように、室110bの内部に変速機115を配設し、変速機115を介してマグネット113を羽根車111に係合させても良い。

屋内設備用発電ユニット101において、羽根車111の出力特性Ｗ１と、マグネット113とコイル114とが形成する発電機の入力特性Ｗ２とは、一般に図１５に示すようなものになる。
従って、羽根車111と前記発電機とを接続すると、羽根車111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で発電機は作動する。
そして、変速機115を介してマグネット113を羽根車111に係合させ、羽根車111の回転数ベースの発電機の入力特性Ｗ２′を図１５に一点鎖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、ひいては発電機の作動点を羽根車111の最高出力点Ｍへ移動させることができる。

発電機の出力は発電機の入力の増減に応じて増減するので、発電機の作動点を羽根車111の最高出力点Ｍへ移動させることにより、羽根車111の最高出力で発電機を駆動し、発電機の出力を最大にすることができる。この結果、屋内設備用発電ユニット101の発電効率が向上する。また、主流路110a、羽根車111、マグネット113、コイル114の設計を変更することなく、屋内設備用発電ユニット101の電気出力を必要に応じて変更することが可能になる。

羽根車111の湾曲翼111dの枚数は４以上２０以下であるのが望ましい。なぜならば、１枚の湾曲翼111dが水流から受け取るエネルギーには限度があるので、湾曲翼111dの枚数が４枚未満であると発電に必要なエネルギーを水流から受け取ることが困難になるからである。一方、湾曲翼111dの枚数が２０枚を超えると、周方向の翼間隔が短くなり、流動抵抗が増大して、エネルギー取得効率が低下するからである。

図１６に示すように、羽根車111の湾曲翼111dの断面形状は、白抜き矢印で示す水流方向に、凸に湾曲しているのが望ましい。平板翼よりも湾曲した翼のほうが、エネルギー取得効率が高い。
また、流量の比較的少ない屋内設備や低圧で駆動可能な屋内設備との組み合わせで屋内設備用発電ユニット101が使用される場合や、流路配置上やむを得ない場合には、羽根車111の近傍の主流路110aを羽根車111の外周に沿って湾曲させても良い。また、屋内設備用発電ユニット101を、屋内設備用水栓100の上流に配設しても良い。また、バキュームブレーカー200を省略しても良い。

図１７に示すように、羽根車111の回転軸111aと回転軸111eとを一体化して回転軸111a'とし、この回転軸111a'の一端を第１ケーシング102に固定し他端を第３ケーシング104に固定し、回転軸111a'に摺動回転可能に外嵌合するボス111fを配設し、このボス111fの一端に端板111b'を固定し他端に端板111c'を固定し、この端板111c'にマグネット113'を固定しても良い。このマグネット113’と回転軸111a'との間には軸受111gを配設する。この場合には、回転軸111a'の廻りに湾曲翼111dが回転し、この湾曲翼111dの回転に伴ってマグネット113'が回転する。

本発明に係る給水装置としての便器洗浄装置の接続形態を示す斜視図である。 便器洗浄装置を示す分解斜視図である。 便器洗浄装置を示す模式図である。 便器洗浄装置を示す正面断面図である。 便器洗浄装置を示す側面断面図である。 装置本体と発電ユニットを示す分解斜視図である。 発電ユニットを示す分解斜視図である。 羽根車の出力ピーク値の変化を示すグラフである。 便器洗浄装置の接続形態を示す平面図である。 便器洗浄装置の他の形態を示す正面断面図である。 便器洗浄装置の他の接続形態を示す斜視図である。 本発明に係る給水装置としての屋内設備用発電ユニットを示す正面断面図である。 屋内設備用発電ユニットを示す側面断面図である。 他の屋内設備用発電ユニットを示す模式図である。 羽根車出力特性を示すグラフである。 羽根車を示す断面図である。 他の屋内設備用発電ユニットを示す断面図である。

符号の説明

６ 装置本体
１４ 流路
２３ 発電ユニット
２７ 羽根車
２９ コイル
３４ 回転軸
３８ 翼
４０ 間隙
４３ 磁石

Claims (10)

1. 屋内設備への給水を行う流路の途中に装置本体を配設し、前記装置本体に発電ユニットを設けた給水装置において、
   前記発電ユニットは、
   前記流路の水流方向と直交する方向に伸延させた回転軸と、
   前記回転軸に取付けて、水流によって回転する羽根車と、
   前記羽根車に連動して回転する磁石と、
   前記磁石に対向して配設したコイルと、
   を有し、
   前記羽根車は、外方に向けて放射状に翼を形成するとともに、前記翼の内方に通水可能な間隙を形成したことを特徴とする給水装置。
2. 前記発電ユニットは、前記装置本体に形成した開口部から挿入され、前記装置本体の前記開口部と対向する内面に嵌まり込んで先端部が支持されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の給水装置。
3. 前記発電ユニットは、前記磁石を流路内部に配設する一方、前記コイルを前記流路から水密状に区画した流路外部に配設したことを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の給水装置。
4. 前記発電ユニットは、前記翼と前記磁石との間に異物の浸入を抑制する浸入抑制手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第３項のいずれかに記載の給水装置。
5. 前記浸入防止手段は、前記羽根車の回転により異物を翼側へ押し返す水流が発生する先鋭状の螺子形状の溝を前記羽根車の外周に形成したことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の給水装置。
6. 前記発電ユニットは、前記流路の中心線上に前記回転軸を配設したことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第５項のいずれかに記載の給水装置。
7. 前記翼の外周縁と前記流路の内壁との間に間隙を前記回転軸の軸心に対して非対象に形成したことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第６項のいずれかに記載の給水装置。
8. 前記発電ユニットは、前記翼の外周縁に沿って筒部を形成したことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第７項のいずれかに記載の給水装置。
9. 前記筒部の上方に前記羽根車へ向けて水を案内する案内部材を設けたことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の給水装置。
10. 前記案内部材と前記回転軸を挟んで対向する位置に前記羽根車へ向けて水を案内する第２の案内部材を設けたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の給水装置。

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