WO2008026537A1

WO2008026537A1 - Power generator for faucet

Info

Publication number: WO2008026537A1
Application number: PCT/JP2007/066540
Authority: WO
Inventors: Naoyuki Onodera; Tomoko Sato; Masahiro Kuroishi; Makoto Hatakeyama; Takeshi Shimizu
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2009-02-28

Description

明細書

水栓用発電機

技術分野

[0001] 本発明は、給水の流れを利用して発電する水栓用発電機に関する。

背景技術

[0002] 従来より、蛇口の下に手を差し出すことによって、これをセンサが感知し、蛇口から水を自動的に吐水する自動水栓装置が知られている。また、そのような自動水栓装置の流路に小型発電機を配設し、この発電機で得られた電力を蓄電しておき、上述のセンサ等の回路の電力を補う装置も知られて!/、る。

[0003] 例えば、特許文献 1には、流体が流通する流路に、羽根部を有する軸流式の水車を設けた発電装置が開示されている。水車の羽根部の外周側には、略円筒状のマグネットが固定され、このマグネットの下流側にマグネットの回転により起電力を発生するコイルが配設されている。水車の上流側には、水車にあてる水流の流速を高めるとともに、その水流が水車の軸方向に対して旋回するようにする噴流口が形成され、その噴流口を流れた旋回流は、水車の羽根部とマグネット内周面との間の空間を流れて、水車に回転力を与える。

[0004] しかし、特許文献 1では、噴流口の出口幅と、水車への流入口幅とが略等しぐ遠心方向（径外方向）への成分を多く持った旋回流が水車に流入する際、マグネット内周面に衝突することによる圧力損失や、マグネットの外周側を流れる水流の割合が高くなり水車を流れる流量が低減することなどにより、水力エネルギーから回転エネルギ一への変換効率が悪ぐ発電効率の向上が期待できない。

特許文献 1 :特開 2004— 336982号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明は、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させた水栓用発電機を提供する。

課題を解決するための手段 [0006] 本発明の一態様によれば、給水流路に対して略平行な中心軸と、周面に複数の動翼羽根部を有し、前記中心軸のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられる動翼と、前記動翼に対して間隙を隔てて前記動翼の上流側に設けられ、前記動翼に旋回流を与える複数の静翼羽根部を周面に有する予旋回静翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記マグネットに対向するコイルと、を備え、前記静翼羽根部間に形成される静翼流路の中心よりも、前記動翼羽根部間に形成される動翼流路の中心の方が径外方向に位置していることを特徴とする水栓用発電機が提供される図面の簡単な説明

[0007] [図 1]図 1は、本発明の第 1の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施形態に係る発電機付自動水栓装置の取付例を表す模式図である。

[図 3]図 3は、同自動水栓装置の内部構成を表す模式図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 1の具体例に係る水栓用発電機における予旋回静翼、動翼、軸受の斜視図である。

[図 5]図 5は、同第 1の具体例に係る水栓用発電機におけるマグネットとヨーク極歯との配置関係を表す模式斜視図である。

[図 6]図 6は、動翼流路入口幅比率と圧力損失の比との関係を表すグラフ図である。

[図 7]図 7は、動翼流路入口幅比率と損失流出の比との関係を表すグラフ図である。

[図 8]図 8は、動翼流路入口幅比率と羽根車効率の比との関係を表すグラフ図である

[図 9]図 9は、本発明の第 2の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図である。

[図 10]図 10は、同第 2の具体例に係る水栓用発電機におけるコイルを表す模式斜視図である。

[図 11]図 11は、図 10に表されるコイルの分解斜視図である。

[図 12]図 12は、同第 2の具体例に係る水栓用発電機におけるマグネットとヨーク極歯との配置関係を表す模式平面図である。

[図 13]図 13は、本発明の第 3の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図である。

[図 14]図 14は、本発明の実施形態に係る水栓装置において、発電機の設置位置の一具体例を表す模式図である。

[図 15]図 15は、本発明の実施形態に係る水栓装置において、発電機の設置位置及び発電した電力の使用例の一具体例を表す模式図である。

[図 16]図 16は、本発明の実施形態に係る水栓装置において、発電機の設置位置及び発電した電力の使用例の一具体例を表す模式図である。

符号の説明

3 自動水栓装置

7 センサ

8 電磁弁

9、 16 コィノレ

11 水栓用発電機

14 予旋回静翼

15 動翼

17 軸受

18 静翼羽根部

19 動翼羽根部

24 中心軸

55 定流量弁

56 尤

57 制御部

71 静翼流路

72 動翼流路

Ml 〜Μ3 マグネ：

発明を実施するための最良の形態 [0009] 以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面中、同一の構成要素には同一の符号を付している。

[0010] 図 2は、本発明の実施形態に係る発電機付自動水栓装置 (以下、単に自動水栓装置とも称する）の取付例を表す模式図である。

図 3は、同自動水栓装置の内部構成を表す模式図である。

[0011] 本実施形態に係る自動水栓装置 3は、例えば洗面台 2などに取り付けられる。自動水栓装置 3は、配管 4を介して、水道水等の流入口 5に接続されている。自動水栓装置 3は、円筒状の本体 3aと、この本体 3aの径外方向に延出して本体 3aの上部に設けられた吐水部 3bとを有する。本体 3aと吐水部 3bは水栓金具を構成する。吐水部 3 bの先端には、吐水口 6が形成され、さらにこの吐水口 6の近傍にセンサ 7が内蔵されている。

[0012] 自動水栓装置 3の内部には、流入口 5から流入し配管 4を流れてきた給水を、吐水口 6へと導く給水流路 10が形成されている。自動水栓装置 3の本体 3aの内部には、その給水流路 10を開閉する電磁弁 8が内蔵され、さらに電磁弁 8の下流側には、吐水量を一定に制限する定流量弁 55が内蔵されている。また、水道元圧が使用圧よりも高すぎる場合に減圧するための減圧弁または調圧弁（図示省略)が、電磁弁 8より上流側に内蔵されている。なお、定流量弁 55、減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設けられる。

[0013] 定流量弁 55より下流の吐水部 3bの内部には、水栓用発電機 11が内蔵されている。本体 3aの内部には、水栓用発電機 11で発電された電力を充電しておく充電器 56 、センサ 7の駆動と電磁弁 8の開閉を制御する制御部 57が設けられている。水栓用発電機 11は、電磁弁 8及び定流量弁 55よりも下流側に配設されているため、水道元圧（一次圧）が、水栓用発電機 11に直接作用しない。したがって、水栓用発電機 11 は、それほど高い耐圧性を要求されず、信頼性やコストの点で有利である。

[0014] 次に、水栓用発電機 11の具体例について説明する。

[0015] [第 1の具体例]

図 1は、本発明の第 1の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図であ図 4は、同水栓用発電機における予旋回静翼 14、動翼 15、軸受 17の斜視図であ図 5は、同水栓用発電機におけるマグネット Mlとヨーク極歯 33c、 34aとの配置関係を表す模式斜視図である。

[0016] 本具体例に係る水栓用発電機は、主として、筒体 13、予旋回静翼 14、動翼 15、マグネット Ml、コイル 9を備え、これらは、図 3に表されるケース 12の中に収容されてい

[0017] 筒体 13は、小径部 13aと大径部 13bとからなる段付き形状を呈し、その内部が給水流路に連通した状態で、図 2、 3に図示される吐水部 3bに内蔵され、筒体 13の中心軸方向は、流水方向に対して略平行になるよう設置される。筒体 13は、小径部 13a を上流側に、大径部 13bを下流側に向けて配置される。

[0018] 筒体 13の内部には、上流側から順に、予旋回静翼 14、動翼 15、軸受 17が設けられている。予旋回静翼 14は小径部 13aの内部に設けられ、動翼 15及び軸受 17は大径部 13bの内部に設けられている。

[0019] 予旋回静翼 14は、円柱体の一方の端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体に設けた形状を呈する。予旋回静翼 14の周面には、径外方向に突出した複数の突起状の静翼羽根部 18が設けられている。図 4に表すように、静翼羽根部 18は、予旋回静翼 14の軸中心に対して右方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。予旋回静翼 14は、筒体 13に対して固定されている。

[0020] 予旋回静翼 14に対して間隙（例えば 0. 55mm)を隔てて、予旋回静翼 14の下流側に動翼 15が設けられている。動翼 15は、円柱状を呈し、その周面には径外方向に突出した複数の突起状の動翼羽根部 19が設けられている。図 4に表すように、動翼羽根部 19は、静翼羽根部 18とは逆に、軸中心に対して左方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。動翼 15は、給水流路に対して略平行な中心軸 24を介して、筒体 13に対して固定された軸受 17上に支持されている。動翼 15 は、中心軸 24のまわりに回転可能となっている。軸受 17は、動翼 15に対して間隙を隔てて、動翼 15の下流側に設けられている。

[0021] 筒体大径部 13bの下流端の開口は、 Oリング 52を介して、封止部材 51によって液密に塞がれている。封止部材 51の内部には段付き孔が形成され、その段部 51aは環状に形成され、この段部 51aの上に軸受 17が支持されている。

[0022] 軸受 17は、封止部材 51内部の段部 51aの上に支持されるリング部材 21と、このリング部材 21の中心に設けられた軸支持部 22とが、放射状に設けられた連結部材 23 (図 4)によって結合されてなる。連結部材 23間は、閉塞せず貫通しているため、筒体 13内部の給水の流れを妨げな!/、。

[0023] 軸受 17の軸支持部 22には、動翼 15の軸中心に固定された中心軸 24が回転可能に支持されている。中心軸 24の先端部は、動翼 15から突出して予旋回静翼 14に嵌め込まれている。中心軸 24の先端部と予旋回静翼 14とは、互いに固定されておらず、筒体 13に対して固定された予旋回静翼 14に対して中心軸 24は回転可能になっている。あるいは、中心軸 24の両端部をそれぞれ軸支持部 22と予旋回静翼 14に固定させ、その中心軸 24に対して回転可能に動翼 15を嵌め込む構成としてもよい。

[0024] 中心軸 24と予旋回静翼 14の周面との間の径方向寸法と、中心軸 24と動翼 15の周面との間の径方向寸法とは略等しぐ予旋回静翼 14の周面と動翼 15の周面とは軸方向に見て略面一となつている。

[0025] 静翼羽根部 18の径外方向への突出幅は、上流側から下流側にかけてほぼ同じとなっている。同様に、動翼羽根部 19の径外方向への突出幅は、上流側から下流側にかけてほぼ同じとなっている。動翼羽根部 19の方が静翼羽根部 18よりも突出幅は大きぐ動翼羽根部 19は静翼羽根部 18よりも径外方向に突出している。静翼羽根部 18の外周部 18aは、動翼羽根部 19の内周部 19aよりも径外方向に突出している。

[0026] 周方向に見て隣り合う静翼羽根部 18間の空間は、静翼流路 71として機能する。周方向に見て隣り合う動翼羽根部 19間の空間は、動翼流路 72として機能する。図 1に示すように、静翼流路 71における幅方向（径方向）の中心 C 1よりも、動翼流路 72における幅方向（径方向）の中心 C2の方が径外方向に位置している。静翼流路 71の出口は、間隙（例えば 0. 55mm)を隔てて、動翼流路 72の入口に対向している。動翼流路 72の入口幅 bは、静翼流路 71の出口幅 aより大き!/、。

[0027] 筒体 13の大径部 13bの内部に、動翼流路 72を囲むように動翼羽根部 19に固定された筒状のマグネット Mlが収容されている。図 4において 2点鎖線で表されるマグネット Mlの内周面は、動翼羽根部 19の側端部に固定されている。

[0028] 大径部 13bの外側には、マグネット Mlの上流側端面に対向させてコイル 9が配置されている。なお、コイル 9は、マグネット Mlの下流側端面に対向させて配置してもよく、あるいは、マグネット Mlの上流側及び下流側の両端面にそれぞれ対向させて 1 対のコイル 9を配置してもよレ、。

[0029] コイル 9は、図 5に表される円筒状のヨーク 31と、このヨーク 31の内部に配置されるコイル配線部（図示省略）とを有する。ヨーク 31は、共に磁性体からなる 3つのヨーク 3

2、 33、 34を組み合わせてなる。

[0030] ヨーク 33は、内部に収容したコイル配線部の周面部に対向される周面部 33bと、マグネット Mlに対向される複数の極歯 33aと、を有する。複数の極歯 33aは、径内方に突出して周面部 33bに一体に設けられ、周方向に沿って等間隔で設けられている。

[0031] ヨーク 34は、径外方向に突出し、ヨーク 33の極歯 33aの間に配置される複数の極歯 34aを有する。極歯 33a、 34aは、内部に収容されたコイル配線部を間に挟んで、ヨーク 32に対向している。

[0032] マグネット Mlの軸方向の端面には、周方向に沿って N極と S極とが交互に着磁されている。

[0033] 次に、本実施形態に係る水栓用発電機及び自動水栓装置の作用につ!/、て説明す

[0034] 使用者が、吐水口 6 (図 3)の下に手をかざすと、これをセンサ 7が感知して、制御部

57が電磁弁 8を開にする。これにより、水栓用発電機 11の筒体 13の内部に流水が供給され、筒体 13の内部を流れた水は吐水口 6から吐水される。使用者が、吐水口 6の下から手を遠ざけると、電磁弁 8が閉となり、自動で水が止まる。

[0035] 筒体 13内に流れ込んだ流水は、予旋回静翼 14の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、図 1及び図 4に図示される具体例においては、軸中心に対して右方向に旋回するような旋回流となって、静翼羽根部 18間の静翼流路 71を流れる。

[0036] 静翼流路 71を流れた旋回流は、動翼流路 72に流入し、動翼羽根部 19の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路 72に流入する旋回流は、軸中心に対して右方向に旋回した流れなので、動翼羽根部 19に対して右方向の力が作用し、動翼 15は右回りに回転する。動翼流路 72を流れた流水は、軸受 17の内側を通過して、筒体 13内部を抜け、吐水口 6へと至る。

[0037] 動翼 15が回転すると、これに固定されたマグネット Mlも回転し、このマグネット Ml に対向している極歯 33a、 34a (図 5)の極性が変化していく。すなわち、ヨーク 33 (極歯 33a)が N極のときヨーク 34 (極歯 34a)が S極、ヨーク 33 (極歯 33a)力極のときョーク 34 (極歯 34a)が N極という状態が繰り返されることで、ヨーク 33、 34の内部に配置されたコイル配線部に対する鎖交磁束が変化し、そのコイル配線部に起電力が生じ、発電する。発電した電力は、充電器 56へと充電された後、例えば、電磁弁 8、センサ 7、制御部 57の駆動に使用される。

[0038] 本具体例においては、静翼羽根部 18と筒体 13内周面とによって囲まれる空間が静翼流路 71として機能し、前述したように流水がその静翼流路 71を流れることで旋回流が形成される。この旋回流は、動翼羽根部 19とマグネット Ml内周面とによって囲まれる空間である動翼流路 72に流入し、動翼 15に回転力を与える。

[0039] 動翼流路 72に流入する流水は旋回流であるため、動翼流路 72に流入する流水は、動翼流路 72の径外方に設けられたマグネット Mlに衝突する成分を多くもって!/、る。そこで、本具体例では、動翼流路 72の中心 C2を静翼流路 71の中心 C1よりも径外方向に位置させることにより、静翼流路 71から流出して径外方向に広がった流れの中心を、動翼流路 72の中心 C2に合わせることで、効率良く水流を動翼 15で受けること力 Sできる。さらに、動翼羽根部 19を静翼羽根部 18よりも径外方向に突出させ、静翼流路 71の出口幅 aよりも広!/、動翼流路 72の入口幅 bを確保することで、予旋回静翼 14を通過した水流が径外方向に進んでマグネット Mlに衝突するまでの距離を長くすること力 Sでき、マグネット衝突時の水流の流速の低減が図れる。そのため、予旋回静翼 14を通過した水流がマグネット Mlに衝突する時の圧力損失を原因とする、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換損失を低減させることができ、発電効率の向上が図れる。

[0040] 特に、節水効果をアピールした自動水栓のように発電に用いる水力エネルギーが小さいものでは、わずかな圧力損失であっても低減したいという要求が強ぐ本実施形態はそのようなものに非常に有効である。 [0041] なお、静翼流路 71の出口幅 bに対して、動翼流路 72の入口幅 aをあまり大きくしすぎると、流路の急拡大による圧力損失が生じるため、この流路の急拡大による圧力損失の影響を抑えつつ、前述した旋回流のマグネット Mlへの衝突による圧力損失も抑えるために、静翼流路 71の出口幅 bと動翼流路 72の入口幅 aとの関係を適切に設定する必要がある。

[0042] 次に、静翼流路出口幅に対する動翼流路入口幅の比率を、 1. 0、 1. 5、 2. 0、 2.

5と変えた場合における、圧力損失の比（％)、損失流出の比（％)、羽根車効率の比 (%)をシミュレーションした結果について、表 1、図 6〜8を参照して説明する。なお、静翼流路は、その上流側の入口から下流側の出口にかけて径方向の幅は同じとし、同様に、動翼流路は、その上流側の入口から下流側の出口にかけて径方向の幅は同じとした。

[0043] [表 1]

[0044] 損失流量とは、静翼流路 71を通過した流水のうち、動翼流路 72を通過せずに、マグネット Mlと、筒体 13内壁面との間の隙間を通過してしまう流量を表す。羽根車効率とは、与えた水流のエネルギーのうち回転エネルギーに変換された割合のことをい

5。

[0045] 図 6において、横軸は、静翼流路出口幅に対する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、動翼流路入口幅比率が 1. 0のときの圧力損失の比を 100 (%)として、動翼流路入口幅比率が 1. 5、 2. 0、 2. 5のときの圧力損失の比（％)を表している。

図 7において、横軸は、静翼流路出口幅に対する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、動翼流路入口幅比率が 1. 0のときの損失流量の比を 100 (%)として、動翼流路入口幅比率が 1. 5、 2. 0、 2. 5のときの損失流量の比（％)を表している。

図 8において、横軸は、静翼流路出口幅に対する動翼流路入口幅の比率を表し、縦軸は、動翼流路入口幅比率が 1. 0のときの羽根車効率の比を 100 (%)として、動翼流路入口幅比率が 1. 5、 2. 0、 2. 5のときの羽根車効率の比（％)を表している。 [0046] 図 6より、動翼流路入口幅比率が 2. 0のとき、最も圧力損失が小さい。また、図 7のグラフ図よりわ力、ることは、動翼流路入口幅を拡大することで、動翼流路を通らずにマグネットと筒体内壁面との間の隙間を通過していた水量が減少し、その分、動翼流路を通って動翼の回転に寄与する水量が増え、発電効率を向上させることができる。したがって、動翼流路入口幅を広げることにより、前述したマグネットへの衝突による圧力損失低減および動翼に回転力を与えなレ、損失流量の減少と!/、う 2つの作用により発電効率を向上させることができる。また、図 8より、動翼流路入口幅比率が 2. 0のとき、最も羽根車効率がよい。図 6、 7、 8に基づく知見より、動翼流路入口幅としては、静翼流路出口幅の 1. 5倍以上 2. 5倍以下が望ましい。具体的な動翼流路の入口幅寸法としては、例えば 1. Ommを挙げること力 Sできる。

[0047] なお、動翼羽根部 19を静翼羽根部 18よりも径外方向に突出させて動翼流路 72の拡大を図るには、設置箇所における径方向寸法に余裕が必要である。本具体例では、コイル 9を、マグネット Mlの軸方向に対向配置させた構造のため、コイル 9をマグネット Mlの径外方向に対向配置させた場合に比べて、径方向寸法を小さくすることができ、例えば図 2に表される円筒状の吐水部 3bの中に内蔵させても吐水部 3bの細くスッキリとしたデザイン性を損ねなレ、。

[0048] [第 2の具体例]

図 9は、本発明の第 2の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図であ図 10は、同水栓用発電機におけるコイル 16を表す模式斜視図である。図 11は、図 10に表されるコイル 16の分解斜視図である。

図 12は、同水栓用発電機におけるマグネット M2とヨーク極歯 25c、 26bとの配置関係を表す模式平面図である。

[0049] 本具体例では、マグネット M2とコイル 16との配置関係が第 1の具体例と異なる。

[0050] 筒体 13の大径部 13bの内部に、動翼流路 72を囲むように動翼羽根部 19に固定された筒状のマグネット M2が収容されている。大径部 13bの径外方向の外側には、マグネット M2の外周面に対向させてコイル 16が配置されている。

[0051] コィノレ 16は、図 10、 11に表される 1対のヨーク 25、 26と、これらヨーク 25、 26力糸且み合わされて形成される環状の空間内に配設されたコイル配線部 16aとを有する。

[0052] ヨーク 25、 26は、共に磁性体からなる。ヨーク 25は、コイル配線部 16aの一方の端面部に対向される環状部 25aと、コイル配線部 16aの周面部に対向される周面部 25 bとを有し、さらに環状部 25aの内周縁部には、軸方向に突出した複数の極歯 25cが設けられている。ヨーク 26は、コイル配線部 16aの他方の端面部に対向される環状部 26aと、この環状部 26aの内周縁部に、軸方向に突出して設けられた複数の極歯 2 6bとを有する。ヨーク 25の極歯 25cは、周方向に沿って等間隔で設けられ、ヨーク 26 の極歯 26bも周方向に沿って等間隔で設けられており、図 10に表されるように、一方のヨークの極歯の間に、他方のヨークの極歯を位置させて、両ヨーク 25、 26の極歯 2 5c、 26bは、コィノレ酉己泉部 16aの内周面に対向する。

[0053] マグネット M2は、図 12に表されるように、周方向に N極と S極とが交互に着磁されており、それぞれのヨーク 25、 26の極歯 25c、 26bは、筒体 13の管壁を間に挟んで、マグネット M2の N極または S極に対向する。コイル酉泉部 16aは、極歯 25c、 26b および筒体 13の管壁を間に挟んで、マグネット M2に対向する。

[0054] 第 1の具体例と同様、予旋回静翼 14によって形成された旋回流の水力を受けて動翼 15が回転されると、これに固定されたマグネット M2も回転する。マグネット M2は、図 12に表されるように、周方向に沿って N極と S極が交互に並んで着磁されているため、マグネット M2に対向しているヨーク 25、 26の極歯 25c、 26bの極性が変化していく。すなわち、ヨーク 25が N極のときヨーク 26が S極、ヨーク 25が S極のときヨーク 2 6が N極という状態が繰り返されることで、コイル配線部 16aに対する鎖交磁束が変化し、コイル配線部 16aに起電力が生じ、発電する。

[0055] 本具体例においても、動翼流路 72の中心 C2を静翼流路 71の中心 C1よりも径外方向に位置させることにより、静翼流路 71から流出して径外方向に広がった流れの中心を、動翼流路 72の中心 C2に合わせることで、効率良く水流を動翼 15で受けること力 Sできる。さらに、動翼羽根部 19を静翼羽根部 18よりも径外方向に突出させ、静翼流路 71の出口幅 aよりも広!/、動翼流路 72の入口幅 bを確保することで、予旋回静翼 14を通過した水流が径外方向に進んでマグネット M2に衝突するまでの距離を長くすること力 Sでき、マグネット衝突時の水流の流速の低減が図れる。そのため、予旋回静翼 14を通過した水流がマグネット M2に衝突する時の圧力損失を原因とする、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換損失を低減させることができ、発電効率の向上が図れる。

[0056] [第 3の具体例]

図 13は、本発明の第 3の具体例に係る水栓用発電機の内部を表す模式断面図である。

[0057] 本具体例では、筒体 13の内部に、給水が流れる方向の上流側から順に、予旋回静翼 14、動翼 15、マグネット M3、および軸受 17が、互いの軸中心を一致させて設けられている。マグネット M3は、円筒状を呈し、動翼 15の下流側に動翼 15に対して離間して設けられている。

[0058] 動翼 15の軸中心に固定され、軸受 17上に回転可能に支持された中心軸 24は、マグネット M3の中空部を貫通しており、その中心軸 24には、放射状に延びる複数本の連結部材 35を介して、マグネット装着部材 36が固定されている。マグネット装着部材 36は、リング状のプレート部 37と、このプレート部 37の中央孔の縁部に一体に設けられ上流側に向けて延在する筒部 38とを有する。

[0059] マグネット M3は、その中空部を、マグネット装着部材 36の筒部 38の外周面に嵌合させてプレート部 37上に固定されている。したがって、マグネット M3は、マグネット装着部材 36および中心軸 24を介して、動翼 15に対して固定されており、動翼 15が回転すると、マグネット M3は動翼 15と一体となって回転する。

[0060] あるいは、中心軸 24の両端部をそれぞれ軸支持部 22と予旋回静翼 14に固定させ、その中心軸 24に対して回転可能に動翼 15をはめ込む構成としてもよい。この具体例の場合、マグネット装着部材 36の連結部材 35は、中心軸 24のまわりを回転可能に中心軸 24に対して係合しており、さらに筒部 38の上端が動翼 15に固定されているので、動翼 15が回転すると、マグネット M3はマグネット装着部材 36と共に中心軸 2 4のまわりに回転する。

[0061] 筒体 13の外周面における、マグネット M3に対向する部分には、マグネット M3の軸方向長さに合わせて、例えば 2つのコイル 16が設けられている。コイル 16は、前述した第 2の具体例と同じ構成を有し、マグネット M3は、第 2の具体例のマグネット M2と同様、周方向に沿って N極と S極が交互に並んで着磁されており、マグネット M3が回転することによる発電の原理も第 2の具体例と同じである。

[0062] 本具体例においては、静翼羽根部 18と筒体 13内周面とによって囲まれる空間が静翼流路 71として機能し、動翼羽根部 19と筒体 13内周面とによって囲まれる空間が動翼流路 72として機能する。前述したように流水が静翼流路 71を流れることで旋回流が形成され、この旋回流は、動翼流路 72に流入し、動翼 15に回転力を与える。動翼流路 72を流れた流水は、マグネット M3の中空部、軸受 17の内側を通過して、筒体 13内部を抜け、吐水口 6へと至る。

[0063] 動翼流路 72に流入する流水は旋回流であるため、動翼流路 72に流入する流水は、動翼流路 72の径外方に位置する筒体 13内周面に衝突する成分を多くもっている。本具体例においても、動翼流路 72の中心 C2を静翼流路 71の中心 C1よりも径外方向に位置させることにより、静翼流路 71から流出して径外方向に広がった流れの中心を、動翼流路 72の中心 C2に合わせることで、効率良く水流を動翼 15で受けること力 Sできる。さらに、動翼羽根部 19を静翼羽根部 18よりも径外方向に突出させ、静翼流路 71の出口幅 aよりも広!/、動翼流路 72の入口幅 bを確保することで、予旋回静翼 14を通過した水流が径外方向に進んで筒体 13内周面に衝突するまでの距離を長くすること力でき、その衝突時の水流の流速の低減が図れる。そのため、予旋回静翼 14を通過した水流が筒体 13内周面に衝突する時の圧力損失を原因とする、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換損失を低減させることができ、発電効率の向上が図れる。

[0064] なお、本具体例において、動翼 15の周面を囲むように動翼羽根部 19に動翼リングを設けてもよい。このような構成にすれば、動翼リングの外周面と、筒体 13の内周面との間の隙間が狭められて、動翼羽根部 19よりも径外方側の流路抵抗が大きくなつて、動翼流路 72を流れる流量が多くなり、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換効率が高まる。

[0065] 以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなぐ本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 [0066] 水栓用発電機 11は、水栓装置 3の水栓金具の内部に設けられることに限らない。例えば、図 14に表すように、水栓装置 3の水栓金具（本体 3a及び吐水部 3b)と、これよりも上流側に設けられた止水栓 (元栓） 105との間を接続する配管 (流路) 4に設けてもよい。この場合、発電機 11は洗面台等のカウンター 2下に配設される。また、水栓装置 3の吐水口 6へとつながる給水流路を開閉する電磁弁 8も水栓金具の内部に設けることに限らず、例えば図 14の例では、止水栓 105と発電機 11との間の配管（流路) 4に設けてもよい。

[0067] 本発明の水栓用発電機は、止水栓（元栓） 105と水栓装置 3の吐水口 6との間の流路に設けられ、止水栓 105から水栓装置 3の吐水口 6へと向けて流れる流水の水力によって発電される。水栓装置としては、例えば、キッチン用水栓、リビングダイニング用水栓、シャワー用水栓、トイレ用水栓、洗面所用水栓などが挙げられる。また、水栓装置において、吐出流量は、例えば、毎分 100リットル以下、望ましくは毎分 30リットル以下に設定される。特に、洗面所用水栓においては、毎分 5リットル以下に設定されていることが望ましい。また、トイレ用水栓のような吐出流量が比較的多い場合には、給水管から、発電機 11に流れる水流を分岐させて、発電機 11を流れる流量を毎分 30リットル以下に調整することが望ましい。これは、給水管からのすべての水流を発電機 11に流すと、動翼 15の回転数が大きくなり、騒音や軸摩耗が増大する可能性が懸念され、また、回転数が増大しても適正回転数以下でなければ、渦電流ゃコィル熱によるエネルギー損失が生じるため、発電量は増大しないからである。また、水栓金具が取り付けられる水道管の給水圧としては、例えば、日本においては 0. 05 ( MPa)程度の低水圧である場合もあり得る。

[0068] また、本発明は、人体検知センサを用いた自動水栓に限らず、例えば、図 15に表すように手動操作部や手動スィッチ 3cのオン/オフによるワンタッチ水栓、流量を力ゥントして止水する定量吐水水栓、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓などにも適用できる。

[0069] また、発電された電力を、例えば、図 15に表すように水栓装置 3に設けられたライトアップ用の照明 101や、その他、アルカリイオン水や銀イオン含有水などの電解機能水の生成、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。 [0070] さらには、図 16に表すように、例えば、洗面所の天井に設けられた人体検知センサ 102に、発電機 11が発電した電力を供給してもよい。その他、発電機 11が発電した電力を、ガスセンサ、マイクロ波センサ、ドア開閉の機械式センサ等の作動に用いてあよい。

産業上の利用可能性

[0071] 本発明によれば、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させた水栓用発電機が提供される。

Claims

請求の範囲

[1] 給水流路に対して略平行な中心軸と、

周面に複数の動翼羽根部を有し、前記中心軸のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられる動翼と、

前記動翼に対して間隙を隔てて前記動翼の上流側に設けられ、前記動翼に旋回流を与える複数の静翼羽根部を周面に有する予旋回静翼と、

前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、

前記マグネットに対向するコイルと、

を備え、

前記静翼羽根部間に形成される静翼流路の中心よりも、前記動翼羽根部間に形成される動翼流路の中心の方が径外方向に位置していることを特徴とする水栓用発電機。

[2] 前記動翼羽根部が前記静翼羽根部よりも径外方向に突出していることを特徴とする請求項 1記載の水栓用発電機。

[3] 水栓装置の水栓金具と、前記水栓装置の上流側に設けられた止水栓との間を接続する流路に設けられ、発電した電力を前記水栓装置の開閉動作以外に供給可能であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の水栓用発電機。

[4] 水栓装置の水栓金具内に設けられ、発電した電力で前記水栓装置を開閉することを特徴とする請求項 1または 2に記載の水栓用発電機。

[5] 前記静翼羽根部の外周部は、前記動翼羽根部の内周部より径外方向に突出していることを特徴とする請求項;!〜 4のいずれか 1つに記載の水栓用発電機。

[6] 前記動翼流路の入口幅が、前記静翼流路の出口幅より大であることを特徴とする請求項 1〜5のいずれ力、 1つに記載の水栓用発電機。

[7] 前記動翼流路の入口幅が、前記静翼流路の出口幅の 1. 5倍以上 2. 5倍以下であることを特徴とする請求項 6記載の水栓用発電機。

[8] 前記マグネットは、前記動翼流路を囲むように前記動翼羽根部に固定された筒状を呈し、前記コイルは、前記マグネットの上流側端面及び下流側端面の少なくともいずれかに対向して配置されたことを特徴とする請求項 1〜7のいずれ力、 1つに記載の水栓用発電機。