水力発電機
【課題】商用電源からの電源供給がない環境においても電装機器への給電を可能とし、環境に負荷をかけることがない水力発電機を提供する。
【解決手段】水の流れを受けて回転するように構成された水車１Ａと、この水車１Ａによって得られる回転力を電力に変換する発電部１Ｂとを有する水力発電機２１において、前記水が水車１Ａの羽根２０に当たる角度および流量を調整し、水車１Ａに応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口１４Ｅを備え、この噴射口１４Ｅと水車１Ａの位置関係を固定すると共に水を前記噴射口１４Ｅに導入する導入流路１４Ｃを形成する保持部材１４’とを備える。
【解決手段】水の流れを受けて回転するように構成された水車１Ａと、この水車１Ａによって得られる回転力を電力に変換する発電部１Ｂとを有する水力発電機２１において、前記水が水車１Ａの羽根２０に当たる角度および流量を調整し、水車１Ａに応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口１４Ｅを備え、この噴射口１４Ｅと水車１Ａの位置関係を固定すると共に水を前記噴射口１４Ｅに導入する導入流路１４Ｃを形成する保持部材１４’とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電機に関するものであり、より詳細には、水圧、流量、水栓による圧力損失など、水の流れの状態の異なる環境に対応して設置される水力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水の流れを制御する電磁弁などを備えた水栓に水力発電機を組み合わせて用いることにより、エネルギー資源の有効活用を行なうことが行なわれている。特許文献１には、水栓によって制御された水の流れによって回転する水車と、この水車の回転力を電力に変換する発電部を備える水力発電機が記載されており、これによって水の流れを利用して電力を発生させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示すような構成では、水栓と水力発電機を組み合わせたことにより、水栓の構造によって水圧や流量が変化する割合が異なるために、設置環境に合わせた構造の変更を行なう必要が生じる。
【０００５】
例えば、手洗い用の水栓または小便器洗浄用の水栓では比較的流量が少なく、開栓時間が短いことが多いと考えられるが、大便器洗浄用の水栓やスプリンクラーなどの潅水装置の水栓では大流量の水が比較的長い時間流れる。
【０００６】
また、負荷となる電装機器によっても必要とされる電力量が異なる。負荷が温水洗浄便座、暖房便座、フットライト、洗面照明など、比較的大きな電力を必要とするシステムの場合には、水力発電機は大きな電力を出力する必要があるが、自動水栓回路などのシステムの場合には水力発電機が大きな電力を出力する必要はない。
【０００７】
このため、大電力を必要とするシステムにおいて水力発電機に大流量の水を流す場合には、水力発電機の水車に当てる水を開口面積の小さなノズルによって絞り込むと、このノズルが水の流れにおける大きな負荷となるために水力発電機に大流量の水を流すことができないという事態が発生する。また、ノズルから噴射される水の流速は早くなるので、それだけ水車が高速回転してその寿命が短くなることが懸念される。
【０００８】
他方、比較的小電力しか消費しないシステムにおいて、水栓などによって絞り込まれた少流量の水を水力発電機に流す場合には、ノズルの開口面積が大きすぎるとノズルにより絞り込まれることなく水車に水が当たるので、水車に作用する水の流速が遅くなり、水車に加える力が弱くなり、水車が回転できないか有効利用できるほどの電力を得ることができないという問題が発生する。とりわけ、手洗い用の自動水栓においては流路中に設けた手動バルブを使用者が操作するなどして流量を絞ることもあり、これによって、水力発電機による発電が行なえないということが発生する可能性がある。したがって、水車に回転力を与えるために、水車に水を噴流で当てる必要があり、そのためにノズル形状を小口径にする必要がある。
【０００９】
従来の水力発電機では水車が収容される本体ブロックにノズルが形成されているので、この水力発電機を取り付ける環境に合わせて形状が異なる本体ブロックを形成する必要があり、水力発電機の全体的な設計変更が必要となる。例えば、特許文献１の図２に示すように、水の流れを変えることなく水車の羽根を回転させる構成を採用することなどが考えられる。
【００１０】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、水圧、流量、水栓による圧力損失など、水の流れの状態の異なる環境に適合して流量を調整することが可能である水力発電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、第１発明は、水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備え、この噴射口と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機を提供する（請求項１）。
【００１２】
前記構成よりなる水力発電機によれば、噴射口の開口面積および／または数が水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように調整されているので、水流のエネルギーを効率よく水車に伝達できる。保持部材は水を噴射口に導入する導入流路を形成するものであるから、水を噴射口に効率よく導入することができ、噴射口が保持部材に形成されているので、噴射口の水路形状や開口面積は、保持部材だけを部品交換するだけで変更することができ小さな保持部材の金型修正だけで済むため、水の流れの環境に容易に合わせる事ができる。保持部材に噴射口を形成することにより水力発電機を製造するための金型を少なくすることができる。
【００１３】
すなわち、水の流量が多い場合には、噴射口の開口面積を大きくし、噴射口の数を多くすることにより水力発電機による圧力損失を小さくすることができ、かつ、比較的大きな電力を出力することができる。一方、水の流量が少ない場合には、噴射口の開口面積を小さくし、噴射口の数を少なくすることにより、少ない流量で水車を回転させることができ、電力を出力することができる。
【００１４】
第２発明は、水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備えるノズル体と、このノズル体と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機を提供する（請求項２）。
【００１５】
前記構成よりなる水力発電機によれば、噴射口の開口面積および／または数が水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように調整されているので、水流のエネルギーを効率よく水車に伝達でき、水の流れが水車に与える回転力を調節できる。発電部には発電するために最も効率の良い回転数があるが、通常の水の使用状況において発電部が最も効率の良い回転数になるように噴射口の開口面積および／または数が調整されていることにより、発電効率を引き上げられる。
【００１６】
また、噴射口がノズル体に形成されているので、噴射口の水路形状や開口面積は、小さなノズル体だけを部品交換するだけで変更することができる。つまり、従来のように水力発電機本体に形成された溝を変更するには大掛かりな金型修正が必要となるが、本発明によれば小さなノズル体だけの金型修正で済むため、製造コストを抑えて水の流れの環境に容易に合わせる事ができる。
【００１７】
前記ノズル体と保持部材の結合部に位置ずれ防止段部を備える場合（請求項３）には、水車の羽根に対するノズル体の位置をより確実に保持できるので、安定した水車の回転を保つことができる。
【００１８】
前記噴射口はスリット形状で、その高さは水車の羽根の高さ以内であり、前記開口面積はスリットの高さおよび／または幅によって調整されており、かつ、水車の羽根と異なる数だけ周方向に等間隔に形成されたものである場合（請求項４）には、開口面積を容易に調整することができると共に、噴射口から噴射される水がより大きな回転力を発生させるように確実に水車の羽根に当てることができる。
【００１９】
また、前記水力発電機の発電部に接続されて整流を行う整流回路と、この整流回路に接続されて電圧を蓄電に適切な電圧に調節する蓄電電圧調節回路と、この電圧変換回路によって調節された電力を蓄電するコンデンサと、このコンデンサに蓄電した電力を負荷に必要な電圧に調節する放電電圧調節回路と、この放電電圧調節回路の出力または一次電池の出力の何れか一方を選択的に接続する選択接続回路を有する電源ユニットを設けることにより、発電部から得られる電力とコンデンサに蓄電されている電力に合わせてコンデンサにさらに蓄電を行うことができるので、コンデンサへの初期蓄電状態から満充電状態まで水車を回転させる回転力を一定に保つことができ、常に効率的な発電と蓄電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように、本発明によれば、電磁弁を含む水栓金具や水圧などの環境によって変わる最適な吐水流量に合わせて、必要最小限の部品のバリエーションを持たせることにより、様々な流量に対応させることができる。
【００２１】
また、水栓金具を変えた場合でもこれに対応させて水力発電機を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の水力発電機を用いた自動水栓システムの全体構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の水力発電機の構成を示す部分切断平面図である。
【図３】前記水力発電機の構成を示す縦断面図である。
【図４】噴射口の変形例を示す平面図である。
【図５】噴射口の別の変形例を示す縦断面図である。
【図６】噴射口のさらに別の変形例を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の水力発電機の構成を示す縦断面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３実施形態の水力発電機の構成を示す部分切断平面図及び縦断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態で用いる保持部材の構成を示す縦断面図、斜視図、底面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の水力発電機１を用いた自動水栓システム２の構成を示すブロック図であり、この自動水栓システム２は水の流れを用いて発電する水力発電機１と、この水力発電機１によって生成された電力を蓄電して安定した電力を供給する電源ユニット３と、この電源ユニット３から供給される電力を用いて使用者の人体を検知することにより吐水・止水の切換えを行なう自動水栓制御回路４と、水の流れを継断可能である電磁弁５とを備える。また、６は一次電池などの自動水栓システム２のバックアップ電源であり、２Ａは自動水栓システム２の吐水口である。
【００２４】
前記電源ユニット３は水力発電機１によって生成される交流電力を直流電力に変換する整流回路３Ａと、この整流回路３Ａに接続されて電圧を蓄電に適切な電圧に調節する蓄電電圧調節回路３Ｂと、この電圧変換回路３Ｂによって調節された電力を蓄電するコンデンサ３Ｃと、このコンデンサ３Ｃに蓄電した電力を負荷に必要な電圧に調節する放電電圧調節回路３Ｄと、この放電電圧調節回路３Ｄの出力またはバックアップ電源６の出力の何れか一方を選択的に接続する選択接続回路３Ｅとを有する。
【００２５】
前記自動水栓制御回路４は前記電源ユニット３から得られる電力を受ける電源回路４Ａと、前記電磁弁５を開閉駆動する電磁弁駆動回路４Ｂと、制御回路４Ｃと、人体検知センサ４Ｄとを備える。
【００２６】
前記水力発電機１は、水の流れに挿入される水車１Ａと、この水車１Ａに連結された発電部１Ｂとを備え、この発電部１Ｂは例えば永久磁石を備えた回転子１Ｂａとこの回転子１Ｂａに近接する位置に配置しコイルＣを設けた固定素子１Ｂｂとを備える。なお、発電部１Ｂは固定素子１Ｂｂ側にコイルＣを設けているので、コイルＣに対する電気配線を容易としているが、回転子１Ｂａ側にコイルＣを設けてもよい。
【００２７】
図２、図３に示すように、第１実施形態の水力発電機１は、水の流路中に介在させられるように端部に雌螺子部１０Ａおよび雄螺子部１０Ｂを備える本体１０と、この本体１０の水路内に形成された水車収容部１１に水車１Ａを回転自在に支持する回転軸１２と、水が水車１Ａの羽根に当たる角度および流量を調整し、水車１Ａに応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口１３Ａを備えるノズル体１３と、このノズル体１３と水車１Ａの位置関係を固定すると共に水を前記噴射口１３Ａに導入する導入流路を形成する保持部材１４と、この保持部材１４を押さえつけた状態で水車１Ａを水車収容部１１に収容した状態で水密状態にする隔壁１５と、この隔壁１５を介して磁性体を備えた回転子１Ｂａに近接する位置にコイルからなる固定素子１Ｂｂを配置させた状態で固定するコイル押さえ部１６を備える。
【００２８】
なお、１０Ｃは本体１０に設けた回転軸１２の軸受け、１５Ａは隔壁１５に設けた回転軸１２の軸受け、１５Ｂは隔壁と本体１０の間に挟みこまれて水密状態を確実なものとするＯリングである。
【００２９】
前記水車収容部１１は水車１Ａが回転自在に収容できる程度の内径を有する略円筒形状の空間であり、水車１Ａの下端部をガイドするガイド壁１１Ａを備える。
【００３０】
前記回転軸１２は前記水車１Ａに設けた７枚の羽根２０を支持すると共に、回転子１Ｂａを連結支持するものである。
【００３１】
前記ノズル体１３はその円周方向に４個の噴射口１３Ａを備え、その下端部の内周面に前記ガイド壁１１Ａの上端部の外周部に嵌合することにより水車１Ａとの位置関係を固定した所定位置に位置決め保持される凹部１３Ｂを有し、かつ、その上端部で前記噴射口１３Ａに重ならない部分の外周面に噴射口１３Ａの数に合わせた個数の位置ずれ防止段部１３Ｃを備える。
【００３２】
ノズル体１３に設けた噴射口１３Ａの形状は図２に図示するようにできるだけ外周から円周方向に近づけて水を噴射させることができるよう角度をつけて形成されており、その形状はスリット形状である。また、その高さＨは例えば１〜３ｍｍなど水車１Ａの羽根２０の高さ以内で設定可能であり、その幅Ｗは０．５〜１．０ｍｍなどである。つまりこの高さＨと幅Ｗの乗算値が噴射口１３Ａの開口面積であり、この開口面積にノズル数を乗算した総開口面積が動力伝達機構１に流れる水の最大流量においても水流に大きな影響を与えない程度に設定する。なお、本実施形態においては、高さＨは３ｍｍ、幅Ｗは１ｍｍの噴射口１３Ａを４個、回転角９０°毎に等間隔で形成し、比較的大流量を流すことができるように設定した例を示している。
【００３３】
前記保持部材１４は前記位置ずれ防止手段１３Ｃに嵌合する前記位置ずれ防止手段１４Ａと、水車１Ａを水車収容部１１内に収めた状態で水車１Ａの羽根２０を保護する保護フランジ１４Ｂと、ノズル体１３を所定位置に位置決めした状態で本体１０の段部１０Ｄの間に環状の導入流路１４Ｃを形成する流路形成フランジ１４Ｄとを備える。
【００３４】
前記隔壁１５は前記回転子１Ｂａと固定素子１Ｂｂの間に介在させる円筒部分１５Ｃを備え、その外周部が前記Ｏリング１５Ｂによって水密を保って本体１０に接続される金属板である。また、コイル抑え部１６は隔壁１５を本体１０に押し付けることにより、水密状態を確実に保つ板状部材である。
【００３５】
前記羽根２０は前記噴射口１３Ａを通って外周から流れ込む水を受け止める受圧面２０Ａを有するものであり、その数は噴射口１３Ａの数と異ならせており、好ましくは奇数である。本実施形態では７枚の羽根を形成しているが、本発明は羽根２０の数を７枚に限定されるものではない。羽根２０の下端部で前記ガイド壁１１Ａに対応する位置には円筒状のガイドリング２０Ｂを備え、たとえ水車１Ａが何らかの力によってその中心から外れた位置において回転することがあっても羽根２０が直接的ガイド壁１１Ａやノズル体１３に衝突することがないように構成している。
【００３６】
以下、前記構成の水力発電機１の動作を図１の自動水栓システム２を例にとって説明する。自動水栓システム２は電源ユニット３から得られる電力を用いてセンサ回路４Ｄが間欠的に赤外線などのセンサ光を照射し、使用者が手を差し伸べたことを検知すると制御回路４Ｃがこの検知信号を受けて電磁弁駆動回路４Ｂを介して電磁弁５を開かせる。
【００３７】
電磁弁５が開くと雌螺子部１０Ａおよび雄螺子部１０Ｂを用いて電磁弁５の下流側に接続された本体１０内に水が流れ、水力発電機１が発電を行なう。このとき、雌螺子部１０Ａから流入した水は保持部材１４およびノズル体１３と段部１０Ｄの間の環状の導入流路１４Ｃに導かれ、この導入流路１４Ｃに連通する噴射口１３Ａを介して円周方向に回転する流れを形成してノズル体１３の内側に噴射される。
【００３８】
噴射口１３Ａから噴射される水は羽根２０の受圧面２０Ａにほぼ直角に近い角度で噴射されるので、水車１Ａに強力な回転力を与えることができる。加えて、噴射口１３Ａの形状がスリットであるから効率よく羽根２０の外側部分に均一な層流となって噴射されるので、効率よく回転力を与えることができ、かつ、噴射口１３Ａの高さＨは水車１Ａの羽根２０の高さ以内であるから、噴射される水は確実に羽根２０にあたって回転力を生み出すものとなる。
【００３９】
羽根２０に当たって水車１Ａに回転力を与えた水は図３において下方に流れて雄螺子部１０Ｂを介して下流側に流れることにより吐水口２Ａから吐水される。さらに、羽根２０の数と噴射口１３Ａの数を異ならせているので羽根２０と噴射口１３Ａの関係が回転方向においてそれぞれ異なっているので、回転ムラをできるだけ抑えることができる。
【００４０】
一方、水車１Ａによって得られた回転力により永久磁石を有する回転子１Ｂａが回転することにより固定素子１Ｂｂ内のコイルＣに交流の起電力が発生し、この交流の電力は整流回路３Ａによって直流変換され、蓄電圧調節回路３Ｂによってコンデンサ３Ｃに蓄電するために調節された電圧に調節される。なお、直列に接続された２つのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２はどちらかの電圧Ｖ１，Ｖ２が定格電圧（満蓄電）になったときに蓄電を止める必要があるが、畜電開始時の電圧Ｖ１，Ｖ２が同じ電圧でない場合にコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２は満蓄電とはならない。
【００４１】
例えば、充電開始時におけるコンデンサ３Ｃ１の電圧Ｖ１がコンデンサ３Ｃ２の電圧Ｖ２より高い場合、コンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２を同じように蓄電すると、コンデンサ３Ｃ１の方が早く定格電圧に到達するため蓄電が完了するが、コンデンサ３Ｃ２は定格電圧に到達しないという状況が生じ、両コンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２を満蓄電できないという状況が発生する。したがって、蓄電圧調節回路３Ｂはコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２の端子電圧Ｖ１，Ｖ２をモニタすることにより、どちらかのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２が先に満蓄電とならないように、畜電圧調節回路３Ｂはコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２が同じように（同時に）定格電圧となるようにそれぞれのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２への蓄電電圧を制御する。
【００４２】
コンデンサ３Ｃに蓄電された電力は放電電圧調節回路３Ｄによってバックアップ電源６より大きい電圧になるように調節して出力することにより選択接続回路３Ｅは放電電圧調節回路３Ｄ側からの電力を選択的に電源回路４Ａに供給する。このときバックアップ電源６からは電流が流れないので、バックアップ電源６が消費することはない。
【００４３】
使用者が自動水栓の使用を止めると、センサ回路４Ｄが使用者を検知しなくなり、制御回路４Ｃが電磁弁駆動回路４Ｂを介して電磁弁５を閉じさせることにより、水の流れが止まることになり、水力発電機１による電力の生成が止まる。つまり、コンデンサ３Ｃに蓄電された電力を用いて自動水栓制御回路４を駆動させ、コンデンサ３Ｃが放電しきると、昇圧回路３Ｄの出力電圧がバックアップ電源６の出力電圧を下回ることにより、以後はバックアップ電源６からの電力供給が行なわれることになる。
【００４４】
本発明の水力発電機１ではノズル体１３に設けた噴射口１３Ａによって水力発電機１に流れる水の流量を環境に合わせて調節することが可能であるから、例えば自動水栓システム２において電磁弁５より上流側において流路絞りを設けた場合や、水圧の低い地域において使用した場合においても、これに対応することができる。
【００４５】
図４は自動水栓システム２において流路絞りを設けた場合に使用されるノズル体１３の変形例を示す図である。図４（Ａ）は噴射口１３Ａを３個にした場合、図４（Ｂ）は噴射口１３Ａを２個にした場合、図４（Ｃ）は噴射口１３Ａを１個にした場合を示す図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの数を調節することにより、少ない流量であっても噴射口１３Ａから噴射される水の勢いを保つことができ、水車１Ａに回転力を加えることを可能とすることができる。
【００４６】
図５は前記ノズル体１３の別の変形例を示す図である。図５（Ａ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの７５％の高さＨ１に形成した例を示し、図５（Ｂ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの半分の高さＨ２に形成した例を示し、図５（Ｃ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの２５％の高さＨ３に形成した例を示す。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの高さＨ１〜Ｈ３を変えることによっても水力発電機１に流す水の流量を調整することができる。
【００４７】
図６は前記ノズル体１３のさらに別の変形例を示す図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は噴射口１３Ａの幅をそれぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３と調整した例を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの幅Ｗ１〜Ｗ３を変更することにより水力発電機１に流す水の流量を調整することも可能である。噴射口１３Ａの幅Ｗは容易に広くすることができるので、水力発電機１を大流量化するのに適している。
【００４８】
また、図４〜図６に示す変形例は組み合わせて用いることにより、水力発電機１に流す水の流量を広いスパンで調整することが可能となる。また、何れの場合にも、水源の水圧や流量、水栓の圧力損失など異なる環境に水力発電機１を取り付ける場合には、水力発電機１全体の構造を変えることなく、噴射口１３Ａの数、高さＨ、幅Ｗの少なくとも一つを変更したノズル体１３と差し替えることにより、これに対応することができるので、製造コストを最小限に抑えることができる。
【００４９】
図７は第２実施形態の水力発電機２１の構成を示す図である。図７に示す例において、第１実施形態の水力発電機１と異なる点は、保持部材１４’がその円周方向に４個の噴射口１４Ｅを備え、その下端部の内周面に前記ガイド壁１１Ａの上端部の外周部に嵌合することにより水車１Ａとの位置関係を固定した所定位置に位置決め保持される凹部１４Ｆを有する点である。その他の構成は第１実施形態の水力発電機１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
第２実施形態の水力発電機２１においても、保持部材１４’に形成する噴射口１４Ｅの高さＨ、幅、数を調整することにより、水力発電機２１を設置する環境（水圧、流量、水栓の圧力損失）に合わせて調整することができる。
【００５１】
つまり、水力発電機２１全体の構成を変えることなく、保持部材１４’に形成した噴射口１４Ｅの形状を変えることにより環境に適応させることができるので、それだけ、低コストにてあらゆる環境に合わせて設置可能な水力発電機２１を製造することができる。なお、第１実施形態の水力発電機１に比べて部品点数を一つ減らすことができるので、それだけ、金型の数を少なくすることができ、それだけ製造コストの削減を行うことができる。
【００５２】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は第３実施形態の水力発電機３１の構成を示す図、図９（Ａ）〜（Ｄ）は水力発電機３１に用いる保持部材１４’の構成を示す図である。第３実施形態の水力発電機３１は、第２実施形態の水力発電機２１と比べて以下の点で異なる。
【００５３】
まず、本体１０の平面視形状が矩形状ではなく略円形状であり（図８（Ａ）参照）、よりコンパクトとなっている。また、保持部材１４’が備える噴射口１４Ｅの数が４個ではなく２個であり（図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９（Ａ）〜（Ｄ）参照）、水車１Ａの羽根２０が７枚ではなく１３枚である（図８（Ａ）参照）。
【００５４】
隔壁１５と本体１０の間に挟みこまれて水密状態を確実なものとするＯリング１５Ｂの設置位置は、図７に示す位置よりも本体１０の奥側に移動させてある（図８（Ｂ）参照）。
【００５５】
回転子１Ｂａの永久磁石Ｍは回転子本体に対してスナップフィットＳにより簡単に装着可能となっている（図８（Ｂ）参照）。
【００５６】
コイル押さえ部１６として、固定素子１Ｂｂを上下から挟み込む一対の鉄心１６Ａを用い、両鉄心１６Ａの先端部（永久磁石Ｍに対向する部分）には上下方向に延び互いに接触しない範囲で噛合う櫛の歯部分が設けられている。
【００５７】
その他の第３実施形態の水力発電機３１の構成は第２実施形態の水力発電機２１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【００５８】
１，２１ 水力発電機
１Ａ 水車
１Ｂ 発電部
１３ ノズル体
１３Ａ 噴射口
１４、１４’ 保持部材
１４Ｃ 導入流路
１４Ｅ 噴射口
２０ 羽根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電機に関するものであり、より詳細には、水圧、流量、水栓による圧力損失など、水の流れの状態の異なる環境に対応して設置される水力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水の流れを制御する電磁弁などを備えた水栓に水力発電機を組み合わせて用いることにより、エネルギー資源の有効活用を行なうことが行なわれている。特許文献１には、水栓によって制御された水の流れによって回転する水車と、この水車の回転力を電力に変換する発電部を備える水力発電機が記載されており、これによって水の流れを利用して電力を発生させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示すような構成では、水栓と水力発電機を組み合わせたことにより、水栓の構造によって水圧や流量が変化する割合が異なるために、設置環境に合わせた構造の変更を行なう必要が生じる。
【０００５】
例えば、手洗い用の水栓または小便器洗浄用の水栓では比較的流量が少なく、開栓時間が短いことが多いと考えられるが、大便器洗浄用の水栓やスプリンクラーなどの潅水装置の水栓では大流量の水が比較的長い時間流れる。
【０００６】
また、負荷となる電装機器によっても必要とされる電力量が異なる。負荷が温水洗浄便座、暖房便座、フットライト、洗面照明など、比較的大きな電力を必要とするシステムの場合には、水力発電機は大きな電力を出力する必要があるが、自動水栓回路などのシステムの場合には水力発電機が大きな電力を出力する必要はない。
【０００７】
このため、大電力を必要とするシステムにおいて水力発電機に大流量の水を流す場合には、水力発電機の水車に当てる水を開口面積の小さなノズルによって絞り込むと、このノズルが水の流れにおける大きな負荷となるために水力発電機に大流量の水を流すことができないという事態が発生する。また、ノズルから噴射される水の流速は早くなるので、それだけ水車が高速回転してその寿命が短くなることが懸念される。
【０００８】
他方、比較的小電力しか消費しないシステムにおいて、水栓などによって絞り込まれた少流量の水を水力発電機に流す場合には、ノズルの開口面積が大きすぎるとノズルにより絞り込まれることなく水車に水が当たるので、水車に作用する水の流速が遅くなり、水車に加える力が弱くなり、水車が回転できないか有効利用できるほどの電力を得ることができないという問題が発生する。とりわけ、手洗い用の自動水栓においては流路中に設けた手動バルブを使用者が操作するなどして流量を絞ることもあり、これによって、水力発電機による発電が行なえないということが発生する可能性がある。したがって、水車に回転力を与えるために、水車に水を噴流で当てる必要があり、そのためにノズル形状を小口径にする必要がある。
【０００９】
従来の水力発電機では水車が収容される本体ブロックにノズルが形成されているので、この水力発電機を取り付ける環境に合わせて形状が異なる本体ブロックを形成する必要があり、水力発電機の全体的な設計変更が必要となる。例えば、特許文献１の図２に示すように、水の流れを変えることなく水車の羽根を回転させる構成を採用することなどが考えられる。
【００１０】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、水圧、流量、水栓による圧力損失など、水の流れの状態の異なる環境に適合して流量を調整することが可能である水力発電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、第１発明は、水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備え、この噴射口と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機を提供する（請求項１）。
【００１２】
前記構成よりなる水力発電機によれば、噴射口の開口面積および／または数が水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように調整されているので、水流のエネルギーを効率よく水車に伝達できる。保持部材は水を噴射口に導入する導入流路を形成するものであるから、水を噴射口に効率よく導入することができ、噴射口が保持部材に形成されているので、噴射口の水路形状や開口面積は、保持部材だけを部品交換するだけで変更することができ小さな保持部材の金型修正だけで済むため、水の流れの環境に容易に合わせる事ができる。保持部材に噴射口を形成することにより水力発電機を製造するための金型を少なくすることができる。
【００１３】
すなわち、水の流量が多い場合には、噴射口の開口面積を大きくし、噴射口の数を多くすることにより水力発電機による圧力損失を小さくすることができ、かつ、比較的大きな電力を出力することができる。一方、水の流量が少ない場合には、噴射口の開口面積を小さくし、噴射口の数を少なくすることにより、少ない流量で水車を回転させることができ、電力を出力することができる。
【００１４】
第２発明は、水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備えるノズル体と、このノズル体と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機を提供する（請求項２）。
【００１５】
前記構成よりなる水力発電機によれば、噴射口の開口面積および／または数が水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように調整されているので、水流のエネルギーを効率よく水車に伝達でき、水の流れが水車に与える回転力を調節できる。発電部には発電するために最も効率の良い回転数があるが、通常の水の使用状況において発電部が最も効率の良い回転数になるように噴射口の開口面積および／または数が調整されていることにより、発電効率を引き上げられる。
【００１６】
また、噴射口がノズル体に形成されているので、噴射口の水路形状や開口面積は、小さなノズル体だけを部品交換するだけで変更することができる。つまり、従来のように水力発電機本体に形成された溝を変更するには大掛かりな金型修正が必要となるが、本発明によれば小さなノズル体だけの金型修正で済むため、製造コストを抑えて水の流れの環境に容易に合わせる事ができる。
【００１７】
前記ノズル体と保持部材の結合部に位置ずれ防止段部を備える場合（請求項３）には、水車の羽根に対するノズル体の位置をより確実に保持できるので、安定した水車の回転を保つことができる。
【００１８】
前記噴射口はスリット形状で、その高さは水車の羽根の高さ以内であり、前記開口面積はスリットの高さおよび／または幅によって調整されており、かつ、水車の羽根と異なる数だけ周方向に等間隔に形成されたものである場合（請求項４）には、開口面積を容易に調整することができると共に、噴射口から噴射される水がより大きな回転力を発生させるように確実に水車の羽根に当てることができる。
【００１９】
また、前記水力発電機の発電部に接続されて整流を行う整流回路と、この整流回路に接続されて電圧を蓄電に適切な電圧に調節する蓄電電圧調節回路と、この電圧変換回路によって調節された電力を蓄電するコンデンサと、このコンデンサに蓄電した電力を負荷に必要な電圧に調節する放電電圧調節回路と、この放電電圧調節回路の出力または一次電池の出力の何れか一方を選択的に接続する選択接続回路を有する電源ユニットを設けることにより、発電部から得られる電力とコンデンサに蓄電されている電力に合わせてコンデンサにさらに蓄電を行うことができるので、コンデンサへの初期蓄電状態から満充電状態まで水車を回転させる回転力を一定に保つことができ、常に効率的な発電と蓄電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように、本発明によれば、電磁弁を含む水栓金具や水圧などの環境によって変わる最適な吐水流量に合わせて、必要最小限の部品のバリエーションを持たせることにより、様々な流量に対応させることができる。
【００２１】
また、水栓金具を変えた場合でもこれに対応させて水力発電機を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の水力発電機を用いた自動水栓システムの全体構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の水力発電機の構成を示す部分切断平面図である。
【図３】前記水力発電機の構成を示す縦断面図である。
【図４】噴射口の変形例を示す平面図である。
【図５】噴射口の別の変形例を示す縦断面図である。
【図６】噴射口のさらに別の変形例を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の水力発電機の構成を示す縦断面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３実施形態の水力発電機の構成を示す部分切断平面図及び縦断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態で用いる保持部材の構成を示す縦断面図、斜視図、底面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の水力発電機１を用いた自動水栓システム２の構成を示すブロック図であり、この自動水栓システム２は水の流れを用いて発電する水力発電機１と、この水力発電機１によって生成された電力を蓄電して安定した電力を供給する電源ユニット３と、この電源ユニット３から供給される電力を用いて使用者の人体を検知することにより吐水・止水の切換えを行なう自動水栓制御回路４と、水の流れを継断可能である電磁弁５とを備える。また、６は一次電池などの自動水栓システム２のバックアップ電源であり、２Ａは自動水栓システム２の吐水口である。
【００２４】
前記電源ユニット３は水力発電機１によって生成される交流電力を直流電力に変換する整流回路３Ａと、この整流回路３Ａに接続されて電圧を蓄電に適切な電圧に調節する蓄電電圧調節回路３Ｂと、この電圧変換回路３Ｂによって調節された電力を蓄電するコンデンサ３Ｃと、このコンデンサ３Ｃに蓄電した電力を負荷に必要な電圧に調節する放電電圧調節回路３Ｄと、この放電電圧調節回路３Ｄの出力またはバックアップ電源６の出力の何れか一方を選択的に接続する選択接続回路３Ｅとを有する。
【００２５】
前記自動水栓制御回路４は前記電源ユニット３から得られる電力を受ける電源回路４Ａと、前記電磁弁５を開閉駆動する電磁弁駆動回路４Ｂと、制御回路４Ｃと、人体検知センサ４Ｄとを備える。
【００２６】
前記水力発電機１は、水の流れに挿入される水車１Ａと、この水車１Ａに連結された発電部１Ｂとを備え、この発電部１Ｂは例えば永久磁石を備えた回転子１Ｂａとこの回転子１Ｂａに近接する位置に配置しコイルＣを設けた固定素子１Ｂｂとを備える。なお、発電部１Ｂは固定素子１Ｂｂ側にコイルＣを設けているので、コイルＣに対する電気配線を容易としているが、回転子１Ｂａ側にコイルＣを設けてもよい。
【００２７】
図２、図３に示すように、第１実施形態の水力発電機１は、水の流路中に介在させられるように端部に雌螺子部１０Ａおよび雄螺子部１０Ｂを備える本体１０と、この本体１０の水路内に形成された水車収容部１１に水車１Ａを回転自在に支持する回転軸１２と、水が水車１Ａの羽根に当たる角度および流量を調整し、水車１Ａに応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口１３Ａを備えるノズル体１３と、このノズル体１３と水車１Ａの位置関係を固定すると共に水を前記噴射口１３Ａに導入する導入流路を形成する保持部材１４と、この保持部材１４を押さえつけた状態で水車１Ａを水車収容部１１に収容した状態で水密状態にする隔壁１５と、この隔壁１５を介して磁性体を備えた回転子１Ｂａに近接する位置にコイルからなる固定素子１Ｂｂを配置させた状態で固定するコイル押さえ部１６を備える。
【００２８】
なお、１０Ｃは本体１０に設けた回転軸１２の軸受け、１５Ａは隔壁１５に設けた回転軸１２の軸受け、１５Ｂは隔壁と本体１０の間に挟みこまれて水密状態を確実なものとするＯリングである。
【００２９】
前記水車収容部１１は水車１Ａが回転自在に収容できる程度の内径を有する略円筒形状の空間であり、水車１Ａの下端部をガイドするガイド壁１１Ａを備える。
【００３０】
前記回転軸１２は前記水車１Ａに設けた７枚の羽根２０を支持すると共に、回転子１Ｂａを連結支持するものである。
【００３１】
前記ノズル体１３はその円周方向に４個の噴射口１３Ａを備え、その下端部の内周面に前記ガイド壁１１Ａの上端部の外周部に嵌合することにより水車１Ａとの位置関係を固定した所定位置に位置決め保持される凹部１３Ｂを有し、かつ、その上端部で前記噴射口１３Ａに重ならない部分の外周面に噴射口１３Ａの数に合わせた個数の位置ずれ防止段部１３Ｃを備える。
【００３２】
ノズル体１３に設けた噴射口１３Ａの形状は図２に図示するようにできるだけ外周から円周方向に近づけて水を噴射させることができるよう角度をつけて形成されており、その形状はスリット形状である。また、その高さＨは例えば１〜３ｍｍなど水車１Ａの羽根２０の高さ以内で設定可能であり、その幅Ｗは０．５〜１．０ｍｍなどである。つまりこの高さＨと幅Ｗの乗算値が噴射口１３Ａの開口面積であり、この開口面積にノズル数を乗算した総開口面積が動力伝達機構１に流れる水の最大流量においても水流に大きな影響を与えない程度に設定する。なお、本実施形態においては、高さＨは３ｍｍ、幅Ｗは１ｍｍの噴射口１３Ａを４個、回転角９０°毎に等間隔で形成し、比較的大流量を流すことができるように設定した例を示している。
【００３３】
前記保持部材１４は前記位置ずれ防止手段１３Ｃに嵌合する前記位置ずれ防止手段１４Ａと、水車１Ａを水車収容部１１内に収めた状態で水車１Ａの羽根２０を保護する保護フランジ１４Ｂと、ノズル体１３を所定位置に位置決めした状態で本体１０の段部１０Ｄの間に環状の導入流路１４Ｃを形成する流路形成フランジ１４Ｄとを備える。
【００３４】
前記隔壁１５は前記回転子１Ｂａと固定素子１Ｂｂの間に介在させる円筒部分１５Ｃを備え、その外周部が前記Ｏリング１５Ｂによって水密を保って本体１０に接続される金属板である。また、コイル抑え部１６は隔壁１５を本体１０に押し付けることにより、水密状態を確実に保つ板状部材である。
【００３５】
前記羽根２０は前記噴射口１３Ａを通って外周から流れ込む水を受け止める受圧面２０Ａを有するものであり、その数は噴射口１３Ａの数と異ならせており、好ましくは奇数である。本実施形態では７枚の羽根を形成しているが、本発明は羽根２０の数を７枚に限定されるものではない。羽根２０の下端部で前記ガイド壁１１Ａに対応する位置には円筒状のガイドリング２０Ｂを備え、たとえ水車１Ａが何らかの力によってその中心から外れた位置において回転することがあっても羽根２０が直接的ガイド壁１１Ａやノズル体１３に衝突することがないように構成している。
【００３６】
以下、前記構成の水力発電機１の動作を図１の自動水栓システム２を例にとって説明する。自動水栓システム２は電源ユニット３から得られる電力を用いてセンサ回路４Ｄが間欠的に赤外線などのセンサ光を照射し、使用者が手を差し伸べたことを検知すると制御回路４Ｃがこの検知信号を受けて電磁弁駆動回路４Ｂを介して電磁弁５を開かせる。
【００３７】
電磁弁５が開くと雌螺子部１０Ａおよび雄螺子部１０Ｂを用いて電磁弁５の下流側に接続された本体１０内に水が流れ、水力発電機１が発電を行なう。このとき、雌螺子部１０Ａから流入した水は保持部材１４およびノズル体１３と段部１０Ｄの間の環状の導入流路１４Ｃに導かれ、この導入流路１４Ｃに連通する噴射口１３Ａを介して円周方向に回転する流れを形成してノズル体１３の内側に噴射される。
【００３８】
噴射口１３Ａから噴射される水は羽根２０の受圧面２０Ａにほぼ直角に近い角度で噴射されるので、水車１Ａに強力な回転力を与えることができる。加えて、噴射口１３Ａの形状がスリットであるから効率よく羽根２０の外側部分に均一な層流となって噴射されるので、効率よく回転力を与えることができ、かつ、噴射口１３Ａの高さＨは水車１Ａの羽根２０の高さ以内であるから、噴射される水は確実に羽根２０にあたって回転力を生み出すものとなる。
【００３９】
羽根２０に当たって水車１Ａに回転力を与えた水は図３において下方に流れて雄螺子部１０Ｂを介して下流側に流れることにより吐水口２Ａから吐水される。さらに、羽根２０の数と噴射口１３Ａの数を異ならせているので羽根２０と噴射口１３Ａの関係が回転方向においてそれぞれ異なっているので、回転ムラをできるだけ抑えることができる。
【００４０】
一方、水車１Ａによって得られた回転力により永久磁石を有する回転子１Ｂａが回転することにより固定素子１Ｂｂ内のコイルＣに交流の起電力が発生し、この交流の電力は整流回路３Ａによって直流変換され、蓄電圧調節回路３Ｂによってコンデンサ３Ｃに蓄電するために調節された電圧に調節される。なお、直列に接続された２つのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２はどちらかの電圧Ｖ１，Ｖ２が定格電圧（満蓄電）になったときに蓄電を止める必要があるが、畜電開始時の電圧Ｖ１，Ｖ２が同じ電圧でない場合にコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２は満蓄電とはならない。
【００４１】
例えば、充電開始時におけるコンデンサ３Ｃ１の電圧Ｖ１がコンデンサ３Ｃ２の電圧Ｖ２より高い場合、コンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２を同じように蓄電すると、コンデンサ３Ｃ１の方が早く定格電圧に到達するため蓄電が完了するが、コンデンサ３Ｃ２は定格電圧に到達しないという状況が生じ、両コンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２を満蓄電できないという状況が発生する。したがって、蓄電圧調節回路３Ｂはコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２の端子電圧Ｖ１，Ｖ２をモニタすることにより、どちらかのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２が先に満蓄電とならないように、畜電圧調節回路３Ｂはコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２が同じように（同時に）定格電圧となるようにそれぞれのコンデンサ３Ｃ１，３Ｃ２への蓄電電圧を制御する。
【００４２】
コンデンサ３Ｃに蓄電された電力は放電電圧調節回路３Ｄによってバックアップ電源６より大きい電圧になるように調節して出力することにより選択接続回路３Ｅは放電電圧調節回路３Ｄ側からの電力を選択的に電源回路４Ａに供給する。このときバックアップ電源６からは電流が流れないので、バックアップ電源６が消費することはない。
【００４３】
使用者が自動水栓の使用を止めると、センサ回路４Ｄが使用者を検知しなくなり、制御回路４Ｃが電磁弁駆動回路４Ｂを介して電磁弁５を閉じさせることにより、水の流れが止まることになり、水力発電機１による電力の生成が止まる。つまり、コンデンサ３Ｃに蓄電された電力を用いて自動水栓制御回路４を駆動させ、コンデンサ３Ｃが放電しきると、昇圧回路３Ｄの出力電圧がバックアップ電源６の出力電圧を下回ることにより、以後はバックアップ電源６からの電力供給が行なわれることになる。
【００４４】
本発明の水力発電機１ではノズル体１３に設けた噴射口１３Ａによって水力発電機１に流れる水の流量を環境に合わせて調節することが可能であるから、例えば自動水栓システム２において電磁弁５より上流側において流路絞りを設けた場合や、水圧の低い地域において使用した場合においても、これに対応することができる。
【００４５】
図４は自動水栓システム２において流路絞りを設けた場合に使用されるノズル体１３の変形例を示す図である。図４（Ａ）は噴射口１３Ａを３個にした場合、図４（Ｂ）は噴射口１３Ａを２個にした場合、図４（Ｃ）は噴射口１３Ａを１個にした場合を示す図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの数を調節することにより、少ない流量であっても噴射口１３Ａから噴射される水の勢いを保つことができ、水車１Ａに回転力を加えることを可能とすることができる。
【００４６】
図５は前記ノズル体１３の別の変形例を示す図である。図５（Ａ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの７５％の高さＨ１に形成した例を示し、図５（Ｂ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの半分の高さＨ２に形成した例を示し、図５（Ｃ）は噴射口１３Ａを羽根２０の高さの２５％の高さＨ３に形成した例を示す。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの高さＨ１〜Ｈ３を変えることによっても水力発電機１に流す水の流量を調整することができる。
【００４７】
図６は前記ノズル体１３のさらに別の変形例を示す図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は噴射口１３Ａの幅をそれぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３と調整した例を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、噴射口１３Ａの幅Ｗ１〜Ｗ３を変更することにより水力発電機１に流す水の流量を調整することも可能である。噴射口１３Ａの幅Ｗは容易に広くすることができるので、水力発電機１を大流量化するのに適している。
【００４８】
また、図４〜図６に示す変形例は組み合わせて用いることにより、水力発電機１に流す水の流量を広いスパンで調整することが可能となる。また、何れの場合にも、水源の水圧や流量、水栓の圧力損失など異なる環境に水力発電機１を取り付ける場合には、水力発電機１全体の構造を変えることなく、噴射口１３Ａの数、高さＨ、幅Ｗの少なくとも一つを変更したノズル体１３と差し替えることにより、これに対応することができるので、製造コストを最小限に抑えることができる。
【００４９】
図７は第２実施形態の水力発電機２１の構成を示す図である。図７に示す例において、第１実施形態の水力発電機１と異なる点は、保持部材１４’がその円周方向に４個の噴射口１４Ｅを備え、その下端部の内周面に前記ガイド壁１１Ａの上端部の外周部に嵌合することにより水車１Ａとの位置関係を固定した所定位置に位置決め保持される凹部１４Ｆを有する点である。その他の構成は第１実施形態の水力発電機１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
第２実施形態の水力発電機２１においても、保持部材１４’に形成する噴射口１４Ｅの高さＨ、幅、数を調整することにより、水力発電機２１を設置する環境（水圧、流量、水栓の圧力損失）に合わせて調整することができる。
【００５１】
つまり、水力発電機２１全体の構成を変えることなく、保持部材１４’に形成した噴射口１４Ｅの形状を変えることにより環境に適応させることができるので、それだけ、低コストにてあらゆる環境に合わせて設置可能な水力発電機２１を製造することができる。なお、第１実施形態の水力発電機１に比べて部品点数を一つ減らすことができるので、それだけ、金型の数を少なくすることができ、それだけ製造コストの削減を行うことができる。
【００５２】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は第３実施形態の水力発電機３１の構成を示す図、図９（Ａ）〜（Ｄ）は水力発電機３１に用いる保持部材１４’の構成を示す図である。第３実施形態の水力発電機３１は、第２実施形態の水力発電機２１と比べて以下の点で異なる。
【００５３】
まず、本体１０の平面視形状が矩形状ではなく略円形状であり（図８（Ａ）参照）、よりコンパクトとなっている。また、保持部材１４’が備える噴射口１４Ｅの数が４個ではなく２個であり（図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９（Ａ）〜（Ｄ）参照）、水車１Ａの羽根２０が７枚ではなく１３枚である（図８（Ａ）参照）。
【００５４】
隔壁１５と本体１０の間に挟みこまれて水密状態を確実なものとするＯリング１５Ｂの設置位置は、図７に示す位置よりも本体１０の奥側に移動させてある（図８（Ｂ）参照）。
【００５５】
回転子１Ｂａの永久磁石Ｍは回転子本体に対してスナップフィットＳにより簡単に装着可能となっている（図８（Ｂ）参照）。
【００５６】
コイル押さえ部１６として、固定素子１Ｂｂを上下から挟み込む一対の鉄心１６Ａを用い、両鉄心１６Ａの先端部（永久磁石Ｍに対向する部分）には上下方向に延び互いに接触しない範囲で噛合う櫛の歯部分が設けられている。
【００５７】
その他の第３実施形態の水力発電機３１の構成は第２実施形態の水力発電機２１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【００５８】
１，２１ 水力発電機
１Ａ 水車
１Ｂ 発電部
１３ ノズル体
１３Ａ 噴射口
１４、１４’ 保持部材
１４Ｃ 導入流路
１４Ｅ 噴射口
２０ 羽根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、
前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備え、この噴射口と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機。
【請求項２】
水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、
前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備えるノズル体と、このノズル体と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機。
【請求項３】
前記ノズル体と保持部材の結合部に位置ずれ防止段部を備える請求項２に記載の水力発電機。
【請求項４】
前記噴射口はスリット形状で、その高さは水車の羽根の高さ以内であり、前記開口面積はスリットの高さおよび／または幅によって調整されており、かつ、水車の羽根と異なる数だけ周方向に等間隔に形成されたものである請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の水力発電機。
【請求項１】
水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、
前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備え、この噴射口と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機。
【請求項２】
水の流れを受けて回転するように構成された水車と、この水車によって得られる回転力を電力に変換する発電部とを有する水力発電機において、
前記水が水車の羽根に当たる角度および流量を調整し、水車に応じて効率的な発電が可能となる回転力を発生させるように開口面積および／または数が調整された噴射口を備えるノズル体と、このノズル体と水車の位置関係を固定すると共に水を前記噴射口に導入する導入流路を形成する保持部材とを備えることを特徴とする水力発電機。
【請求項３】
前記ノズル体と保持部材の結合部に位置ずれ防止段部を備える請求項２に記載の水力発電機。
【請求項４】
前記噴射口はスリット形状で、その高さは水車の羽根の高さ以内であり、前記開口面積はスリットの高さおよび／または幅によって調整されており、かつ、水車の羽根と異なる数だけ周方向に等間隔に形成されたものである請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の水力発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２５３４１（Ｐ２０１２−２２５３４１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８５１６３（Ｐ２０１２−８５１６３）
【出願日】平成２４年４月４日（２０１２．４．４）
【出願人】（０００１４４０７２）株式会社三栄水栓製作所 (111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月４日（２０１２．４．４）
【出願人】（０００１４４０７２）株式会社三栄水栓製作所 (111)
【Ｆターム（参考）】
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