(57)【要約】【課題】衛生器具などのシステムに適合するに小型水力発電システムを提供すること。【解決手段】小型水力発電が、複数のエネルギ貯蔵装置と、発電機出力に電力を生成する水力発電機と、負荷とエネルギ貯蔵装置と水力発電機の発電機出力との間に結合された第１のスイッチと、複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の間に結合された第２のスイッチとを具備し、第１のスイッチは発電機出力と複数のエネルギ貯蔵装置の少なくとも１つを負荷に接続するよう切換可能となっており、第２のスイッチが複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の電気的構成を並列構成と直列構成との間で遷移させるために切換可能となっている。【選択図】図２５
2011087459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１と第２の室と、乾燥状態に維持される第３の室とを含むハウジングであって、前記第１と第２の室は、該ハウジングを流通する液体の流れに連通するようにしたハウジングと、
前記第１の室内に配設され、かつ、前記第１の室を流通する液体の流れから粒子を除去するように形成されたフィルタと、
前記第３の室内に配設され液体の流れを浄化するように形成された紫外線照射システムと、
前記第２の室内で作動するように形成された水力発電システムであって、該水力発電システムはノズルを含み、該ノズルから前記第２の室内に噴流として押出される液体の流れに応答して発電するようにした水力発電システムと、
前記第１と第２の室の間に配設された唯１つのマニフォールドであって、前記ノズルと係合するノズル保持部と、液体の流れを前記第１と第２の室に導くために該マニフォールド内に形成された複数の独立の通路とを含むマニフォールドとを具備する液体処理システム。
【請求項２】
前記マニフォールドは、液体の流れを前記第１の室に導くための第１の通路と、液体の流れを前記フィルタと前記紫外線照射システムとの間に導くための第２の通路とを具備する請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項３】
前記ハウジングは、水栓の端部に取付けるようになっている請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項４】
前記紫外線照射システムは、反応容器と紫外線光源とを具備し、前記反応容器は、入口と出口とを具備しており、前記第１と第２の出口は前記マニフォールドと前記ノズルとに結合するために、双方とも前記反応容器の一方の端部に配設されている請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項５】
前記紫外線照射システムは前記紫外線光源に結合されたソケットを更に具備し、前記マニフォールドは、前記紫外線光源においてソケットの反対側の端部と係合するランプ着座部を具備する請求項４に記載の液体処理システム。
【請求項６】
前記反応容器は、直線状の管と、螺旋状の管と、エルボーとを具備し、前記直線状の管は入口を含み、前記螺旋状の管を貫通して前記反応容器の反対側の端部において前記エルボーに結合され、該エルボーは前記螺旋状の管に結合されており、前記螺旋状の管が前記出口を含む請求項４に記載の液体処理システム。
【請求項７】
前記ハウジングは略円筒状部分を具備しており、前記マニフォールドを前記フィルタと前記紫外線照射システムとの間に配置するようにして、前記フィルタ、前記紫外線照射システムおよび前記マニフォールドが前記略円筒状部分内に同心配置されている請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項８】
前記ハウジングが略円筒状部分と、球状部分とを具備しており、前記フィルタ、前記紫外線照射システムおよび前記マニフォールドが前記略円筒状部分内に配置され、前記水力発電システムが前記球状部分内に配置されている請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項９】
前記ハウジングを水栓の端部に着脱自在に結合するように形成され、かつ、処理液体と未処理液体の流れの何れか一方を選択して前記ハウジングから排出可能とする切換機構を更に具備する請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項１０】
前記フィルタが活性炭を具備する請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項１１】
水栓の端部に取付けるようにしたハウジングと、
前記ハウジングを流津する液体の流れから粒子を除去するために前記ハウジング内に配設されたフィルタと、
前記液体の流れを浄化するために前記ハウジング内に配設された紫外線光源と、
前記液体の流れにより回転して前記紫外線光源のために発電するために前記ハウジング内に配設された水力発電機とを具備する液体処理システム。
【請求項１２】
前記水力発電機の回転速度が所定範囲内にあるときのみ該水力発電機により生成された電力を前記紫外線光源に供給するようにしたプロセッサを更に具備する請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項１３】
前記所定範囲は、前記紫外線光源が、望ましい熱イオン温度範囲内で始動可能な範囲である請求項１２に記載の液体処理システム。
【請求項１４】
前記ハウジング内に配設されたノズルおよび唯１つのマニフォールドとを更に具備し、前記マニフォールドは、前記液体の流れを前記フィルタに導く第１の通路と、前記液体の流れを前記フィルタから前記紫外線光源へ導く第２の通路と、前記ノズルとに係合するように形成されたノズル保持部とを具備し、前記ノズルは、前記紫外線光源からの液体を液体噴流として前記水力発電機へ導き回転を引起こすように形成されている請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項１５】
前記紫外線光源は、約２５％までのネオンガスと、約７５％までのアルゴンガスとを含む請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項１６】
前記ハウジング内に配設されたノズルを更に具備し、該ノズルは、前記液体の流れから液体噴流を生成するように形成されており、該液体噴流は、回転を引き起こすために、前記水力発電機へ向けて噴出されことができるようになっている請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項１７】
前記水力発電機は、複数のパドル有した発電機ハウジングと、該発電機ハウジングを貫通させて延設されたセンタリングシャフトとを含み、前記パドルは前記発電機ハウジングの外表面に垂直に取付けられており、前記パドルが前記液体噴流を受けると前記発電機ハウジングが前記センタリングシャフトを中止として回転するようになっている請求項１６に記載の液体処理システム。
【請求項１８】
前記水力発電機は、ローターとステーターとを具備し、前記ローターは発電機ハウジングに希有号された永久磁石より成り、前記ステーターは前記センタリングシャフト上に回転しないように取付けられている請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項１９】
スイッチを更に具備し、該スイッチのみが前記水力発電機と紫外線光源との間に結合されており、前記プロセッサは、前記水力発電機から前記紫外線光源へ電力を直接供給すべく前記スイッチをエネーブルする請求項１２に記載の液体処理システム。
【請求項２０】
スイッチおよび安定器を更に具備し、前記スイッチは前記水力発電機と前記安定器との間に結合され、前記安定器は前記紫外線光源に結合されており、前記プロセッサは、前記水力発電機から前記紫外線光源へ電力を供給すべく前記スイッチをエネーブルする請求項１２に記載の液体処理システム。
【請求項２１】
前記フィルタが活性炭を具備する請求項１１に記載の液体処理システム。
【請求項２２】
処理液体を提供する第１の流路および未処理液体を提供する第２の流路と、
前記第１の流路の一部を形成するフィルタと、
前記第１の流路の一部を形成する紫外線照射システムと、
前記第１の流路の一部を形成する第１の通路および前記第２の流路の一部を形成する第２の通路を含むように形成された発電モジュールとを具備し、
前記発電モジュールは、前記第１つの流路を液体が流通したときのみ、前記紫外線照射システムのために電力を生成するようになっている液体処理システム。
【請求項２３】
処理液体を前記第１の流路から吐出するための第１出口と、未処理液体を前記第１の出口とは独立の前記第２の流路から吐出するための第２出口とを更に具備する請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２４】
前記発電モジュールが生成する電力を監視するように構成されたプロセッサを更に具備し、該プロセッサは、前記生成された電力の関数として、前記第１の流路を流通する液体の流量を検知するように構成されている請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２５】
前記発電モジュールは、ノズルと水力発電機とを具備し、前記水力発電機は、液体噴流として前記ノズルから押出される、前記第１の流路の流体の流れに応答して、前記第１の流路内で回転するようになっている請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２６】
前記水力発電機は、前記第１の流路に回転自在に配設された水力発電機を具備し、前記プロセッサは、生成された電力の関数として前記水力発電機の回転数を検知し、該水力発電機の回転数が所定範囲にあるとき、その電力を紫外線照射システムに供給するように構成されている請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記フィルタと前記紫外線照射システムの使用量を、生成された電力の関数として検知するように構成されている請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２８】
前記発電モジュールは、前記第１の通路内に配設されたローターとステーターとを具備し、前記ローターは、前記第１の通路内の液体の押出された噴流に応答して、前記ステーターを中心として回転し、電力を生成可能となっている請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項２９】
第１と第２の流路間で切換えるように形成された切換機構を更に具備する請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項３０】
前記第１の通路は、前記発電モジュールの外側ハウジング内に形成され、前記第２の通路は、前記外側ハウジングの外部に形成される請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項３１】
レバーおよびバルブコアを更に具備し、前記バルブコアは、前記第１の流路の一部として形成された第１の凹所と、前記第２の流路の一部として形成された第２の凹所とを有しており、前記第１と第２の凹所は、前記レバーにより選択可能な分離独立した流路を形成する請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項３２】
前記フィルタが活性炭を具備する請求項２２に記載の液体処理システム。
【請求項３３】
液体処理システムにおいて、
第１の通路を含むように形成された一体構成のマニフォールドと、
第１の通路を流通する液体の流れを濾過するように構成されたフィルタとを具備し、
前記マニフォールドは、濾過済み液体の流れを前記フィルタから離反するように導く第２の通路を含むように形成され、
前記液体処理システムは、更に、前記第２の通路から液体の流れを直接受け入れるように形成され該液体の流れを浄化するための紫外線照射システムを具備し、
前記マニフォールドが、前記マニフォールドに取付けられたノズルと係合するノズル保持部を具備し、前記ノズルは、前記紫外線照射システムから浄化された液体の流れを直接受け入れ、該液体の流れを押出された液体噴流として噴出するようになっており、
前記液体処理システムは、更に、前記押出された液体噴流との接触に応答してローター、紫外線照射システムに供給するために電力を生成する水力発電機を具備する液体処理システム。
【請求項３４】
前記フィルタおよび紫外線照射システムは、前記マニフォールドの両側部において、同軸に配置されている請求項３３に記載の液体処理システム。
【請求項３５】
前記水力発電機は、センタリングシャフトと、該センタリングシャフトを中心として回転自在の発電機ハウジングとを具備する請求項３３に記載の液体処理システム。
【請求項３６】
前記ハウジングが、該ハウジングの表面に実質的に垂直に延設された複数のパドルを含み、該パドルが前記液体噴流の衝当を受けると回転するようになっている請求項３５に記載の液体処理システム。
【請求項３７】
前記フィルタは活性炭を具備する請求項３３に記載の液体処理システム。
【請求項３８】
液体処理システムで液体を処理するための方法において、
液体処理システムを通して液体の流れを引き起こす段階と、
前記液体の流れを濾過する段階と、
前記液体の流れ出水力発電機を回転して電力を生成する段階と、
前記水力発電機の１分当りの回転数を検知するために、前記電力を監視する段階と、
前記水力発電機の１分当りの回転数が所定範囲内に入ったときに、前記水力発電機により生成される電力を紫外線光源に供給する段階と、
前記紫外線光源によって生成した紫外線エネルギによって前記液体の流れを照射する段階とを含む液体処理方法。
【請求項３９】
前記紫外線光源への前記電力の供給との関数として、前記液体が十分に照射されたときを表示する段階を更に含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４０】
前記紫外線光源への電力供給は、安定器を介さずに前記水力発電機から直接交流電力を前記紫外線光源へ供給することを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４１】
前記紫外線光源への電力供給は、前記紫外線光源へ電力を供給するように構成された安定器へ、前記水力発電機から直流電力を供給することを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４２】
前記紫外線光源への電力供給は、前記紫外線光源内の熱イオン温度が、所定の熱イオン温度範囲内になるように高めることを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４３】
前記電力の監視は、前記電力を監視するために前記水力発電により生成される電力でプロセッサを付勢することを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４４】
前記電力の監視は、電力の関数として前記フィルタおよび前記紫外線光源の使用量を追跡、記録することを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【請求項４５】
前記水力発電機を回転させることは、内壁に永久磁石が取付けられたハウジングを、該ハウジングを貫通して延在し静止しているセンタリングロッドに取付けられたステーターを中心として回転することを含む請求項３８に記載の液体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概略的に液体処理システムに関し、より詳細には、当該液体処理システムに含まれている小型水力発電システムによって自己電力供給(self-powered)される小型液体処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動する加圧水(pressurized water)から運動エネルギを抽出して、該エネルギを電力を発生するための発電機を回転すべく使用する水力発電は公知である。これに加え、気体、蒸気などの他の加圧流体を用いて発電機を回転させることは公知である。河川またはダムなどの大規模な水源により動作する大規模な水力発電によれば、数百万ガロンの流水を用いて数千メガワットの発電が可能である。故に、流水の運動エネルギから電力への変換は、相当の非効率さを伴うのではあるが、依然として経済的に容認可能なレベルの性能を提供可能である。
【０００３】
然しながら、水力発電機の規模が小さくなるにつれ発電規模も小さくなる。これに加え、運動エネルギが抽出され得る流水の量も少なくなる。故に、水の流れにおける運動エネルギから電力への変換の効率が重要となる。効率が低すぎると、加圧流水からは少量の運動エネルギしか抽出されない。結果として、水力発電機のサイズが小さくなるにつれ発電量は減少する。
【０００４】
流動する加圧液体を含み、作動のためには電力を要するという多くの小規模なシステムが在る。一定の例としては、住居用の水処理システム、自動衛生器具(automatic plumbing fixture)、流速モニタ、水試験器などが挙げられる。
【０００５】
また、消費のために供与される前に水を濾過して浄化すべく炭素系フィルタユニットおよび紫外線（ＵＶ）光ユニットを含むという幾つかの異なる形式の水処理システムが在る。前記炭素系フィルタユニットは、微粒子および有機汚染物質を濾過して除去すべく不活性物質を用いる。前記紫外線光ユニットから発せられる紫外線は、水の中に存在する有害な微生物を無力化すべく用いられる。
【０００６】
前記水処理システム内に存在し得る前記紫外線光ユニットおよび他の一切の電力消費システムを起動するためには電源が必要となる。習用の水処理システムは、前記紫外線光ユニットなどの該水処理システム内の全ての構成要素を駆動するために必要なエネルギを提供すべく、標準的な電気コンセントまたはバッテリー電源からの電力を使用する。電気コンセントにより電力供給される水処理システムの場合、該システムの携帯性は限られ、かつ、電気コンセントの電力供給が中断すると作動が停止する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、バッテリー電源により作動する水処理システムは、該水処理システムの作動もしくは保管により消費されるという有限供給量のエネルギのみを含んでいる。これに加え、前記水処理システムを作動可能に維持するには、交換用バッテリーが容易に利用可能とされねばならない。もし長期のバッテリー電源が所望されるなら更に大型のバッテリーが必要とされるが、これは水処理システムに相当の重量および寸法を加え得る。
【０００８】
既存の一定の水処理システムは、バッテリー電源が電気コンセントの電源により充電され得るという、標準的な電気コンセントまたはバッテリー電源のいずれかを使用可能である。これらの水処理システムは交換用バッテリーを必要としないが、バッテリー電源で作動する前記水処理システムの作動の長さはバッテリーの容量およびサイズにより左右される。電気コンセントによる電源もまた、バッテリーを充電すべく定期的に利用されねばならない。これに加え、これらの水処理システムは前記の２種類の異なる電源で作動する付加的な電気回路および構成要素を必要とする。
【０００９】
化粧室のバルブおよび流しの水栓などの自動衛生器具は、電気作動式バルブおよびセンサを含むことができる。前記センサは、自動衛生器具のユーザの存在を検知し、前記電気作動式バルブを作動させて水の流れで応答する。前記電気作動式バルブおよびセンサは両者ともに、作動するために電力を必要とする。電力は、配電盤からの電気ケーブルを前記自動衛生器具まで設置することで得られる。而して、自動衛生器具が既存の建築物に設置される場合、配電盤および／または電気ケーブルの設置は不経済であり、時間が掛かり、かつ、困難でもあり得る。
【００１０】
以上の理由により、水処理システム、自動衛生器具などのシステムに適合するに十分なほど小寸であり、かつ、斯かるシステムを作動させるに十分な電力を発生すべく十分な効率で作動し得る小型水力発電機に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、従来技術に関連した問題を解決する小型の液体処理システムを開示する。小型の液体処理システムの実施形態は、水力発電システムによって電力供給される電源内蔵型のシステムである。液体処理システムは、フィルタ、紫外線照射システムおよび水力発電機を含む。該水処理システムは、水栓の端部に取付けられるように形成されたハウジング内に配設することができる。前記ハウジングは、処理液体を提供する第１の流路と、未処理液体を提供する第２の流路とを含むことができる。第１と第２の流路は、独立の流路であって、該液体処理システムのユーザが切換機構を用いて選択可能となっている。前記切換機構はハウジングに結合することができ、また、水栓の端部に着脱自在に結合するようにしてもよい。
【００１２】
液体処理システムは、また、プロセッサを含むことができる。プロセッサは水力発電機またはバッテリーやコンデンサのようなエネルギ貯蔵装置によって電力の供給を受けるようにでき、該エネルギ貯蔵装置は前記水力発電機によって充電するようにできる。更に、紫外線照射システムに含まれる紫外線光源は、水力発電機および／またはバッテリーやコンデンサのようなエネルギ貯蔵装置によって電力の供給を受けるようにでき、該エネルギ貯蔵装置は前記水力発電機によって充電するようにできる。液体処理システムは、また、紫外線スイッチを含んでいてもよい。紫外線スイッチは、水力発電機によって生成された電力を紫外線光源へ選択的に供給するためにプロセッサにより制御することができる。プロセッサは、また、液体処理システムを監視し、データを格納し、アラームを発し、液体処理システムの作動に関連した表示をする。
【００１３】
ユーザは、処理液体または未処理液体を選択し、そして液体処理システムに液体の流れを供給する。電力は、水力発電機を回転させることにより生成される。この電力によりプロセッサを付勢して、水力発電機により生成された電力を監視する。交流電力に基づき、プロセッサが、水力発電機の１分当りの回転数を検知するようにできる。水力発電機の回転速度が所定範囲に入ると、プロセッサは水力発電機により生成された電力を紫外線光源へ供給すべく、紫外線スイッチをエネーブルするようにできる。電力が供給されると、紫外線光源は、第１の流路を流通する液体を殺菌するために紫外線エネルギを放射するようにできる。或いは、水力発電機の回転開始に際して、エネルギ貯蔵装置を用いて紫外線光源に電力を供給するようにしてもよい。水力発電機の回転速度が所定範囲まで増加すると、プロセッサは、水力発電機により生成した電力を紫外線光源へ供給し、かつ／またはエネルギ貯蔵装置を充電するために、紫外線スイッチをエネーブルするようにできる。
【００１４】
前記ハウジングは、概ね円筒状の部分と、概ね螺旋状の部分とを含むことができる。フィルタおよび紫外線照射システムは、円筒状部分内に配設され、水力発電システムは、螺旋状部分内に配設することができる。ハウジングは、また、複数の構成要素から形成することできる。第１の構成要素は、フィルタを含むことができ、第１の流路沿いに流通する液体の流れと連通するようにできる。第２の構成要素は、紫外線照射システムを含むことができ、実質的に乾燥状態に維持することができる。第３の構成要素は、発電モジュールであり、前記第１の流路沿いに流通する液体の流れと、第２の流路沿いに流通する液体の流れとに独立に連通するようにできる。発電モジュールは、第１の流路に配設された水力発電機およびノズルを含む水力発電システムを具備する。
【００１５】
第１の流路沿いに流通する液体の流れは、前記ハウジング内に配設されたマニフォールドによって、フィルタ、紫外線照射システムおよび水力発電システムの間に導かれるようにできる。マニフォールドは、一体材料から構成され、複数の通路を含むようにできる。マニフォールド内に形成された第１の通路は、液体の流れをフィルタに導くようにできる。第２の通路は、フィルタにより既に濾過されている液体の流れを紫外線照射システムへ導くようにできる。マニフォールドは、該マニフォールドに取付けられるであろうノズルと係合するように形成されたノズル保持部を含むことができる。紫外線照射システムによって、紫外線エネルギの照射を既に受けている液体の流れはノズルへ導くことができる。ノズルは、この液体の流れを比較的高速の噴流として押出すことができる。押出された噴流は、水力発電機に接触し回転を引き起こすようにできる。
【００１６】
本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、添付図面に関して示されると共に現在において好適である実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すれば明らかとなろう。前記の説明は、序論としてのみ提供されている。本項における如何なる処も、発明の有効範囲を定義する添付の各請求項を制限するものと解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】水力発電システムの一実施形態に連結された水処理システムを示す図である。
【図２】図１に示されたノズルの一実施形態の断面図である。
【図３】図１に示されると共に９０°回転され、かつ、水力発電システムの一部が破断された前記水処理システムおよび水力発電システムを示す図である。
【図４】水力発電システムの別実施形態の断面図である。
【図５】図４の５−５線に沿うノズルの断面図である。
【図６】図４に示されると共に９０°回転され、かつ、水力発電システムの一部が破断された前記水力発電システムを示す図である。
【図７】前記水処理システムに連結された水力発電システムの別実施形態の断面図である。
【図８】図７に示されると共にステーターハウジングの一部が破断された前記水力発電システムの実施形態の平面図である。
【図９】前記水力発電システムの別実施形態の断面図である。
【図１０】図９の水力発電システムの一部の断面図である。
【図１１】前記水力発電システムの別実施形態の側面図である。
【図１２】図１１に示されたノズルの端面図である。
【図１３】図１２に示された前記ノズルの１３−１３線に沿う断面図である。
【図１４】図１２に示された前記ノズルの１４−１４線に沿う別の断面図である。
【図１５】図１１に示された水力発電システムの外側ハウジングの一部の１５−１５線に沿う断面図である。
【図１６】図１１に示されると共に内側ハウジングが取り外された前記水力発電システムの側面図である。
【図１７】図１１に示された水力発電システムの外側ハウジングの底部の１７−１７線に沿う断面図である。
【図１８】図１１に示された水力発電システムに含まれる内側ハウジングの分解斜視図である。
【図１９】図１１に示された水力発電システムに含まれるパドルの斜視図である。
【図２０】図１９に示された前記パドルの２０−２０線に沿う断面図である。
【図２１】衛生器具を含む水力発電システムの斜視図である。
【図２２】図２１に示された衛生器具の断面図である。
【図２３】図２２の衛生器具に含まれる電力制御器の一例の概略図である。
【図２４】図２２の衛生器具に含まれる電力制御器の別の例の概略図である。
【図２５】図２１から図２４の衛生器具内の水力発電システムの作用を示すプロセスフローチャートである。
【図２６】前記水力発電システムの別実施形態の部分的側断面図である。
【図２７】図２６の水力発電システムの別の側断面図である。
【図２８】水処理システムの斜視図である。
【図２９】図２８に示した水処理システムの分解斜視図である。
【図３０】図２９の水処理システムに含まれているバルブボディの斜視図である。
【図３１】図２９の水処理システムに含まれているマニフォールドの斜視図である。
【図３２】図３１のマニフォールドの他の斜視図である。
【図３３】図２９の水処理システムに含まれているフィルタモジュールと反応容器の分解斜視図である。
【図３４】図２９の水処理システムに含まれているマニフォールドと反応容器の分解斜視図である。
【図３５】図３４の反応容器に含まれているエルボーの分解斜視図である。
【図３６】ハウジングの一部を除去して示す、図２８の水処理システムの斜視図である。
【図３７】図２９の水処理システムの一部のブロック図である。
【図３８】図２９の水処理システムの作用を示すプロセスフローチャートである。
【図３９】図３８のプロセスフローチャートの第２の部分である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適実施形態を特定形態に関して示すが、当業者であれば、各請求項の有効範囲内で該特定形態を種々変更および改変が可能であることを理解し得よう。現在において好適な実施形態は、電源を必要とし、かつ、水流を含む任意のシステムと共に使用可能であるが、各実施形態は、住居用もしくは携帯用の水処理システム、衛生器具などのシステムに対して設計される。当業者であれば、各実施形態は水以外の液体と共に使用可能であり、かつ、「水」および「水力」との語の使用は限定的と解釈されるべきでないことも理解し得よう。
【００１９】
図１は、好適な水力発電システム１２に接続された水処理システム１０の側面図である。この実施形態において水力発電システム１２は、ノズル１４、ハウジング１６、インペラ１８およびハウジング吐出口２０を含む。ノズル１４は、管路２２により水処理システム１０に連結される。管路２２はＰＶＣプラスチックもしくは同様の材料から形成され得ると共に、螺着接続、摩擦嵌合または他の一定の同様の接続機構によりノズル１４に結合可能である。
【００２０】
作動の間に加圧水は、矢印２４により示すように、水処理システム１０からノズル１４を介して水力発電システム１２に流入する。ノズル１４は、水が該ノズル１４を通り流れてハウジング１６を通りハウジング吐出口２０に至るべく付勢される様に、ハウジング１６に結合される。代替実施形態において水力発電システム１２は、水処理システム１０内に配置されるか、または、加圧水が水処理システム１０に進入する前に該加圧水の供給を受容すべく位置決めされ得る。
【００２１】
図２は、ノズル１４の一実施形態の断面を示している。好適なノズル１４は、自身を貫通して流れる加圧水の速度を増大する音波ノズルである。この実施形態においてノズル１４は、水の速度を亜音速まで増大し得る。ノズル１４はステンレス鋼もしくは他の一定の同様の剛性材料で形成されると共に、ノズル取入口２６およびノズル吐出口２８を含む。ノズル取入口２６は、前述されたように水処理システム１０に連結される。ノズル吐出口２８はハウジング１６に対し、摩擦嵌合、弾性嵌合、螺着接続、または、それらの間に水密な接続を形成し得る他の一定の同様の機構により連結される。ノズル１４は、後述するようにインペラ１８に対する該ノズル１４の適切な整列を提供する任意の箇所においてハウジング１６を貫通し得る。
【００２２】
ノズル１４は、自身を貫通する水の流れを提供する通路３０を含む。通路３０は、ノズル取入口２６にては第１所定直径３２であり、かつ、ノズル吐出口２８にては第２所定直径３４である様に形成される。この実施形態において第２所定直径３４は、第１所定直径３２の約２６％である。通路３０は、ノズル１４の所定長さに対して第１所定直径３２のままである。通路３０の残存部分は、第２所定直径３４まで該通路３０を均一にテーパ付けすることで円錐形状とされる。この実施形態においてノズル１４の通路３０は、第１所定直径３２と第２所定直径３４との間で約１８°の角度でテーパ付けされる。
【００２３】
通路３０の形態は、ノズル１４から出射する水の速度を決定する。これに加え、ノズル吐出口２８における水の速度は、水源の圧力とノズル１４の下流の背圧とに依存する。ノズル吐出口２８における前記速度の望ましい所定範囲は、ノズル取入口２６において（図１に示された）水処理システム１０により提供される圧力の期待範囲を用いて決定され得る。たとえば家庭用水道において水の供給圧力は約２０〜６０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の範囲である。通路３０はまた、ノズル吐出口２８にて連続的で均一な水の流れも提供する。作動の間にノズル１４を流通する水は、所定範囲内の速度および所定軌跡にてハウジング１６に流入する。
【００２４】
図１に戻るとハウジング１６は、プラスチック、または、水に対する堅固な通路を形成し得る他の一定の同様の耐水材料から構成され得る管路を形成する。この実施形態においてハウジング１６は、該ハウジング１６の内部の視認を許容すべく図１に示された透光部分を含む。ハウジング１６は、水がノズル吐出口２８を出射した後で該ハウジング１６を流通するときにその水と流体連通するインペラ１８を包囲すべく形成される。
【００２５】
インペラ１８は、ハブ４４に堅固に取着された複数のブレード４２を含む。各ブレード４２は、ノズル１４から流れる水が所定角度でインペラ１８の該ブレード４２に衝当するようにハウジング１６内で位置決めされる。前記所定角度は、ノズル取入口２６における水の期待圧力、ノズル吐出口２８における背圧、および、インペラ１８の所望の毎分回転数（ＲＰＭ）に基づいて決定される。作動する間、流水はインペラ１８に作用し、ハウジング１６内で該インペラを単一方向に回転させる。以下において詳細に論じられるようにインペラ１８が回転するにつれ、この実施形態の水力発電システム１２は流水におけるエネルギを回転エネルギへと変換し、それは次に電気に変換される。この実施形態においてインペラ１８は、ハウジング１６を流通する水に浸漬される。
【００２６】
図３は、図１に示されると共に９０°回転され、かつ、ハウジング１６が破断された前記実施形態を示している。図示するように、インペラ１８は、長手延在シャフト４８により発電機４６に対して共軸的に取着される。シャフト４８は、ステンレス鋼、または、インペラ１８に固定的に結合される他の一定の同様の剛性材料とすることができる。インペラ１８のハブ４４はシャフト４８の一端に対して共軸的に結合され、かつ、発電機４６の一部である発電機シャフト５０は他端に共軸的に結合される。インペラ１８および発電機４６に対するシャフト４８の堅固な結合は、溶接、圧力嵌めまたは他の同様の堅固接続とすることができる。
【００２７】
回転可能シャフト４８は長手方向に延在することで、ゴムもしくは他の同様の材料で作成された水密シール５２を通りハウジング１６を貫通する。水密シール５２はハウジング１６に結合されると共に、ハウジング１６から水が離脱せずにシャフト４８が自由に回転するのを許容すべく形成される。シャフト４８は、ハウジング１６の近傍に配置された発電機４６まで長手方向に延在する。不図示ではあるが発電機４６の外面は、ナットおよびボルト、リベット、または、ハウジング１６と該発電機４６とを固定的に結合し得る他の同様の機構により、ハウジング１６に結合可能である。
【００２８】
作動する間、水がハウジング１６を通り流れ、かつ、インペラ１８が回転するにつれてシャフト４８、５０は対応して回転し、発電機４６から電気が生成される。代替実施形態においてはハウジング１６に対する貫通の必要性を排除すべく、シャフト４８の代わりに、磁的連結器（図示せず）が用いられる。この実施形態においてインペラ１８は、ハウジング１６の外側で発電機シャフト５０上に配置された同様の磁石に対して堅固に結合するに十分な磁的強度を備えた磁石を含む。作動する間、インペラ１８が回転するとき、該インペラ上で配向された磁石および発電機シャフト５０上で配向された磁石の磁的吸引力により発電機シャフト５０が回転されることで、発電機４６から電気が生成される。
【００２９】
この実施形態において発電機４６は、交流（ＡＣ）を生成し得る永久磁石発電機とすることができる。交流（ＡＣ）は、直流（ＤＣ）を生成すべく整流され得る。代替実施形態において発電機４６は、ＡＣおよびＤＣ電流の両方を生成し得る。電気は発電機４６から、ワイヤ、バス、または、電気を導通し得る他の同様の材料とされ得る複数本の導体５４により伝達される。生成された電気の電圧レベルは、インペラ１８の毎分回転数の関数である。上述したように、ノズル１４から流れる水の速度は所定範囲内に設計されることで、発電機４６により生成される電気の電圧出力を制御し得る。
【００３０】
この実施形態により生成された交流もしくは整流された直流は、水処理システム１０に対して電力供給すべく使用され得ると共に、たとえばバッテリーもしくはコンデンサなどのエネルギ貯蔵装置（図示せず）を充電するためにも使用可能である。インペラ１８の回転または生成されつつある電気の持続時間は、水処理システム１０を流通する水の流速もしくは量などの流量式測定に対するメカニズムも提供可能である。インペラ１８の回転または生成されつつある電気の持続時間は発電機４６の逆起電力（ＥＭＦ）と組み合わされることで、流量式測定を提供可能である。当業者であれば、水力発電システム１２は水処理システム１０の他のシステムでも使用され得ることを理解し得よう。
【００３１】
図４は、水力発電システム１２の別実施形態の断面図を示している。この実施形態は図１に示された実施形態と同様に水処理システム１０に連結されると共に、ノズル１４、ハウジング１６，インペラ１８およびハウジング吐出口２０を含む。既述した実施形態と同様に、ノズル１４はインペラ１８に向けて導向される水を高速にて提供する。但しこの実施形態においてインペラ１８は、作動する間、ハウジング１６内の水に浸漬されない。故にノズル１４からの水は、インペラ１８に向けて導向される噴流を形成する。
【００３２】
ノズル１４は、図２に示されて既述したノズル１４と同様の音波ノズルとすることができる。ノズル１４はハウジング１６を貫通すると共に、取付プレート５６により該ハウジングに結合される。取付プレート５６は、ハウジング１６の外面に対して密接して接触すべく位置決めされる。当業者であれば、ノズル１４をハウジング１６に結合すべく使用され得る他の方法が存在することを理解し得よう。
【００３３】
図５は、この実施形態の取付プレート５６に取付けられたノズル１４の断面図を示している。取付プレート５６は、インペラ１８に関する最適位置へとノズル１４の調節を許容する長手スロット５８および一対の突起部６０を含む。この実施形態においてノズル１４は、最適位置が達成されたときに突起部６０に螺条付きネジを挿入することでハウジング１６に対して固定的に取付けることができる。代替実施形態において取付プレート５６は、たとえば螺条付きネジ、リベットもしくはピンなどの締結具が該取付プレート５６をハウジング１６に対して固定的に取付けたときに、ノズル１４の所定の単一の所望位置を提供する。
【００３４】
図４を再び参照するとノズル１４の所望位置は、該ノズル１４がハウジング１６内へと直立的に延在する如きである。この実施形態のハウジング１６は、図４に示すように、該ハウジング１６の内壁により画成されたハウジングキャビティ６２を含む。ハウジングキャビティ６２は、インペラ１８が内部に配置された空気空間である。作動する間、水はノズル１４から所定軌跡によりハウジングキャビティ６２内へと放出され、所定角度にてインペラ１８に衝当する。前記所定角度は、インペラ１８の所望のＲＰＭと、水処理システム１０からノズル１４に供給される水の圧力の範囲とに基づく。ノズル１４とインペラ１８との協働的作動は加圧水に限定されず、たとえば空気などの他の流体が同様に利用され得る。
【００３５】
図４に更に示すように、インペラ１８は複数のブレード６４を含む。この実施形態のブレード６４の各々は、一端にてはインペラハブ６６に固定的に結合されると共に、逆端に形成されたパドル６８を含む。インペラハブ６６は、既述した実施形態と同様にシャフト４８に固定的に結合される。当業者であれば、ブレード６４の個数およびインペラ１８のサイズは用途に依存して変更され得ることを理解し得よう。
【００３６】
図６は、図５に示されると共に９０°回転され、かつ、図示目的でハウジング１６の一部が破断された前記実施形態の水力発電システム１２を示している。図示するように、水力発電システム１２は、既述した実施形態と同様に、シャフト４８により発電機４６に結合されたハウジング１６を含む。これに加え、回転可能であるシャフト４８は、インペラ１８から水密シール５２を貫通して発電機４６内へと長手方向に延在する。代替実施形態においてシャフト４８は、先に記述されたように磁的連結器により改変されることで、ハウジング１６および水密シール５２の貫通が排除される。図示するように、シャフト４８はハウジングキャビティ６２内の前記空気空間内にインペラ１８を回転可能に位置させることから、パドル６８はシャフト４８の回りを回転する。
【００３７】
図６に示すように、この実施形態のパドル６８の各々は、スロット７０を含む放物線形状に形成される。パドル６８の放物線形状によれば、（図５に示された）ノズル１４から放出された水に存在するエネルギの均一な受容体が提供される。スロット７０によれば、放出された水のエネルギはインペラ１８が回転するにつれて次のパドル６８へと受け渡され得る。放出された水におけるエネルギが次のパドル６８へと遷移的に受け渡さると、水からインペラ１８へのエネルギ伝達の効率が最大化される。代替実施形態においてブレード６４は、ノズル１４から放出された他の流体のエネルギの効率的な伝達を助長する他の形状および構成にて形成することができる。たとえば流体が空気である場合にブレード６４は、翼板、フィン、または、流動する空気からインペラ１８に対してエネルギを伝達し得る他の同様の構造として形成することができる。
【００３８】
作動する間、水の噴流が所定角度にてインペラ１８に衝当した後、矢印７２により示すように、水は重力によりハウジング吐出口２０に向けて落下する。故に、水はハウジング吐出口２０に集まることでハウジング１６から排出される。インペラ１８は水に浸漬されないことから、水流からインペラ１８に対して伝達されるエネルギの大部分はシャフト４８に対して回転力として提供される。
【００３９】
シャフト４８の回転によれば、発電機４６の一部が回転される。発電機４６の一実施形態は、発電機ハウジング８２内に配置されたローター７６、第１ステーター７８および第２ステーター８０を含む。ローター７６は、シャフト４８に固定的に結合され、それと共に回転する。第１および第２ステーター７８、８０は、発電機ハウジング８２に固定的に結合されてシャフト４８を環状的に囲繞する。ローター７６は、第１および第２ステーター７８、８０の間に配置されることで、発電機４６を形成する。
【００４０】
この実施形態のローター７６は、複数の永久磁石８４を含むディスクの形態とすることができる。永久磁石８４はローター７６において所定位置に等間隔で載置されることで、第１および第２ステーター７８、８０と作用的に協働する。この実施形態における第１および第２ステーター７８、８０の各々は、複数のコイル８６を含むディスクを形成しても良い。各コイル８６は第１および第２ステーター７８、８０内で等間隔に配置されることで、永久磁石８４と作用的に協働する。各コイル８６は電気的に接続されることで、電気を生成すべく作用可能な一本以上の巻線を形成することができる。第１および第２ステーター７８、８０の磁極の個数および設計態様は、多数の要因に依存する。斯かる要因としては、永久磁石８４により形成されるガウス場の強度、逆ＥＭＦ、ならびに、発電機４６の所望ＲＰＭおよび所望電力出力が挙げられる。
【００４１】
この実施形態においてローター７６が回転すると同様に回転する永久磁石８４により磁束が生成されることから、第１および第２ステーター７８、８０に電気が生成される。ローター７６および第１および第２ステーター７８、８０は作用的に協働することで、交流（ＡＣ）を生成する。このＡＣは発電機４６により整流かつ安定化されることで、ＡＣおよび直流（ＤＣ）の両方が供給される。代替実施形態において永久磁石８４は、発電機４６が直流（ＤＣ）を生成すべく作動する様に、第１および第２ステーター７８、８０上に配置可能である。別の代替実施形態において発電機４６は、図３に関して論じられた発電機４６と同様である。
【００４２】
作動する間、加圧水は、（図１に示された）水処理システム１０から水力発電システム１２へと供給され得る。先行実施形態と同様に、水力発電システム１２の代替実施形態は、水処理システム１０に対して水を供給するか、または、水処理システム１０内に配置可能である。この実施形態において水は、上述したように水処理システム１０からノズル１４に供給される。
【００４３】
加圧水はノズル１４を流通し、高速でハウジングキャビティ６２内へと放出されることで、所定の入射角にてインペラ１８上のパドル６８に衝当する。水がパドル６８に衝当するとき、吐出された水噴流のエネルギはインペラ１８に伝達されて単一方向への回転を引き起こす。インペラ１８が回転するにつれ、吐出された水噴流の一部はスロット７０を通り流れてインペラ１８上の別のパドル６８に衝当する。各パドル６８に対する水の衝突およびこれに伴うエネルギの伝達に続き、水は重力によりハウジング吐出口２０へと落下してハウジング１６から流出する。故に作動する間、ハウジングキャビティ６２は空気空間を維持し、作動する間、水により完全に充填されることはない。
【００４４】
インペラ１８の回転によりシャフト４８の回転が引き起こされることから、発電機４６のローター７６が回転される。この実施形態においてローター７６は、約２，４００回転／分（ＲＰＭ）で回転する。ローター７６の回転により、水処理システム１０に供給される電気の生成が誘起される。上述したように発電機４６により生成される電圧レベルの範囲は、ノズル１４を流通する水の速度の範囲に基づく。故に前記発電機の電圧範囲は、ノズル１４を流通する水の速度の所定範囲を選択することで選択され得る。
【００４５】
図７は、水処理システム１０に対して好適に連結された水力発電システム１２の別実施形態の断面図を示している。図示するように、水力発電システム１２は、ローターハウジング１０２およびステーターハウジング１０４を含む。ローターハウジング１０２は、プラスチックもしくは他の同様の剛性材料から構成され得る管路を形成し、かつ、取入口１０６および吐出口１０８を含む。作動する間、取入口１０６は矢印１１０により示すように、流水を受容し、かつ、吐出口１０８は流水を水処理システム１０へと導く。代替実施形態において水力発電システム１２は、水処理システム１０内に配置され、または、水処理システム１０から流出する水を受容すべく配置可能である。上述したように、水力発電システム１２を通る水の流れは水処理システム１０により制御され得る。
【００４６】
図７に示すように、ローターハウジング１０２はローター１１２を収容し、かつ、ステーターハウジング１０４はステーター１１４を収容する。この実施形態のローター１１２は、６組のＮ／Ｓ極を有する１２極式の永久磁石ローターとすることができる。以下において詳細に示されるように、この実施形態のステーター１１４は８組のＮ／Ｓ極を以て設計された環状リングとすることができる。ローター１１２およびノズル１４は協働して作用することで、作動の間に電気を生成する。業界公知のように、ステーターは、出力にて必要とされる電圧の大きさに依存する任意数の磁極を含むべく構成され得る静止的巻線を含む。本実施形態において開示された巻線における磁極の個数は、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。
【００４７】
図８は、図７に示された実施形態の平面図を示しており、ステーターハウジング１０４の頂部は、図示する目的で破断されている。ステーター１１４はステーターハウジング１０４内に対して固定的に配置されることで、ローターハウジング１０２を環状的に囲繞する。ステーター１１４は、コア１１６、複数の突出極１１８および複数のコイル１２０を含む。コア１１６は、鉄、鋼鉄もしくは他の同様の材料で構成され得ると共に、突出極１１８を含むべく形成される。この実施形態においては、各々がコイル１２０により囲繞された８個の突出極１１８が在り得る。
【００４８】
突出極１１８は、それらがローターハウジング１０２を環状的に囲繞するようにステーター１１４上に形成される。突出極１１８の各々は、業界公知の磁極片(pole shoe)１２２として形成された端部を含む。磁極片１２２は、ローターハウジング１０２に隣接して配置される。磁極片１２２は、ローター１１２により形成された一定の磁束をコイル１２０を通して導通する。コイル１２０は、ワイヤ、または、電気を導通し得ると共に突出極１１８の回りに巻回され得る他の一定の同様の材料とすることができる。不図示ではあるが、各コイル１２０は電気的に接続されて巻線を形成する。業界公知のように、各コイル１２０に対して使用されるワイヤの巻き数は、電圧および電力の要件、ローター１１２の最小および最大の回転数、許容可能な最大の背圧、必要なインダクタンスおよび磁気ガウスにより決定される。
【００４９】
再び図７を参照すると、ステーター１１４はローターハウジング１０２の中心軸線に直交して横方向に配置される。ステーター１１４はローターハウジング１０２の外側に配置されることから、それはローターハウジング１０２内を流れる水との流体連通から遮断される。ステーターハウジング１０４はローターハウジング１０２に固定的に結合されることで、ローターハウジング１０２上における所定位置をステーター１１４に提供する。この実施形態においてステーターハウジング１０４は、ローターハウジング１０２の外側表面に対して摩擦嵌合により結合される。当業者であれば、ローターハウジング１０２およびステーターハウジング１０４を結合する他の種々の様式が存在することを理解し得よう。
【００５０】
水力発電システム１２のこの実施形態においてローター１１２は、金属、焼結金属、押出し成形金属、プラスチック射出成形材料もしくはセラミック材料で形成され得る永久磁石１２４を含む。永久磁石１２４は、一定の磁束を形成すると共に、ローターシャフト１２６に結合される。回転可能であるローターシャフト１２６は、永久磁石１２４の各端部から長手方向に延在すると共に、ステンレス鋼、または、他の堅固な耐食性材料により構成することができる。永久磁石１２４は、ローターシャフト１２６と同軸的な中心軸線を以て形成される。永久磁石１２４の外面は、少なくとも一個のローターブレード１２８を含むべく流線形状に形成することができる。この実施形態の永久磁石１２４は、ローターブレード１２８を形成する単一の螺旋隆起部を備えた筒体形状に形成される。代替実施形態においてローターブレード１２８は、タービンブレード、または、流水に委ねられたときにローター１１２の回転を誘起し得る他の同様の装置とすることができる。
【００５１】
図７に示すように、ローター１１２は、ローターハウジング１０２の中心軸線と同軸に該ローターハウジング１０２内に配置される。ローター１１２のローターシャフト１２６の一端は第１カラー１３０に挿入され、かつ、ローターシャフト１２６の他端は第２カラー１３２に挿入される。この実施形態においてローターシャフト１２６の各端部は、直径を大きくすることで、第１カラー１３０および第２カラー１３２への取着を容易にする中実球体を形成する。第１カラー１３０および第２カラー１３２はプラスチックまたは他の同様の材料により形成されると共に、ローターハウジング１０２の中心軸線に直交する横方向ストラットを形成する。第１カラー１３０および第２カラー１３２は各々、ローターシャフト１２６を回転可能にする軸受１３４または他の同様の装置を包含する。更に、第１カラー１３０および第２カラー１３２は、両者間にローター１１２が浮動、支持されるように、所定距離にてローターハウジング１０２に結合されている。
【００５２】
ローター１１２は、ローターハウジング１０２を流通する水が、該ローター１１２の一部を形成するローターブレード１２８に衝当するように、ローターハウジング１０２内に配置される。ローターブレード１２８はパドルとして作用することから、流水はローター１１２に作用する。流水によればローター１１２は、ローターハウジング１０２の中心軸線の回りにおいて単一方向に回転される。ローター１１２は、該ローター１１２の中心軸がステーター１１４のそれと同心的であるように該ステーター１１４内に位置決めされる。ローター１１２はステーター１４４と作用的に協働して前記発電機を形成する。
【００５３】
作動する間、水が流れてローター１１２が回転するにつれ、ローター１１２により生成される一定の磁束も回転してステーター１１４を貫通することから、本来的に電力が生成される。ローター１１２からの前記一定の磁束がステーター１１４からの電気生成を誘起するのを許容するために、ローター１１２とステーター１１４との間には特定距離のエアギャップが維持されねばならない。これらの実施形態において、ローター１１２の永久磁石１２４とステーター１１４の磁極片１２２との間の「エアギャップ」は、流水およびローターハウジング１０２から成る。流体の流れおよびローターハウジング１０２は、前記一定の磁束に影響しない。故に、回転するローター１１２からの回転する一定の磁束は、ステーター１１４のコイル１２０からの電気の生成を誘起する。
【００５４】
水がローターハウジング１０２を通り流れてローター１１２を回転させるにつれ、回転する一定の磁束はステーター１１４の巻線に与えられて電気が生成される。この電気は導体５４を流通することで、この実施形態においては水処理システム１０である装置に電力供給を行う。図７、８に示されたこの実施形態の水力発電システム１２は、水処理システム１０へ電力供給を行うべく使用され得る交流（ＡＣ）を生成する。代替実施形態において水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を整流して直流（ＤＣ）を生成しても良い。別の代替実施形態において水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を整流かつ安定化することにより、ＡＣおよびＤＣ電流の両方を水処理システム１０に供給する。ＤＣ電流は、エネルギ貯蔵装置（図示せず）を充電するためにも使用可能である。ローター１１２の回転または生成される電気の持続時間は、水処理システム１０を流通する水の流速もしくは量などの流量式測定を提供するためにも使用可能である。
【００５５】
図９は、図７、８に関して開示された先行実施形態と概念が類似した水力発電システム１２の更に別の実施形態の断面図を示している。この実施形態は、ハウジング１４２内に配置されたローター１１２、ステーター１１４およびタービンノズル１４０を含む。ハウジング１４２は、取入口１４４および吐出口１４６を含む管路を形成する。矢印１４８により示すように、水または他の流体は取入口１４４に流入し、水はハウジング１４２を通り流れて吐出口１４６によりハウジング１４２から排出される。一実施形態において水力発電システム１２は、（図１に示された）水処理システム１０内に配置され、水処理システム１０に追随し、または、水処理システム１０に水を供給しても良い。
【００５６】
ハウジング１４２は、プラスチック、または、水を導き得る同様の剛性材料で形成することができる。この実施形態のハウジング１４２は第１部１５２および第２部１５４を含むことで、組立ておよび保守が促進される。第１および第２部１５２、１５４は、接着、摩擦嵌合、螺着接続、超音波溶接、または、同様の堅固な接続を提供する他の一定の手段により固定的に結合可能である。ハウジング１４２は、自身を貫通する水の流れに対する通路１５６を形成する。通路１５６内には、タービンノズル１４０が固定的に配置される。
【００５７】
この実施形態のタービンノズル１４０は、略円錐形状とされ得ると共に、プラスチック、または、他の一定の同様の剛性材料で形成することができる。タービンノズル１４０は、１個の先端１５８および複数個のストラット１６０を含むべく形成することができる。先端１５８は、通路１５６内で中央に配置され得ると共に、ハウジング１４２の内壁に対して流水を外方に導向する役割を果たす。各ストラット１６０は、たとえば摩擦嵌合、弾性嵌合、螺着接続、または、他の同様の堅固接続によりハウジング１４２の内壁に固定的に結合される。
【００５８】
各ストラット１６０は、通路１５６内でタービンノズル１４０を固定的に保持し、かつ、水がハウジング１４２を流通するのを許容する複数のチャネル１６２を含む。チャネル１６２のサイズは、流水の速度を制御すべく調節され得る。図２に関して既述したノズル１４におけるのと同様に、所定範囲の速度が決定され得る。前記所定範囲の速度は、取入口１４４において流れる水の期待圧力範囲、並びに、水力発電システム１２の背圧に基づく。これに加えて各ストラット１６０は、流水を導向する翼板として作用すべく所定形態で配向され得る。流水は導向されることで、たとえば、所定様式でローター１１２に作用し、乱流を排除し、圧力低下を調節し、または、作動の効率を高め得る。
【００５９】
図１０は、ハウジング１４２の第１部１５２内におけるノズル１４０およびストラット１６０を示す図９の水力発電システム１２の一部の破断平面図である。各ストラット１６０はノズル１４０の外側部の回りにて、相互から４．４２ミリメートル（０．１７４インチ）などの所定距離１００２に配置可能である。ストラット１６０の各々は、前端部１００４および後端部１００６を含む。隣接して配置された各ストラット１６０の前端部１００４は入口ダクトを形成し得ると共に、隣接して配置された各ストラット１６０の後端部１００６は出口ダクトを形成することができる。矢印１４８により示すように、液体の流れは、まず前端部１００４に到達して前記入口ダクトに進入する。チャネル１６２内において前記液体は、ストラット１６０の後端部１００６に到達する前に速度が増大される。
【００６０】
図示するように、チャネル１６２の幅は後端部１００６に向けて漸進的に狭幅となり得る。故に各チャネル間の断面積は、約１０％〜２０％などの所定量だけ減少される。加圧液体は、次第に狭幅となるチャネル１６２内へと付勢されることから、速度は高まる。各チャネル１６２間の断面積が漸進的に減少することから、流動液体の速度は増大するが背圧は最小化される。これに加え、漸進的に狭幅となるチャネル１６２により、チャネル１６２内における液体の非層流は最小限とされる。
【００６１】
ストラット１６０は、複数の整流器１００８も含むことができる。整流器１００８はチャネル１６２内に含まれることで、非層流を更に最小限とし得る。ストラット１６０と同様に整流器１００８は、第１部１５２の内壁に固定的に結合されてチャネル１６２内へと延在し得る。整流器１００８の例は、本体１０１２に結合されたブレード１０１０を含むことができる。ブレード１０１０は、ストラット１６０の各々の前端部１００４の近傍から後端部１００６に向けて延在するという整流器１００８の実質的に直線状の部とすることができる。本体１０１２は、隣接して配置されたストラット１６０の後端部１００６により形成された前記出口ダクトの所定距離だけ上流に配置された球形状体とすることができる。他の例において整流器１００８は、液体の流れを規定し、かつ、チャネル１６２を通る等流を最大化する他の任意の流体力学的形状とすることができる。
【００６２】
図１０に更に示すように、ノズル１４０は、確立領域１０１８が追随する圧縮領域１０１６へと分割され得る。圧縮領域１０１６内では、液体の流れの方向における急激な遷移が生じ得る。この急激な遷移により、液体の流れにおける乱流が増加され得る。乱流は、第１部１５２内の液体の体積容量が減少するにつれて増加し得る。前記体積は減少するので、液体の圧縮度および速度は増大する。圧縮領域１０１６における体積の減少は事前設定されることで、流動液体の期待圧力範囲に基づく所望流速が達成され得る。圧縮領域１０１６内において流動液体はハウジング１４２の内壁に向けて外方に付勢されることから、乱流および／または非層流が増大され得る。
【００６３】
確立領域１０１８は、流動液体における乱流が鎮まり、かつ、液体が更に層的な流れを有するのを許容するという、液体の均一な体積容量を有する領域を提供する。確立領域１０１８は、流動液体における乱流の予測量に基づく所定長さとすることができる。液体の非層流は、チャネル１６２に進入する前に減少され得る。チャネル１６２内において流動液体の速度は更に増大され、次に液体はローター１１２へと導向される。
【００６４】
再び図９を参照すると、この実施形態のローター１１２は、タービンローター１６４、ローターシャフト１６６および永久磁石１６８を含む。ローター１１２は、通路１５６内を流れる水により該ローター１１２がハウジング１４２の中心軸線１７０の回りで回転するように、通路１５６内に回転可能に配置される。ローター１１２の回転は、流水がタービンローター１６４に作用するときに生ずる。タービンローター１６４は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、または、前記回転力および流水の力に耐え得る他の同様の剛性材料で形成することができる。タービンローター１６４は、少なくとも一枚のタービンブレード１７２および本体１７４を含む。
【００６５】
タービンブレード１７２は、各ストラット１６０を流通する水からのエネルギを受容すべく配置される。タービンブレード１７２は、複数の翼板、螺旋隆起部、または、流水のエネルギを回転エネルギに変換し得るべく本体１７４上に形成された他の機構とすることができる。この実施形態のタービンブレード１７２は本体１７４と一体的に形成され、かつ、ハウジング１４２の内壁の近傍に配置されるまで延在する。本体１７４は、ローターシャフト１６６の一部を環状的に囲繞するキャビティ１７６を画成すべく形成することができる。
【００６６】
尚、ハウジング１４２の内壁に関してチャネル１６２の深度はタービンブレード１７２の深度よりも浅いことを銘記すべきである。前記差分深度によれば、後述するように流水の循環が行われる。これに加え、ステーター１１４を通る水の流路は実質的に直線状である。前記流路の体積もまたチャネル１６２に続いて更に大きくなることで、流水の所定の圧力低下が提供される。故に流水は、該流水がタービンブレード１７２を流通するときに、運動エネルギの相当の量を回転するタービンブレード１７２に放出する。流水における運動エネルギはそれほどの損失および非効率さ無しでタービンブレード１７２により効率的に抽出される。と言うのは、流水の高速流内にはタービンブレード１７２のみが直接的に存在するからである。
【００６７】
ローターシャフト１６６は回転可能であり、かつ、タービンローター１６４と一体的に形成され得るか、または、それに対して該ローターシャフト１６６が圧力嵌め、螺着接続または同様の連結機構により固定的に結合可能である。ローターシャフト１６６は、ステンレス鋼、または、永久磁石１６８を貫通して長手方向に延在し得る他の同様の剛性材料とすることができる。永久磁石１６８は、押出し成形磁石またはプラスチック射出成形磁石とすることができる。代替的に前記永久磁石は、金属、焼結金属、セラミック材料、または、磁気的特性を備えた他の一定の同様の材料で形成することができる。永久磁石１６８は、摩擦嵌合、型成形または他の同様の機構によりローターシャフト１６６に固定的に結合可能である。ローター１１２は、複数の軸受１７８により所定位置にて回転可能に保持される。
【００６８】
各軸受１７８は、永久磁石１６８の夫々の端部にてローターシャフト１６６の一部を環状的に囲繞する。軸受１７８は、炭素グラファイト、テフロン（登録商標）、ボールベアリング、セラミック、超高分子（ＵＨＭＷ）ポリエチレン、または、ローターシャフト１６６の回転に耐え得る他の同様の軸受とすることができる。この実施形態において軸受１７８は、通路１５６内に存在する水により潤滑される。これに加え、後述するように流水は軸受１７８を冷却すべく作用可能である。軸受１７８はステーター１１４に固定的に結合されて所定位置に保持される。
【００６９】
この実施形態のステーター１１４は、複数の出口案内翼板１８０、フィン１８２、複数のコイル１８４、および、キャップ１８６を含む。図９に示すように、ステーター１１４は、通路１５６内において出口案内翼板１８０により固定的に配置される。出口案内翼板１８０はハウジング１４２の内壁に対し、たとえ接着剤、摩擦嵌合、弾性嵌合または同様の堅固な接続機構により固定的に結合される。出口案内翼板１８０はハウジング１４２の内壁と平行に長手方向に延在すると共に、自身を貫通する水の流れに対するチャネルを提供する。出口案内翼板１８０は、流水を吐出口１４６へと導くことで、乱流、気泡、背圧、および、効率的な作動に影響し得る流水の他の同様の挙動を低減すべく形成される。フィン１８２は、流水を吐出口１４６へと導くように同様に形成される。
【００７０】
不図示ではあるが出口案内翼板１８０は、中心軸線１７０と同心的な螺旋形状コイル（または旋条）を擬態する旋回パターンで形成することができる。各出口案内翼板１８０はフィン１８２の方向において漸進的に巻き戻されることで、最終的には中心軸線１７０と実質的に平行となり得る。この形態において出口案内翼板１８０は、乱流を減少して層流を生成し得る。
【００７１】
作動する間、出口案内翼板１８０により受容された液体は、タービンブレード１７２の回転の故に旋回傾向を有し得る。この液体における旋回傾向は、出口案内翼板１８０の前記旋回パターンに対して実質的に整合し得る。故に液体は、乱流を引き起こし得る急激な方向変化無しで出口案内翼板１８０に進入する。出口案内翼板１８０により導かれ、液体の旋回傾向は、出口案内翼板１８０の漸進的な巻き戻しにより漸進的に最小化することができる。故に液体は、実質的に層流により出口案内翼板１８０を出射することで、効率的な作動を最大化し得る。
【００７２】
コイル１８４はコア（図示せず）上に形成されることで、ローター１１２を環状的に囲繞して巻線を形成する。各コイル１８４は、エアギャップ１８８によりローター１１２から離間される。コイル１８４は、出口案内翼板１８０に固定的に結合される。これに加えてコイル１８４は、軸受１７８およびフィン１８２に固定的に結合可能である。コイル１８４は、出口案内翼板１８０、軸受１７８およびフィン１８２に対し、たとえば接着剤により固定的に結合され得るか、または、それらと一体成形され得る。この実施形態においてコイル１８４は通路１５６内に配置されるが、流水に対する流体連通を回避すべく耐水性である。コイル１８４は、たとえばエポキシにより充填され、ゴムもしくはプラスチックにより射出成形され、超音波シールされ、または、同様の耐水機構により水から別様に遮断されることで、耐水性とすることができる。代替実施形態においては、図７、８に関して既述した実施形態と同様に、コイル１８４はハウジング１４２の外側に配置可能である。
【００７３】
コイル１８４はまた、キャップ１８６によっても耐水性とされる。図９に示すように、キャップ１８６は、タービンローター１６４の近傍であるコイル１８４の端部をシールすべく位置決めされる。キャップ１８６は、螺着接続によりコイル１８４に着脱自在に連結され得るか、または、接着剤もしくは一体成形によりコイル１８４に固定的に結合可能である。キャップ１８６は、軸受１７８を部分的に囲繞すべく、かつ、ステーター１１４の半径に等しい所定距離だけ径方向に延在すべく形成される。キャップ１８６の前記所定距離は、ハウジング１４２の内壁に対し、タービンローター１６４の本体１７４よりも接近して延在する。後述するように、ハウジング１４２の内壁からキャップ１８６および本体１７４までの距離の差により、流水の循環が行われる。
【００７４】
作動する間、取入口１４４を通り通路１５６内に流れる水は、該加圧水がチャネル１６２を流通するにつれて所定の速度増加に遭遇する。流水は各ストラット１６０により導向されることで、ローター１１２に回転を与えるべくタービンブレード１７２上における所定の入射角を達成する。チャネル１６２、タービンブレード１７２およびキャップ１８２の差分的深度の故に、流水はキャビティ１７６内へと循環される。キャビティ１７６を通る流水の循環によれば、隣接して配置された軸受１７８の冷却および潤滑が行われる。
【００７５】
この実施形態においてローター１１２は、約５，０００ＲＰＭから約１０，０００ＲＰＭの範囲、または、約４，０００ＲＰＭから約１２，０００ＲＰＭの範囲などの、約５，０００回転／分（ＲＰＭ）以上で回転する。約５，０００ＲＰＭ以上での回転は、約４１５ｋＰａから約６９０ｋＰａ（約６０〜１００ポンド／平方インチ）の液体圧力範囲における約３．７８リットル／分〜約１１．３５リットル／分（約１〜３ガロン／分）の液体流速に基づき得る。５，０００ＲＰＭ以上の回転はまた、約１０３．４ｋＰａから約４１５ｋＰａ（約１５〜６０ＰＳＩ）の液体圧力範囲における約０．７６リットル／分〜約３．７８リットル／分（約０．２〜約１ガロン／分）の液体流速にも基づき得る。本明細書中で論じられた寸法、ＲＰＭ、圧力および流速は、液体の物理的特性および／または製造許容差に依存して１０％〜２０％まで変更可能である。
【００７６】
このＲＰＭ範囲内で作動するために前記水力発電システムは、流体の流体インピーダンス（または風損）による非効率さを減少すべく最小化することができる。本明細書中で用いられるように、「流体インピーダンス(fluid impedance)」との語は、運動エネルギから回転エネルギへの変換の最大化を阻害し得る流体摩擦および／または他の一切の流体効果として定義される。
【００７７】
前記水力発電システムを小型化すると、ローター１１２が回転するときに流体を受ける表面積が最小化される。これに加え、前記水力発電システムの重量が最小化される。たとえば通路１５６の直径は、約６．３５ミリメートルから約５１ミリメートル（約０．２５インチから約２インチ）の範囲とすることができる。これに加え、チャネル１６２の深度は約０．７６ミリメートルから約２．５４ミリメートル（約０．０３インチから約０．１インチ）とされ得ると共に、タービンブレード１７２の深度は約０．８９ミリメートルから約３．８ミリメートル（約０．０３５インチから約０．１５インチ）とすることができる。
【００７８】
前記の小型化および流体インピーダンスの減少により達成され得る更に大きなＲＰＭにより、発電効率は最大化される。たとえば前記発電機は、約５，０００から１０，０００ＲＰＭで回転するときに約０．２７から３０ワットを生成し得る。これに加え、永久磁石１６８のサイズ（および重量）は、水力発電システム１２の電力生成を最適化すべく寸法設定され得る。
【００７９】
ステーター１１４内におけるローター１１２の高ＲＰＭでの回転によれば、水力発電システム１２が作動するときに電気が効率的に生成される。水力発電システム１２は、交流（ＡＣ）を生成し得る。代替実施形態において水力発電システム１２は（ＤＣ）電流を生成し得る。別の代替実施形態において水力発電システム１２は、ＡＣ電流と、該ＡＣ電流の整流および安定化によるＤＣ電流との両方を生成すべく設計され得る。上述したように、磁極の個数およびコイル１８４のサイズおよび形態は、水力発電システム１２の背圧、必要なＲＰＭ、および、目標エネルギ出力に依存する。
【００８０】
次に図３、図６、図７、図８、９を参照すると、これらの図の実施形態に関して論じられた水力発電システム１２の別実施形態は、複数の電圧および電流レベルを供給すべく作用可能である。複数の電圧および電流レベルは、水力発電システム１２の前記コイルを直列形態および並列形態の間で切換えることで供給される。不図示ではあるが、直列形態と並列形態との間で前記コイルを選択的に切換えるために、水力発電システム１２の電圧および電流出力と水処理システム１０の現在の電圧および電流の要求内容とを検知し得るマイクロプロセッサもしくは他の同様の制御ユニットが使用可能である。代替的に、前記コイルを選択的に切換えるべくＲＰＭが使用可能である。前記コイルの選択的な切換えは、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）を生成する実施形態に適用可能である。
【００８１】
たとえば一定の紫外線（ＵＶ）光源は、始動時には比較的に小さい所定交流と、比較的に高い電圧レベルとを必要とする。始動に続いて前記ＵＶ光源は、比較的に大きい交流を必要とするが、比較的に低い電圧レベルで電力を供給され続けることが必要である。たとえば水処理システムにおいて前記ＵＶ光源は低圧の水銀ランプもしくは冷陰極ランプとされ得ると共に、始動電圧および作動状態電圧は安定器(ballast)により提供され得る。代替的に、以下に記述されるように水力発電システム１２が安定器の機能を提供し得ると共に、安定器は排除され得る。水銀ランプおよび／または冷陰極ランプは、水からバクテリアおよび他の不純物を除去し得る。
【００８２】
作動する間、水力発電システム１２が電気を生成するとき、前記コイルは前記マイクロプロセッサにより選択的に直列形態に設定され得る。前記直列形態によれば、前記始動電圧により前記ＵＶ光源を始動し得る所定電圧レベルにて所定の交流が生成される。前記ＵＶ光源の始動後、前記コイルは選択的に並列形態に再構成されることから、前記作動状態電圧により前記ＵＶ光源への電力供給を維持し得る所定電圧レベルにて所定交流が提供される。上述したように水力発電システム１２のコイルが切換えられると、該水力発電システム１２により電力が供給される任意のシステムにおける任意の電気装置の種々の電圧および電流要件が提供され得る。
【００８３】
別実施形態において、既述した実施形態に関して論じられた水力発電システム１２は、巻線へと形成された異なる群のコイルを表す複数のタップ（ｔａｐ）を備え得る。これらのタップは、異なる本数のコイルを電気的に接続して巻線を形成することで、複数の異なる所定電圧レベルを供給すべく作用可能である。水処理システム１０は、作動する間、マイクロプロセッサもしくは他の一定の同様の装置を用いて前記各タップ間で作用的に切換えを行うべく構成することができる。故に、既述したＵＶ光源の例においては、始動電圧を供給するために、始動時には１つのタップを使用することができるが、作動状態電圧を提供すべく連続作動には別のタップが使用可能である。これに加え、水処理システム１０における種々の電気装置の電力要件に依存して、これらの電気装置を作動させるべく同時進行的に種々のタップが使用可能である。タップ切換えは、前記発電機のＲＰＭを制御するためにも使用可能である。ＲＰＭが所望スレッショルド値より低ければ、たとえば各タップはコイルを間引くことでＲＰＭを増大すべく調節され得る。水力発電システム１２のタップ切換えによれば、該水力発電システム１２により電力供給される任意のシステムに種々の電圧レベルも提供され得る。
【００８４】
既述した実施形態に関して論じられた水力発電システム１２の更に別の実施形態においては、存在する逆起電力（ＥＭＦ）が好適に低減される。業界公知のように永久磁石発電機の逆ＥＭＦは、発電機のコア内における金属積層体により形成される磁束濃縮器(flux concentrator)により増大される。前記磁束濃縮器は前記発電機の発電効率を改善すべく作用可能であるが、ローターを回転するためには克服されるべき逆ＥＭＦを供給する。
【００８５】
水処理システム１０に水力発電システム１２が適用される場合、一定のＵＶ光源は始動および作動する間、電力要件が変化する。既述した水力発電システム１２の実施形態を使用すると共に磁束濃縮器を含めないことで、前記ＵＶ光源の作動要件は満足され得る。
【００８６】
作動する間、水処理システム１０への電力供給に先立ち、水力発電システム１２上の回転負荷（逆ＥＭＦ）は、比較的に低いこともある。前記回転負荷が比較的に低くなり得るのは、この実施形態の水力発電システム１２は磁束濃縮器を含まず、かつ、水処理システム１０は電力を使用しないからである。磁束濃縮器を排除した結果、コギングトルク(cogging torque)が減少し、発電機の迅速な回転上昇が許容される。故に、水が水力発電システム１２を流通するとき、前記ローターは、比較的に短時間内に所定の比較的に高いＲＰＭへと加速すべく作用し得る。
【００８７】
比較的に高いＲＰＭは、たとえば水処理システム１０におけるＵＶ光源などを始動し得る所定の交流（ＡＣ）にて所定電圧（始動電圧）を供給する。前記ＵＶ光源の始動後、水力発電システム１２上の回転負荷が増大されることで前記ローターのＲＰＭが減速される。前記ローターの更に低速なＲＰＭによれば、対応する所定交流（ＡＣ）による所定低電圧（作動状態電圧）が提供されることから、前記ＵＶ光源を連続的に発光させることが可能となる。尚、この実施形態の水力発電システム１２により提供される「即時始動(instant-on)」機能によれば水処理システム１０におけるＵＶ光源にエネルギ貯蔵装置が電力供給を行う必要性が排除され得ることを理解すべきである。と言うのは、前記ＵＶ光源は水が流れ始めるのと殆ど同時に電力が供給されるからである。
【００８８】
図１１は、部分的断面図で示された水力発電システム１２の別実施形態である。先行実施形態と同様に、水力発電システム１２は水処理システム１０において使用可能である。これに加えて水力発電システム１２は、流動する加圧液体と共に他の任意の形態のシステムに含まれ得る。水力発電システム１２はまた、ＵＶ光源、フィルタ、電子機器などの水処理システムの特徴も含むことができる。
【００８９】
図示された水力発電システム１２は、側部カバーを除去して示された外側ハウジング１１０２を含む。これに加えて水力発電システム１２は、内側ハウジング１１０４、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。外側ハウジング１１０２は、プラスチック、金属、炭素繊維または他の剛性材料とされ得ると共に、キャビティ１１１０を含む。該キャビティ１１１０は、外側ハウジング１１０２の内面１１１２に内側ハウジング１１０４を接触させずに該内側ハウジング１１０４を収容すべく寸法設定された空気空間である。外側ハウジング１１０２には、吐出口１１１４も含まれる。該吐出口１１１４は、外側ハウジング１１０２内に存在する液体が重力によりキャビティ１１１０から排出されることで、作動する間、前記空気空間が維持されるのを許容する開孔とすることができる。
【００９０】
内側ハウジング１１０４は略円筒状であると共に、プラスチック、金属、炭素繊維または他の同様の材料で形成することができる。内側ハウジング１１０４は外側ハウジング１１０２内に取付けられことで、外側ハウジング１１０２のキャビティ１１１０内のセンタリングロッド１１０６の少なくとも一部を囲繞する。センタリングロッド１１０６は、外側ハウジング１１０２に固定的に結合されて内側ハウジング１１０４内に延在し得る。センタリングロッド１１０６は、ステンレス鋼などの、長手方向に延在する任意の堅固な材料とすることができる。
【００９１】
内側ハウジング１１０４には、複数のブッシュ１１１６が結合されてセンタリングロッド１１０６を囲繞し得る。ブッシュ１１１６の各々は、プラスチック、金属または他の同様の材料で形成されたスリーブとすることができる。ブッシュ１１１６には、センタリングロッド１１０６を収容する開孔と、内側ハウジング１１０４の外面における開孔内に嵌合すべく形成された外面とが形成することができる。ブッシュ１１１６における前記開孔は十分に大型とされることで、センタリングロッド１１０６の回りにて、該センタリングロッド１１０６に接触しない外側ハウジング１１０２内で該ブッシュ１１１６が回転することが許容され得る。ブッシュ１１１６の前記外面は、内側ハウジング１１０４および該ブッシュ１１１６が一体的に回転するように、内側ハウジング１１０４の外面に固定的に結合可能である。代替的に、ブッシュ１１１６および内側ハウジング１１０４は、センタリングロッド１１０６の回りで独立して回転可能となっている。
【００９２】
内側ハウジング１１０４は、該内側ハウジング１１０４の外面１１２０に固定的に結合されて該外面から外方に延在する複数のパドル１１１８も含むことができる。パドル１１１８は、プラスチック、炭素繊維、金属または他の同様の材料で形成することができる。パドル１１１８は、内側ハウジング１１０４が回転するときに該パドル１１１８の各々が一定の箇所でノズル１１０８の近傍に配置されるように、内側ハウジング１１０４の外面１１２０に対し直交して位置決めされ得る。
【００９３】
図示するように、ノズル１１０８は、内側ハウジング１１０４と吐出口１１１４との間でキャビティ１１１０内に延在すべく取付けることができる。図１から図５に関して既述したノズル１４と同様に、ノズル１１０８は加圧液体の速度を増大する。第１速度にてノズル取入口１１２２に供給された加圧液体は、ノズル１１０８を流通すると共に、前記第１速度よりも相当に大きな第２速度にてノズル吐出口１１２４から吐出される。ノズル１１０８により前記キャビティ内へと吐出された液体は、各パドル１１１８における前記空気空間を通り導向される。
【００９４】
図１２は、ノズル取入口１１２２（図１１）から見たノズル１１０８の端面図である。ノズル１１０８は、ノズル吐出口１１２４（図１１）に向けて直径が減少する軸方向ボアである通路１２０２を含む。通路１２０２内には、リブ１２０４が含まれる。リブ１２０４は、ノズル１１０８の内側面１２０６に結合されると共に、内側面１２０６からノズル１１０８の中心軸線１２０８に向けて延在する。
【００９５】
図１３は、図１２に示されると共にリブ１２０４を含むノズル１１０８の破断底面図である。ノズル１１０８を貫通する通路１２０２は、ノズル取入口１１２２の近傍の第１角度的部１３０２を含み、これに対しては第１直線状部分１３０４、テーパ部分１３０６、第２角度的部１３０８、および、ノズル吐出口１１２４を形成する第２直線状部分１３１０が追随する。通路１２０２は、ノズル取入口１１２２にて約１０．８ミリメートルなどの所定入口直径とすることができる。第１角度的部１３０２内において通路１２０２の直径は、約２０°などの様に中心軸線１２０８に関して所定角度（θ）にてノズル吐出口１１２４に向けて直径が均一に減少し得る。
【００９６】
第１直線状部分１３０４において通路１２０２の直径は、約５．８ミリメートルなどの所定の第１ノズル直径とすることができる。通路１２０２の第１直線状部分１３０４の全体に亙り、内側面１２０６は中心軸線１２０８に対して概ね平行とされ得ることから、前記第１ノズル直径に維持される。テーパ部分１３０６において通路１２０２は、曲率半径を有し得る。前記曲率半径は、約８．７ミリメートルなどの所定半径を有する円の一部を形成することができる。第２角度的部１３０８における通路１２０２の直径は、約２０°などの様に、中心軸線１２０８に関して所定角度（θ）にてノズル吐出口１１２４に向けて均一割合で減少し得る。第２直線状部分１３１０は、通路１２０２を約１．８５ミリメートルなどの所定の第２ノズル直径に維持することで、ノズル吐出口１１２４を形成することができる。
【００９７】
前記第１および第２ノズル直径は、ノズル１１０８に供給される液体の利用可能な圧力範囲に基づいて決定され得る。一例において、第１直線状部分１３０４の直径は比較的に不変のままとされ得ると共に、第２直線状部分１３１０の直径はノズル１１０８に導入される液体の圧力に基づいて変更可能である。たとえば第１直線状部分１３０４の直径は約５．８ミリメートルのままとされ得ると共に、第２直線状部分１３１０は約１．９ミリメートル以下に形成することができる。故に、ノズル１１０８の第２直線状部分１３１０（ノズル吐出口１１２４）の直径は、ノズル１１０８の第１直線状部分１３０４の直径の約３３％以下である。
【００９８】
別の例において第２直線状部分１３１０は、ノズル取入口１１２２にて約３４ｋＰａから８５０ｋＰａ（約５から１２５ＰＳＩ）に加圧された液体と共に使用されるために約０．８ミリメートルから約１．９ミリメートル（約０．０３から０．０７５インチ）の範囲に形成することができる。この例においてノズル１１０８は、ノズル１１０８の第１直線状部分１３０４の直径の約１４％から約３３％とすることができる。この例に対するノズル１１０８の結果的な流速は、３４ｋＰａにおける約０．４４リットル／分から約８５０ｋＰａにおける約４．１６リットル／分（約０．１１５ガロン／分から約１．１ガロン／分）の範囲とすることができる。
【００９９】
リブ１２０４は、通路１１０２を流通する液体の旋回および他の非層流的な挙動を最小化する任意の構成とすることができる。示されたリブ１２０４は、ノズル取入口１１２２にて開始し、中心軸線１２０８に沿い所定距離だけ延在して、第１角度的部１３０２、第１直線状部分１３０４を通りテーパ部分１３０６に至る。均一な幅を有するものとして示されるが、他の例においてリブ１２０４は、ノズル１１０８を通る液体の層流を促進する一個以上のテーパ幅部、球部（ｂｕｌｂ）、湾曲部または他の任意の構成を含むことができる。これに加え、リブ１２０４の長さは、通路１２０２を流通する液体の旋回を最適に排除すべく、図示されたよりも短寸もしくは長寸とすることができる。
【０１００】
図１４は、図１２に示されたリブ１２０４を含むノズル１１０８の破断側面図である。例示的なリブ１２０４は、通路１２０２のノズル取入口１１２２にて内側面１２０６から中心軸線１２０８に向けて外方に所定第１距離だけ延在する。リブ１２０４が内側面１２０６から延在する距離は、該リブ１２０４が中心軸線１２０８に沿いノズル吐出口１１２４に向けて延在するにつれて、ゼロまで漸進的に減少する。図示例においてリブ１２０４は、該リブ１２０４が中心軸線１２０８に沿いノズル吐出口１１２４に向けて延在するにつれて中心軸線１２０８から漸進的に更に離間する様に所定距離に亙り延在すべくテーパ付けされる。これに加え、内側面１２０６と中心軸線１２０８との間の距離はノズル吐出口１１２４に向かい更に小さくなるので、図示するように、リブ１２０４は更にテーパ付けられる。他の例においてリブ１２０４は、ノズル１１０８を通る液体の旋回効果を減少して層流を促進する他の任意の形状を形成することができる。
【０１０１】
図１１を再び参照すると、作動する間、ノズル１１０８を流通する液体は層流として維持され得る一方、液体の速度はノズル１１０８内で加速される。前記液体は、高速噴流でノズル１１０８から吐出され得る。実質的な層流の故に、液体噴流は、吐出の後でもノズル吐出口１１２４と概ね同一の直径である良好に画成された流れのままとすることができる。故に、液体噴流れにより生成される液体の霧化は最小化され、かつ、流動液体の運動エネルギは比較的に小さな領域内に集中可能である。
【０１０２】
液体噴流は、パドル１１１８に向けて導向され得る。パドル１１１８に対する衝当時に、液体内に存在する運動エネルギは内側ハウジング１１０４の回転エネルギへと効率的に変換することができる。内側ハウジング１１０４が回転する間、パドル１１１８の各々はノズル１１０８から吐出された高速の液体噴流内に進入し、液体噴流内に存在する運動エネルギの実質的に全てを受け取れる。
【０１０３】
運動エネルギが前記液体から抽出されたなら、該液体は重力により吐出口１１１４へと落下し得ると共に、外側ハウジング１１０２から導かれ排出される。この排出により、外側ハウジング１１０２は実質的に液体が空のままとされる。ノズル１１０８から吐出される一定の液体の流れの故に一定の液体は存在するが、前記の排出によっても、外側ハウジング１１０２内の液体のレベルは、ノズル１１０８および内側ハウジング１１０４が液体に浸漬されないために十分に低位に維持可能である。故にノズル１１０８および内側ハウジング１１０４は、流体インピーダンスによる損失が最小化され乍ら、外側ハウジング１１０２内の空気空間内で作動する。
【０１０４】
液体の幾分かは、パドル１１１８上に一時的に残存し、かつ、内側ハウジング１１０４の回転力により外側ハウジング１１０２の内面１１１２上へと投じられる。これに加え、液体の幾分かはパドル１１１８を衝撃して内面１１１２上へと偏向され得る。
【０１０５】
内面１１１２には、キャビティ１１１０内における液体の霧化を最小化すべく案内構造が形成することができる。キャビティ１１１０内の液体の霧化を最小化すると、回転する内側ハウジング１１０４から過剰液体が離間維持されることで、回転する該内側ハウジング１１０４に関する流体インピーダンスによる損失が最小化される。内面１１１２上に含まれた前記案内構造はまた、液体の霧化を効率的に収集して液体を吐出口１１１４へと導くように設計された旋回パターンを以て形成することができる。故に、ノズル１０８のノズル吐出口１１２４が液体に浸漬されない様に、キャビティ１１１０は作動する間、実質的に液体が空のままであり、かつ、空気（または他の一定の気体）により実質的に充填されたままとされる。
【０１０６】
図１５は、図１１の外側ハウジング１１０２の断面図における内面１１１２の一例を示している。内面１１１２は、該内面１１１２から内側ハウジング１１０４（図１１）に向かい外方に延在する複数の指部１５０２の形態の案内構造を含む。指部１５０２の各々は、個別の角錐形状部材として形成される。他の例において指部１５０２は、溝、リング、ストラット、軌道、または、外側ハウジング１１０２の内面１１１２における他の任意の形態の凹凸とすることができる。指部１５０２は、所定パターンで配置可能である。該パターンは、液体の霧化を最小化すべく、かつ、吐出口１１１４（図１１）へ最大限液体が導かれるように、回転する内側ハウジング１１０４およびパドル１１１８から放出される液体のモデル化もしくは分析に基づく旋回パターンとすることができる。
【０１０７】
指部１５０２は、外側ハウジング１１０２の内面１１１２と接触する液体の液体霧化を最小化し得る。これに加えて指部１５０２は、外側ハウジング１１０２に含まれる中央チャネル１５０４および外側チャネル１５０６に水を導くように構成することができる。中央チャネル１５０４および外側チャネル１５０６は、Ｖ形状溝、または、吐出口１１１４（図１１）に向けて液体を導く他の一定の管路の形態とすることができる。内面１１１２はまた、複数の分岐通路１５０８も含むことができる。該分岐通路１５０８は、中央チャネル１５０４または外側チャネル１５０６へと液体を導く内面１１１２における弧状系路とすることができる。前記各チャネルはまた、液体の霧化を最小化すべく、かつ、吐出口１１１４（図１１）へ液体が最大限導かれるように、回転する内側ハウジング１１０４から放出される液体のモデル化もしくは分析に基づく旋回パターンにても配置可能である。
【０１０８】
指部１５０２は、分岐通路１５０８の各々に沿い配置可能である。指部１５０２を衝撃する液体は、該指部１５０２により「捕捉」され得る。前記液体は指部１５０２から分岐通路１５０８へと流れてから、中央チャネル１５０４もしくは外側チャネル１５０６へと流れ得る。
【０１０９】
図１６は、図示目的で内側ハウジング１１０４およびセンタリングロッド１１０６が除去された、図１１に示された外側ハウジング１１０２の側面図である。外側ハウジング１１０２の内面１１１２は、該内面１１１２における液体に対する弧状系路を形成する複数の分岐通路１６０２に沿い載置された指部１５０２を含む。指部１５０２により「捕捉」された液体は指部１５０２から分岐通路１６０２へと流れ、外側チャネル１５０６（図１４）および／または吐出口１１１４へと導かれる。
【０１１０】
図１７は、図１１に示されると共に吐出口１１１４を含む外側ハウジング１１０２の底部の断面図である。ハウジング１１０２の底部も同様に、液体を吐出口１１１４に向けて導向する弧状通路である複数の分岐通路１７０２を含む。指部１５０２は、分岐通路１７０２の各々に沿い載置され得る。
【０１１１】
図１８は、図１１に示されると共にセンタリングロッド１１０６を含む内側ハウジング１１０４の分解斜視図である。内側ハウジング１１０４には、ブッシュ１１１６、パドル１１１８、第１ハブ１８０２、第２ハブ１８０４、ローター１８０６およびステーター１８０８も含まれる。センタリングロッド１１０６は中心軸線１８１２に沿い内側ハウジング１１０４を貫通延在してブッシュ１１１６と協働して作用することで、ステーター１８０８に対する中心合わせ機能を提供可能である。各ブッシュ１１１６は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の第１端部に形成されたブッシュ用開孔１８１６内に中心軸方向に嵌合すべく形成することができる。
【０１１２】
第１と第２のハブ１８０２、１８０４は、プラスチック、炭素繊維または他の任意の剛性材料で形成することができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々は、略円筒状とされ、かつ、開放端部１８１８を有するキャビティを形成することができる。開放端部１８１８は、ブッシュ用開孔１８１６を含む第１端部の反対側の第２端部におけるものとすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４は、開放端部１８１８にて相互に連結されることで内側ハウジング１１０４の外面１１２０（図１１）を形成することができる。
【０１１３】
第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々は、保持リング１８２０を含む。保持リング１８２０は、開放端部１８１８の縁部の回りにて中心軸線１８１２に平行に外方に延在する複数の突起部１８２２を含む。保持リング１８２０における突起部１８２２の各々の間には、複数のスロット１８２４が形成することができる。各突起部１８２２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４が開放端部１８１８にて連結されたときに相互に密接して接触すべく整列され得る。故に各スロット１８２４もまた、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の間に整列されて開孔を形成することができる。
【０１１４】
第１と第２のハブ１８０２、１８０４はまた、内側ハウジング１１０４の外面の回りにて同心的に順次に配設され得る複数の通孔１８２６も含む。各通孔１８２６は、内側ハウジング１１０４の内側の前記キャビティと該内側ハウジング１１０４の外側との間の液体連通を許容する開孔を形成する。故に液体は、通孔１８２６を介して内側ハウジング１１０４に進入または退出し得る。
【０１１５】
内側ハウジング１１０４が回転するとき、該内側ハウジング１１０４内の液体は、生成される回転関連の遠心力により通孔１８２６を通り流出する。故に、内側ハウジング１１０４が高ＲＰＭで回転するときに該内側ハウジング１１０４の内側の液体に起因する流体インピーダンスによる損失は、通孔１８２６を通る液体の同時進行的な排出により最小化される。故に、回転する内側ハウジング１１０４は、液体が実質的に空となる様に前記キャビティを維持し得る。前記キャビティは、実質的に無水とされ得ると共に、空気（または他の一定の気体）により充填され得る。前記キャビティは湿潤されることもあるが、該キャビティは、効率的な作動に影響するに足る量の液体は不在のままとすることができる。通孔１８２６はまた、冷却のために内側ハウジング１１０４を通る空気流も提供可能である。
【０１１６】
第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々に形成された前記キャビティ内には、該第１と第２のハブ１８０２、１８０４から中心軸線１８１２に向けて外方に延在する複数の保持部１８２８が在る。各保持部１８２８は所定距離だけ離間して配置されることで、各保持部１８２８間に複数のノッチ１８３０を形成することができる。各保持部１８２８は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の一体的部分として形成することができる。代替的に各保持部１８２８は、プラスチック、金属、炭素繊維、または、夫々のキャビティ内で第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の内面に結合され得る他の任意の剛性材料で別体的に形成することができる。
【０１１７】
ローター１８０６は、保持部用リング１８３４および磁石１８３６を含むことができる。保持部用リング１８３４は、鉄または他の同様の鉄系（または非鉄）材料で形成された円筒状スリーブとすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４が一体的に結合されたとき、保持部用リング１８３４の一部は第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々のキャビティ内に配置可能である。保持部用リング１８３４は、該保持部用リング１８３４が内側ハウジング１１０４と共に回転するように、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の夫々の内部で保持部１８２８に結合可能である。保持部用リング１８３４は、磁石１８３６と共に作用して発電機効率を改善する磁束濃縮器として構成することができる。
【０１１８】
磁石１８３６は、保持部用リング１８３４に結合され、かつ、内側ハウジング１１０４と共に回転もし得る。磁石１８３６は、焼結もしくは接合されたネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）希土類磁石などの永久磁石とすることができる。磁石１８３６は、当該構造に沿い構成された所望数のＮおよびＳ極を備えた連続的な単一構造として形成することができる。代替的に保持部用リング１８３４には、複数の個別の磁石が整列かつ結合可能である。
【０１１９】
前記発電機の逆ＥＭＦは、磁石１８３６を保持部１８２８に対して直接的に結合することで好適に減少され得る。故に、保持部用リング１８３４は排除され得る。上述したように、逆ＥＭＦが減少すると更に高速な加速が許容され、ＵＶ光源の「即時始動」機能を提供するなどして、一定の負荷に対して好適となり得る。
【０１２０】
ステーター１８０８には、上述したように、一本以上の静止的巻線（図示せず）が巻回された複数の磁極１８４０が形成することができる。磁極１８４０は、取付プレート１８４２に結合された金属積層体とすることができる。取付プレート１８４２は、金属、プラスチックもしくは他の任意の剛性材料とされ得ると共に、センタリングロッド１１０６に結合可能である。ステーター１８０８は、磁石１８３６が各磁極１８４０の近傍にてステーター１８０８の回りにエアギャップを介して配置されるように、第１と第２のハブ１８０２、１８０４により形成された前記キャビティ内に配置可能である。
【０１２１】
ステーター１８０８は湿潤もしくは無水にて作動可能である。と言うのは、巻線は、該巻線を形成すべく使用されるワイヤ上のエナメル被覆などの非導電材料によりシールされ得るからである。代替的に前記巻線は、プラスチック、ゴムまたは他の一定の耐水材料により重ね成形（ｏｖｅｒ−ｍｏｌｄ）され得る。耐水性を提供することに加え、斯かる重ね成形はまた、ステーター１８０８の回りで内側ハウジング１１０４が高速で回転するときの流体インピーダンスによる損失に寄与し得るステーター１８０８の縁部もしくは他の特定形状も減少し得る。
【０１２２】
ローター１８０６およびステーター１８０８の組み合わせによれば、三相電力を発生する発電機が形成することができる。代替的に前記発電機は、単相発電可能である。前記発電機により生成された電力は、電源ライン１８４４に提供され得る。電源ライン１８４４は、ステーター１８０８の単一もしくは複数の巻線に電気的に接続電可能である。電源ライン１８４４は、中心軸線１８１２に沿いセンタリングロッド１１０６を貫通させて延設された通路を通して経路設定され得る。電力に加え、前記ローターの回転および／または生成された電力を監視することにより、流量式測定を行うことができる。
【０１２３】
ステーター１８０８と磁石１８３６との間の前記エアギャップは、センタリングロッド１１０６および周囲のブッシュ１１１６と組み合わされた磁石１８３６の磁界により維持することができる。ステーター１８０８は、センタリングロッド１１０６に結合することができる。故に、内側ハウジング１１０４が回転するが故にローター１８０６が回転すると同時に、回転する磁界はステーター１８０８の単一もしくは複数の巻線における電力の生成を誘起する。
【０１２４】
作動する間、内側ハウジング１１０４は、単一の高速液体流により５，０００ＲＰＭ以上などの比較的に高い毎分回転数（ＲＰＭ）で回転することができる。前記比較的に高いＲＰＭは、内側ハウジング１１０４のサイズが比較的に小寸であり、かつ、流体インピーダンスによる損失が最小化されるが故に達成され得る。略円筒状の内側ハウジング１１０４の直径は、約４０ミリメートルから約１０ミリメートルの範囲などの様に約４０ミリメートル未満とすることができる。ノズル１１０８（図１１）のノズル吐出口１１２４（図１１）の直径が約１．９ミリメートルから約０．８ミリメートルの範囲であることから、ノズル吐出口１１２４の直径は内側ハウジング１１０４の直径の約４．７５％から約８％である。
【０１２５】
内側ハウジング１１０４の回転速度、故に前記発電機により生成される電力の量は、ノズル１１０８（図１１）により吐出される液体の速度および内側ハウジング１１０４の直径に基づき得る。故に、液体圧力および流速の所定範囲内では、ノズル１１０８（図１１）のノズル吐出口１１２４（図１１）の所定範囲の直径と、内側ハウジング１１０４の所定範囲の直径とに対し、所定範囲の電力が出力され得る。たとえば、ノズル１１０８のノズル吐出口１１２４の直径が約０．８ミリメートルから約１．９ミリメートルの範囲であれば、約０．４４リットル／分から約４．１６リットル／分（約０．１１５ガロン／分から約１．１ガロン／分）で吐出が為され得る。前記流速は、ノズル取入口１１２２（図１１）における約３４ｋＰａから約４１３ｋＰａ（約５ポンド／平方インチから約６０ポンド／平方インチ）の圧力範囲に基づき得る。結果的な内側ハウジング１１０４の回転により、約０．２５ワットから約３０ワットの電力が生成され得る。前記発電機からのこの例示的範囲の電力は、ＵＶランプもしくは電子アセンブリを直接的に駆動し得るか、または、整流されることで、コンデンサ、スーパーコンデンサ(super capacitor)、ウルトラコンデンサ(ultra capacitor)および／またはバッテリーなどのエネルギ貯蔵装置を充電し得る。
【０１２６】
磁石１８３６は、内側ハウジング１１０４の平衡および整列も提供可能である。磁石１８３６の重量は、内側ハウジング１１０４の回転を旋回平衡化(spin balance)すべく構成することができる。故に内側ハウジング１１０４は、不平衡な回転に伴う振動または他の効果が最小化され乍ら高ＲＰＭで円滑に回転可能となっている。上述したように、磁石１８３６の重量は高ＲＰＭにおける効率的な電力生成によっても最小化することができる。
【０１２７】
これに加え、磁石１８３６の磁界は、ステーター１８０８に対するローター１８０６の整列、故に内側ハウジング１１０４の整列を維持し得る。実質的に等しく分布された磁石１８３６の磁界によれば、その中心軸が一致するようにローター１８０６およびステーター１８０８を配置可能である。故に内側ハウジング１１０４もまた、センタリングロッド１１０６に中心軸が一致させることが可能である。ブッシュ１１１６およびセンタリングロッド１１０６は、内側ハウジング１１０４を同軸に配置することを支援し得るが、内側ハウジング１１０４は磁石１８３６の磁界により、センタリングロッド１１０６に中心軸が一致するように浮動、支持され得る。故に、周囲のブッシュ１１１６と非回転のセンタリングロッド１１０６との間における摩擦損失は最小化することができる。これに加え、ステー、ラッチまたは相対位置決めを維持する他の任意の機構を使用せずに水力発電機１２が垂直、水平などに取付けられたとき、前記磁界によればステーター１８０８に対する内側ハウジング１１０４の位置関係が維持可能である。
【０１２８】
図１１、１８に図示するように、各パドル１１１８は内側ハウジング１１０４を同心的に囲繞するリングを形成することができる。各パドル１１１８は、内側ハウジング１１０４の外面に結合されるべく個別に製造された部材とすることができる。第１と第２のハブ１８０２、１８０４が一体的に結合されたとき、パドル１１１８の各々はスロット１８２４の内の１つにおいて所定位置に維持されることで前記リングを形成する。代替的に各パドル１１１８は、接着、溶接、摩擦嵌合または他の任意の機構により、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の双方または一方に個別にまたは群として結合可能である。
【０１２９】
各パドル１１１８は、個別に製造されてから組立てられてリングとされることで、コストが削減され、かつ、製造性が改善され得る。これに加え、内側ハウジング１１０４の直径、故に各パドル１１１８による前記リングの直径は、個々のパドル１１１８の形状寸法に対するそれほどの変更なしで変更可能である。個々のパドル１１１８の各々、および、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々における保持リング１８２０の構成は協働して作用することで、スロット１８２４内におけるパドル１１１８の位置が維持される。
【０１３０】
図１９は、図１８に示されたパドル１１１８の一例の斜視図である。示されたパドル１１１８は概ね凹状とされ得ると共に、基部１９０２、第１パドル部１９０４、第２パドル部１９０６およびスロット１９０８を含む。基部１９０２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４（図１８）の隣接スロット１８２４（図１８）に嵌合すべく形成することができる。基部１９０２は、下側表面１９１２および脚部１９１４を含むことができる。下側表面１９１２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４（図１８）の内面の曲率半径と同様に所定曲率半径にて湾曲され得る。脚部１９１４は略三角形状とされ得ると共に、第１斜面１９１６、第２斜面１９１８および前面１９２０を含む。
【０１３１】
次に図１８、１９を参照すると、パドル１１１８が内側ハウジング１１０４内に取付けられるとき、基部１９０２は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々において隣接配置されたノッチ１８２４内に配設され得る。各パドル１１１８の脚部１９１４は、第１と第２のハブ１８０２、１８０４上の突起部１８２２によりノッチ１８２４内に保持可能である。図示する例では、第１と第２の斜面１９１６、１９１８は、夫々、第１と第２のハブ１８０２、１８０４の各々の突起部１８２２の内の１つに密接させて接触可能である。これに加えて前面１９２０は、隣接して取付けられたパドル１１１８に密接させて接触可能である。
【０１３２】
図２０は図１９のパドル１１１８の平断面図であり、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６および脚部１９１４を示している。また、パドル１１１８の後面２００２も示される。パドル１１１８が内側ハウジング１１０４（図１１）上に取付けられたとき、後面２００２は、隣接して取付けられたパドル１１１８の脚部１９１４の前面１９２０（図１９）に密接して接触可能である。故にパドル１１１８の基部１９０２（図１９）は、各パドル１１１８によるリングにおいて隣接して配置された突起部１８２２（図１８）と各パドル１１１８との組み合わせにより、効率的に所定位置に保持される。パドル１１１８の各々の基部１９０２は、内側ハウジング１１０４の外面の近傍における連続的同心リング(unbroken concentric ring)の一部を形成することができる。パドル１１１８は、摩擦嵌合、接着、溶接または他の任意の連結機構もしくは材料により所定位置に保持可能である。
【０１３３】
再び図１９を参照すると、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６は各々、高速液体流を受け入れ得る別体のカップもしくは凹所を提供可能である。図２０に示すように、第１と第２のパドル部１９０４、１９０６の各々は楕円形とすることで、パドル部１９０４、１９０６に衝当する液体の流れを最適化し得る。スロット１９１８によれば、内側ハウジング１１０４（図１１）が高ＲＰＭで回転するときに液体の流れはパドル１１１８の各々に効率的に衝当可能である。
【０１３４】
前述の水力発電システム１２はまた、水処理システムの機能も含むことができる。一例において、前記水力発電システムは、水栓もしくは他の衛生器具に取付けることができる。水栓に取付けられた水力発電システム１２の取入口は、その水栓の水吐出口端に連結可能である。水力発電システム１２は、既述した発電機能に加え、炭素フィルタおよび紫外線（ＵＶ）ランプを含むことができる。これに加えて水力発電システム１２は、処理水が所望されないときに該水力発電システム１２をバイパスする液体分流器を含むことができる。水力発電システム１２はまた、前記ＵＶランプおよびフィルタの寿命を監視するマイクロプロセッサなどの処理装置も含むことができる。水力発電システム１２は、フィルタ寿命の監視における使用に関して上述したように、液体流検出を行うことができる。これに加え、前記ＵＶランプの寿命の終りは、前記マイクロプロセッサにより監視可能である。更に、タップとコイルの双方または一方の切換えは前記マイクロプロセッサにより動的に指示することで、上述したように、前記ＵＶランプの始動時の第１電圧の供給と、該ＵＶランプへの連続的電力供給が提供され得る。
【０１３５】
水力発電システム１２によれば、加圧液体の流れを含むと共に電源を必要とする他の用途も提供され得る。たとえば、作動するために電力源を必要とする作動検出器、電動バルブまたは他の任意の装置を備えた衛生器具が、水力発電システム１２の一部として包含され得る。
【０１３６】
図２１は、前記水力発電システムの一部として含まれたスツール(stool)もしくは朝顔(urinal)などの、化粧室に対する例示的な衛生器具２１００の斜視図である。衛生器具２１００は、水を受容する水取入口２１０２および水を吐出する水吐出口２１０４を含む。衛生器具２１００はまた、バルブモジュール２０１６、電子機器用ハウジング２１０８および発電モジュール２１１０も含む。他の例においては、制御弁、水取入口および水吐出口を有する水栓、シャワーまたは他の任意の衛生器具が前記水力発電システムに同様に含まれ得る。本明細書中で用いられるように、「衛生器具(plumbing fixture)」との語は、水栓、化粧室の洗流機構、霧化器およびシャワーなどの洗面所関連装置を包含すべく定義される。これに加え、衛生器具としては、スプリンクラー、噴水、および、約１０３４ｋＰａ（約１５０ポンド／平方インチ）未満の圧力で液体の流れを制御、かつ、／又は導く他の任意の装置および機構が挙げられる。
【０１３７】
図２２は、図２１に示した衛生器具２１００の一例の破断側面図であり、該衛生器具は取入口２１０２、吐出口２１０４、バルブモジュール２０１６、電子機器用ハウジング２１０８および発電モジュール２１１０を含む。
【０１３８】
バルブモジュール２０１６は電動バルブ２２０２を含む。電動バルブ２２０２は、液体流の経路を開閉する電圧および電流により起動され得る任意の電気機械的なバルブ装置とすることができる。付勢されると電動バルブ２２０２は、バルブモジュール２０１６を介して液体流の経路を開成する位置へと移動し得る。前記液体流経路が開成されたとき、取入口２１０２に供給された加圧液体はバルブモジュール２０１６および発電モジュール２１１０を通り吐出口２１０４へと流れ得る。消勢されると、電動バルブ２２０２は前記液体流経路を閉成することで、バルブモジュール２０１６および発電モジュール２１１０を通る液体の流れを停止し得る。
【０１３９】
発電モジュール２１１０は、図１１から図２０について既述した実施形態と同様に、外側ハウジング１１０２、内側ハウジング１１０４、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。故に、これらの特徴の詳細な説明は省略する。他の例において、発電モジュール２１１０には、既述した他の実施形態の任意のものに類似した特徴および／または構成要素を具備することができる。外側ハウジング１１０２はまた、内側ハウジング１１０４に対する衝撃に続き液体を吐出口２１０４に導く水落し２２０４も含む。内側ハウジング１１０２は前記衛生器具から、保守および／または修理のためにユニットとして取り外され得る。取入口２１０２に提供された加圧液体はノズル１１０８により高速へと加速され、かつ、液体の流れとして、内側ハウジング１１０４の外面に配置されたパドル１１１８に向けて供給される。
【０１４０】
高速液体流における運動エネルギの大部分は回転エネルギに変換されて内側ハウジング１１０４を高ＲＰＭで回転させる。前記液体は重力により、衛生器具２１００の水吐出口２１０４へと落下する。外側ハウジング１１０２のキャビティ内の液体の霧化もまた、外側ハウジング１１０２の内面１１１２と水落し２２０４との構成により水吐出口２１０４に向けて導かれ得る。内側ハウジング１１０４の高ＲＰＭの回転によれば、内側ハウジング１１０４内に含まれた永久磁石発電機により電力が生成される。電力は、前記発電機により電源ライン１８４４上に生成され得る。電源ライン１８４４は、センタリングロッド１１０６における通路および管路２２０６を通り電子機器用ハウジング２１０８へと経路設定され得る。
【０１４１】
電子モジュール２１０８は、衛生器具２１００に対する一切の電気関連回路機構および構成要素を含むことができる。電子機器用ハウジング２１０８は、バルブ制御器２２２６、エネルギ貯蔵装置２２２８、電力制御器２２３０およびセンサ２２３２を含むことができる。バルブ制御器２２２６は電動バルブ２２０２の一部とされ得ると共に、電圧および電流を用いて電動バルブ２２０２を開閉すべく起動し得る任意の装置とすることができる。バルブ制御器２２２６は、電気モータ、回転アクチュエータ、ソレノイド、または、バルブ機構を移動させ得る他の任意の装置を含むことができる。これに加えてバルブ制御器２２２６は、リミットスイッチ、または、電動バルブ２２０２の位置を決定する他の任意の形態の位置検知装置を含むことができる。バルブ制御器２２２６へは、エネルギ貯蔵装置２２２８により電力を供給することができる。
【０１４２】
エネルギ貯蔵装置２２２８は、バッテリー、および／または、コンデンサ、および／または、電圧および電流の形態でエネルギを貯蔵し得る他の任意の回路もしくは装置とすることができる。電力制御器２２３０は、バルブ制御器２２２６およびエネルギ貯蔵装置２２３８に連結される。電力制御器２２３０は、エネルギ貯蔵装置２２２８における電圧の大きさを監視すると共に電動バルブ２２０２の動作を制御し得る任意の回路もしくは装置とすることができる。
【０１４３】
作動する間、エネルギ貯蔵装置２２２８における電圧の大きさは、電力制御器２２３０により監視される。前記電圧が所定スレッショルド値以下に低下したとき、電動バルブ２２０２は電力制御器２２３０により起動されて開成し得る。電力はエネルギ貯蔵装置２２２８からバルブ制御器２２２６に供給されて、電動バルブ２２０２を起動し得る。電動バルブ２２０２が開成されたとき、加圧液体はバルブモジュール２０１６を通りノズル１１０８へと流れる。高速の加圧液体流はノズル１１０８により内側ハウジング１１０４に向けて導向されて電力を発生する。電力は、エネルギ貯蔵装置２２２８を再充電すべく用いられる。
【０１４４】
センサ２２３２もまた電動バルブ２２０２を起動し得る。センサ２２３２は、作動センサ、温度センサ、または、衛生器具２１００の回りの環境における一種類以上のパラメータを検知し得る他の任意の形態の検知装置とすることができる。この実施形態においてセンサ２２３２は、作動を検知し得る作動センサとすることができる。作動に応じてセンサ２２３２は、エネルギ貯蔵装置２２２８からの電力を用いて開成すべく電動バルブ２２０２を起動し得る。エネルギ貯蔵装置２２２８は引き続き、液体の流れから帰着する発電モジュール２１１０における発電機からの電力により再充電可能である。
【０１４５】
図２３は、エネルギ貯蔵装置２２２８および電力制御器２２３０の一例の回路図である。図示されたエネルギ貯蔵装置２２２８は、第１エネルギ貯蔵装置２３０２、第２エネルギ貯蔵装置２３０４および第３エネルギ貯蔵装置２３０６を含む。電力制御器２２３０は、プロセッサ２３０８、第１充電スイッチ２３１０、第２充電スイッチ２３１２、第３充電スイッチ２３１４、直列／並列スイッチ２３１６および負荷制御スイッチ２３１８を含む。他の例においては、更に少ないもしくは更に多い個数のエネルギ貯蔵装置およびスイッチを利用することができる。
【０１４６】
第１、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６は、電力を貯蔵し得る任意の装置とすることができる。図示例において、第１エネルギ貯蔵装置２３０２はバッテリーであり、かつ、放電性能を最大化すべく第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６はコンデンサである。前記コンデンサは、スーパーコンデンサおよび／またはウルトラコンデンサなどの一個以上の電解質コンデンサまたは電気化学的コンデンサとすることができる。他の例においては、バッテリー、コンデンサ、または、任意の構成のバッテリーおよびコンデンサが使用可能である。第１と第２のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４の各々は、アース接続部２３２０に電気的に接続される。第３エネルギ貯蔵装置２３０６は、直列／並列スイッチ２３１６によりアース接続部２３２０に電気的に接続電可能である。
【０１４７】
プロセッサ２３０８は、入力を監視する命令を実行して出力を提供し得る任意の形態の演算装置とすることができる。プロセッサ２３０８に対する入力としては、発電モジュール２１１０（図２１）の発電機から供給される入力電力ライン２３３０上の入力電力が挙げられる。前記発電機から供給される電力は三相もしくは単相のＡＣ電力とされ、これは一個以上のダイオードにより整流されてプロセッサ２３０８にＤＣ電力を供給可能である。
【０１４８】
プロセッサ２３０８に対する他の入力としては、第１エネルギ貯蔵装置２３０２に対する第１充電ライン２３３２上の第１充電示度、および、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の夫々に対する第２と第３の充電ライン２３３４、２３３６上の第２と第３の充電示度が挙げられる。充電ライン２３３２、２３３４、２３３６はプロセッサ２３０８に対し、夫々のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６に貯蔵された充電量を知らせる。これに加え、図示例においては、第１放電ライン２３３８および第２放電ライン２３４０の夫々における第１放電示度および第２放電示度が入力としてプロセッサ２３０８に提供される。前記第１放電示度は、第２エネルギ貯蔵装置２３０４である前記コンデンサの放電量を提供する。第３エネルギ貯蔵装置２３０６である前記コンデンサの放電量は、前記第２放電示度により提供される。
【０１４９】
プロセッサ２３０８からの出力としては、第１充電制御スイッチ２３１０、第２充電制御スイッチ２３１２および第３充電制御スイッチ２３１４の作動を制御する制御信号が挙げられる。第１充電制御スイッチ２３１０が付勢されると、第１充電ライン２３４２上で第１充電電圧が第１エネルギ貯蔵装置２３０２に提供され得る。第２充電制御スイッチ２３１２が閉成されたとき、第２エネルギ貯蔵装置２３０４には、第２充電ライン２３４４上の第２充電電圧が提供され得る。第３充電制御スイッチ２３１４は、第３エネルギ貯蔵装置２３０６に第３充電ライン２３４６上で第３充電電圧を提供すべく付勢され得る。
【０１５０】
プロセッサ２３０８はまた、負荷制御スイッチ２３１８に指示を与えて負荷用供給ライン２３４８上の電圧を制御すべく出力制御信号も提供可能である。負荷用供給ライン２３４８は、負荷に電力を供給可能である。この例において負荷としては、電動バルブ２２０２（図２２）、および、電子モジュール２１０８（図２１）に含まれる電子機器が挙げられる。他の例においては、他の任意の負荷が負荷用供給ライン２３４８から電力を供給することができる。
【０１５１】
負荷用供給ライン２３４８上の電力は、プロセッサ２３０８により、発電モジュール２１１０における発電機から、かつ、／又は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷から供給され得る。たとえば前記発電機が電力を発生しているとき、プロセッサ２３０８はその電力を負荷用供給ライン２３４８上の負荷に直接的に供給可能である。これに加えてプロセッサ２３０８は、前記発電機により生成された電力によりエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を充電すべく充電電圧を提供可能である。代替的に、たとえば前記発電機が電力を発生していない（または十分な電力を発生していない）とき、プロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷から負荷用供給ライン２３４８上に電力を提供可能である。
【０１５２】
プロセッサ２３０８はまたバルブ制御ライン２３５０上に、電動バルブ２２０２の作動を制御する制御出力も提供可能である。プロセッサ２３０８からのステータースライン２３５２上の出力は、作動ステータースを提供可能である。作動ステータースとしては、エラー表示、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６上の電荷の状態、電動バルブ２２０２（図２２）の位置、または、作動に関連する他の任意の示度もしくはパラメータが挙げられる。ステータースライン２３５２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ディスプレイ、可聴警報器などの任意の形態のユーザインタフェースに連結可能である。
【０１５３】
直列／並列スイッチ２３１６は、直列スイッチ２３５６および並列スイッチ２３５８を含む。プロセッサ２３０８は、直列スイッチ２３５６および並列スイッチ２３５８の作動を指示する出力を提供可能である。直列スイッチ２３５６および並列スイッチ２３５８は、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６を並列形態もしくは直列形態に構成することができる。
【０１５４】
前記並列形態においては、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６により低い度合の放電電圧が負荷に個別に供給され得る。前記直列形態においては、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の組み合わせ放電により、負荷には高い度合の放電電圧が供給され得る。プロセッサ２３０８、充電制御スイッチ２３１０、２３１２、２３１４、直列／並列スイッチ２３１６および負荷制御スイッチ２３１８は、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）により実現され得る。代替的に、別体の構成要素、または、別体の構成要素群を利用可能である。
【０１５５】
メモリ内に記憶された命令をプロセッサ２３０８により実行することにより、第１、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充放電の制御が可能である。プロセッサ２３０８による制御は、所定スレッショルド電圧と、所定スレッショルド充電レベルと、発電モジュール２１１０における発電機により供給される入力電力とに基づいて行うことができる。第１スレッショルド電圧は、前記発電機および／またはエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上から供給される入力電圧の大きさとすることができる。第２スレッショルド電圧は、負荷用供給ライン２３４８に供給された出力電圧とすることができる。
【０１５６】
エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々に対する所定スレッショルド充電レベルは、個々のエネルギ貯蔵装置の特性に基づいて決定され得る完全充電状態とすることができる。エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々に対する第１、第２と第３の放電レベルスレッショルド値も決定され得る。放電レベルスレッショルド値の各々は、放電限界点(discharge limit)および放電遮断点(discharge cutoff)を含むことができる。前記放電限界点は、完全充電状態より一定レベルだけ低い充電レベルの減耗を表し得る。前記放電遮断点は、充電減耗の最大所望レベルより低い充電の減耗を表し得る。
【０１５７】
これに加えてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のステータースを表示するための計時機能を含むことができる。プロセッサ２３０８によれば、前記エネルギ貯蔵装置の内の１個が充電されるときに計時を開始すべく充電タイマが起動され得る。充電されつつある特定のエネルギ貯蔵装置の充電ライン上の充電示度に基づき、前記充電タイマの計時内容は、完全充電に対する百分率、充電速度などを決定すべく使用可能である。充電関連の決定は、ステータースライン２３５２に提供され得る。同様に、プロセッサ２３０８によれば、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の各々の放電サイクルの間における計時を開始すべく放電タイマが有効化され得る。夫々の放電ライン２３３８、２３４０上の放電示度は、第２と第３のエネルギ貯蔵装置２３０４、２３０６の各々の放電の百分率、放電速度などをステータースライン２３５２上で表すべく、前記放電タイマにより使用可能である。
【０１５８】
発電モジュール２１１０における発電機が電力を発生しているとき、プロセッサ２３０８はエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を選択的に充電し得る。たとえば液体の流れが比較的に高い圧力にて比較的に大きいとき、前記発電機は比較的に高いレベルにて豊富な量の発電可能である。これらの条件下でプロセッサ２３０８は、第１充電スイッチ２３１０、第２充電スイッチ２３１２および第３充電スイッチ２３１４により同時にエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の全てを充電させ得る。代替的に、更に少ないもしくは低い電圧の電力が生成されているとき、プロセッサ２３０８は第１、第２と第３の充電スイッチ２３１０、２３１２、２３１４の全てより少ない個数のスイッチを起動し得る。
【０１５９】
作動する間、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上に貯蔵された電荷が所定放電限界点より高ければ、負荷制御スイッチ２３１８はプロセッサ２３０８により有効化されて負荷に電力を供給し得る。前記負荷が電力を消費することでエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上が放電限界点未満まで放電されたとき、プロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上の制御信号により電動バルブ２２０２（図２２）を起動して開成させ得る。上述したように、衛生器具２１００（図２１）および発電モジュール２１１０を通る液体の流れによれば、前記発電機による電力の生成が誘起される。
【０１６０】
入力電力ライン２３３０上で入力電力を検知すると同時にプロセッサ２３０８は、充電制御スイッチ２３１０、２３１２、２３１４の内の一個以上を起動して夫々のエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６を再充電し得る。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が遮断限界点まで放電し続けるなら、負荷制御スイッチ２３１８はプロセッサ２３０８により無効化され得る。前記負荷に対する負荷用供給ライン２３４８上の電力が喪失されると同時に、電動バルブ２２０２（図２２）は開成されたままとされ、かつ、発電モジュール２１１０における発電機は電力を供給し続け得る。代替的に、電力の喪失時に、電動バルブ２２０２は閉成され得ると共に、前記発電機からの入力電力は中断され、かつ、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６からの電力はステータースライン２３５２上でエラーを表すべくプロセッサ２３０８により使用可能である。前記エラーは、点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの表示器により表示可能である。
【０１６１】
エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上からの電力が放電される間、プロセッサ２３０８は選択的に直列／並列スイッチ２３１６を切換えて放電時間を最長化し得る。これに加え、負荷用供給ライン２３４８上の電圧は直列／並列スイッチ２３１６を選択的に切換えることで維持可能である。と言うのは、放電は効率を最大化すべく行われるからである。更に、プロセッサ２３０８は直列／並列スイッチ２３１６の選択的な切換えにより、出力電圧の振幅を別の電圧振幅へと変換し得る。たとえば前記発電機からの約６ＶＤＣの入力電圧は、プロセッサ２３０８により３ＶＤＣへと変換することができる。別の例において、前記発電機から供給された１．５ＶＤＣはプロセッサ２３０８により６ＶＤＣへと変換することができる。
【０１６２】
図２４は、エネルギ貯蔵装置２２２８および電力制御器２２３０の別の例示的な回路図である。この例において電力制御器２２３０は、プロセッサ２３０８を含む。エネルギ貯蔵装置２２２８は、アース接続２４１０に電気的に接続された第１コンデンサ２４０２、第２コンデンサ２４０４、第３コンデンサ２４０６および第４コンデンサ２４０８から成る複数のエネルギ貯蔵装置を含む。他の例においては、第４コンデンサ２４０８の代わりに、バッテリーなどの他の形態および個数のエネルギ貯蔵装置が使用可能である。
【０１６３】
プロセッサ２３０８は、発電モジュール２１１０（図２１）における発電機からの入力電力を入力電力ライン２３３０上で受信し得る。前記入力電力は第１コンデンサ２４０２も充電し得る。プロセッサ２３０８は、前記発電機が電力の生成を停止したときに第１コンデンサ２４０２から入力電力を提供可能である。
【０１６４】
プロセッサ２３０８は第４コンデンサ２４０８の充放電を充電制御ライン２４１２により制御し得る。第４コンデンサ２４０８の充電は、入力電力ライン２３３０上に供給された電力により行われ得る。第４コンデンサ２４０８の放電は、負荷用供給ライン２３４８により電力供給が行われつつある負荷に基づき得る。前記負荷としては、電動バルブ２２０２（図２２）、および／または、電子モジュール２１０８（図２１）における他の任意の電子機器が挙げられる。
【０１６５】
プロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上の負荷に対し、調整済み出力電圧を提供可能である。負荷用供給ライン２３４８上に供給される電力は、前記発電機、第１コンデンサ２４０２および／または第４コンデンサ２４０８からとすることができる。第２と第３のコンデンサ２４０４、２４０６は、負荷用供給ライン２３４８上に存在し得る一切の高周波過渡電流のノイズを抑制し得る。
【０１６６】
図２３の例と同様にプロセッサ２３０８は、第４コンデンサ２４０８における放電限界レベルより低い電荷の減耗を検知し、バルブ制御ライン２３５０上で制御信号を送信して電動バルブ２２０２（図２２）を開成させ得る。結果的な液体の流れは発電モジュール２１１０（図２１）における発電機を高ＲＰＭで回転させ、入力電力ライン２３３０上に電力が生成され得る。第４コンデンサ２４０８における電荷が放電遮断レベルまで減耗したときに、ステータースライン２３５０上にエラーを発生させて、電動バルブ２２０２（図２２）を消勢して前記負荷に対する電力を中断するようにできる。
【０１６７】
図２５は、図２２から図２３の電力制御器２２３０の例示的処理を示すプロセスフローチャートである。前記負荷に対する所望出力電圧、所望充電レベルおよび所望放電レベルスレッショルド値（前記放電限界点および放電遮断点）が確立されてプロセッサ２３０８に記憶されたとき、ブロック２５０２にて処理が開始される。ブロック２５０４にてプロセッサ２３０８は、入力電力ライン２３３０上における供給電圧、および、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充放電電圧を監視すべく命令を実行し得る。
【０１６８】
ブロック２５０６にてプロセッサ２３０８は、供給電圧の大きさが前記負荷に対する所望出力電圧以上であるか否かを決定する。もし供給電圧が所望出力電圧より大きければ、ブロック２５０８にてプロセッサ２３０８は充電制御スイッチ２３１０、２３１２、２３１４の内の一個以上を起動して入力電力ライン２３３０からの電力の供給を有効化することで、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を充電する。ブロック２５１０にてプロセッサ２３０８は、一個以上の充電タイマを起動して充電制御スイッチ２３１０、２３１２、２３１４の充電を監視し得る。これに加え、ブロック２５１２にてプロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上の負荷に対する入力電力ライン２３３０からの電力の供給を有効化し得る。この処理は次にブロック２５０４に戻り、電圧および電荷の監視が継続される。
【０１６９】
ブロック２５０６にて、もし供給電圧が所望出力電圧未満であれば、ブロック２５１８にてプロセッサ２３０８は、入力電力ライン２３３０上の供給電圧が所望出力電圧より所定量（ｘ）だけ低いか否かを決定する。もし供給電圧が少なくとも所定量（ｘ）だけ所望出力電圧より低ければ、ブロック２５２０にてプロセッサ２３０８はエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の内の一個以上を有効化し、貯蔵された電荷を貯蔵済み電力ライン２３３２、２３３４、２３３６上で放電する。プロセッサ２３０８は前記負荷に供給を行うべく、貯蔵された電荷を負荷用供給ライン２３４８上の出力電圧および電流として提供可能である。ブロック２５２２にてプロセッサ２３０８は放電タイマを有効化することで、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の各々からの電力の放電を監視し得る。前記処理はブロック２５０４に戻り、電圧および電荷の監視が継続される。
【０１７０】
ブロック２５１８にて供給電圧が所望出力電圧以上であれば、ブロック２５２６にてプロセッサ２３０８は、全てのエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が完全に充電されているか否かを決定する。もし全てのエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が完全充電されていれば、ブロック２５２８にてプロセッサ２３０８は電動バルブ２２０２が開成されているか否かを決定する。もし電動バルブ２２０２が開成されていなければ、前記処理はブロック２５０４に戻り電圧が監視される。もし電動バルブ２２０２が開成されていれば、ブロック２５３０にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上に信号を送信して電動バルブ２２０２を閉成する。電動バルブ２２０２が閉成されたとき、発電モジュール２１１０における発電機は電力の生成を停止する。
【０１７１】
ブロック２５３２にては放電タイマがリセットされ、処理はブロック２５０４に戻り電圧および電荷が監視される。もしブロック２５２６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の全てが完全には充電されていなければ、ブロック２５３６にてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれかが放電遮断点より低く放電されたか否かを決定する。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６が放電遮断点より低く放電されていれば、ブロック２５３８にてプロセッサ２３０８は、負荷用供給ライン２３４８上における出力電力の供給を無効化する。これに加え、ブロック２５４０にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上に信号を送信することで電動バルブ２２０２を閉成する。ブロック２５４２にてプロセッサ２３０８はステータースライン２３５２上に、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６の充電が実施され得ないという表示を行う。処理は次にブロック２５０４に戻り、電圧および電荷が監視される。
【０１７２】
もしブロック２５３６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれもが放電遮断点より低くは放電されていなければ、ブロック２５４６にてプロセッサ２３０８は、エネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれが放電限界点より低く放電されているかを決定する。もしエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４または２３０６のいずれかが放電限界点より低く放電されていれば、ブロック２５４８にてプロセッサ２３０８はバルブ制御ライン２３５０上で制御信号を送信して電動バルブ２２０２を開成させる。電動バルブ２２０２が開成されたとき、発電モジュール２１１０における発電機は入力電力ライン２３３０上に電力を発生する。前記処理はブロック２５０４に戻り、前記発電機からエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６を充電しかつ前記負荷に電力を供給する。もしブロック２５４６にてエネルギ貯蔵装置２３０２、２３０４、２３０６のいずれもが放電限界点より低くは放電されていなければ、前記処理はブロック２５０４に戻り、電圧および電荷を監視する。
【０１７３】
図２１と類似する別の例において、前記水力発電システムは水栓システム(faucet system)である衛生器具を含むことができる。前記水栓システムは、バルブモジュール２０１６、電子モジュール２１０８および発電モジュール２１１０を含むことができる。発電モジュール２１１０における発電機は、電子モジュール２１０８における少なくとも一個のエネルギ貯蔵装置を充電し得る。電子モジュール２１０８における電力制御器は、前記エネルギ貯蔵装置が充電されるまで直接充電を許容し得る。これにより前記水栓システムは、液体が該水栓システムを流通する期間を超えて貯蔵電力を使用し得る。これに加え、もし前記水栓システムが延長期間に亙り使用されなければ、単純な手動の一時的押しボタンにより発電モジュール２１１０内の発電機が液体の流れにより回転されて前記エネルギ貯蔵装置が再充電可能である。
【０１７４】
更に別の例において、前記水力発電システムはシャワーヘッドである衛生器具を含むことができる。該シャワーヘッドは、ラジオおよび／または他の耐水電子機器を含むことができる。前記ラジオは耐水性とされると共に、ＡＭ、ＦＭ、コンパクトディスクまたは他の任意の娯楽装置とすることができる。前記水力発電システムは、図９、１０に示されたシステムと同様の特徴を含むことができる。前記ステーター内で旋回するタービンから帰着する発電機は、コンデンサ、スーパーコンデンサもしくはウルトラコンデンサを充電する電源とすることができる。これにより前記電子機器には、電源がバッテリーなどの場合には交換のために必要とされる保守サイクルを必要としない電源が提供される。前記シャワーヘッドはまた、シャワーの計時を維持すべくアラーム付きのシャワータイマおよび事前警告表示器も含むことができる。前記アラームは、シャワーの長さを所定時間に維持するために使用可能である。更に前記シャワーヘッドは、該シャワーが作動しているときに照明されるディスプレイを備えたクロックを含むことができる。液体流がない期間中、前記クロックは照明なしでエネルギ貯蔵装置から操作されることで、電力が節約される。
【０１７５】
図２６は、外側ハウジング２６０２、内側ハウジング２６０４、センタリングロッド２６０６およびノズル２６０８を含む水力発電システム１２の更に別の実施形態を示している。内側ハウジング２６０４は、外側ハウジング２６０２内に形成されたキャビティ２６１０内に配置され、かつ、該内側ハウジング２６０４の外面２６１３上に配置された複数のパドル２６１２を含む。外側ハウジング２６０２は、吐出口２６１４および内部壁２６１６を含む。図２６に示された水力発電システム１２の特徴は多くの点で、既述した水力発電システムの例と類似している。故に簡潔さのために、以下の説明では既述した例との差異について述べる。
【０１７６】
図示例において外側ハウジング２６０２は、内側ハウジング部２６１８、ノズル部２６２０、排出部２６２２および流れ収集部２６２４を含む。内側ハウジング部２６１８は、内側ハウジング２６０４の一部を隣接して囲繞すべく形成される。各パドル２６１２は内側ハウジング部２６１８の内部壁２６１６の近傍に配置され、液体インピーダンスを最小化する。先行例におけるのと同様に、内側ハウジング部２６１８内の内部壁２６１６は吐出口２６１４に向けて液体を導くための案内構造（図示せず）を含むことができる。
【０１７７】
ノズル部２６２０は、外側ハウジング２６０２の頂部を形成すると共に、ノズル２６０８を受容すべく構成される。ノズル２６０８は、外側ハウジング２６０２を貫通すべく、かつ、実質的に垂直な液体の流れを内側ハウジング２６０４のパドル２６１２に向けて導向すべく配置される。実質的に垂直な液体の流れはノズル２６０８のノズル吐出口２６２６から、良好に画成された実質的な層流として比較的に高速で吐出され得る。前記液体の流れは、吐出の後でもノズル吐出口２６２６の直径を実質的に維持し得る。故に液体の霧化は最小化され得ると共に、液体の流れにおける運動エネルギは比較的に小さな領域に集中可能である。
【０１７８】
図２７は、外側ハウジング２６０２、内側ハウジング２６０４、センタリングロッド２６０６およびノズル２６０８を含む水力発電システム１２の破断側面図である。内側ハウジング２６０４はパドル２６１２を含む。外側ハウジング２６０２は、内側ハウジング部２６１８、ノズル部２６２０、排出部２６２２および流れ収集部２６２４を含む。
【０１７９】
パドル２６１２に対する液体流の衝撃に続き、該液体流は排出部２６２２に進入し得る。前記衝撃の故に前記液体は、ノズル吐出口２６２４の直径よりも大きい直径を備えた拡散液体流となり得る。これに加え、前記衝撃ならびに内側ハウジング２６０４の回転により液体の霧化が生成され得る。前記拡散液体流の直径（もしくは霧化パターン）は、液体の流れの速度と前記発電機に対する電気的な負荷量とに依存し得る。前記発電機に対する負荷が殆どないとき、内側ハウジング２６０４は比較的に自由に回転可能となっている。故に、ノズル２６０８から吐出された液体流と共軸的な中心軸線２７０２に関して３０°の拡散角度などの様に、拡散液体流の拡散量は比較的に小さい。逆に、大きな負荷が存在する場合、内側ハウジング２６０４の回転を維持するには相当の力が必要とされ、かつ、拡散液体流の拡散は中心軸線２７０２に関する９０°もの大きな拡散角度に帰着し得る。前記負荷が如何なるものであれ、パドル２６１２に対する液体の衝突により、液体の霧化および拡散液体流が生成され得る。説明を目的として、拡散液体流の拡散角度は約４５°と仮定される。他の例においては、更に大きな又は更に小さな拡散角度が使用可能である。
【０１８０】
図２７には、衝撃箇所２７０４および複数の軌跡ベクトル２７０６も示される。衝撃箇所２７０４は、ノズル２６０８から吐出されて良好に画成された実質的に線形の液体流がパドル２６１２に衝突する領域である。軌跡ベクトル２７０６は、パドル２６１２に対する衝撃に続く液体の経路を拡散角度に基づいて示している。軌跡ベクトル２７０６の内で中心軸線２７０２に接近するベクトルに従う液体は、収集部２６２４に直接的に進入して吐出口２６１４へと導かれ得る。
【０１８１】
しかし、中心軸線２７０２から更に離間した軌跡２７０６における液体は、排出部２６２２における内面２６１６に衝突する。この液体は吐出口２６１４へと効率的に導かれ、流体インピーダンスが最小化される。これに加え、内面２６１６との衝突から帰着する液体の霧化が最小化される。排出部２６２２において内面２６１６は所定形状に構成されることで、液体は吐出口２６１４へと効率的に導かれて液体の霧化が最小化される。故に、既述した内面２６１６における案内構造は不要である。代わりに、第２セグメント２７１０内の内面は実質的に平坦のままとされて反射板として作用する形状とされ、かつ、外側ハウジング２６０２から液体を効率的に排出して液体インピーダンスを最小化し得る。故にキャビティ２６１０は、約０．４４リットル／分から約４．１６リットル／分の範囲の液体流速により実質的に無水に維持可能である。
【０１８２】
図２７に更に示すように、排出部２６２２内の内面２６１６は所定形状に構成することができる。該所定形状は、排出部２６２２内において軌跡ベクトル２７０６の各々と内面２６１６との間に形成される軌跡流角度２７０８に基づき得る。軌跡流角度２７０８は、内面２６１６と、パドル２６１２に対する衝撃から帰着する拡散液体流および液体の霧化により追随される軌跡ベクトル２７０６と、の交点における角度として定義される。内面２６１６の形状は、拡散液体流により追随される軌跡流角度２７０８を約２０°未満に維持すべく設計され得る。軌跡流角度２７０８は、製造許容差および／または液体に伴う物理的特性に基づいて±５°まで変更可能である。
【０１８３】
図示例において第２セグメント２７１０の内面２６１６の形状は、略円錐形の弾丸状ノズル(rocket nozzle)として構成される。前記内面の形状は、回転するパドル２６１２との衝撃から帰着する拡散液体流の挙動のモデル化もしくは分析に基づき得る。拡散液体流により追随される軌跡流角度２７０８を内面２６１６に関して約２０°以内に維持することで、液体は更に少ない非層流を以て更に整然とした状態に留まり得る。
【０１８４】
前記の更に整然とした状態によれば、キャビティ２６１０からは比較的に更に迅速に排出が行われ得る。故に、液体がノズル２６０８から吐出されるときに外側および内側ハウジング２６０２、２６０４を依然として実質的に無水に維持し乍ら、外側ハウジング２６０２の全体サイズは最小化することができる。これに加え、吐出口２６１４から流出する液体の流れは、前記内面と軌跡ベクトル２７０６との形状の類似性の故に一定の大きさの速度を有し得る。更に、流動液体の更に整然とした状態によれば液体の霧化および乱流は最小化されることから、流体インピーダンスは最小化され、かつ、運動エネルギから回転エネルギへの変換は最大化することができる。
【０１８５】
外側ハウジング２６０２の排出部２６２２の形状はまた、既述した水力発電システムの例に関しても実施され得る。たとえば図１１の水力発電システム１２を参照すると、ノズル１１０８が流体流を垂直に吐出するように、外側ハウジング１１０２は９０°回転され得る。これに加え、吐出口１１１４はノズル１１０８の反対側となる外側ハウジング１１０２の壁部へと移動され得ると共に、前記外側ハウジングは約２０°以下の軌跡ベクトルに対する軌跡流角度を達成すべく再構成することができる。図２１の例示的な水力発電システムにおいて、衛生器具２１００の吐出口２１０４の上流の外側ハウジング１１０２は、約２０°以下の軌跡ベクトルに対する軌跡流角度を達成すべく単純に再構成することができる。
【０１８６】
図２８は、水栓２８０２である衛生器具の例を示す斜視図である。水栓２８０２は、図示するように流し台の水栓、ネジ付きの庭用水栓(sillcock)、シャワーヘッド、その他水のような液体の流れを選択的に提供可能な衛生器具をすることができる。水栓２８０２の尖端には、水処理システム２８０４が取付けられている。他の例では、水処理システム２８０４は、ホースその他の管路を介して衛生器具に連結され、カウンタートップ形態やアンダーカウンター形態とすることができる。更に、他の例では、水処理システム２８０４の構成要素を分離してもよい。例えば、幾つかの構成要素を水栓の端部に取付、カウンタートップ形態やアンダーカウンター形態の一部となる他の構成要素をホースその他のタイプの管路を介して水栓に取付けられている構成要素に連結するようにしてもよい。
【０１８７】
図示する実施形態による水処理システム２８０４は、ハウジング２８０８に結合された切換機構２８０６を具備する。切換機構２８０６は、スナップ式の嵌合、摩擦嵌合、ネジ連結、溶接その他の結合機構によって、ハウジング２８０８に結合することができる。或いは、切換機構２８０６は、ハウジング２８０８の一部として形成してもよい。ハウジング２８０８および切換機構２８０６は、プラスチック、炭素繊維、鉄鋼、アルミニウムおよび／または他の適当な材料から形成することができる。
【０１８８】
水処理システム２８０４は、水栓２８０２からの液体の流れを受容する入口２８１０と、処理システム２８０４からの液体の流れを放出するための出口２８１２とを具備する。出口２８１２は、第１と第２の出口２８１６、２８１８を含む。第１の出口２８１６からの液体の流れは、第１の流路を流通して水処理システム２８０４によって処理される。第２の出口２８１８からの液体の流れは、第２の流路を流通し、処理されない。切換機構２８０６は、液体の流れを第１の出口２８１６から流出させるか、或いは、第２の出口２８１８から流出させるかを選択するために切換えられるスイッチ２８２４を含んでいる。他の例では、水処理システム２８０４に更に出口を設けて、１または複数のスイッチによって、処理された液体または未処理の液体の流れを選択、提供するようにしてもよい。例えば、水処理システム２８０４は、未処理の水をシンクスプレーヤーと同様のシャワースプレーパターンでスイッチにより選択的に提供可能な出口を設けることができる。
【０１８９】
図２９は、図２８の水処理システム２８０４の例の分解斜視図である。水処理システム２８０４は、切換機構２８０６とハウジング２８０８とを含む。切換機構２８０６はハウジング２８０８に結合され、かつ、水栓２８０２に着脱自在に結合され、水処理システム２８０４から処理された水または未処理の水を選択的に流出可能とする。
【０１９０】
切換機構２８０６は、スイッチ２８２４、カラー２９０２、第１の上ガスケット２９０４、アダプター２９０６、第２の上ガスケット２９０８、バルブ本体２９１０、レバー２９１２、バネ２９１４、ボール２９１６、バルブシール２９１８、バルブコア２９２０、外側下ガスケット２９２２、内側下ガスケット２９２４を含んでいる。切換機構２８０６を形成する構成要素は、鉄鋼、プラスチックおよび／または他の無孔材料とすることができる。カラー２９０２は、図示するネジ連結、バヨネットマウントその他の結合機構によってバルブ本体２９１０に結合することができる。アダプター２９０６は、カラー２９０２によってバルブ本体２９１０に対して保持される。第１の上ガスケット２９０４および第２の上ガスケット２９０８は、夫々、カラー２９０２とアダプター２９０６の間およびカラー２９０２とバルブ本体２９１０の間に配置される。アダプター２９０６は、水栓２８０２に対して液密に連結するように形成することができる。或いは、アダプター２９０６は、他の如何なる結合方法によっても、水栓２８０２に液密に連結することができよう。水栓２８０２からの液体の流れは、カラー２９０２、第１の上ガスケット２９０４、アダプター２９０６、第２の上ガスケット２９０８を流通してバルブ本体２９１０へ流入する。
【０１９１】
液体は、バルブ本体２９１０に形成された空所２９３２内に流入する。レバー２９１２は、第１のポスト２９３４と第２のポスト２９３６とを有し、かつ、空所２９３２に嵌合するように形成されている。第１のポスト２９３４は、バルブ本体２９１０を貫通して、そしてリング２９３８を貫通して延設されている。該リングは、バルブ本体２９１０に形成することができる。第１のポスト２９３４にＯリング２９４０を設けて、空所２９３２からの液体の漏洩を防止する液密のシール部を形成するようにしてもよい。スイッチ２８２４が切換えられたときに、第１のポスト２９３４が回転して、これによって、第２のポスト２９３６が空所２９３２内で回動するように、第１のポスト２９３４はスイッチ２８２４に結合されている。第２のポスト２９３６は、バネ２９１４がボール２９１６を介してバルブシール２９１８を一定圧力を付勢するように、バネ２９１４およびボール２９１６バネ２９１４およびボール２９１６を受容するようになっている。第２のポスト２９３６が回動すると、バルブシール２９１８に含まれている第１の着座部２９４１と第２の着座部２９４２との間でボール２９１６が移動する。第１と第２の着座部２９４１、２９４２の各々は、バルブコア２９２０への独立した流路を形成するオリフィスを含んでいる。バルブコア２９２０はシール２９１８を受容するように形成することができ、かつ、第１のオリフィス２９５０と第２のオリフィス２９５２とを含んでいる。
【０１９２】
図３０は、図２９に示したバルブコア２９２０の一例の底面斜視図である。第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２は、バルブコア２９２０の上壁２００２を貫通し、かつ、各々リップ部２００４によって周囲を囲繞されている。第１と第２の着座部２９４１、２９４２（図２９）の各々は、第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２に受容され、かつ、リップ部２００４の方へ延設されている。バルブコア２９２０は、また、上壁３００２、外壁３００８および内壁３０１０によって画成される外側凹所３００６を含み、外壁および内壁は双方ともに上壁３００２に対して垂直になっている。外壁３００８は斜面３０１２および外側下面３０１４まで延びており、外側下面は上壁３００２に平行となっている。内壁３０１０は上壁３００２に垂直に内側下面３０１６まで延びており、内側下面もまた上壁３００２に平行となっている。内壁３０１０および上壁３００２によって、外側凹所３００６内に内側凹所３０２０が画成される。内側凹所３０２０は、内壁３０１０によって外側凹所３００６から完全に分離されている。
【０１９３】
第１と第２のオリフィス２９５０、２９５２の各々は、リップ部２００４から延設されたカバー３０２２によって部分的に閉じられている。第１のオリフィス２９５０を部分的に閉じるカバー３０２２は、リップ部２００４から外側の斜面３０１２まで延在しており、かつ、第１のオリフィス２９５０を流通する流体を内側凹所３０２０のみに導く。他方で、第２のオリフィス２９５２を部分的に閉じるカバー３０２２は、リップ部２００４から内側下面３０１６まで延在しており、かつ、第２のオリフィス２９５２を流通する流体を外側凹所３００６のみに導く。こうして、第１のオリフィス２９５０および内側凹所３０２０は、第１の流路（処理液体）の一部を形成し、第２のオリフィス２９５２および外側凹所３００６は第２の流路（未処理液体）の一部を形成する。第１と第２の凹所３００６、３０２０は、内壁３０１０によって分離、独立した流路を提供する。
【０１９４】
図２９を参照すると、バルブ本体２９１０の空所２９３２はレバー２９１２、バネ２９１４、ボール２９１６、シール２９１８、バルブコア２９２０を受容するように形成されている。バルブコア２９２０は、また、空所２９３２からの液体の漏れを防止するためにバルブシール２９５４を含んでいる。バルブ本体２９１０は、ハウジング２８０８がバルブ本体２９１０等を空所２９３２内に保持するように、ネジ連結によってハウジング２８０８に結合することができる。他の例では、バルブ本体２９１０およびハウジング２８０８は他の機構によって結合することもできる。
【０１９５】
図２９、３０を参照すると、外側下ガスケット２９２２および内側下ガスケット２９２４は、切換機構２８０６とハウジング２８０８との間のシール部を形成する。外側下ガスケット２９２２は外側下面３０１４に隣接させて配置され、内側下ガスケット２９２４は内側下面３０１６に隣接させて配置することができる。こうして、内側下ガスケット２９２４は、第１と第２の流路を流通する液体の分離を維持し、外側下ガスケット２９２２は、液体が第２の流路から漏洩することを防止する。第１と第２の流路を流通する液体はハウジング２８０８に流入する。
【０１９６】
ハウジング２８０８は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼または他の無孔材料から形成することができる。図２９に示すように、ハウジング２８０８は、フィルタモジュール２９６０である第１の構成要素、動力発生モジュール２９６２である第２の構成要素、紫外線（ＵＶ）照射モジュール２９６４である第３の構成要素、および、電子モジュール２９６６である第４の構成要素から成る複数のモジュールを含んでいる。フィルタモジュール２９６０および紫外線照射モジュール２９６４は近接させて配置されており、ハウジング２８０８の略円筒状部分を形成する。動力発生モジュール２９６２は、ハウジング２８０８の前記円筒状部分に取付けられた、ハウジング２８０８の概ね螺旋状部分を形成する。他の例では、水処理システム２８０４は異なる形態および／または形状とすることができ、水処理システム２８０４の機能に対応して一層少ないまたは多いモジュールをハウジング２８０８内に収納することができる。
【０１９７】
ハウジング２８０８は、また、該ハウジング２８０８の中心部分２９７０に挿入されるマニフォールド２９６８を含んでいる。マニフォールド２９６８もまたプラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼または他の無孔材料から形成することができる。図示する例では、マニフォールド２９６８は、動力発生モジュール２９６２の近くでフィルタモジュール２９６０と紫外線照射モジュール２９６４との間のハウジング２８０８の略円筒部分に配置されている。マニフォールド２９６８はフィルタモジュール２９６０の近傍に配置されたマニフォールドカバー２９７２を含んでいる。マニフォールド２９６８は流路の一部を形成し、かつ、バルブコア２９２０の内側凹所３０２０（図３０）から流出する液体を受け入れる。マニフォールド２９６８は、フィルタモジュール２９６０、紫外線（ＵＶ）照射モジュール２９６４および動力発生モジュール２９６２間に液体の流れを導く。
【０１９８】
マニフォールド２９６８を一体構造とすることにより、多数のホース、継手、結合部分を有利に省略することができ、かつ、モジュール間で液体を液密に流通させることが可能となる。更に、製造効率、保守の容易性および信頼性が改善される。
【０１９９】
図３１は、図２９に示されたマニフォールド２９６８の一例の斜視図である。マニフォールド２９６８は、液体の流れに対応した第１の通路３１０２と第２の通路３１０４とを含む。第１と第２の通路３１０２、３１０４の各々は、第１の流路（処理液体の流路）の一部を形成する。第１の通路３１０２は第１通路入口３１１４を有し、第２の通路３１０４は第２通路出口３１１８を有する。
【０２００】
図３２は、図３１に例示したマニフォールド２９６８を反対側から見た斜視図であり、第１の通路３１０２、第２の通路３１０４、第１通路入口３１１４および第２通路出口３１１８を示す図である。ほぼ円筒状の第１の通路３１０２は、ほぼ円筒状の第２の通路３１０４を囲繞するように同軸に位置せしめられる。第１の通路３１０２は、マニフォールド内壁３２０２およびマニフォールド分割壁３２０４によって形成される。分割壁３２０４は、また、第２の通路３１０４を画成し、かつ、第１と第２の通路３１０２、３１０４の分離を維持する。分割壁３２０４は、マニフォールドカバー２９７２（図２９）の一部を受容する凹部３２０６を含む。マニフォールド内壁３２０２は、マニフォールドカバー２９７２（図２９）を例えば超音波溶接によってマニフォールド２９６８に結合するための畝部３２０８を含む。他の例では、マニフォールドカバー２９７２は、ネジ連結、スナップ式の嵌合、接着その他の結合機構によってマニフォールド２９６８に結合することができる。
【０２０１】
図３１を再び参照すると、マニフォールド２９６８は、また、ノズル保持部３１０６およびランプ着座部３１２４を含む。ノズル保持部３１０６は、ノズル１１０８（図２９）と係合して、該ノズルをマニフォールド２９６８に接触させてしっかりと結合する。ノズル１１０８は、また、第１流路の一部を形成する。ランプ着座部３１２４は、マニフォールド２９６８から紫外線照射モジュール２９６４へ向けて堅固に突き出た複数の指部３１２６を含む。指部３１２６は、紫外線照射モジュール２９６４（図２９）の紫外線光源（図示せず）を保持し、これを支持するように形成されている。
【０２０２】
また、マニフォールド２９６８には、第１のガスケット３１３２および第２のガスケット３１３４を受承するように形成された、第１の溝３１２８および第２の溝３１３０を有している。図示するマニフォールド２９６８は概ね円筒形状を有し、ｋつ、ハウジング２８０８の略円筒部分を液密にシールするようになっている。マニフォールド２９６８がハウジング２８０８の中心部分２９７０に挿入され、バルブコア２９２０（図２９）から液体を受け入れるように配置されると、第１と第２のガスケット３１３２、３１３４と、ハウジング２８０８の内壁との間が液密にシールされる。バルブコア２９２０の内側凹所３０２０（図３０）からハウジング２８０８に流入した液体は、第１通路入口３１１４を通って第１の通路３１０２へ導かれる。第１の通路３１０２は液体の流れをフィルタモジュール２９６０へ導く。
【０２０３】
図２９に示すように、フィルタモジュール２９６０はフィルタ窩２９７４内に配設されたフィルタ２９７２を含んでいる。フィルタ２９７２は、フィルタ２９７２を通過する液体から粒子などを除去する多孔質材料から形成することができる。更に、フィルタ２９７２は、液体の流れから臭気、塩素、有機化合物などを除去するために活性炭などのような材料を含んでいてもよい。フィルタ２９７２の全体および／またはフィルタ２９７２の部分は交換可能とすることができる。フィルタモジュール２９６０は、第１の流路の一部を形成し、第１の流路に沿ってハウジング２８０８を流れる液体によって充満される。図示する例示的形態では、第１の流路を流通する液体は、フィルタ入口を通過し、フィルタ２９７２を包囲するフィルタ窩２９７４へ流出する。液体は、フィルタ２９７２を通過し、フィルタ窩２９７４からフィルタ出口２９７８を通ってマニフォールド２９６８へ流出する。
【０２０４】
図３３は、フィルタモジュール２９６０、マニフォールド２９６８およびマニフォールドカバー２９７２の分解斜視図である。マニフォールドカバー２９７２は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼、その他第１と第２の通路３１０２、３１０４を覆うように形成可能な材料から形成することができる。マニフォールドカバー２９７２は、リップ部３３０６が形成された第１と第２のカバー通路３３０２、３３０４を含む。第１のカバー通路３３０２のリップ部３３０６は、第１の通路３１０２内に突出し、かつ、凹部３２０６に受承されるように形成されている。更に、第１のカバー通路３３０２は、フィルタ入口２９７６を受承し、フィルタガスケット３３１０を用いて液密に連結するように形成できる。第１の通路３１０２内の液体の流れは、第１のカバー通路３３０２を通過してフィルタ入口２９７６へ流入する。第２のカバー通路３３０４のリップ部３３０６は、第２の通路３１０４内に突出するように形成することができる。更に、第２のカバー通路３３０４は、フィルタ出口２９７８を受承し、フィルタガスケット３３１０を用いて液密に連結するように形成できる。フィルタ出口２９７８を流通する液体は、第２のカバー通路３３０４を通じて第２の通路３１０４に受け入れられる。第２の通路３１０４を流通する液体は、第２通路出口３１１８から紫外線照射モジュール２９６４へ流入する。
【０２０５】
図２９を再び参照すると、紫外線照射モジュール２９６４は、エンドキャップ２９８０、のぞき窓２９８１および紫外線照射システム２９８２を含む。エンドキャップ２９８０は、ハウジング２８０８の一部を形成し、紫外線照射システム２９８２への着脱自在のアクセス部を構成する。エンドキャップ２９８０は、ネジ連結、スナップ式の嵌合その他の着脱自在の結合機構によって、ハウジング２８０８の残りの部分に結合される。のぞき窓２９８１は、紫外線照射システム２９８２が作動していることを目視確認できるようにするポリカーボネートのような窓材料とすることができる。
【０２０６】
紫外線照射システム２９８２は、紫外線光源２９８４、ソケット２９８６、反応容器２９８８を含む。紫外線光源２９８４は、約１００ナノメートル〜約２８０ナノメートルの範囲のＵＶ−Ｃエネルギのような紫外線エネルギを放射し、液体に含まれているであろうバクテリア、藻などのような生物有機体を無力化する。紫外線光源の例は、低圧水銀タイプ、冷陰極タイプ、発光ダイオードタイプが含まれる。図示する紫外線光源２９８４は、２管式紫外線光源であって、これは、約３ワット〜約６ワットの交流のような作動電力で連続的に作動させることができよう。更に、紫外線光源２９８４は、最初に、約８ワット〜１２ワットの交流のような所定のワット数で付勢するようにしてもよい。紫外線光源２９８４は、一般的に着脱自在となっており、ソケット２９８６に電気的に結合することができる。図示する例では、紫外線光源２９８４は、電気的に接続するために、ソケット２９８６の複数の小孔２９９０に挿入される複数のポスト（図示せず）を含んでいる。
【０２０７】
ソケット２９８６は、ネジ連結、接着剤、ファスナその他の機構によりハウジング２８０８内に同心に取付けることができる。紫外線光源２９８４は、反応容器２９８８に隣接させて配置されるように、ソケット２９８６に結合させることができる。反応容器２９８８は、テフロン（登録商標）のような紫外線エネルギに対して透過性を有し、かつ、液体を流通させる螺旋状の通路を形成可能な材料から形成することができる。透過性材料によって、反応容器２９８８を流通する液体は、紫外線光源２９８４により生成される紫外線エネルギの照射を受けることが可能となる。図示する例では、反応容器２９８８は、紫外線光源２９８４を収容する中心孔を有するように形成される。紫外線光源２９８４は、反応容器２９８８を流通する液体が受ける紫外線エネルギを最大化するように、反応容器２９８８と同心に配置され、かつ、該反応容器によって包囲されるように取付けることができる。紫外線光源２９８４においてソケット２９８６の反対側の端部は、反応容器２９８８の中心孔内における紫外線光源２９８４の位置を保持するために、図３１を参照して上述したランプ着座部３１２４に係合、着座する。
【０２０８】
図３４は、図２９に示した反応容器２９８８に結合したマニフォールド２９６８の斜視図である。反応容器２９８８は、第１の流路の一部を形成する、直線状部分３４０２、エルボー部分３４０４および螺旋部分３４０６を含む。図示されていないが、第２通路出口３１１８（図３１）は、摩擦嵌合のような液密の連結手段を用いて直線状部分３４０２に結合されている。直線状部分３４０２は、反応容器２９８８の第１の端部３４１０から第２の端部３４１２へ螺旋部分３４０６を貫通して延在している。エルボー部分３４０４は、直線状部分３４０２と螺旋部分３４０６との間の液密の連結部を提供する。
【０２０９】
図３５は、エルボー部分３４０４の一例を示す斜視図である。エルボー部分３４０４は、プラスチック、炭素繊維、アルミニウム、鉄鋼その他の無孔材料から形成することのできる第１の半体部分３５０２と第２の半体部分３５０４とを含む。第１と第２の半体部分３５０２、３５０４は、接着、超音波溶接、その他液密にシール可能な結合機構によって結合することができる。第１の半体部分３５０２は第１の入口ニップル３５０６を有している。該第１の入口ニップルは概ね直線状をなし、半体部分３５０２（図３４）の直線状部分３４０２（図３４）に受承されるように形成されている。入口ニップル３５０６は、第１と第２の半体部分３５０２、３５０４により画成されるエルボー空洞３５０８内に連通する通路を形成する。また、螺旋部分３４０６と同様の曲率半径で湾曲した出口ニップル３５１０が、第１と第２の半体部分３５０２、３５０４によって形成される。入口ニップル３５０６からエルボー空洞３５０８に流入した液体は、出口ニップル３５１０を通ってエルボー空洞３５０８から反応容器２９８８（図３４）螺旋部分３４０６（図３４）へ流出する。或いは、直線状部分３４０２と螺旋部分３４０６とを単一の連続通路として形成し、エルボー部分３４０４を省略してもよい。
【０２１０】
図３４に示すように、螺旋部分３４０６は、螺旋入口３４１６と螺旋出口３４１８とを有する。螺旋入口３４１６は、出口ニップル３５１０を受承し液密に連結するように形成されている。螺旋出口３１１８は、第１の端部３４１０において、直線状部分３４０２への入口に隣接させて配置されている。従って、同じ端部で液体が反応容器２９８８に流入、流出する。螺旋出口３４１８は、ノズル１１０８に結合し液密にシールするように形成されている。図３４は、また、ノズル保持部３１０６に係合するノズル１１０８、および、紫外線光源２９８４（図２９）を受容するように螺旋部分３４０６に形成された中心孔が図示されている。
【０２１１】
図２９及び図３４を参照すると、反応容器２９８８は、ハウジング２８０８の紫外線照射モジュール２９６４に嵌合する外径と、紫外線光源２９８４および直線状部分３４０２を収容する内径とを有した螺旋を形成する。紫外線照射モジュール２９６４内において、反応容器２９８８を反射器（図示せず）によって包囲し、紫外線光源２９８４により放射された紫外線エネルギを螺旋部分３４０６の中心孔へ向けて反射するようにできる。或いは、反応容器２９８８に隣接するハウジング２８０８の内壁を反射面としてもよい。紫外線光源２９８４は螺旋部分３４０６内に同心に配置した場合、液体は、直線状部分３４０２を紫外線光源２９８４に平行に流通し、かつ、螺旋部分３４０６を紫外線光源２９８４の周囲を周方向に流通し、液体の流れの照射が最大化される。液体を第２通路出口３１１８から直線状部分３４０２、エルボー部分３４０４、螺旋部分３４０６、螺旋出口３４１８を通してノズル１１０８へ流れるようにできる。液体は反応容器２９８８内のみを流通するので、紫外線照射モジュール２９６４は実質的に乾燥状態に維持される。
【０２１２】
螺旋部分３４０６からの液体の流れはノズル１１０８へ流入し、液体噴流としてノズル１１０８から押出される。ノズル１１０８への流入点において、液体の流れはフィルタモジュール２９６０によって濾過され、かつ、紫外線照射モジュール２９６４によって紫外線の照射を受けており、処理済みの液体と看做される。本明細書では、「処理液体」および「処理水」との語は、濾過され紫外線エネルギの照射を受けた液体を意味する。
【０２１３】
既述したように、ノズル１１０８は、加圧された流体の液体の流速を高める。加圧され第１の流速で供給された液体は、ノズル１１０８を流通し第１の流速よりも実質的に高い第２の流速で該ノズル１１０８から吐出される。ノズル１１０８は、液体の流れをノズル１１０８から押出された液体噴流に変換する。液体噴流は、ノズル１１０８により発電モジュール２９６２に吐出される。
【０２１４】
図２９に示すように、発電モジュール２９６２は、既述した水力発電システムを含んでいる。水力発電システムは、ノズル１１０８と水力発電機２９９２とを具備している。水力発電機２９９２は、図１１〜図２７を参照して説明した実施形態と同様の、内側ハウジング１１０４である発電機ハウジング、センタリングロッド１１０６およびノズル１１０８を含む。従って、ここでは、既述した水力発電システムの特徴については詳細に説明しない。既述した水力発電システムの実施形態の特徴および／または構成要素は、発電モジュール２９６２に含まれることは理解されよう。
【０２１５】
発電モジュール２９６２は、また、第１の流体通路を形成する外側ハウジング２９９４を含み、第１の流体通路は、ハウジング２８０８を貫通する第１の流路（処理液体の流路）の一部を形成する。外側ハウジング２９９４は、図１１〜図２２を参照して説明した外側ハウジング１１０２および／または図２６、２７を参照して説明した外側ハウジング２６０２と同様とすることができる。第１の出口２８１６によって、処理液体が、外側ハウジング２９９４を流通する液体から供給される。
【０２１６】
発電モジュール２９６２は、更に、第２の液体通路を含む。第２の液体通路は、第２の流路の一部を形成する未処理液体の通路２９９６である。第２の出口２８１８によって、未処理液体通路２９９６から未処理の液体が供給される。未処理液体の通路２９９６は、外側ハウジング２９９２の外面とハウジング２８０８の内面とによって形成される。すなわち、未処理液体の通路２９９６は、未処理液体を発電モジュール２９６２内で外側ハウジング２９９２の周囲に分離、独立させて第２の出口２８１８へ向けて流通させるための通路である。
【０２１７】
こうして、発電モジュール２９６２は、第１と第２の出口２８１６、２８１８の双方に供給する。外側ハウジング２９９２に形成された第１の液体通路は、処理液体を第１の出口２８１６へ供給し、未処理液体の通路２９９６は、未処理液体を第２の出口２８１８へ供給する。第１と第２の液体通路内の液体の流れは、他の液体通路から分離、独立に維持される。
【０２１８】
図３６は、図２８〜図３５に示した水処理システム２８０４からハウジング２８０８の一部を取外して示す側面図である。作動する間、スイッチ２８２４が第１の位置にかるとき、加圧液体は、水栓２８０２からバルブボディ２９１０を通過して内側オリフィス２９５０へ、そして第１の凹所３０２０へ流入する。内側下ガスケット２９２４は、外側凹所３００６への液体の漏洩を防止する。液体の流れは、ハウジング２８０８内の処理液体通路３６０２を介して、マニフォールド２９６８の第１通路入口３１１４へ導かれる。ハウジング２８０８内の第１の流路（処理液体の通路）に沿って流れる液体は、遮蔽体３６０２のために第２の流路（未処理液体の通路２９９６）へは流入しない。既述したように、液体はフィルタモジュール２９６０および反応容器２９８８を流通し、ノズル１１０８によって高速で外側ハウジング２９９４内に吐出される。
【０２１９】
押出された液体噴流は、空気中を移動して、水力発電機２９９２に衝当する。より詳細には、押出された液体噴流は、内側ハウジング１１０４の表面に取付けられているパドル１１１８に衝当し、内側ハウジング１１０４を回転させる。内側ハウジング１１０４が回転すると発電され、紫外線光源２９８４へ電力が供給され、これを維持する。或いは、後述するように、紫外線光源２９８４を始動し、これを維持することに関連して、エネルギ貯蔵装置３７４０を用いてもよい。パドル１１１８に衝当した後、液体は外側ハウジング２９９４内に収容され、そして第１の出口２８１６へ流れ、この液体は、処理液体として水処理システム２８０４のユーザに利用可能となる。
【０２２０】
スイッチ２８２４が第２の位置に切換えられると、水栓２８０２からの圧力液体は、第２の流路沿いに第２のオリフィス２９５２へバルブボディ２９１０内を流通し、そして外側凹所３００６へ流入する。外側下ガスケット２９９２および内側下ガスケット２９９４が、外側凹所３００６からの液体の漏洩を防止する。外側凹所３００６から、液体は未処理液体の通路２９９６へ導かれ、次いで第２の出口２８１８へ導かれる。
【０２２１】
再び図２９を参照すると、水処理システム２８０４の作動、監視および制御は電子モジュール２９６６により行われる。図示する例では、電子モジュール２９６６は、ハウジング２８０８の一部を形成する水密の室である。他の例では、電子モジュール２９６６は、複数の小室とし、水密の構成要素および／または説明した機能を果たす他の形態とすることができる。
【０２２２】
図３７は、電子モジュール２９６６のブロック図であり、該ブロック図には、紫外線光源２９８４および水力発電機２９９２が含まれている。一例として示す電子モジュール２９６６は、プロセッサ３７０２、表示器３７０４、ＵＶスイッチ３７０および電源３７０８を含んでいる。他の例では、電子モジュール２９６６の機能を記述するために付加的な構成要素または一層少ない構成要素を含んでいてもよい。
【０２２３】
プロセッサ３７０２は、水処理システムの表示、監視、制御および操作の少なくとも１つを行うために、入力を受け入れること、および／または、出力することに関連した論理および／または指示を実行可能な如何なる装置とすることもできよう。プロセッサ３７０２は、指示およびデータを格納するために、メモリー装置のような記憶部を含むことができる。この記憶部は、揮発性または不揮発性のメモリー装置とすることができる。更に、プロセッサ３７０２は、アナログ−デジタル変換機能のような信号変換機能を含むことができる。プロセッサ３７０２は、また、電気信号を伝達、受信するための入出力機能、および、データおよび／または指示を伝達、受信するための外部通信ポートを含むことができる。
【０２２４】
水力発電システムによって生成された電力の監視、表示、制御および分配は、プロセッサ３７０２によって実行することができよう。水力発電機２９９２の監視は、１分当りの回転数（ＲＰＭ）、出力、温度および／または水力発電機２９９２の関連した他の作動パラメータを受信することを含む。図示する例では、プロセッサ３７０２は、出力ライン３７１２上の水力発電機２９９２の出力を代表する信号を受信する。水力発電機２９９２によって生成された交流の周波数に基づいて、プロセッサ３７０２は水力発電機２９９２のＲＰＭを検知可能である。プロセッサ３７０２は、また、第１の流路（処理液体の流路）を流通する液体の流量を検知するために、このＲＰＭ（交流電力）を用いることができよう。こうして、フィルタの寿命、紫外線光源の寿命、総水量、または、関連したパラメータの他の利用は、プロセッサ３７０２によって追跡、記録することができよう。
【０２２５】
選択可能の例として、電子モジュール２９６６は、また、紫外線センサ、Ａ級センサ(class A sensor)、流量センサなどのような１または複数のセンサ３７１４を含んでいてもよい。プロセッサ３７０２は、センサ監視ライン３７１６でセンサ３７１４を監視し、紫外線光源が作動しているか、システムを流通する液体が紫外線照射を受けているか、流量などを検知する。或いは、プロセッサ３７０２はメモリに予め作成したランプ照射曲線をテーブルとして格納していてもよい。ランプ照射曲線によって、紫外線光源２９８４に供給された電力および液体の流れが紫外線エネルギに照射された時間に基づいて、十分な紫外線照射レベルを達成することができよう。
【０２２６】
プロセッサ３７０２は、前記テーブルおよび水力発電機２９９２を用いて、紫外線光源２９８４が規定照射量を達成するために必要な量を定刻に決定するようにしてもよい。ここで「規定照射量」との語は、反応室２９８８（図２９）での測定流量において、液体の流れを十分に浄化するのに必要な紫外線エネルギ出力を意味する。このテーブルにした情報を備え、水力発電機２９９２の現在の出力レベルを知ることにより、プロセッサ３７０２は、紫外線光源が、要求される規定照射量を達成するために必要な始動時間を決定する。ここで、紫外線光源の「始動時間」との語は、紫外線エネルギ（初期光出力ＩＬＯ）を放射するプラズマを得るためにアークを生成しガスをイオン化するのに必要な時間を意味する。
【０２２７】
プロセッサ３７０２は、また、システム状態の表示を駆動する。表示器３７０４は、発光ダイオード(LED)、液晶表示器(LCD)、光表示器、圧電、アナンシエーター(annunciator)等のような視覚的または聴覚的表示形態とすることができる。表示器３７０４は電子モジュール２９６６に設けることができる。或いは、表示器３７０４は、ハウジング２８０８（図２９）の概ね球形の部分のような、ハウジング２８０８（図２９）内または同ハウジング上の見やすい位置に設けてもよい。表示器３７０４を介してプロセッサ３７０２により駆動される視覚的または聴覚的な表示は、紫外線光源２９８４の寿命（使用量）、フィルタ２９７２（図２９）の寿命（使用量）、紫外線光源２９８４が規定照射量に達したか或いは達したとき、紫外線光源２９８４へ供給するための電力が不足しているか或いは不足したとき、システム故障、システム作動、流量その他のシステムおよび／または作動の表示／状態を表示することができる。プロセッサ３７０２は、表示器３７０４を駆動するために表示ライン３７１８に信号を送出することができる。
【０２２８】
プロセッサ３７０２による制御は、紫外線光源２９８４の起動および作動の制御を含むことができる。既述したように、紫外線光源２９８４は、水力発電機２９９２により生成される電力によって始動され、次いで、連続的に電力が供給される。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭおよび／または出力を監視し、ＲＰＭおよび／または出力が所定範囲にあるとき、紫外線光源２９８４に電力が供給する。水力発電機２９９２のＲＰＭおよび出力は相互に関連していることは理解されよう。更に、ＲＰＭが増加すると、それに対応して出力も増加し、ＲＰＭが低下すると、それに対応いて出力も低下する。前記出力の所定範囲は、紫外線光源２９８４の始動時間を最小化するように選定することができる。言い換えれば、紫外線光源２９８４が規定照射量に達するのに必要な起動時間は、プロセッサ３７０２によって最小化されよう。水力発電機のＲＰＭが所定範囲にあるような場合にのみ、最適作動条件で紫外線光源２９８４に電力が供給することによって、起動時間はプロセッサによって最小化されよう。起動時間を最小化することにより、水処理システムは、望ましい「即時始動」が可能となろう。即時始動は、第１の流路を流通する未処理液体の量を最小化することができる。
【０２２９】
紫外線光源２９８４の起動時間は、また、紫外線光源２９８４の形態に基づいても有利に短縮することができよう。有利内容に形成された紫外線光源２９８４の形態に関するパラメータは、紫外線光源２９８４のフィラメントの大きさ、紫外線光源２９８４内の混合気および場合によっては予熱制御部３７２０の利用が含まれる。
【０２３０】
アークを生成するための紫外線光源２９８４の高エネルギ起動によって、紫外線光源２９８４内のプラズマが、ある熱イオン温度まで上昇する。紫外線光源２９８４により発生する紫外線エネルギの安定性および堅牢性を最大化する熱イオン温度は望ましい。熱イオン温度が低すぎると、高エネルギによって形成されたプラズマが不安定になる。反対に、熱イオン温度が高すぎると反応が低下する。
【０２３１】
紫外線光源２９８４のために、プラズマの熱イオン温度の範囲を確立することができる。所定範囲のプラズマの熱イオン温度を得るために、プロセッサ３７０２の指示により、所定範囲の起動電圧（従ってＲＰＭ）を紫外線光源２９８４に供給することができる。この所定範囲のプラズマの熱イオン温度は、安定性を考慮しないで単純にプラズマを形成するために必要なプラズマの熱イオン温度よりも高いであろう。所定範囲内とするためには、プラズマの熱イオン温度は一層高くする必要があるかもしれないので、所定起動電圧もまた大きくなるかもしれない。望ましい熱イオン温度範囲内とするために望ましい起動電圧に対応するために、紫外線光源２９８４内のフィラメントもまた大きくなるであろう。こうして、プロセッサ３７０２の指示により水力発電機２９９２によって供給される起動電圧は悪影響無く高くすることができ、また、起動時間も最小化される。
【０２３２】
プラズマを形成する反応の熱イオン温度を最大化するために、ネオンおよびアルゴンの所定混合気が紫外線光源２９８４内で用いることができる。例えば、混合気は、５％までの範囲のネオンと、残りをアルゴンとした混合気とすることができる。ネオンは約５％〜約１５％としてもよい。更に、ネオンを約２５％以下とし、アルゴンを約７５％以下としてもよい。
【０２３３】
望ましい温度範囲での反応の熱イオン温度を生成するために、水力発電機２９９２によって発生する出力はアークを生成させ気体をイオン化するために用いられるので、発生した電力、従って、その結果得られる熱イオン温度を決定するために、最悪の場合の液体流量および温度を用いることもできる。最適な熱イオン温度範囲が決定されると、気体がイオン化したときに最適熱イオン温度範囲内の熱イオン温度が得られたときにのみ紫外線光源２９８４に電力を供給するために、プロセッサ３７０２によって水力発電機２９９２のパラメータを監視するようにできる。
【０２３４】
紫外線スイッチ３７０６を制御して、水力発電機２９９２から紫外線光源２９８４への電力供給を制御するようにできる。紫外線スイッチ３７０６は、リレー、ＦＥＴまたはプロセッサ３７０２によって駆動されるその他のスイッチ機構とすることができる。プロセッサ３７０２は、許可ライン３７２２上の出力信号として送出される許可信号によって、紫外線スイッチ３７０６を指示する。紫外線スイッチ３７０６は、エネーブルされると、水力発電機２９９２から高圧ライン２７２４を介して電力を受け取り、この水力発電機２９９２によって発生した電力を紫外線光源２９８４へ電力供給ライン越しに送電する。
【０２３５】
紫外線照射システム２９８８（図３４）および水力発電機２９９２は、また、種々の流量条件下で流れる液体を十分に照射するために、「負荷整合的(load matched)」に設計されている。流量変化が検知されると、水力発電機２９９２の出力電圧もまた変化しよう。更に、水力発電機２９９２の電圧（ＲＰＭ）変化によって紫外線光源２９８４の紫外線エネルギ出力も変化するであろう。こうした変化に基づいて、水力発電機２９９２および紫外線光源２９８４は、液体流量の予想される範囲の流量条件下で、十分な照射を提供するよう負荷整合的に設計されている。更に、直線状部分３４０２および螺旋部分３４０６（図３４）のような紫外線照射システム２９８８の他の特徴も、変化する流量のもとで十分に照射できるように設計することができる。
【０２３６】
予熱制御部３７１８は、紫外線光源２９８４に結合したグロー球のような機械的制御部とすることができる。グロー球は、気体のイオン化が開始したときに、紫外線光源２９８４のフィラメントを短絡するであろう。イオン化が完了し、紫外線光源２９８４内の反応が望ましい範囲の熱イオン温度に達すると、グロー球は短絡を停止するようにできる。或いは、予熱制御部３７１８をプロセッサ３７０２によって制御されるリードリレーやトライアック（登録商標）のような短絡スイッチとしてもよい。プロセッサ３７０２は、短絡スイッチを選択的に付勢し或いは消勢し、規定の照射を達成するために紫外線光源２９８４の作動時間(on-time)を最小化する。予熱制御部３７１８の付勢、消勢は、予熱ライン３７２８上へのプロセッサ３７０２からの信号によって可能となろう。
【０２３７】
水力発電機２９９２の出力を利用してプロセッサ３７０２へ調整された直流制御電圧を供給するために、電源３７０８を用いることができる。調整された直流制御電圧は、水力発電機２９９２が回転を開始するとすぐに、直流制御ライン３７３０を介してプロセッサ３７０２へ供給することができる。その結果、プロセッサ３７０２が先ず付勢され、水力発電機２９９２が回転し始めるのと実質的に同時に水力発電機２９９２の出力を監視し始める。
【０２３８】
水力発電機２９９２は、高電圧モードで高圧発電機として、そして低電圧モードでは低圧発電機として作動させるようにすることができる。例えば、高電圧モードでは、水力発電機２９９２は、紫外線光源２９８４へ高電圧出力を発生するように形成されたコイルを含むことができよう。或いは、低電圧モードでは、紫外線光源２９８４へ比較的低圧の出力を発生するように形成されたコイルを含むことができよう。
【０２３９】
本明細書では、「高電圧モード」との語は、水力発電機２９９２によって発生した作動電圧が、紫外線光源２９８４へ直接電力供給しかつ作動させるのに十分に高い電圧を意味する。例えば、高電圧モードでは、約３００〜４００ＶＡＣの始動電圧（水力発電機２９９２に負荷がかかっていないときの初期起動電圧）を、そして起動後に紫外線光源２９８４への電力供給を維持するために約２０〜４０ＶＡＣの電圧を提供するようにできる。また、「低電圧モード」との語は、後述するように、紫外線光源２９８４を起動しかつ作動させるために安定期によって用いられる、水力発電機２９９２の出力電圧を意味する。例えば、低電圧モードでは水力発電機は約６〜２０ＶＡＣの電圧を提供するようにできる。他の例では、紫外線光源２９８４を起動、作動させるために、他の電圧モードや他の形態を水力発電機２９９２で用いることができる。
【０２４０】
水力発電機２９９２が高電圧モードで作動している場合、高圧電力ライン３７２４を介して紫外線スイッチに高電圧出力を供給するようにできる。更に、水力発電機２９９２は、交流出力ライン３７３２を介して電源３７０８へ低電圧出力を供給するように形成されたコイルを含むことができる。最適作動条件となったときに、紫外線光源２９８４内でアークを発生させるために、比較的高圧の交流電力を紫外線スイッチ３７０６に供給するようにできる。
【０２４１】
水力発電機２９９２が低電圧モードで作動し、比較的低電圧の出力が紫外線光源２９８４へ供給される場合、電子モジュール２９６６は安定器３７３０を含むことができる。安定器３７３０は、紫外線スイッチ３７０６と紫外線光源２９８４との間の電力供給ライン３７２６に配設することができる。紫外線スイッチ３７０６は、低電圧モードで作動中の水力発電機２９９２からの供給電力に基づいて、電源３７０８から約３〜１２ＶＤＣのような整流し未調整の直流電圧の供給を受ける。整流した直流電圧は、最適作動条件に達し、プロセッサ３７０２によって紫外線スイッチ３７０６が起動したときに、安定器３７３０によって交流電力に変換し直され紫外線光源２９８４へ供給される。
【０２４２】
高電圧モードの水力発電機２９９２での起動に際して、紫外線光源２９８４は、既述したように最低電流および高電圧を利用する。イオン化の間、紫外線光源２９８４のインピーダンスは、１ＭΩのような比較的高いインピーダンスから１００Ωのような比較的低いインピーダンスへ変化する。水力発電機２９９２を直接電源として用いることにより、紫外線光源２９８４の変化するインピーダンスと協調的に作動するように構成することのできる電源が提供される。
【０２４３】
高電圧モードの水力発電機２９９２は、紫外線光源２９８４を直接的に始動させるために所定の起動電圧を提供する。所定の起動電圧は、より悪い場合に予想される液体流量および温度を用いて、無負荷条件での水力発電機２９９２により出力される第１のＲＰＭ、従って起動電圧を予測するために水力発電機２９９２が備えている電圧範囲とすることができる。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭが所定の起動電圧を提供可能な所定範囲にあるときのみ、紫外線光源２９８４に電力を供給する。更に、水力発電機２９９２は、最悪の場合で予測される液体流量および温度のもとでの対応する第２のＲＰＭに対して設計することにより、始動後に紫外線光源２９８４の発光を維持する運転電圧を提供するように構成できよう。
【０２４４】
高電圧モードで作動可能な水力発電機２９９２は、更に、紫外線光源２９８４の始動を完了するのに十分に長い所定時間、第１のＲＰＭ、従って起動電圧を実質的に維持するために、フライホール効果を考慮するようにできる。第１のＲＰＭを実質的に維持することにより、水力発電機２９９２は、様々な負荷条件下において、望ましい熱イオン温度範囲内で、アークを形成し、紫外線光源２９８４内の気体をイオン化するために十分な電力を供給可能となる。前記所定時間は、例えば８００ミリ秒とすることができる。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のフライホール効果（起動電圧）を監視し、そして、前記所定時間を達成するために前記ＲＰＭの所定範囲を調節する。こうして、プロセッサ３７０２は、紫外線光源２９８４を始動し、次の紫外線光源２９８４の起動を最短化するために、最適な時間を連続的に調節する。紫外線光源２９８４の連続負荷によって、紫外線光源２９８４の発光を維持するために必要な作動電圧を提供するために、水力発電機２９９２のＲＰＭは低下するであろう。
【０２４５】
水力発電機２９９２が低電圧モードで作動している場合、紫外線スイッチ３７０６によって紫外線光源２９８４を始動可能とする最適時間を決定することできる。プロセッサ３７０２によって、水力発電機２９９２のＲＰＭ（または電圧）が所定範囲にあるかを監視するようにできる。前記所定範囲に達すると、紫外線スイッチ３７０６は安定器３７３０に直流電圧を供給し、紫外線光源２９８４内にアークを形成する。前記所定範囲にあるので、安定器３７３０は、望ましい範囲の熱イオン温度範囲内で紫外線光源２９８４内にアークを形成することができる大きさの電圧を提供できる。
【０２４６】
高電圧モードまたは低電圧モードで作動する水力発電機２９９２は、プロセッサ３７０２の制御によって、紫外線光源２９８４と効果的に「インピーダンス整合」するであろう。プロセッサ３７０２は、水力発電機２９９２のＲＰＭを監視し、ＲＰＭが起動を最短化する所定範囲に達したときに、紫外線スイッチ３７０６を付勢して紫外線光源２９８４に電力を供給する。水力発電機２９９２から十分な電力が供給されたときにだけ紫外線光源２９８４内にアークを形成することにより、紫外線光源２９８４の寿命を最大化することができよう。更に、紫外線光源２９８４内で生成されるプラズマは、生成する紫外線エネルギを最大限安定化し変動を最小化する望ましい熱イオン温度範囲内となるであろう。
【０２４７】
いずれのモードでも、ＲＰＭが所定範囲に達するまでプロセッサ３７０２が待機する間、アークの形成は遅れるであろう。この遅れは、水力発電機２９９２の回転の慣性に対抗するために必要な時間のために生じるであろう。この遅れは、水力発電機２９９２が最高速まで立ち上がる間、水力発電機２９９２からエネルギを取出すことにより有利に回避できるであろう。こうして、紫外線光源２９８４の迅速かつ効果的な起動が達成され、イオン化された気体を最大限安定させることができよう。
【０２４８】
電子モジュール２９６６は、また、場合によっては、エネルギ貯蔵装置３７４０と充電／放電制御部３７４２とを含むことができる。エネルギ貯蔵装置は、コンデンサ、バッテリー、電力を貯蔵、放電できるその他のエネルギ貯蔵機構とすることができる。充電／放電制御部３７４２は、選択的に電力を伝導可能なリレーやＦＥＴのような切換え機構の形態とすることができる。プロセッサ３７０２は、充電／放電ライン３７４０へ送出した信号によって、充電／放電制御部３７４２を制御することができる。充電／放電制御部３７４２は、また、エネルギ貯蔵ライン３７４６によってエネルギ貯蔵装置３７４０に、エネルギ貯蔵ライン３７４８によって電源３７０８に結合することができる。
【０２４９】
貯蔵装置３７４０は、水力発電機２９９２によって電力が生成されていないときに、水処理システムに電力を供給するために、プロセッサ３７０２によって利用するようにできる。更に、貯蔵装置３７４０は、水力発電機２９９２の現在の出力を超過する電力要求を満足するために、プロセッサ３７０２によって利用するようにできる。例えば、水力発電機２９９２のＲＰＭが不十分なために、プロセッサ３７０２が紫外線光源２９８４にアークを形成できない場合に、プロセッサ３７０２は、貯蔵装置３７４０からの電力で利用可能な電力を補償すべく充電／放電制御部をエネーブルし、かつ、紫外線光源２９８４にアークを形成すべく紫外線スイッチ３７０６をエネーブルするようにできる。プロセッサ３７０２は、また、水力発電機２９９２が十分な量の電力を生成しているときに、充電／放電制御部３７４２が貯蔵装置３７４０に電力を貯蔵できるようにしてもよい。
【０２５０】
他の例では、プロセッサ３７０２は、貯蔵装置３７４０からの電力によって紫外線光源２９８４を始動することができよう。プロセッサ３７０２は、該プロセッサ３７０２が水力発電機２９９２の回転を検知したときに、つまり、プロセッサ３７０２が第１の流路に沿って液体の流れを検知したときに、紫外線スイッチ３７０６をエネーブルする。水力発電機２９９２のＲＰＭ（または電圧）は、紫外線光源２９８４の始動を維持可能な所定範囲に達するまでプロセッサ３７０２により監視される。プロセッサ３７０２は、次いで、同期スイッチ（図示せず）によって電力の供給を貯蔵装置３７４０から水力発電機に切換えることができよう。こうして、水処理システムは、紫外線光源２９８４を即時に起動でき、また、電源内蔵型となる。貯蔵装置３７４０を備えた選択肢は、第三世界諸国のような液体の圧力が低い条件下で、安価で便利な方法を提供する。
【０２５１】
図３８、３９は、図２８〜図３７を参照して上述した水処理システム２８０４の作用を示すプロセスフローチャートの一例である。図示された作用の一例では、水処理システム２８０４は、従前に作動しており、従って液体を保持していると仮定する。液体が切換機構２８０６に流入したときに、先ず、図３８のブロック３８０２から作動を開始する。水処理システム２８０４のユーザがスイッチ２８２４を切換えて、処理液体を受け取ることを選択すると、ブロック３８０４において、液体は、第１の流路に沿って切換機構２８０６を流通してハウジング２８０８に流入する。ブロック３８０６では、従前に既に第１の流路内に存在していた液体が流通し始めている。この既に存在している液体は、水処理システム２８０４の従前の使用から残っているものである。
【０２５２】
この既に存在していた液体は、水力発電機２９９２において高速で押出される噴流として噴射され、ブロック３８０８で水力発電機２９９２は回転し始める。ブロック３８１０では、水力発電機２９９２は、電力を生成し始める。ブロック３８１２では、この電力によってプロセッサ３７０２が付勢される。ブロック３８１４において、水力発電機２９９２の出力を監視し、所定範囲のＲＰＭに達したか否かを判断する。ＲＰＭが所定範囲に達すると、ブロック３８１６において、プロセッサ３７０２は、紫外線光源２９８４を始動すべく紫外線スイッチ３７０６をエネーブルする。
【０２５３】
ブロック３８１４でＲＰＭが所定範囲になければ、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２０において、流量を監視して流量が所定範囲を超えていないかを判断する。検知された流れの量は、反応容器２９８８内に存在し、既に紫外線エネルギの照射を受けた従前の液体の量であるかもしれない。検知された流量が超過している場合には、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２２で、液体の流れが十分に処理されていない旨のアラームその他の表示を行う。
【０２５４】
図３９を参照すると、ブロック３８２４では、プロセッサ３７０２は、３秒のような所定時間が超過したか否かを判断する。所定時間を超過していない倍には、ブロック３８１４へ戻り、所定範囲のＲＰＭを監視する。所定時間を超こすると、プロセッサ３７０２は、ブロック３８２６において、表示器３７０４により、紫外線光源２９８４を起動するのに十分な電力が得られないこと示すアラームをだし、ブロック３８１４へ戻る（図３８）。或いは、プロセッサ３７０２は、既述したように、補助動力を提供すべく貯蔵装置３７４０（具備する場合に）をエネーブルしてもよい。
【０２５５】
ブロック３８１６（図３８）で紫外線光源が始動すると、プロセッサ３７０２は、ブロック３７３２で流量、フィルタの寿命（使用量）、紫外線光源の寿命（使用量）等を監視する。紫外線光源２９８４を起動するために貯蔵装置３７４０を用いる場合には、プロセッサ３７０２は、所定範囲のＲＰＭに基づいて、貯蔵装置３７４０から水力発電機２９９２によって供給される電力に切換えるかを決定する。ブロック３７３４において、プロセッサ３７０２は、テーブルにアクセスして、液体が十分な紫外線照射を受けたか否かを判断する。或いは、プロセッサ３７０２がセンサ３７１４を監視して上記の判断をしてもよい。液体が十分に照射を受けている場合には、プロセッサ３７０２は、ブロック３８３６で、表示器３７０４によりユーザに液体が処理されている旨の表示をする。液体が十分に照射されていない場合には、ブロック３８３８において、プロセッサ３７０２は、表示器３７０４によりアラームを発生する。
【０２５６】
ブロック３８４０で、切換機構２８０６に流入した液体は、マニフォールド２９６８に流入し、第１の流路沿いにフィルタ２９７２へ導かれる。この液体は、ブロック３７４２で濾過される。ブロック３７４４では、濾過された液体は、マニフォールド２９６８へ戻り、第１の流路沿いに反応容器２９８８へ導かれる。ブロック３８４６で、濾過された液体は、反応容器２９８８内で紫外線エネルギの照射を受ける。ブロック３８４８で、照射された液体は、マニフォールド２９６８へ再び戻り、第１の流路沿いにノズル１１０８へ導かれる。ブロック３８５０では、この液体は、ノズル１１０８により液体噴流として水力発電機２９９２へ押出され、第１の流路沿いに第１の出口２８１６から流出する。
【０２５７】
図３８を再び参照すると、ブロック３８０２で、ユーザが未処理液体を選択すると、液体は、ブロック３８０２で第２の流路に沿って切換機構２８０６を流通する。ブロック３８５６で、液体は、第２の流路沿いにハウジングへ流入し、未処理液体通路２９９６を流通する。未処理液体は、ブロック３８５８で出口２８１８に供給される。
【０２５８】
ユーザが液体の流れを停止したとき、プロセッサ３７０２は、作動データおよび使用量データを不揮発性メモリに送出するのに十分な量のエネルギが残留しているであろう。或いは、貯蔵装置３７４０からプロセッサ３７０２へ電力を供給するようにしてもよい。データの格納が完了すると、プロセッサ３７０２は消勢され、水処理システムは停止する。
【０２５９】
既述した小型の水処理システムは、独立の電源を形成する小型の水力発電システムにより電源内蔵型である。電力は、小型の水処理システムにより処理された液体を用いて生成される。小型の水処理システムは、水栓の端部に取付けることができる。小型の水処理システムを流通する液体は、処理液体を提供する第１の流路または未処理液体を提供する第２の流路とを選択的に流通する。第１の流路を流通する液体は濾過され、紫外線エネルギの照射を受け、水力発電機を高ＲＰＭで回転させるために噴流として押出される水力発電機が回転することにより、紫外線光源を始動し、かつ、発光を維持するために用いられる電力が生成される。また、この電力によって小型の水処理システムに含まれているプロセッサを付勢するようにできる。プロセッサは、小型の水処理システム内の監視および制御はもとより、紫外線光源への電力供給を制御する。
【０２６０】
特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の精神と範囲とを逸脱することなく、これらの実施形態の種々の修正、変更が可能であることは明らかであろう。全ての均等物を含めて、特許請求の範囲に本発明の精神と範囲とが規定されている。
【符号の説明】
【０２６１】
１０    水処理システム
１２    水力発電機
１４    ノズル
１６    ハウジング
１８    インペラ
２０    ハウジング吐出口
２２    管路
２６    ノズル取入口
２８    ノズル吐出口
３０    通路
３２    第１所定直径
３４    第２所定直径
４２    ブレード
４４    ハブ
４６    発電機
４８    シャフト
５０    発電機シャフト
５２    水密シール
５４    導体
５６    取付プレート
５８    長手スロット
６０    突起部
６２    ハウジングキャビティ
６４    ブレード
６６    インペラハブ
６８    パドル
７０    スロット
７６    ローター
７８    第１ステーター
８０    第２ステーター
８２    発電機ハウジング
８４    永久磁石
８６    コイル
８６    各コイル
１０２    ローターハウジング
１０４    ステーターハウジング
１０６    取入口
１０８    吐出口
１０８    ノズル
１１２    ローター
１１４    ステーター
１１６    コア
１１８    突出極
１２０    コイル
１２０    各コイル
１２２    磁極片(pole shoe)
１２４    永久磁石
１２６    ローターシャフト
１２８    ローターブレード
１３０    第１カラー
１３２    第２カラー
１３４    軸受
１４０    タービンノズル
１４０    ノズル
１４２    ハウジング
１４４    ステーター
１４４    取入口
１４６    吐出口
１５２    第１部
１５４    第２部
１５６    通路
１５８    先端
１６０    ストラット
１６２    チャネル
１６４    タービンローター
１６６    ローターシャフト
１６８    永久磁石
１７０    中心軸線
１７２    タービンブレード
１７４    本体
１７６    キャビティ
１７８    軸受
１７８    各軸受
１８０    出口案内翼板
１８０    各出口案内翼板
１８２    フィン
１８２    キャップ
１８４    コイル
１８６    キャップ
１８８    エアギャップ
３７０    スイッチ
１００２    所定距離
１００４    前端部
１００６    後端部
１００８    整流器
１０１０    ブレード
１０１２    本体
１０１６    圧縮領域
１０１８    確立領域
１１０２    外側ハウジング
１１０２    通路
１１０２    ハウジング
１１０２    内側ハウジング
１１０４    内側ハウジング
１１０６    センタリングロッド
１１０８    ノズル
１１１０    キャビティ
１１１２    内面
１１１４    吐出口
１１１６    ブッシュ
１１１８    パドル
１１２０    外面
１１２２    ノズル取入口
１１２４    ノズル吐出口
１２０２    通路
１２０４    リブ
１２０６    内側面
１２０８    中心軸線
１３０２    第１角度的部
１３０４    第１直線状部分
１３０６    テーパ部分
１３０８    第２角度的部
１３１０    第２直線状部分
１５０２    指部
１５０４    中央チャネル
１５０６    外側チャネル
１５０８    分岐通路
１６０２    分岐通路
１７０２    分岐通路
１８０２    第１ハブ
１８０４    第２ハブ
１８０６    ローター
１８０８    ステーター
１８１２    中心軸線
１８１６    ブッシュ用開孔
１８１８    開放端部
１８２０    保持リング
１８２２    突起部
１８２４    スロット
１８２４    隣接スロット
１８２４    ノッチ
１８２６    通孔
１８２８    保持部
１８３０    ノッチ
１８３４    保持部用リング
１８３６    磁石
１８４０    磁極
１８４２    取付プレート
１８４４    電源ライン
１９０２    基部
１９０４    第１パドル部
１９０６    第２パドル部
１９０８    スロット
１９１２    下側表面
１９１４    脚部
１９１６    第１斜面
１９１８    第２斜面
１９１８    スロット
１９２０    前面
２００２    後面
２００２    上壁
２００４    リップ部
２０１６    バルブモジュール
２１００    衛生器具
２１０２    水取入口
２１０２    取入口
２１０４    水吐出口
２１０４    吐出口
２１０８    電子機器用ハウジング
２１１０    発電モジュール
２２０２    電動バルブ
２２０６    管路
２２２６    バルブ制御器
２２２８    エネルギ貯蔵装置
２２３０    電力制御器
２２３２    センサ
２２３８    エネルギ貯蔵装置
２３０２    第１エネルギ貯蔵装置
２３０４    第２エネルギ貯蔵装置
２３０６    第３エネルギ貯蔵装置
２３０８    プロセッサ
２３１０    第１充電制御スイッチ
２３１２    第２充電制御スイッチ
２３１４    第３充電制御スイッチ
２３１６    並列スイッチ
２３１８    負荷制御スイッチ
２３２０    アース接続部
２３３０    入力電力ライン
２３３２    第１充電ライン
２３３４    充電ライン
２３３６    充電ライン
２３３８    第１放電ライン
２３４０    第２放電ライン
２３４２    第１充電ライン
２３４４    第２充電ライン
２３４６    第３充電ライン
２３４８    負荷用供給ライン
２３５０    バルブ制御ライン
２３５０    ステータースライン
２３５２    ステータースライン
２３５６    直列スイッチ
２３５８    並列スイッチ
２４０２    第１コンデンサ
２４０４    第２コンデンサ
２４０６    第３コンデンサ
２４０８    第４コンデンサ
２４１０    アース接続
２４１２    充電制御ライン
２６０２    外側ハウジング
２６０４    内側ハウジング
２６０６    センタリングロッド
２６０８    ノズル
２６１０    キャビティ
２６１２    パドル
２６１３    外面
２６１４    吐出口
２６１６    内面
２６１８    内側ハウジング部
２６２０    ノズル部
２６２２    排出部
２６２４    収集部
２６２４    ノズル吐出口
２６２６    ノズル吐出口
２７０２    中心軸線
２７０４    衝撃箇所
２７０６    軌跡ベクトル
２７０８    軌跡流角度
２７１０    第２セグメント
２７２４    高圧ライン
２８０２    水栓
２８０４    水処理システム
２８０６    切換機構
２８０８    ハウジング
２８１０    入口
２８１２    出口
２８１６    出口
２８１８    出口
２８２４    スイッチ
２９０２    カラー
２９０４    上ガスケット
２９０６    アダプター
２９０８    上ガスケット
２９１０    バルブ本体
２９１２    レバー
２９１４    バネ
２９１６    ボール
２９１８    バルブシール
２９１８    シール
２９２０    バルブコア
２９２２    外側下ガスケット
２９２４    内側下ガスケット
２９３２    空所
２９３４    ポスト
２９３６    ポスト
２９３８    リング
２９４０    リング
２９４１    着座部
２９４２    着座部
２９５０    オリフィス
２９５２    オリフィス
２９５４    バルブシール
２９６０    フィルタモジュール
２９６２    発電モジュール
２９６４    紫外線照射モジュール
２９６６    電子モジュール
２９６８    マニフォールド
２９７０    中心部分
２９７２    マニフォールドカバー
２９７２    フィルタ
２９７４    フィルタ窩
２９７６    フィルタ入口
２９７８    フィルタ出口
２９８０    エンドキャップ
２９８１    窓
２９８２    紫外線照射システム
２９８４    紫外線光源
２９８６    ソケット
２９８８    反応容器
２９９０    小孔
２９９２    外側ハウジング
２９９２    外側下ガスケット
２９９４    外側ハウジング
２９９４    内側下ガスケット
２９９６    通路
２９９６    未処理液体通路
３００２    上壁
３００６    外側凹所
３００８    外壁
３０１０    内壁
３０１２    斜面
３０１４    外側下面
３０１６    内側下面
３０２０    内側凹所
３０２２    カバー
３１０２    通路
３１０４    通路
３１０６    ノズル保持部
３１１４    第１通路入口
３１１８    第２通路出口
３１２４    ランプ着座部
３１２６    指部
３１２８    溝
３１３０    溝
３１３２    ガスケット
３１３４    ガスケット
３２０２    マニフォールド内壁
３２０４    マニフォールド分割壁
３２０６    凹部
３２０８    畝部
３３０２    カバー通路
３３０４    カバー通路
３３０６    リップ部
３３１０    フィルタガスケット
３４０２    直線状部分
３４０４    エルボー部分
３４０６    螺旋部分
３４１０    端部
３４１２    端部
３４１６    螺旋入口
３４１８    螺旋出口
３５０２    半体部分
３５０４    半体部分
３５０６    入口ニップル
３５１０    出口ニップル
３６０２    処理液体通路
３６０２    遮蔽体
３７０２    プロセッサ
３７０４    表示器
３７０６    紫外線スイッチ
３７０８    電源
３７１２    出力ライン
３７１４    センサ
３７１６    センサ監視ライン
３７１８    表示ライン
３７２０    予熱制御部
３７２２    許可ライン
３７２４    高圧電力ライン
３７２６    電力供給ライン
３７２８    予熱ライン
３７３０    直流制御ライン
３７３０    安定器
３７３２    交流出力ライン
３７４０    エネルギ貯蔵装置
３７４０    放電ライン
３７４０    貯蔵装置
３７４２    放電制御部
３７４６    エネルギ貯蔵ライン
３７４８    エネルギ貯蔵ライン
【図１】
2011087459.tif 000003
【図２】
2011087459.tif 000004
【図３】
2011087459.tif 000005
【図４】
2011087459.tif 000006
【図５】
2011087459.tif 000007
【図６】
2011087459.tif 000008
【図７】
2011087459.tif 000009
【図８】
2011087459.tif 000010
【図９】
2011087459.tif 000011
【図１０】
2011087459.tif 000012
【図１１】
2011087459.tif 000013
【図１２】
2011087459.tif 000014
【図１３】
2011087459.tif 000015
【図１４】
2011087459.tif 000016
【図１５】
2011087459.tif 000017
【図１６】
2011087459.tif 000018
【図１７】
2011087459.tif 000019
【図１８】
2011087459.tif 000020
【図１９】
2011087459.tif 000021
【図２０】
2011087459.tif 000022
【図２１】
2011087459.tif 000023
【図２２】
2011087459.tif 000024
【図２３】
2011087459.tif 000025
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月14日(2011.1.14)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型水力発電システムにおいて、
複数のエネルギ貯蔵装置と、
液体の流れによって回転し、発電機出力に電力を生成する水力発電機と、
複数のスイッチとを具備し、
前記複数のスイッチは、負荷と前記エネルギ貯蔵装置と前記水力発電機の発電機出力との間に結合された第１のスイッチと、前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の間に結合された第２のスイッチとを具備し、
前記第１のスイッチは、前記発電機出力と前記複数のエネルギ貯蔵装置の少なくとも１つを前記負荷に接続するよう切換可能となっており、
前記第２のスイッチが、前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の電気的構成を並列構成と直列構成との間で遷移させるために切換可能となっている小型水力発電システム。
【請求項２】
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置および前記水力発電機によって前記負荷に供給される電圧スレッショルド値に従い、前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置が、前記第２のスイッチによって前記負荷に対して並列または直列構成に切換可能となっている請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項３】
前記水力発電機によって前記エネルギ貯蔵装置に供給される充電電圧スレッショルド値に従い、前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置が、前記第２のスイッチによって、前記水力発電機に対して並列または直列構成に切換可能となっている請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置は、該エネルギ貯蔵装置の放電時間を最大とするように、前記負荷への電力供給に関して、前記第２のスイッチによって、並列構成と直列構成との間で切換可能となっている請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項５】
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置がスーパーコンデンサ(super capacitor)を具備する請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項６】
前記複数のエネルギ貯蔵装置が、バッテリーおよびスーパーコンデンサ(super capacitor)を含む請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項７】
前記複数のスイッチが、前記バッテリーを選択的かつ独立に充放電する第１のスイッチと、前記スーパーコンデンサ(super capacitor) 選択的かつ独立に充放電する第２のスイッチとを含む請求項６に記載の小型水力発電システム。
【請求項８】
前記複数のエネルギ貯蔵装置の各々の充電レベルを監視し、該複数のエネルギ貯蔵装置の各々の充電レベルに従い、前記エネルギ貯蔵装置に充電のための電力を選択的に供給し、そして、選択的に放電電力を引出すためのプロセッサを更に具備する請求項１に記載の小型水力発電システム。
【請求項９】
小型水力発電システムにおいて、
液体の流れによって回転し負荷に供給するための電力を生成する水力発電機と、
第１のエネルギ貯蔵装置と前記水力発電機との間に結合された第１のスイッチと、
第２のエネルギ貯蔵装置と前記水力発電機との間に結合された第２のスイッチと、
前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置の間に結合された第３のスイッチとを具備し、
前記第３のスイッチは、前記第１のエネルギ貯蔵装置を前記第２のエネルギ貯蔵装置に対して電気的に並列に接続する第１の位置と、前記第１のエネルギ貯蔵装置を前記第２のエネルギ貯蔵装置に対して電気的に直列に接続する第２の位置との間で切換可能となっている小型水力発電システム。
【請求項１０】
前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置は、選択的に前記負荷に電力を供給するように構成されている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１１】
前記第３のスイッチは、前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置から前記負荷に供給される電圧を調節するために切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１２】
前記第３のスイッチは、前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置から前記負荷に供給される電圧を維持するために切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１３】
前記第３のスイッチは、前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置の放電時間に基づいて、前記第１と第２の位置の間で切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１４】
前記第１と第２のスイッチは、前記水力発電機によって生成された電力の大きさに基づいて、第１と第２のエネルギ貯蔵装置の各々に前記電力を供給、充電するために独立に切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１５】
前記第１と第２のスイッチは、前記水力発電機によって生成された電圧および前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置のスレッショルド充電レベルに基づいて、前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置を選択的に充電するために、独立かつ選択的に切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１６】
前記負荷、前記水力発電機、前記第１のエネルギ貯蔵装置および前記第２のエネルギ貯蔵装置の間に電気的に結合された第４のスイッチを更に具備し、
該第４のスイッチは、前記負荷を前記水力発電機、前記第１のエネルギ貯蔵装置および前記第２のエネルギ貯蔵装置から切断するために切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１７】
前記第１と第２のスイッチは、前記水力発電機の出力における第１の電圧が前記負荷に供給される第２の電圧以上の場合に、前記第１と第２のエネルギ貯蔵装置を充電するために選択的に切換可能となっている請求項９に記載の小型水力発電システム。
【請求項１８】
小型水力発電システムにおいて、
負荷に電気的に結合されるように構成された負荷スイッチと、
前記負荷に電気的に結合された複数のエネルギ貯蔵装置であって、前記負荷スイッチが該エネルギ貯蔵装置と前記負荷との間に配設されるようにしたエネルギ貯蔵装置と、
液体の流れによって回転し前記負荷に電力を供給する水力発電機であって、前記負荷スイッチが該水力発電機と前記負荷との間に配設されるように、前記負荷スイッチに電気的に結合された水力発電機と、
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の間に電気的に結合され、前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置を並列構成または直列構成の何れかに電気的に結合し、前記負荷スイッチを介して前記負荷に供給される電圧に影響を与えるようにした直列、並列スイッチを具備する小型水力発電システム。
【請求項１９】
前記負荷スイッチは、前記複数のエネルギ貯蔵装置の少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置における放電が所定のスレッショルド値よりも低下したときに、前記負荷を前記水力発電機および前記エネルギ貯蔵装置の双方から切断するよう切換可能となっている請求項１８に記載の小型水力発電システム。
【請求項２０】
前記水力発電機システムが衛生器具を含み、該衛生器具内に前記負荷スイッチ、前記複数のエネルギ貯蔵装置、前記水力発電機および前記直列／並列スイッチが排泄されている請求項１８に記載の小型水力発電システム。
【請求項２１】
前記衛生器具がシャワーヘッドである請求項２０に記載の小型水力発電システム。
【請求項２２】
前記衛生器具が水栓である請求項２０に記載の小型水力発電システム。
【請求項２３】
前記負荷が耐水性娯楽装置である請求項２０に記載の小型水力発電システム。
【請求項２４】
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置がスーパーコンデンサ(super capacitor)を具備する請求項１８に記載の小型水力発電システム。
【請求項２５】
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置が、前記スーパーコンデンサ(super capacitor)と協働して前記負荷に電力を供給するバッテリーを具備する請求項２４に記載の小型水力発電システム。
【請求項２６】
小型水力発電システムの制御方法において、
複数のエネルギ貯蔵装置を準備し、
水力発電機を準備し、
液体の流れによって前記水力発電機を回転して発電機出力に電力を生成し、
負荷、前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置、および、前記発電機出力の間に電気的に結合された第１のスイッチを切換えて、前記発電機出力と前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つを前記負荷に接続し、
前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置の間に電気的に結合された第２のスイッチを切換えて、前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置を並列構成と直列構成との間で遷移させるようにした小型水力発電システムの制御方法。
【請求項２７】
前記第２のスイッチの切換は、
前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置によって前記負荷へ供給される電圧を監視することと、
前記負荷へ供給される該電圧の所定のスレッショルド値に従って、前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置を前記負荷に関して並列構成または直列構成に切換えることを含む請求項２６に記載の小型水力発電システムの制御方法。
【請求項２８】
前記第２のスイッチの切換は、
前記水力発電機によって前記複数のエネルギ貯蔵装置に供給される充電電圧を監視することと、
前記少なくとも２つのエネルギ貯蔵装置を前記水力発電機に関して並列構成または直列構成に切換えることを含む請求項２６に記載の小型水力発電システムの制御方法。
【請求項２９】
前記第２のスイッチの切換は、
前記前記複数のエネルギ貯蔵装置のうち少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置の放電時間を監視することと、
前記第２のスイッチを前記負荷への放電電力の供給に関して並列構成または直列構成に切換え、前記少なくとも１つのエネルギ貯蔵装置の放電時間を最大とすることを含む請求項２６に記載の小型水力発電システムの制御方法。
【外国語明細書】
2011087459000001.pdf