(57)【要約】【課題】動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる発電機、および当該発電機を備えた水栓装置を提供する。【解決手段】複数の動翼羽根部を有し、中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼を備え、前記給水流路は、前記動翼羽根部を介する動翼流路と、前記動翼流路を介さないバイパス流路と、を有し、前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路の出口は、前記動翼流路から流出する流れに対して略垂直に突出した平坦部を有することを特徴とする発電機が提供される。【選択図】図１
2008148392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動翼羽根部を有し、中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼を備え、
前記給水流路は、前記動翼羽根部を介する動翼流路と、前記動翼羽根部を介さないバイパス流路と、に分岐し、
前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路の出口は、前記動翼流路から流出する流れに対して略垂直な平坦面を含む突出部を有することを特徴とする発電機。
【請求項２】
複数の動翼羽根部を有し、中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼を備え、
前記給水流路は、前記動翼羽根部を介する動翼流路と、前記動翼羽根部を介さないバイパス流路と、に分岐し、
前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路から流出する流れは、前記動翼流路から流出する流れに対して対向する流れ成分を有することを特徴とする発電機。
【請求項３】
前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路の出口は、前記動翼流路から流出する流れとは略反対向きであることを特徴とする請求項２記載の発電機。
【請求項４】
複数の静翼羽根部を有し、前記動翼よりも上流側に設けられた予旋回静翼をさらに備え、
前記静翼羽根部を介する静翼流路の最外周端より前記動翼流路の最外周端のほうが、径外方向に突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発電機。
【請求項５】
前記動翼流路は、下流側に向けて前記動翼の内径が漸増する部分を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発電機。
【請求項６】
前記バイパス流路は、前記動翼の周側面に沿って設けられ、
前記動翼の周側面に、螺旋状の溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の発電機と、
前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、
前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、
を備え、
前記発電機により生成した電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水の流れを利用して発電する発電機、および当該発電機を備えた水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛇口の下に差し出された手をセンサで感知し、蛇口から水を自動的に吐水させる自動水栓装置が知られている。また、そのような自動水栓装置の流路に小型発電機を備え、この発電機で得られた電力を蓄電しておき、上述のセンサ等の回路の電力を補う装置も知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、流体が流通する流路に、羽根部を有する軸流式の水車を設けた発電装置が開示されている。水車の羽根部の外周側には、略円筒状のマグネットが固定され、このマグネットの下流側にマグネットの回転により起電力を発生するコイルが配設されている。水車の上流側には、水車にあてる水流の流速を高めるとともに、その水流が水車の軸方向に対して旋回するようにする噴流口が形成され、その噴流口を流れた旋回流は、水車の羽根部とマグネット内周面との間の空間を流れて、水車に回転力を与える。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、流路配管とマグネットとの間に設けられた空隙（マグネットの外周面側部分）を流れる水流の割合が多くなり、水車を流れる流量が低減するため、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換効率が悪化し、発電効率が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−３３６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる発電機、および当該発電機を備えた水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、複数の動翼羽根部を有し、中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼を備え、前記給水流路は、前記動翼羽根部を介する動翼流路と、前記動翼羽根部を介さないバイパス流路と、に分岐し、前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路の出口は、前記動翼流路から流出する流れに対して略垂直に突出した平坦部を有することを特徴とする発電機が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、複数の動翼羽根部を有し、中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼を備え、前記給水流路は、前記動翼羽根部を介する動翼流路と、前記動翼羽根部を介さないバイパス流路と、に分岐し、前記動翼流路と前記バイパス流路との合流部において、前記バイパス流路から流出する流れは、前記動翼流路から流出する流れに対して対向する流れ成分を有することを特徴とする発電機が提供される。
【０００８】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、上記のいずれかの発電機と、前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、を備え、前記発電機により生成した電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる発電機、および当該発電機を備えた水栓装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。なお、各図面中、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る発電機１の模式断面図である。  
発電機１には、主として、筒体１３、予旋回静翼１４、動翼１５、マグネットＭ、ステータ９、封止部材５１が備えられ、これらは、ケース１２（図３を参照）の中に収容されている。尚、予旋回静翼１４の上方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
【００１２】
ここで、発電機１の説明をする前に、発電機１を備えた自動水栓装置３の説明をする。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態に係る発電機１を備えた自動水栓装置３（以下、単に自動水栓装置とも称する）の取付例を表す模式図である。  
図３は、本発明の実施の形態に係る自動水栓装置３の模式断面図である。    
自動水栓装置３は、例えば、洗面台２などに取り付けられる。自動水栓装置３は、配管４を介して、水道水等の流入口５に接続されている。自動水栓装置３は、円筒状の本体３ａと、この本体３ａの上部に設けられ、本体３ａの径外方向に延出する吐水部３ｂとを有する。吐水部３ｂの先端には、吐水口６が形成され、さらにこの吐水口６の近傍にはセンサ７が内蔵されている。  
自動水栓装置３の内部には、流入口５から流入し、配管４内を流れてきた給水を、吐水口６へと導く給水流路１０が形成されている。本体３ａの内部には、その給水流路１０を開閉するための電磁弁８が内蔵され、さらに電磁弁８の下流側には、吐水量を一定に制限するための定流量弁５５が内蔵されている。また、水道等の元圧が使用圧よりも高すぎる場合に減圧するための減圧弁または調圧弁（図示省略）が、電磁弁８より上流側に内蔵されている。なお、定流量弁５５、減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
【００１４】
定流量弁５５より下流の吐水部３ｂの内部には、発電機１が備えられている。本体３ａの内部には、発電機１で発電された電力を充電しておく充電器５６、センサ７の駆動や電磁弁８の開閉などを制御する制御部５７が設けられている。発電機１は、電磁弁８及び定流量弁５５よりも下流側に配設されているため、水道の元圧（一次圧）が、発電機１に直接作用することはない。そのため、発電機１は、それほど高い耐圧性を要求されず、このような配置は、信頼性やコストの点で有利である。
【００１５】
また、充電器５６と制御部５７とは、図示しない配線を介して接続されている。そして、充電器５６及び制御部５７は、本体３ａの上部であって、給水流路１０の最も上方の位置よりもさらに上方の位置に配置されている。そのため、 給水流路１０を形成する流路管の外面に結露した水滴が、落下または流路管を伝って流れ落ちても、制御部５７が浸水することを防ぐことができ、制御部５７の故障を防止することができる。同様に、充電器５６も給水流路１０の上方に設けているため、充電器５６が浸水することを防ぎ、充電器５６の故障をも防止することができる。
【００１６】
発電機１に設けられたコイル５０（図１参照）と制御部５７とは、図示しない配線を介して接続され、コイル５０の出力が制御部５７を介して充電器５６に送られるようになっている。
【００１７】
本発明にかかる水栓装置は、生活空間において好適に使用される。使用目的としては、例えば、キッチン用水栓装置、リビングダイニング用水栓装置、シャワー用水栓装置、トイレ用水栓装置、洗面所用水栓装置などが挙げられる。また、人体感知センサを用いた自動水栓装置３に限らず、例えば、手動スイッチのオン／オフによるワンタッチ水栓装置、流量をカウントして止水する定量吐水水栓装置、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓装置などにも適用することができる。また、発電された電力を、例えば、ライトアップ、アルカリイオン水や銀イオン含有水などの電解機能水の生成、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。  
また、本発明にかかる水栓装置において、吐出流量は、例えば、毎分１００リットル以下、望ましくは毎分３０リットル以下に設定されている。特に、洗面所用水栓においては、毎分５リットル以下に設定されていることが望ましい。また、トイレ用水栓のような吐出流量が比較的多い場合には、給水管から、発電機１に流れる水流を分岐させて、発電機１を流れる流量を毎分３０リットル以下に調整することが望ましい。これは、給水管からのすべての水流を発電機１に流すと、動翼１５の回転数が大きくなり、騒音や軸摩耗が増大する可能性が懸念され、また、回転数が増大しても適正回転数以下でなければ、渦電流やコイル熱によるエネルギー損失が生じるため、発電量は増大しないからである。
【００１８】
また、水栓装置が取り付けられる水道管の給水圧としては、例えば、日本においては０．０５（ＭＰａ）程度の低水圧である場合もあり得る。その上、節水タイプの水栓装置のように低流量（例えば、毎分２リットル程度）の場合もあり得る。このような場合、例えば、特許文献１に開示をされているような発電機を用いるとすると発電効率が著しく低下するおそれがあるが、本発明に係る発電機1を用いるものとすれば発電効率を向上させることができる。尚、発電効率の向上についての詳細は後述する。
【００１９】
次に、図１に戻って、発電機１について説明する。  
筒体１３は、小径部１３ａ、大径部１３ｂ、フランジ部１３ｃとからなる段付き形状を呈し、その内部が給水流路に連通した状態で、図２、図３に図示される吐水部３ｂに配設される。この際、筒体１３の中心軸方向が、流水の方向に対して略平行となるようにして配設される。また、筒体１３は、小径部１３ａを下流側に、大径部１３ｂを上流側に向けて配設される。
【００２０】
筒体１３の内部には、上流側から順に、予旋回静翼１４、動翼１５、軸受１７が設けられている。軸受１７は小径部１３ａの内部に設けられ、予旋回静翼１４及び動翼１５は大径部１３ｂの内部に設けられている。
【００２１】
大径部１３ｂの上流端の開口は、Ｏリング５２を介して、封止部材５１により液密になるよう塞がれている。封止部材５１の内部には凹部が設けられ、この凹部に予旋回静翼１４が嵌合、支持されている。
【００２２】
予旋回静翼１４は、円柱体の一方の端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体的に設けた形状を呈している。予旋回静翼１４の周面には、径外方向に突出した複数の突起状の静翼羽根部１８が設けられている。静翼羽根部１８は、予旋回静翼１４の軸中心に対して右方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。周方向に見て隣り合う静翼羽根部１８間の空間は、静翼羽根部１８を介して水が流れる静翼流路７１として機能する。予旋回静翼１４は、封止部材５１に対して固定され、回転はしない。
【００２３】
予旋回静翼１４の下流側には、動翼１５が設けられている。動翼１５は、円柱状を呈し、その周面には径外方向に突出した複数の突起状の動翼羽根部１９が設けられている。動翼羽根部１９は、静翼羽根部１８とは逆に、軸中心に対して左方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。周方向に見て隣り合う動翼羽根部１９間の空間は、動翼流路７２として機能する。
【００２４】
軸受１７から上流側に向けて突出するように、中心軸２４が設けられている。中心軸２４は軸受１７と一体化されている。動翼１５は、中心軸２４に挿通するようにして設けられ、中心軸２４のまわりを回転可能とされている。尚、動翼１５と中心軸２４とを一体化し、中心軸２４の両端部を予旋回静翼１４と軸受１７に支持させて、中心軸２４と一体化された動翼１５が回転するようにしてもよい。
【００２５】
軸受１７は、筒体１３の内周面に対して固定されたリング部材２１と、このリング部材２１の中心に設けられた軸支持部２２とを備え、リング部材２１と軸支持部２２とは、放射状に設けられた連結部材２３によって結合されている。各連結部材２３の間は、閉塞されておらず貫通しているため、筒体１３内部の給水の流れが妨げられることはない。
【００２６】
筒体１３の大径部１３ｂの内部には、動翼流路７２を囲むようにして、動翼羽根部１９の外周部に固定された円筒状のマグネットＭが収容されている。筒体１３の小径部１３ａの外側には、マグネットＭの下流側の軸方向端面に対向させるようにしてステータ９が設けられている。
【００２７】
ステータ９は、円筒状のヨーク３１と、このヨーク３１の内部に配置されるコイル５０とを有する。ヨーク３１は、共に磁性体からなる３つのヨーク３２、３３、３４を組み合わせてなる。
【００２８】
ヨーク３３は、内部に収容したコイル５０の周面部に対向される周面部３３ｂと、マグネットＭに対向される複数の極歯３３ａと、を有する。複数の極歯３３ａは、径内方に突出して周面部３３ｂに一体に設けられ、周方向に沿って等間隔で設けられている。
【００２９】
ヨーク３４は、コイル５０の周面部に対向される周面部３４ｂと、径外方向に突出し、ヨーク３３の極歯３３ａの間に配置される複数の極歯３４ａとを有する。極歯３３ａ、３４ａは、内部に収容されたコイル５０を間に挟んで、ヨーク３２に対向している。
【００３０】
マグネットＭの軸方向の端面には、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。
【００３１】
本実施の形態では、ステータ９を、マグネットＭの軸方向端面に対向配置させる構造のため、ステータ９をマグネットＭの径外方向に対向配置させる場合に比べて、径方向寸法を小さくすることができる。また、動翼１５の径外方にステータ９を配置しない分、動翼１５の径方向寸法の拡大が図れ、発電量を増加させることができる。
【００３２】
また、筒体１３を樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するものとすれば、金属で形成した場合と比べて渦電流損が低減できるので、発電量をさらに増加させることができる。この場合、磁束が通過する部分のみを樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するようにしてもよい。
【００３３】
次に、自動水栓装置３及び発電機１の作用について説明をする。  
前述のように構成された自動水栓装置３及び発電機１において、使用者が、吐水口６の下に手をかざすと、これをセンサ７が感知して、制御部５７が電磁弁８を開にし、給水流路１０が連通される。これにより、発電機１の筒体１３の内部に流水が供給され、筒体１３の内部を流れた水は吐水口６から吐水される。使用者が、吐水口６の下から手を遠ざけると、電磁弁８が閉となり、自動的に水が止まる。
【００３４】
筒体１３内に流れ込んだ流水は、予旋回静翼１４の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、本具体例においては、軸中心に対して右方向に旋回するような旋回流となって、静翼羽根部１８間の静翼流路７１を流れる。
【００３５】
静翼流路７１を流れた旋回流は、動翼流路７２に流入し、動翼羽根部１９の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路７２に流入する旋回流は、軸中心に対して右方向に旋回した流れなので、動翼羽根部１９に対して右方向の力が作用し、動翼１５は右回りに回転する。そして、マグネットＭの内周面より内側の動翼流路７２を流れた流水は、軸受１７の内側を通過して、筒体１３内部を抜け、吐水口６へと至る。
【００３６】
動翼１５が回転すると、これに固定されたマグネットＭも回転する。マグネットＭの軸方向の端面は、前述したようにＮ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着磁されているため、マグネットＭが回転すると、マグネットＭの軸方向の端面に対向している極歯３３ａ、３４ａ及びこれらに一体となっているヨーク３３、ヨーク３４の極性が変化してゆく。これにより、コイル５０に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイル５０に起電力が生じ、発電がされることになる。発電により生じた電力は、充電器５６へと送られ、充電された後、例えば、電磁弁８、センサ７、制御部５７の駆動などに使用されることとなる。
【００３７】
尚、特許文献１に開示されているような発電機では、全ての流水が動翼流路を流れるわけではなく、大部分は後述するバイパス流路を流れることになる。動翼羽根部１９を介さないバイパス流路を流れる流水は、動翼の回転に寄与せず、発電効率低下の原因となる。
【００３８】
次に、発電効率について説明をする。  
図４は、本発明者が本発明をするに至った過程で検討をした比較例を説明するための模式断面図である。    
動翼１５及びこれに固定されたマグネットＭが回転するためには、これらの周囲に設けられた固定部材（封止部材５１、筒体１３）との間に隙間を設ける必要がある。この隙間が、動翼羽根部１９を介さないバイパス流路となる。図４で説明をすると、図中に示したバイパス流Ｆａの流れる隙間、すなわち、動翼１５・マグネットＭの外周面と、封止部材５１の端面、筒体１３（大径部１３ｂ、フランジ部１３ｃ）の内周面とで形成される隙間がバイパス流路となる。ただし、後述する図１８に示すような場合は、マグネットＭと動翼とが分離しているので、動翼とその周囲に設けられた固定部材との間の隙間がバイパス流路となる。
【００３９】
図４に示すように、発電機に供給された流水は、動翼羽根部１９を介さないバイパス流路を流れるバイパス流Ｆａと、動翼羽根部１９を介した動翼流路７２を流れる主流Ｆｂとに分岐する。このうち、主流Ｆｂは、前述したように動翼１５を回転させつつ動翼流路７２を通り、そのまま下流へと流出する。一方、バイパス流Ｆａは、バイパス流路を通り発電に寄与することなくこれもそのまま下流へと流れ、動翼流路７２と合流する。そのため、バイパス流路を流れるバイパス流Ｆａの量が多くなると、発電に寄与する動翼流路７２を流れる主流Ｆｂの量がその分少なくなり、ひいては発電効率が低下することになる。  
図４に示したバイパス流路を有する発電機のバイパス流出量と羽根車効率をシミュレーションにより求めると、バイパス流出量は約６１％、羽根車効率は約６％となった。これは、発電機に供給された流水のうち６割以上のものが発電に寄与せず、バイパス流路を経由して流出していることを意味する。尚、このときのシミュレーションの条件は、発電機に供給する流水量を毎分１．８リットル、動翼の回転を２５００ｒｐｍ、必要トルクを０．５ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）とした。また、この条件で必要となる水圧は７１．６ｋＰａ（キロパスカル）となった。
【００４０】
ここで、「羽根車効率」は、水力エネルギーを回転エネルギーに変換する際の効率を示すものであり、下記の（１）式で求めることができる。
【数１】
2008148392.tif 000003
ここで、Ｔは回転トルク、Ｎは回転数、ΔＰは水圧、Ｑは流量である。そのため、分子のＴ・Ｎは回転エネルギー、分母のΔＰ・Ｑは水力エネルギーとなる。
【００４１】
本発明者は検討の結果、バイパス流路への流水の流入を抑制することができれば、主流の流量をその分増加させることができるので、発電効率を向上させることができるとの知見を得た。
【００４２】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
本実施の形態においては、バイパス流路への流水の流入を抑制する手段（以下、バイパス流抑制手段という）として、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが衝突する突出部１００を設けることとしている。
【００４３】
図５に示すように、突出部１００は動翼流路７２から流出する流れに対して略垂直な平坦面からなり円環状を呈し、動翼１５の下流側に設けられた固定部材の面（フランジ部１３ｃの内周面）と略同一平面上に設けられている。また、突出部１００は、主流Ｆｂが流れる動翼流路７２の最外周端１５ａよりも径内方向（中心軸２４側）に向けて突出している。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、突出部１００はリング部材２１に設けられているが、これに限定されるわけではない。例えば、独立した部材で構成することもできるし、フランジ部１３ｃを延出させるようにすることもできる。
【００４５】
次に、突出部１００の作用について説明する。  
動翼流路７２から流出した主流Ｆｂは、突出部１００に衝突し、発電機１の中心側に向けて略直角に流れ方向を変換し、その後、突出部１００の角部で下流側に向けて略直角に折り返すようにして流れる。この際、その一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆａと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆａの流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、出口が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分が主流Ｆｂに加えられることになる。そのため、発電に寄与する主流Ｆｂの流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００４６】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
本実施の形態においては、バイパス流抑制手段として、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが衝突する突出部１１０を設けることとしている。
【００４７】
図６に示すように、突出部１１０は平坦部１１０ａと平坦部１１０ａの径内方向（中心軸２４側）の端面近傍に設けられた突部１１０ｂとを備えている。また、平坦部１１０ａと突部１１０ｂとは、円環状を呈している。突部１１０ｂは所定の傾斜角度（図６では、略４５°）を有し、上流側に向かってその断面積が減少するような形状を呈している。平坦部１１０ａは、動翼１５の下流側に設けられた固定部材の面（フランジ部１３ｃの内周面）と略同一平面上に設けられている。また、突出部１１０は、主流Ｆｂが流れる動翼流路７２の最外周端１５ａよりも径内方向（中心軸２４側）に向けて突出している。
【００４８】
尚、本実施の形態においては、突出部１１０はリング部材２１に設けられているが、これに限定されるわけではない。例えば、独立した部材で構成することもできるし、フランジ部１３ｃを延出させてそこに傾斜面を有する突部を設けるようにすることもできる。
【００４９】
また、突部１１０ｂの形状も図示したものに限定されるわけではない。例えば、傾斜角度は適宜変更することができ、斜面も直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線を組み合わせたようなものであってもよい。また、図示したものは、断面形状が直角三角形であるが、斜面を複数有するものなどとすることもできるし、各面の寸法比率も適宜変更することができる。ただし、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した形状や寸法比率とすることが好ましい。
【００５０】
次に、突出部１１０の作用について説明する。  
動翼流路７２から流出した主流Ｆｂは、突出部１１０に衝突し、発電機１の中心側に向けて流れ方向を変換する。この際、図６に矢印で示したように、衝突した主流Ｆｂは突部１１０ｂの斜面に沿って一度上流側に流れた後、突部１１０ｂの頂点付近で折り返して下流に流れることになる。
【００５１】
本実施の形態においても、衝突した主流Ｆｂの一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆａと衝突することになる。すなわち、バイパス流路から流出した流れは、動翼流路７２から流出する流れに対向する流れ成分を有する。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆａの流出が阻害されることになる。
【００５２】
ここで、本実施の形態においては、突出部１１０に傾斜角度を有する突部１１０ｂが備えられている。そのため、主流Ｆｂの衝突時にバイパス流路側への流れが促され、バイパス流路の出口近傍の圧力をより高めることができる。また、バイパス流Ｆａの流れる方向に突部１１０ｂがあるため、これがバイパス流Ｆａの抵抗ともなる。そのため、バイパス流Ｆａの流出がより阻害されるので、バイパス流路への流水の流入もより抑制され、さらに発電効率を向上させることができる。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
本実施の形態においては、バイパス流抑制手段として、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが衝突する突出部１２０を設けることとしている。すなわち、バイパス流路の出口は、動翼流路を流れる流れとは略反対向きとされている。
【００５３】
図７に示すように、突出部１２０は平坦部１２０ａと平坦部１２０ａの径内方向（中心軸２４側）の端面近傍に設けられた突部１２０ｂとを備えている。また、平坦部１２０ａと突部１２０ｂとは、円環状を呈している。突部１２０ｂは、矩形断面を呈し、平坦部１２０ａに対してその一面が略垂直となるように設けられている。平坦部１２０ａは、動翼１５の下流側に設けられた固定部材の面（フランジ部１３ｃの内周面）と略同一平面上に設けられている。また、突出部１２０は、主流Ｆｂが流れる動翼流路７２の最外周端１５ａよりも径内方向（中心軸２４側）に向けて突出している。
【００５４】
尚、本実施の形態においては、突出部１２０はリング部材２１に設けられているが、これに限定されるわけではない。例えば、独立した部材で構成することもできるし、フランジ部１３ｃを延出させてそこに矩形断面を有する突部を設けるようにすることもできる。
【００５５】
また、突部１２０ｂの形状や寸法も図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、突部１２０ｂの各端面は直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線を組み合わせたようなものであってもよい。また、各端面の寸法比率も適宜変更することができる。ただし、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した形状や寸法とすることが好ましい。
【００５６】
次に、突出部１２０の作用について説明する。  
動翼流路７２から流出した主流Ｆｂは、突出部１２０に衝突し、発電機１の中心側に向けて流れ方向を変換する。この際、図７に矢印で示したように、衝突した主流Ｆｂは突部１２０ｂの端面（垂直面）に沿って一度上流側に上昇した後、突部１２０ｂの上流側端面付近で折り返して下流に流れることになる。
【００５７】
本実施の形態においても、衝突した主流Ｆｂの一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆａと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆａの流出が阻害されることになる。
【００５８】
ここで、本実施の形態においては、突出部１２０に垂直面を有する突部１１０ｂが備えられている。そのため、主流Ｆｂの衝突時に発電機１の中心側への流れが阻害され、バイパス流路側への流れが促されるようになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力をより高めることができる。また、バイパス流Ｆａの流れる方向に突部１２０ｂの垂直面があるため、これがバイパス流Ｆａの抵抗ともなる。そのため、バイパス流Ｆａの流出がより阻害されるので、バイパス流路への流水の流入もより抑制され、さらに発電効率を向上させることができる。
【００５９】
図８は、突出部の突部の効果を説明するためのグラフ図である。    
図８の左側縦軸は羽根車効率、右側縦軸はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの割合）、横軸は前述の突部の傾斜角度を示している。  
例えば、突部の傾斜角度が０°とは図５で説明した場合、４５°とは図６で説明した場合、９０°とは図７で説明をした場合をそれぞれ示している。尚、傾斜角度が−４５°とは、特許文献１の図５に開示されたものに相当する。    
また、図８に示したデータは、シミュレーションによるものであり、その条件は、発電機に供給する流水量を毎分１．８リットル、動翼の回転数を２４００ｒｐｍとした。
【００６０】
図８から明らかなように、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが衝突する突出部を設け、これに備えられた突部の傾斜角度を大きくするに従い、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの量）を減らすことができ、かつ、羽根車効率を高くすることができる。これは、発電効率を大幅に向上できることをも意味する。
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図１０は、本実施の形態に係る動翼部分の模式斜視図である。  
本実施の形態においては、バイパス流抑制手段として、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが向かうことを促すような形状を有する動翼流路７２ａを動翼１５０に設けることとしている。
【００６１】
動翼１５０には、動翼流路７２ａを流れた主流Ｆｂが、バイパス流路の出口近傍に向かうように、バイパス流路の出口近傍に向かって少なくとも一部の流路断面積が漸減する動翼流路７２ａが設けられている。
【００６２】
図９に示したものでは、動翼１５０の動翼流路７２ａの内周面を形成する部分に、主流Ｆｂがバイパス流路の出口近傍に向かうような傾斜角度を有する傾斜面７２ｂを設けるようにしている。すなわち、傾斜面７２ｂにおいては、動翼１５０の内径１５０Ｒが下流側に向けて漸増している。図９の場合においては、バイパス流路の出口近傍は、動翼流路７２ａの最外周端の下流側端面近傍となる。
【００６３】
尚、傾斜面７２ｂの傾斜角度、形状、寸法などは図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、傾斜面７２ｂは直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線とを組み合わせたようなものであってもよいし、動翼流路７２ａの内周面の一部に傾斜面が設けられたものであってもよい。また、図１１に示すように複数の傾斜面（図１１の場合は、傾斜面７２ｃ）を組み合わせたものでもよく、必ずしも動翼流路７２ａの入り口部断面積が出口部断面積よりも大きくなるとは限らない。つまり、動翼１５０の内径が下流側に向けて漸増する部分が設けられていればよい。ただし、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆｂが向かい、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した傾斜角度、形状、寸法とすることが好ましい。
【００６４】
次に、動翼流路７２ａの作用について説明する。  
動翼流路７２ａに流入した主流Ｆｂは、傾斜面７２ｂの作用によりバイパス流路の出口近傍に向けて動翼流路７２ａから流出する。そして、主流Ｆｂの一部がバイパス流路の出口近傍にある部材と衝突し、その流れ方向を変換しつつ下流側に向かって流れることになる。
【００６５】
本実施の形態においても、主流Ｆｂがバイパス流路出口近傍に衝突することで出口近傍の圧力を高めることができる。また、その一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆａと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力がより高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆａの流出がより阻害されることになる。
【００６６】
図１２は、本実施の形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１２の左側の棒グラフは本実施の形態に係る傾斜面を有する場合、右側の棒グラフは傾斜面を有さない場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００６７】
図１２から分かるように、本実施の形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの割合）を減らし、かつ、羽根車効率を改善することができる。これは、発電効率を向上させることができることを意味する。
【００６８】
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図１４は、本発明者が本実施の形態に係る発明をするに至った過程で検討をした比較例を説明するための模式断面図である。
【００６９】
本実施の形態においては、バイパス流抑制手段として、バイパス流路の入口近傍に主流Ｆｂが衝突するのを抑制できるような位置に動翼流路７２ｄの最外周端１５ｄを設けるようにしている。
【００７０】
まず、図１４に示す比較例について説明をする。    
図１４に示す比較例においては、静翼流路７１の最外周端１４ａと動翼流路７２の最外周端１５ａとが、略同一線上に並ぶように設けられている。ここで、前述したように、静翼流路７１から流出した流水は、旋回流となっているので、外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとする。
【００７１】
そのため、図１４に矢印で示したような向きの主流Ｆｂを生じ、これがバイパス流路の入口近傍に衝突することになる。このように、バイパス流路の入口近傍で主流Ｆｂの衝突が起こると入口近傍の圧力が高まり、バイパス流路への流入が助長されることになる。
【００７２】
また、バイパス流路の入口近傍で主流Ｆｂの衝突が起こると、動翼流路７２内における圧力損出も大きくなり、例えば、前述の図５〜図７で説明をした突出部を設けたとしてもその効果が減少することになる。
【００７３】
これに対し、図１３に示す本実施の形態においては、静翼流路７１ａの最外周端１４ｂより外側（径外方向）に動翼流路７２ｄの最外周端１５ｂを突出するように設けている。  そのため、静翼流路７１ａから流失した流水が旋回流となり外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとしても、図１３に矢印で示したような向きの主流Ｆｂを生じ、バイパス流路の入口近傍より下流側の動翼流路７２ｄの最外周端１５ｄで衝突が起こるようになる。そのため、バイパス流路の入口近傍の圧力上昇が抑制され、バイパス流路への流入が抑制されることになる。また、動翼流路７２ｄ内における圧力損出をも抑制することができ、例えば、前述の図５〜図７で説明をした突出部の効果を充分に発揮させることもできる。その結果、主流Ｆｂの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。
【００７４】
尚、説明の便宜上、図１３では、図１４に比べて静翼流路７１ａの最外周端１４ｂを内側（径内方向）に設けるようにしているが、静翼流路の最外周端位置を変えずに動翼流路の最外周端位置を外側（径外方向）に設けるようにしてもよい。
【００７５】
また、形状、寸法、位置関係などは図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。ただし、バイパス流路の入口近傍より下流側に主流Ｆｂが衝突するのに適した形状、寸法、位置関係などとすることが好ましい。
【００７６】
図１５は、本実施の形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１５の左側の棒グラフは図１３で説明をした本実施の形態に係るものの場合、右側の棒グラフは図１４で説明をしたものの場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００７７】
図１５から分かるように、本実施の形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆａの割合）を１／３程度と大幅に減らし、かつ、羽根車効率をも２倍近くまで改善することができる。これは、発電効率を大幅に向上させることができることを意味する。
【００７８】
図１６は、本発明の第６の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式図である。  
また、図１６（ａ）は発電機要部の模式断面図、図１６（ｂ）は動翼１５１を上方から見た場合の模式図、図１６（ｃ）は動翼１５１を側方から見た場合の模式図である。尚、図１６（ａ）、（ｂ）中の矢印は、動翼１５１の回転方向を示している。
【００７９】
本実施の形態においては、バイパス流抑制手段として、動翼１５１の主面（上端面）及び側面に螺旋状に延在する突起１５１ａ、１５１ｂをそれぞれ設けている。図１６（ａ）に示すように、動翼１５１を発電機１に配設したときには、突起１５１ａ、１５１ｂはバイパス流路内に配設されることになる。このとき、図中矢印の方向に動翼１５１が回転するものとすれば、動翼１５１の側面方向のバイパス流路内にある流水は、突起１５１ａの作用で上方に向かって流れる。また、動翼１５１の上面方向のバイパス流路内にある流水は、突起１５１ｂの作用で径内方向（動翼１５１の中心方向）に向かって流れる。そのため、動翼１５１の側面方向から上面方向にかけてのバイパス流路内にある流水がバイパス流路入口に向かって流れることになり、バイパス流路への流水の流入が抑制されることになる。その結果、主流Ｆｂの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。また、本実施の形態においては、バイパス流路を経由してマグネットＭに向かうゴミなどをも排出することができるので、回転不良などの故障をも抑制することもできる。
【００８０】
尚、螺旋状に延在する突起は、動翼１５１の上面または側面の少なくとも一方にあればよい。また、突起１５１ａ、１５１ｂの形状、寸法、配置、ピッチなども図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００８１】
図１７〜図２０は、本発明を他の形態の発電機に適用する場合を例示するための模式図である。    
ただし、本発明はこれらに例示する発電機への適用に限定されるわけではなく、適宜他の形態の発電機にも適用することができる。
【００８２】
尚、各発電機の本発明に係る部分以外のものには、公知の技術を適応することができるので、詳細な説明は省略する。
【００８３】
図１７に示す発電機１０１は、マグネットＭの径外方向にコイル５０を備えている。本発明はこのような発電機１０１にも適用することができ、バイパス流抑制手段として、例えば、図７で説明をした突出部１２０を設けることができる。そして、本実施の形態においてもバイパス流路への流水の流入を抑制することができ、主流Ｆｂの流量の減少を抑制して、発電効率を向上させることができる。
【００８４】
図１８に示す発電機１０２は、マグネットＭの径外方向にコイル５０を備えるとともに、動翼１５２とマグネットＭとを分離した構成としている。本発明はこのような発電機１０２にも適用することができ、バイパス流抑制手段として、例えば、図７で説明をした突出部１２０を設けることができる。そして、本実施の形態においてもバイパス流路への流水の流入を抑制することができ、主流Ｆｂの流量の減少を抑制して、発電効率を向上させることができる。
【００８５】
図１９に示す発電機１０３は、「フランシス型水車」を備えた発電機である。図１９（ａ）は正面模式断面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＸ−Ｘ方向断面図である。また、図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）の要部拡大図である。尚、図中の矢印は流水の流れ方向を示している。本発明はこのような発電機１０３にも適用することができ、バイパス流抑制手段として、例えば、図７で説明をした突出部１２０を設けることができる。そして、本実施の形態においてもバイパス流路への流水の流入を抑制することができ、主流Ｆｂの流量の減少を抑制して、発電効率を向上させることができる。
【００８６】
図２０に示す発電機１０４は、「クロスフロー型水車」を備えた発電機である。図２０（ａ）は正面模式部分断面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＹ−Ｙ方向断面図である。尚、図中の矢印は流水の流れ方向を示している。本発明はこのような発電機１０４にも適用することができ、バイパス流抑制手段として、例えば、図７で説明をした突出部１２０を設けることができる。そして、本実施の形態においてもバイパス流路への流水の流入を抑制することができ、主流Ｆｂの流量の減少を抑制して、発電効率を向上させることができる。
【００８７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００８８】
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【００８９】
例えば、発電機や水栓装置の各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９０】
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発電機を備えた自動水栓装置の取付例を表す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る自動水栓装置を説明するための模式断面図である。
【図４】本発明者が本発明をするに至った過程で検討をした比較例を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【図８】突出部の突部の効果を説明するためのグラフ図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る発電機の動翼部分の模式斜視図である。
【図１１】複数の傾斜面を組み合わせた動翼部分の模式斜視図である。
【図１２】第４の実施の形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【図１４】本発明者が本実施の形態に係る発明をするに至った過程で検討をした比較例を説明するための模式断面図である。
【図１５】本実施の形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態に係る発電機の要部を説明するための模式図である。
【図１７】本発明を他の形態の発電機に適用する場合を例示するための模式図である。
【図１８】本発明を他の形態の発電機に適用する場合を例示するための模式図である。
【図１９】本発明を他の形態の発電機に適用する場合を例示するための模式図である。
【図２０】本発明を他の形態の発電機に適用する場合を例示するための模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 発電機、 ２ 洗面台、  ３ 自動水栓装置、  ３ａ 本体、  ３ｂ 吐水部、  ４ 配管、  ５ 流入口、  ６ 吐水口、  ７ センサ、  ８ 電磁弁、  ９ ステータ、 １０ 給水流路、 １２ ケース、 １３ 筒体、 １３ａ 小径部、 １３ｂ 大径部、 １３ｃ フランジ部、 １４ 予旋回静翼、１４ａ  最外周端、１４ｂ  最外周端、 １５ 動翼、 １５ａ 最外周端、１５ｂ  最外周端、 １７ 軸受、 １８ 静翼羽根部、 １９ 動翼羽根部、 ２１ リング部材、 ２２ 軸支持部、 ２３ 連結部材、 ２４ 中心軸、 ３０ ヨーク、  ３１ ヨーク、  ３２ ヨーク、   ３３ ヨーク、 ５０ コイル、 ５１ 封止部材、 ５２ リング、 ５５ 定流量弁、 ５６ 充電器、  ５７ 制御部、 ７１ 静翼流路、 ７１ａ  静翼流路、７２ 動翼流路、７２ａ  動翼流路、７２ｂ  傾斜面、７２ｃ  傾斜面、  ７２ｄ   動翼流路、９０ ステータ、１００  突出部、１０１  発電機、１０２  発電機、１０３  発電機、１０４  発電機、 １１０  突出部、 １１０ａ  平坦部、 １１０ｂ  突部、 １２０  突出部、 １２０ａ  平坦部、 １２０ｂ  突部、１５０  動翼、１５１  動翼、１５１ａ  突起、１５１ｂ  突起、 Ｆａ  バイパス流、Ｆｂ  主流、 Ｍ  マグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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