(57)【要約】【課題】無駄に捨てられていた排水の運動エネルギを回収し、化石燃料の消費低減による地球温暖化防止に寄与する。【解決手段】集合住宅の各戸から枝管９、９を通じて排水が送り込まれる集合管８内に、タービン２を設ける。排水の流れに伴うこのタービン２の回転を、トロイダル型無段変速機１０を介して発電機３に伝える。この発電機３が発電した電力を二次電池５に貯めておき、上記集合住宅の共用部分等で使用する。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を流す排水路内に配置したタービンにより発電機を回転駆動する水力発電装置。
【請求項２】
排水路のうちでタービンよりも上流側部分に貯水槽を設けた、請求項１に記載した水力発電装置。
【請求項３】
排水路が、集合住宅で複数戸の家庭排水をまとめて流す集合管である、請求項１〜２の何れかに記載した水力発電装置。
【請求項４】
タービンと発電機との間にトロイダル型無段変速機を設けた、請求項１〜３の何れかに記載した水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る水力発電装置は、マンション、公営住宅等の集合住宅に設置して、従来は無駄に捨てられていた排水のエネルギの一部を回収して発電するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化防止に関する京都議定書の義務を果たす面からも、僅かなエネルギも有効に利用して、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料の消費を少しでも低減する事が求められている。化石燃料を使わない発電システムとしては、水力発電、太陽熱発電、地熱発電、潮力発電等が知られている。このうちの水力発電は、古くから広く実施されている発電システムであるが、電力消費地から離れた山間部に発電所を設置する場合が多く、設備投資が極めて嵩む。しかも、近年、新規の水力発電所を設置できる場所が極く限られて、新たな発電所建設が難しいのが現状である。
【０００３】
一方、小規模な水力発電装置により電力を要する機器に通電する事を意図した構造として従来から、特開平１０−２６２４３号公報、特開２００２−３９０４８号公報に記載されたものが知られている。これら各公報に記載された水力発電装置は、自動水栓に送られる水道水により発電機を動かすものである。この発電機が発電した電力は、二次電池に溜めておき、上記自動水栓を開閉させる電磁弁の為の電力等として利用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
手洗い等に利用する程度の水量で十分な発電を行なう事は難しく、十分な発電量を確保する為に水量を多くした場合には、水道水を無駄に消費する事になる為、省資源の面から好ましくない。そもそも、これから使用する水道水のエネルギをその手前で回収した場合、下流側で必要とするエネルギが不足する。自動水栓の場合には、手洗いに必要な水の勢いが弱くなり、手洗いの時間が長くなる為、結局省エネルギにならない可能性がある。手洗いに必要な水の勢いを確保すべく、上記自動水栓に送る水道水の圧力を高めるのでは、その為のエネルギが必要になり、やはり省エネルギにならない可能性がある。
本発明の水力発電装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水力発電装置は、排水を流す排水路内に配置したタービンにより発電機を回転駆動する。
【０００６】
【作用】
本発明の水力発電装置の場合、排水の運動エネルギを回収する事により発電機を駆動する為、化石燃料を使用せずに発電を行なえる。又、排水は下流側で使用する事がない為、運動エネルギを回収し切っても、特に問題を生じない。しかも、排水は、例えば風呂の栓を外した場合を考えれば明らかな通り、勢い良く流れる場合が多く、発電機を駆動する為のエネルギを得易い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の水力発電装置は、排水路である排水管１内に配置したタービン２により、発電機３を回転駆動する様にしている。この排水管１のうちでこのタービン２を配置する部分は、上下方向に配設された、内部を排水が勢い良く流れる部分とする。上記発電機３が発電した電力は、ケーブル４により図示しない分電盤に送り、商用電力と合わせて家庭内等で消費したり、電力会社に販売する事もできる。
【０００８】
上述の様に構成する本例の水力発電装置の場合、上記排水管１内を勢い良く流下する排水の運動エネルギを回収する事により上記発電機３を駆動する為、化石燃料を使用せずに発電を行なえる。又、排水は下流側で使用する事がない。言い換えれば、下水まで流れ落ちる事ができれば良い。従って、上記排水中から運動エネルギを回収し切っても、特に問題を生じない。しかも、排水は、例えば風呂の栓を外した場合を考えれば明らかな通り、勢い良く流れる場合が多く、上記発電機３を駆動する為のエネルギを得易い。
【０００９】
次に、図２は、やはり請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、発電機３により発電した電力により二次電池５を充電し、必要に応じてこの二次電池５から電力を取り出して家庭内等で使用できる様にしている。この為、排水時と電気製品の使用時とがずれても、排水の運動エネルギの有効利用を図れる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。
【００１０】
次に、図３は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、排水路を構成する排水管１の途中でタービン２よりも上流側部分に、貯水槽６と流量調整弁７とを、上流側から順番に、互いに直列に設けている。本例の場合には、風呂場、厨房の流し等から排出される排水を上記貯水槽６内に一時貯めた後、上記流量調整弁７から少しずつ上記タービン２を設置した部分に流下させる。この様な本例の場合には、このタービン２部分に適正量ずつの排水を長い時間に亙って流し続ける事ができて、発電効率の向上を図れる。又、一定量の発電を行なえて、電力の安定供給が可能になる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。尚、本例の場合も、二次電池を組み込める事は勿論である。
【００１１】
次に、図４は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、排水路が、マンション、公営住宅等の集合住宅で複数の家庭排水をまとめて流す集合管８である。この集合管８には、各戸毎に風呂場、厨房等に通じる枝管９、９の下流端が通じている。集合住宅の各戸から排出された排水は、これら各枝管９、９から上記集合管８に流れ込み、下水等に排出される。従って、この集合管８には、比較的多量の排水が頻繁に流れる。本例の場合、この様な集合管８に設置したタービン２が発電機３を回転駆動し、二次電池５を充電する。この二次電池５に蓄えられた電力は、上記集合住宅の共用スペースの電灯を点灯する為等に利用する。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。尚、本例の場合も、貯水槽や流量調整弁と組み合わせて実施できる事は勿論である。
【００１２】
次に、図５〜６は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、タービン２と発電機３との間にトロイダル型無段変速機１０を設けている。このトロイダル型無段変速機１０は、一部車両に自動変速機の変速ユニットとして搭載されているもので、入力軸１１と共に回転する１対の入力側ディスク１２、１２を備える。この入力軸１１の中間部周囲には、１対の出力側ディスク１３、１３と出力歯車１４とを、互いに同期した回転、及び上記入力軸１１に対する相対回転自在に設けている。そして、上記各入力側ディスク１２、１２と上記各出力側ディスク１３、１３との間にパワーローラ１５、１５をそれぞれ複数個ずつ挟持して、上記各入力側ディスク１２、１２から上記各出力側ディスク１３、１３への動力の伝達を自在としている。
【００１３】
上記タービン２により、上述の様なトロイダル型無段変速機１０の入力軸１１を回転駆動すると、この入力軸１１の回転は、上記各入力側ディスク１２、１２、上記各パワーローラ１５、１５、上記各出力側ディスク１３、１３を介して、上記出力歯車１４に伝わる。そして、この出力歯車１４の回転が、別の歯車１６を介して上記発電機３に伝わり、この発電機３により発電させる。
【００１４】
この様な本例の場合、上記タービン２を設置した集合管８内を流れる排水の量が多く、このタービン２の回転速度が早い場合には、上記トロイダル型無段変速機１０の変速状態を減速側にする。反対に、上記排水の量が少なく、上記タービン２の回転速度が遅い場合には、上記トロイダル型無段変速機１０の変速状態を増速側にする。この様にして、上記発電機３の回転速度を適正範囲に納め、効率の良い発電を行なえる様にする。その他の構成及び作用は、前述した第４例の場合と同様である。尚、本例の場合も、貯水槽や流量調整弁と組み合わせて実施できる事は勿論である。
【００１５】
次に、図７は、やはり請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、タービン２と発電機３との間に、トロイダル型無段変速機１０と遊星歯車変速機構１７とを組み合わせた、パワースプリット型と呼ばれる無段変速装置１８を設けている。上記トロイダル型無段変速機１０を通過した動力は、上記遊星歯車変速機構１７のキャリア１９に伝達する。従って、上記トロイダル型無段変速機１０の変速比を変える事により、上記キャリア１９に支持した、ダブルピニオン型の遊星歯車２０、２０の公転速度を調節自在である。又、上記トロイダル型無段変速機１０をバイパスさせる動力伝達経路２１を設け、この動力伝達経路２１により、上記遊星歯車変速機構１７のリングギヤ２２を回転駆動自在としている。この様な構成により、上記発電機３の入力軸に固定した太陽歯車２３を、上記リング歯車２２の回転速度と上記キャリア１９の回転速度との差に応じた速度で回転させ、発電機３を回転回転駆動する様にしている。
【００１６】
上述の様な構成によれば、排水路を流れる排水の量が多く、タービン２が大きなトルクで回転した場合でも、トロイダル型無段変速機１０を通過するトルクを低く抑えられる。この為、排水の流量が多い場合を考慮しても、上記トロイダル型無段変速機１０として、通過トルクの容量が小さい、小型のものを使用できて、水力発電装置全体を小型化できる。その他の構成及び作用は、前述した第５例の場合と同様である。尚、本例の場合も、貯水槽や流量調整弁と組み合わせて実施できる事は勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、従来は無駄に捨てられていた排水の運動エネルギを有効に回収できて、化石燃料の消費低減による地球温暖化防止に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す略図。
【図２】同第２例を示す略図。
【図３】同第３例を示す略図。
【図４】同第４例を示す略図。
【図５】同第５例を示す略図。
【図６】第５例の要部を取り出して示す略断面図。
【図７】本発明の実施の形態の第６例を示す、図６と同様の図。
【符号の説明】
１　　排水管
２　　タービン
３　　発電機
４　　ケーブル
５　　二次電池
６　　貯水槽
７　　流量調整弁
８　　集合管
９　　枝管
１０　　トロイダル型無段変速機
１１　　入力軸
１２　　入力側ディスク
１３　　出力側ディスク
１４　　出力歯車
１５　　パワーローラ
１６　　歯車
１７　　遊星歯車変速機構
１８　　無段変速装置
１９　　キャリア
２０　　遊星歯車
２１　　動力伝達経路
２２　　リング歯車
２３　　太陽歯車
【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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