(57)【要約】本発明は、高層住宅等の配水管の縦管に排出される流水の落差を利用して発電機で電気を発生させ、得られた電気を建物内の電気制御器を通じて利用する建造物落差発電システムに関する。  本発明の建造物落差発電システムは、配水管の縦管（２）に、着脱可能な筒（７）を取り付け、該筒（７）内に複数の邪魔板（１４）を設けた水車（１２）を挿入し、縦管（２）を流出する排水で前記水車（１２）を回転させ、得られた回転力をギヤ（１３）を介して発電部（９）に伝達して発電を行い、更に蓄電部（１０）で電気を蓄電し、電力制御部（１１）で建造物（１）内の電力系統に接続する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物の壁に沿って配置される排水管のうち、主に縦排水管の任意箇所に取り付けられる筒と、該筒に内装される水車と、該水車に接続されるギヤ部と、該ギヤ部に直結して前記筒を貫通して外側に取出される回転軸と、該回転軸に直結した発電部と、該発電部の電力を蓄える蓄電部と、該蓄電部の電力を建造物の電力系統に接続する電力制御部とから構成されることを特徴とする建造物落差発電システム。
【請求項２】
前記筒は、筒両端部にジョイント機構を有し、縦排水管の切断端部に設けられたジョイント部に締結されることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項３】
前記水車は、スパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根を有した構造であることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項４】
前記水車は、スパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根の表面に複数の邪魔板を取り付けてあることを特徴とする請求項１、又は請求項３に記載の建造物落差発電システム。
【請求項５】
前記ギヤ部は、一方が前記水車に直結されると共に、他方が前記回転軸に直結されてなり、前記回転軸が前記筒に略直交して外側に取出されるようにギヤ構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項６】
前記発電機は、交流型、又は直流型発電機であって、発電機内の回転軸は前記ギヤ部に直結された回転軸に同軸的に結合すると共に、該発電機によって発電された発電電力は整流器を介して、あるいは発電機から直接前記蓄電部に供給されることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項７】
前記蓄電部は、二次電池又は電気二重層キャパシタで構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項８】
前記電力制御部は、蓄電部からの電力を電力系統基準に適合した電圧、周波数等に変換し、かつ必要な保護機能を有する電力変換装置で構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システム。
【請求項９】
前記縦排水管には、前記筒両端部に設けられたジョイント機構部近傍に、該筒を迂回するバイパス用排水管が設けられると共に、該バイパス用排水管内部に開閉自在な水止板が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項２記載の建造物落差発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、高層住宅等の排水管を利用して縦管に排出される流水の落差を利用して発電機で電気を発生させ、得られた電気を建物内の電気制御器を通じて電気を有効利用する新規な建造物蓄電システムに関し、更に詳しくは、建造物に沿って設けられた縦管内に複数の邪魔板を取り付けたスパイラル状等の水車を挿入して流水を受けながら、前記水車をギヤで回転させながら回転動力を発電機で電気出力に変換し、得られた電力を蓄電部で蓄電し、建物内部の電力制御部で制御しながらその建造物内で電気を有効利用することができる建造物落差発電システムを提供するものである。
【背景技術】  従来、建造物内の排水は、水道水を利用して台所、浴室等で使用する生活排水と、トイレ水のような汚水との分けられてそれぞれ下水管に流出され、一次処理、または二次処理されているが、水道水の有効利用という観点からすれば無駄の多いものであった。
また居住者の生活リズムから、流出される排水も朝と夜に多く、昼時には少ないというように排水量が一定ではなく、これらの排水を長時間利用することは不可能とされていた。
一方、水力を利用する水力発電は、水力を動力として利用するために水量が多く、又流速が速い山間部の河川水を利用してタービンを回転させて電力を発電しているが、山間部での発電所や変電所の設立、電線の架設等コストが高くつくことから、現在は原子力発電、火力発電、風量発電等の発電方式が取り入れられるようになっている。
高層建造物であるマンション、シティホテル、あるいはオフィス等居住者の多い建造物内で使用される水道水の使用量は多量であり、また近年のＩＴ化に伴い電力の消費も多くなり一つの建造部内での水道料金や電気代の管理費用も多くなっている。
このため建造物内で使用された生活排水を有効利用して発電を行い、得られた電気を蓄電することが望まれていたが、建造物縦管内を流水する排水を動力に変換しうる装置が未だ開発されていなかった。
【発明の開示】
本発明者は係る課題を解決するために鋭意研究したところ、縦管内部にスパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根を有した邪魔板付きの水車を用いる共に、水車の下端を固定する歯車を利用する回転部との組み合わせを利用することによって落下高さが約３〜５ｍあれば発電動力として利用することを見いだし、得られた電気を蓄電部で蓄電し、必要時に電気制御部を介して建造物内の電気回路に送電できる新規な建造物落差発電システムを開発することができた。
すなわち本発明の第一は、建造物の壁に沿って配置される排水管のうち、主に縦排水管の任意箇所に取り付けられる筒と、該筒に内装される水車と、該水車に接続されるギヤ部と、該ギヤ部に直結して前記筒を貫通して外側に取出される回転軸と、該回転軸に直結した発電部と、該発電部の電力を蓄える蓄電部と、該蓄電部の電力を建造物の電力系統に接続する電力制御部とから構成されることを特徴とする建造物落差発電システムである。
本発明の第二は、前記筒は、筒両端部にジョイント機構を有し、縦排水管の切断端部に設けられたジョイント部に締結されることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第三は、前記水車は、スパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根を有した構造であることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第四は、前記水車は、スパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根の表面に複数の邪魔板を取り付けてあることを特徴とする請求項１、又は請求項３に記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第五は、前記ギヤ部は、一方が前記水車に直結されると共に、他方が前記回転軸に直結されてなり、前記回転軸が前記筒に略直交して外側に取出されるようにギヤ構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第六は、前記発電機は、交流型、又は直流型発電機であって、発電機内の回転軸は前記ギヤ部に直結された回転軸に同軸的に結合すると共に、該発電機によって発電された発電電力は整流器を介して、あるいは発電機から直接前記蓄電部に供給されることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第七は、前記蓄電部は、二次電池又は電気二重層キャパシタで構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第八は、前記電力制御部は、蓄電部からの電力を電力系統基準に適合した電圧、周波数等に変換し、かつ必要な保護機能を有する電力変換装置で構成されていることを特徴とする請求項１記載の建造物落差発電システムである。
本発明の第九は、前記縦排水管には、前記筒両端部に設けられたジョイント機構部近傍に、該筒を迂回するバイパス用排水管が設けられると共に、該バイパス用排水管内部に開閉自在な水止板が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項２記載の建造物落差発電システムである。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明システムの外観を示す説明図である。第２図は、図１における部分拡大図である。第３図は、図２における筒の断面拡大図である。第４図は、本発明システムに用いる水車の部分拡大図である。第５図は、本発明システムの配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・高層建造物
２・・・縦排水管
３・・・バイパス管
４・・・集水桝
５・・・横排水管
６・・・ジョイント部
６１・・縦管下部接合部
６２・・筒上部接合部
６３・・筒下部接合部
６４・・縦管上部接合部
７・・・筒
８・・・回転軸
９・・・発電部
１０・・蓄電部
１１・・電気制御部
１２・・水車
１３・・ギヤ
【発明を実施するための最良の形態】  第１図は、本発明システムの外観を示す説明図である。本発明で対象とする建造物１は、マンションやオフィス等の高層建造物で居住者が多い建物である。これらの建造物は、各階毎に使用した生活排水を横管５から建物外壁に沿って配置される縦管２に流出され、地下に設けられた集合桝４に集められて下水管へ流れる用に設計されている。
本発明システムにおいては、第２図に示すように縦管２に任意な箇所に、好ましくは２階毎に１個の筒７をジョイント部６を介して縦管２に取り付けると共に、これらのジョイント部の外側に縦官２と同内径を有するバイパス管３を設置するが、既設の縦管の場合には、任意箇所を切断してジョイント部６とこれらのバイパス管３とを取り付けるとよい。
第３図は、縦管２に取り付けられた筒７の内部を説明する断面図であるが、縦管２の端部には、縦管下部接合部６１及び縦管上部接合部６４とが縦管外径にあわせて取り付けてあり、これらの接合部に筒７の上端に設けられた筒上部接合部６２と筒下部接合部６３とを合わせて脱着可能にボルト固定している。
上記筒７体内部には、第４図に示すようにスパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根１５の表面に複数の邪魔板１４を取り付けてある水車１２を挿入しているが、この水車１２の上端部は筒上部接合部６２の溝に嵌合され、下端部は歯車１３に固定される構造となっている。
この水車１２は、上記のようにスパイラル状、若しくはスクリュウ状の羽根１５の表面に邪魔板１４を設けているために、縦管２内を流出する水が邪魔板１４によって進路を遮られながら下方に流れるため、筒７内部を通過するのに時間を多く要することになる。
更に上記水車１２自体も、下端が歯車１３によって固定されているために、歯車１３の回転に従って回転されるために、水車１２内の流水に回転力を付与し、水車の回転動力を高めている。
水車１２の回転動力を外部に取出す機構としては、上記歯車１３からなる回転部を利用するが、この歯車１３としては筒７に対して回転軸を直交的に設けることができる傘刃ギヤやウォームギヤなどの交差軸形、あるいは食い違い形のギヤを用いることができる。
第５図に示すように上記流水落差を利用して得た回転動力を発電部９で電気出力に変換するが、本発明システムでは、交流電力を発生する交流発電機と直流電力を発生する直流発電機とを用いることができる。
この場合、交流発電機は、内部に整流子（コミュレータ）を持たないために構造自体はシンプルで寿命が長いという特徴を有するが、バッテリーに電力を蓄える時には、別途、交流を直流に変換する整流器が必要とする。
一方、直流発電機の場合には、内部に持った整流子で直流に変換するために、バッテリーに直接電力を供給できるが、整流子は機械的接触をしているために摩耗を生じ、定期的な保守点検が必要となる。
本発明システムでは、上記の発電部で発電された電気を蓄電部１０で蓄電するが、蓄電に使用する装置としては周知の鉛蓄電池のような二次蓄電池の他、近年用いられてきた電気二重層キャパシタは、非常に大きな容量を有するコンデンサであり、本発明システムには好ましい装置であるためにシステムに組み入れている。
上記二次蓄電池と電気二重層キャパシタとの電気的な差異は、蓄電池は蓄えられた電力容量に対して電圧がほぼ一定であり、キャパシタは蓄電電力容量に比例して電圧が高くなっていることに特徴を有している。
上記蓄電部である電気二重層キャパシタに蓄えた電力は、建物内のポンプ、外灯等として使用するために電力制御部部１１で、系統電力に適合した波形、電圧、周波数に変換する必要があるため、通常直流から交流に変換するインバータを用いている。
我が国の場合、系統に電力を供給するためには系統連係ガイドラインがあるために、このラインを満足させると共に、電力会社の認可を受けて対応する必要がある。
本発明システムの電力制御部１１では、上記インバータ機能の他に、各種の保護機能を設けて使用している。
第５図は、本発明システムの配置を示す説明図であるが、縦管２にジョイント接合した複数の筒７を２階毎に１個取り付け、各階からの生活排水を順次縦管上部から筒７内部の水車１２を通過させながら、筒７下端部を固定したギヤ１３を回転させることで回転動力を各発電装置９に伝達して電気を発電し、得られた電気は、各発電部に接続する各蓄電部で蓄電するものである。
【産業上の利用可能性】  本システムは、建造物内からの生活排水が縦管を流れる都度に発電がなされるために、建物内の水道水の使用量に従って新たな電気を得ることができ新規なシステムであるため、建物自体の管理費用の削減に大きく寄与するものである。
得られた電気は建物内部で通常の電気とは別に蓄電できるために、停電時には電気制御部を介して充電できるものである。
また蓄電部で蓄電された電気を、例えば建物内の共有箇所である廊下、駐車場、外灯等の電力として使用することによって電気料金の削減に寄与できるものである。
【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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【国際調査報告】
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