(57)【要約】【課題】マンション、オフィスビル等の排水を利用して発電する建物内水力発電装置を提供すること。【解決手段】  建物の下層階に設けられた水力発電装置９と、建物の上層階に設けられた貯水槽１と、貯水槽１から水力発電装置９に給水する発電パイプ６と、パイプを開閉する弁８とを備え、貯水槽１には生活排水が流入することを特徴とする、建物内水力発電装置飛を提供する。貯水槽１から溢れた水を水力発電装置９に給水せずに排水する排水パイプ５と、弁の開閉を制御する制御装置１３とを備えることによって、発電に用いずに排水される水を制御して最大量の発電を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の下層階に設けられた水力発電装置と、
建物の上層階に設けられた貯水槽と、
前記貯水槽から前記水力発電装置に給水する発電パイプと、
前記パイプを開閉する弁とを備え、
前記貯水槽には生活排水が流入することを特徴とする、建物内水力発電装置。
【請求項２】
前記貯水槽から溢れた水を前記水力発電装置に給水せずに排水パイプに送るオーバーフロー排水パイプを備えることを特徴とする、請求項１に記載の建物内水力発電装置。
【請求項３】
前記貯水槽、前記発電パイプ及び前記弁の組を２以上備えることを特徴とする、請求項２に記載の建物内水力発電装置。
【請求項４】
前記排水パイプの単位時間当たりの排水量を測定する排水量計と、
前記弁の開閉を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、解放された弁に係るパイプから前記水力発電装置に流入する単位時間当たりの流入水量が、所定の単位時間当たり水量から前記前記排水量計によって測定された単位時間当たりの排水量を減算した値よりも小さいようにすることを特徴とする、請求項３に記載の建物内水力発電装置。
【請求項５】
前記貯水槽の貯水量を測定する貯水量計を備え、
前記制御装置は、解放する弁を選択する際に、（１）ある貯水層について前記貯水量計によって測定された貯水量のその貯水槽の満量に対する比率が大きい貯水槽に係る弁から順に、前記比率が所定の値以上のものを解放し、（２）なおも解放できる弁がある場合にはより高層に設けられた貯水槽に係る弁から順に、選択することを特徴とする、請求項４に記載の建物内水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンション、オフィスビル等の排水を利用して発電する建物内水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、地球温暖化防止、電気料金の節約等のために、電力消費を削減する各種の試みが行われている。かかる試みの中には、太陽光発電等の自ら発電するものがある。自ら発電するものとしては、必然的に流れる水を利用する水力発電によるものもある。例えば特許文献１には、建物の屋根から流れ落ちる水による水力発電システムが開示されている。
【０００３】
必然的に流れる水としては、マンション、オフィスビル等の排水もある。上層階において発生する排水は、下水道への排水のために１階又は地下まで流される。その際に高低差を利用した水力発電が可能である。しかし、かかる建物内水力発電装置は開示されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０９２０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、マンション、オフィスビル等の排水を利用して発電する建物内水力発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の建物内水力発電装置は、
建物の下層階に設けられた水力発電装置と、
建物の上層階に設けられた貯水槽と、
前記貯水槽から前記水力発電装置に給水する発電パイプと、
前記パイプを開閉する弁とを備え、
前記貯水槽には生活排水が流入することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、排水を貯水槽に貯え、十分な水量となったときに弁を解放して、効率的に発電を行うことができる。
【０００８】
本発明の建物内水力発電装置は、
前記貯水槽から溢れた水を前記水力発電装置に給水せずに排水する排水パイプを備えることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、発電に用いない水を排水することができる。
【００１０】
本発明の建物内水力発電装置は、
前記貯水槽、前記発電パイプ及び前記弁の組を２以上備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、少数の水力発電装置発電によって建物全体の排水を利用することができる。
【００１２】
本発明の建物内水力発電装置は、
前記排水パイプの単位時間当たりの排水量を測定する排水量計と、
前記弁の開閉を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、解放された弁に係るパイプから前記水力発電装置に流入する単位時間当たりの流入水量が、所定の単位時間当たり水量から前記前記排水量計によって測定された単位時間当たりの排水量を減算した値よりも小さいようにすることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、発電に用いる水と用いない水の総排水量を下水処理に合わせて制御することができる。
【００１４】
本発明の建物内水力発電装置は、
前記貯水槽の貯水量を測定する貯水量計を備え、
前記制御装置は、解放する弁を選択する際に、（１）ある貯水層について前記貯水量計によって測定された貯水量のその貯水槽の満量に対する比率が大きい貯水槽に係る弁から順に、前記比率が所定の値以上のものを解放し、（２）なおも解放できる弁がある場合にはより高層に設けられた貯水槽に係る弁から順に、選択することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、発電に用いずに排水される水を制御して、最大量の発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の建物内水力発電装置によれば、マンション、オフィスビル等の排水を利用して発電することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、建物内水力発電装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、制御装置の処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、建物内水力発電装置の構成を示す図である。マンションの上層階に３つの貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃが設けられている。貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃはそれぞれ排水管２ａ、２ｂ及び２ｃからの排水を貯える。例えば排水管２ｂは貯水槽１ｂの設けられた階及びそれよりも上で排水管２ａの設けられた階よりも下の階の排水を処理する排水管である。例えば２０階建てのビルにおいて、貯水槽１ａを１６階に、貯水槽１ｂを１１階に、貯水槽１ｃを６階に設け、１６〜２０階の排水を貯水槽１ａに、１１〜１５階の排水を貯水槽１ｂに、６〜１０階の排水を貯水槽１ｃに貯えることができる。
【００２０】
５階以下の低層階の排水については、得られる水圧が水力発電のためには小さいので、貯水槽に貯えずに排水パイプ５に排出する。
以上、マンションとして説明したが、オフィスビルその他のビルでも同様である。
【００２１】
排水管２ａ、２ｂ及び２ｃが貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃに接続される箇所には、ディスポーザ３ａ、３ｂ及び３ｃが設けられている。排水中の汚物が貯水槽に流入する前に回収するものである。
【００２２】
貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃは、水位計４ａ、４ｂ及び４ｃを備えている。
【００２３】
貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃは、満杯となって溢れた水を排出するオーバーフロー排水パイプ５ａ、５ｂ及び５ｃを備えている。オーバーフロー排水パイプ５ａ、５ｂ及び５ｃは、排水パイプ５に接続されている。排水パイプ５は、マンションの排水を下水に流すものであり、本実施形態では、マンション全体で１本であるとする。ただし２本以上でも同様である。
【００２４】
貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃは、発電パイプ６ａ、６ｂ及び６ｃに水を供給する。発電パイプ６ａ、６ｂ及び６ｃには、減圧弁７ａ、７ｂ及び７ｃ並びに圧力調整弁８ａ、８ｂ及び８ｃが設けられている。減圧弁７ａ、７ｂ及び７ｃは貯水槽からの水圧が不自然に高い時に水力発電装置を保護するものであり、本発明の水力発電装置の動作において本質的ではない。
【００２５】
圧力調整弁８ａ、８ｂ及び８ｃは、貯水槽１ａ、１ｂ及び１ｃからの水流を所定の圧力として水力発電装置に送る。また、圧力調整弁８ａ、８ｂ及び８ｃは、その開閉が制御装置１３によって制御されている。
【００２６】
圧力調整弁８ａ、８ｂ及び８ｃの下流には、水力発電装置であるタービン９ａ、９ｂ及び９ｃが設けられている。圧力調整弁８ａ、８ｂ及び８ｃを介した水流によって、タービン９ａ、９ｂ及び９ｃが回転し、発電する。発電された電力は、蓄電池１２に蓄積される。
【００２７】
屋上雨水を排出する雨水管１０にも、水力発電装置であるタービン１１が設けられ、発電された電力が蓄電池１２に蓄積される。
【００２８】
以上、発電の機構について説明した。次に、制御装置１３による制御について説明する。
【００２９】
排水を貯水槽に貯え、発電のためにそれを一時に流す。このため、発電時においては下水道に排出される単位時間当たりの水量がそのマンションの許容量を超過してしまうリスクがある。制御装置１３によってこの問題を解消する。
【００３０】
制御装置１３は、コンピュータ、マイクロチップ等の情報処理装置であり、水位計４ａ、４ｂ及び４ｃから水位の情報を受け取り、流量計１４から流量の情報を受け取り、圧力調整弁８ａ、８ｂ又は８ｃを解放・閉鎖するための電気的信号を発信する。
【００３１】
制御装置１３は、継続的に常時稼働していても、所定の時刻（例えば３０分間隔）に起動されてもよい。下水への排水で制御されるものは、総排水量でなく時間当たりの排水量である。以下、流量を表す変数は、時間当たりの流量であるとする。
【００３２】
許容される最大の流量値をＭ、流量計１４によって測定される排水パイプ５の流量をｍとする。また、発電パイプ６ａ、６ｂ及び６ｃから発電のために流される流量を、ａ、ｂ、ｃとする。なお、高層階に設けられた貯水槽からの水は発電機への水圧が大きくなり、小さな水量でよい。ａ＜ｂ＜ｃとなる。図１において、発電パイプ６ａ、６ｂ及び６ｃの太さがことなるのは、これを示したものである。
【００３３】
制御装置１３は、総和がＭ−ｍ以下となるように。ａ、ｂ、ｃの組み合わせのうちの１つを選択する。選択されたものについては圧力調整弁８ａ、８ｂ又は８ｃを解放し、他の圧力調整弁を閉鎖する。これにより、下水の総流量はＭ以下となる。なお、雨水管１０からの排水は下水とは分流されており考慮しなくてよい。もし雨水を下水に合流するのであれば、雨水管１０にも流量計を設け、排水パイプ５の流量と雨水管１０の流量の和の値をｍとすればよい。
【００３４】
図２は、制御装置の処理を示す図である。貯水槽１、水位計４、発電パイプ６及び圧力調整弁８について、これまでａ、b、及びｃの添字で示す３つとしてきたが、２つ又は４つ以上であっても同様の処理が可能である。以下、添字を番号とし、その番号をｉで示す。また、番号ｉは、上層に設けられた貯水槽から順に振られているものとする。
【００３５】
ｉ番目の水位計４によって測定された水位をＬｉ、ｉ番目の発電パイプ６の流量をＱｉとする。上記の３つの貯水槽の場合における流量ａ、b、及びｃは、Ｑ１＝ａ、Ｑ２＝ｂ、Ｑ３＝ｃとなる。
【００３６】
制御装置１３の処理は、解放順位設定処理１６ａと圧力調整弁解放処理１６ｂとにより構成される。
【００３７】
解放順位設定処理１６ａは、添字ｉを水位Ｌｉによって分類する。発電パイプ６に通水してオーバーフローを防ぐべき水位の下限をＬｍａｘ、発電を行う際に十分な水圧の得られる水位の下限をＬｍｉｎとする。水位ＬｉがＬｍａｘよりも大きい場合には、その貯水槽から発電パイプ６に通水すべきであり、Ｐｉ＝１とする。水位ＬｉがＬｍａｘ以下であってＬｍｉｎよりも大きい場合には、その貯水槽から発電パイプ６に通水して発電を行うことができ、Ｐｉ＝２とする。水位ＬｉがＬｍｉｎ以下である場合には、その貯水槽から発電パイプ６に通水して発電を行うことができず、Ｐｉ＝３とする。
【００３８】
Ｐｉ＝１のものについて優先的に発電すべきであり、Ｐｉ＝３のものについては発電を行わない。Ｐｉによってソートすることで、この状況が反映される。この際、Ｐｉをソートの第１キーとするが、第２キーとしてｉを用いることで、同一のＰｉのものは上層階の貯水層に係るものが優先される。Ｐｉ＝３のものについては発電を行わないので除外してよい。
【００３９】
上記のソート及び除外の後の順位をｊで示す。圧力調整弁解放処理１６ｂは、下水の総流量はＭ以下となる範囲でｊの順に圧力調整弁８を解放する。なお、図においてＱｊと記したもの及び圧力調整弁ｊと記したものは、ｉの値がｊであるＱの値及び圧力調整弁ではなく、ソート及び除外の後の順位がｊであるもののＱの値及び圧力調整弁である。
【００４０】
以上詳細に説明したように、本発明の建物内水力発電装置によれば、排水を上層階の貯水槽１に貯え、有効に活用して水力発電を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
マンション、オフィスビル等の排水を利用して発電することが可能となる建物内水力発電装置であり、多くのマンション、オフィスビル等及びその建設業者による利用が期待される。
【符号の説明】
【００４２】
１    貯水槽
２    排水管
３    ディスポーザ
４    水位計
５    排水パイプ（オーバーフロー排水パイプ）
６    発電パイプ
７    減圧弁
８    圧力調整弁
９    水力発電装置（タービン）
１０    雨水管
１１    水力発電装置（タービン）
１２    蓄電池
１３    制御装置
１４    流量計
１５    排水管
１６    処理
【図１】
2016079959.tif 000003
【図２】
2016079959.tif 000004