(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高層建築物における発電システムであって、
複数階を一のユニットとして高層建築物全体として複数のユニットに分割されて成り、
各ユニットは、該ユニット内最上階に配備される一の貯水槽と、該ユニット内最下階に配備される一の受水槽と、貯水槽と受水槽とを繋いで該貯水槽から受水槽へ水を落水させるための流水管と、該流水管における所定中間箇所に設置される一乃至複数の水力発電機と、受水槽に接続される揚水ポンプと、該揚水ポンプと貯水槽とを繋いで受水槽から貯水槽へ水を揚水するための揚水管と、を備え、
貯水槽と受水槽との間で流水管と揚水ポンプと揚水管を介して水を循環させると共に、貯水槽から受水槽へ重力により落水する水力を利用して水力発電機を作動させ発電を行うことを特徴とする高層建築物における発電システム。
【請求項２】
高層建築物の屋上に雨水を貯留可能な雨水貯留タンクを備えると共に、該雨水貯留タンクと各ユニットにおける貯水槽とを繋ぐ補水管を備え、
雨水貯留タンクに貯留された雨水を必要に応じて補水管を介して各貯水槽へ補充可能であることを特徴とする請求項１に記載の高層建築物における発電システム。
【請求項３】
各ユニットに蓄電池が備えられ、同ユニット内の水力発電機で発電された電力が一次的に蓄電池に蓄電されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高層建築物における発電システム。
【請求項４】
前記揚水ポンプは、同ユニット内の水力発電機で発電された電力を使用して作動されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の高層建築物における発電システム。
【請求項５】
高層建築物に太陽光発電機及び／若しくは風力発電機を備え、該太陽光発電機及び／若しくは風力発電機で発電された電力は、前記揚水ポンプの作動のため補助的に使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の高層建築物における発電システム。
【請求項６】
高層建築物に集配電装置を備え、該集配電装置を介して各ユニットにおいて水力発電機により発電された電力が集電されると共に、電力需要に応じて各階へ電力分配がなされることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の高層建築物における発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高層建築物における発電システムに関し、詳しくは、ビルなどの高層建築物において上階から下階への落水を利用して発電を行うシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全や低炭素社会の構築に向けて、ゼロエネルギービルの実現化が叫ばれている。ゼロエネルギービルとは、エネルギーの生成と消費の収支がプラスマイナスゼロになるビル建物のことで、より詳しくは、建物の運用段階でのエネルギー消費量を、省エネや再生可能エネルギーの利用などにより削減し、限りなくゼロにするという考え方である。しかしながら、エネルギー消費量をゼロに近づけるためには、建物内で仕事に従事する人などにもエネルギー消費の抑制を強いることとなり、その結果、過度な光熱費の削減など不快空間を提供することにもなりかねない。そこで、エネルギーの無駄を適度に且つ効率よく削減しながらも、快適な空間を提供し得る技術が求められるところである。
【０００３】
ゼロエネルギービルを実現するための具体的技術・方法については、大きく二つの面からのアプローチが必要である。一つは、省エネルギーを実現する面からのアプローチ、そしてもう一つは、エネルギーの創出という面からのアプローチである。
【０００４】
省エネルギー実現の面については、建築物の構造に関する技術であって、例えば高断熱・気密性の向上や昼光利用、日射遮断等の建築物自体の構造であったり、あるいは、高効率の換気・空調や高効率照明、高効率給湯、地熱・下水熱利用などの種々設備に関する技術が想定される。
また、エネルギー創出の面については、再生可能エネルギーによる発電技術であって、例えば太陽光発電や風力発電等の技術が想定される。
【０００５】
しかしながら、上記省エネルギー実現の技術は、新たに建築しようとするビルに対して採用することは比較的容易であるものの、既存のビルに導入するには大規模な改修工事や改築コストの増大が見込まれ、容易なことではない。それに対し、エネルギー創出の技術は、新たに設置するものであって、大規模な改修や改築が不要であることから、比較的容易に採用可能である。そこで、ゼロエネルギービルの実現に向けて、先ずはエネルギー創出の技術を導入する試みが主流となっている。
【０００６】
エネルギー創出の技術のうち太陽光発電は、日中しか発電できず、また、天候によって発電力が大きく変動するものであるため、常時安定した電力供給ができないといった問題があった。また、風量発電についても同様、風の有無によって発電力が大きく変動するため、常時安定した電力供給は望めない。そこで、これらに代わる再生可能エネルギーを利用した発電であって、ビルなどの高層建築物に導入可能な技術が望まれるところであった。
【０００７】
かかる高層建築物における発電技術については、例えば登録実用新案第３１１９８５１号公報（特許文献１）にて、「ビルダム式発電システム」の技術提案がなされている。
すなわち、該特許文献１の技術提案は、降雨水をビルディング内に設置した水槽にプールし、その水を階下に設置した発電タービンに向け落下・噴射させ、タービンの回転で発電するもので、落下した水は、循環パイプを介して再び水槽へ還流させるものである。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１にかかる技術提案は、最上階域に水槽を設置し、最下階域に発電タービンを設置する態様を採用するもので、最上階域から最下階域へ水を落下させた場合に水圧が強くなり過ぎて、その水圧に耐え得る大型の発電タービンを用意する必要がある。しかも、設置には最上階域から最下階域まで連通する設置スペースも必要となることから、機械設備及び設置に要するコストの増大が見込まれる。また、落下した水の水槽への還流について、最上階域まで水を戻すのは相応の負荷動力が必要であるが、本技術提案では、後続の落下する水の圧力を利用して水を水槽まで上昇させるとしており、何ら動力を使用せずして最下階域から最上階域まで水を上昇させることは不可能と考え得るため、非現実的な技術提案である。
【０００９】
また、かかる高層建築物における発電技術については、例えば特開平６−４９８号公報（特許文献２）にて、「高層建築物の循環水処理装置」の技術提案がなされている。
すなわち、該特許文献２の技術提案は、高層建築物の廃水を浄化処理して再利用するための技術提案であって、水を気体で加圧することで最上部貯水槽まで押しあげ、その水を気体加圧環境内で落水させて水力発電により発電を行うものである。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献２にかかる技術提案は、前記特許文献１と同様、最上部に貯水槽を設置し、最下部に発電機を設置する態様を採用するもので、最上部から最下部へ水を落下させた場合に水圧が強くなり過ぎて、その水圧に耐え得る大型の発電機を用意する必要がある。しかも、設置には最上部から最下部まで連通する設置スペースも必要となることから、機械設備及び設置に要するコストの増大が見込まれる。また、落下した水を循環させ水槽へ戻す際に、最上部まで水を戻すためには相応の負荷動力が必要であり、不可能と思料される。
【００１１】
本出願人は、近年におけるゼロエネルギービルへの取り組みに着目しつつ、従来の高層建築物における発電技術の抱える問題点に鑑み、エネルギー創出における高効率化のための新たな技術として、再生可能エネルギーの中でも水力発電の技術を利用して、問題解決と高効率化を図ることができないものかとの着想の下、機械設備の小型化と省スペース化、そして高効率化をも実現し得る高層建築物における水力発電システムを開発し、本発明にかかる「高層建築物における発電システム」の提案に至るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】登録実用新案第３１１９８５１号公報
【特許文献２】特開平６−４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した背景技術に鑑み、高層建築物における水力発電の導入に際し、機械設備の小型化と省スペース化、そして高効率化を実現し得る発電システム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】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、高層建築物における発電システムであって、複数階を一のユニットとして高層建築物全体として複数のユニットに分割されて成り、各ユニットは、該ユニット内最上階に配備される一の貯水槽と、該ユニット内最下階に配備される一の受水槽と、貯水槽と受水槽とを繋いで該貯水槽から受水槽へ水を落水させるための流水管と、該流水管における所定中間箇所に設置される一乃至複数の水力発電機と、受水槽に接続される揚水ポンプと、該揚水ポンプと貯水槽とを繋いで受水槽から貯水槽へ水を揚水するための揚水管と、を備え、貯水槽と受水槽との間で流水管と揚水ポンプと揚水管を介して水を循環させると共に、貯水槽から受水槽へ重力により落水する水力を利用して水力発電機を作動させ発電を行う手段を採る。
【００１５】
また、本発明は、高層建築物の屋上に雨水を貯留可能な雨水貯留タンクを備えると共に、該雨水貯留タンクと各ユニットにおける貯水槽とを繋ぐ補水管を備え、雨水貯留タンクに貯留された雨水を必要に応じて補水管を介して各貯水槽へ補充可能である手段を採用し得る。
【００１６】
さらに、本発明は、各ユニットに蓄電池が備えられ、同ユニット内の水力発電機で発電された電力が一次的に蓄電池に蓄電される手段を採用し得る。
【００１７】
またさらに、本発明は、前記揚水ポンプが、同ユニット内の水力発電機で発電された電力を使用して作動される手段を採用し得る。
【００１８】
さらにまた、本発明は、高層建築物に太陽光発電機及び／若しくは風力発電機を備え、該太陽光発電機及び／若しくは風力発電機で発電された電力は、前記揚水ポンプの作動のため補助的に使用される手段を採用し得る。
【００１９】
そしてまた、本発明は、高層建築物に集配電装置を備え、該集配電装置を介して各ユニットにおいて水力発電機により発電された電力が集電されると共に、電力需要に応じて各階へ電力分配がなされる手段を採用し得る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる高層建築物における発電システムによれば、複数階を一のユニットとして高層建築物全体として複数のユニットに分割し、各ユニットにて水力発電機による発電を行うシステムを採用することで、落下する水の水圧がさほど大きくなることがないため、発電機の小型化が実現されると共に、設備全体の小型化及び省スペース化に資し、また、落下した水を循環させるために戻す際も、分割された一ユニットの高さ以上に揚水することはないため、労力（消費エネルギー）の低減に資する、といった従来にない優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる高層建築物における発電システムの実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明にかかる高層建築物における発電システムの実施形態（ユニットの構成態様）を示すブロック図である。
【図３】本発明にかかる高層建築物における発電システムの他の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明にかかる高層建築物における発電システムの他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明にかかる高層建築物における発電システムの他の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、高層建築物１における発電システムであって、複数階を一のユニット１０として高層建築物１全体として複数のユニット１０に分割されて成り、各ユニット１０は、該ユニット１０内最上階に配備される貯水槽１１と、該ユニット１０内最下階に配備される受水槽１２と、貯水槽１１と受水槽１２とを繋いで該貯水槽１１から受水槽１２へ水を落水させるための流水管１３と、該流水管１３における所定中間箇所に設置される一乃至複数の水力発電機２０と、受水槽１２に接続される揚水ポンプ１４と、該揚水ポンプ１４と貯水槽１１とを繋いで受水槽１２から貯水槽１１へ水を揚水するための揚水管１５と、を備え、貯水槽１１と受水槽１２との間で流水管１３と揚水ポンプ１４と揚水管１５を介して水を循環させると共に、貯水槽１１から受水槽１２へ重力により落水する水力を利用して水力発電機２０を作動させ発電を行う構成を採ったことを最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２３】
なお、本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、以下に述べる実施例に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる形状や構造、動作等の範囲内において、適宜変更することができるものである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの実施形態を示す概略図である。また、図２は、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの一のユニット１０の構成態様を示すブロック図である。
本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、複数階を一のユニット１０として高層建築物１全体として複数のユニット１０に分割されて成り、各ユニット１０の主要な構成として、貯水槽１１と、受水槽１２と、流水管１３と、水力発電機２０と、揚水ポンプ１４と、揚水管１５と、で構成されている。
【００２５】
高層建築物１とは、俗にビルと呼ばれる複数階を有する建築物であって、本発明における高層建築物１とは、複数階を一のユニット１０として複数のユニット１０に分割する態様を採用する関係上、少なくとも四階以上、好ましくは五階以上を有するビルが想定され、階数の上限について特に限定はない。
【００２６】
ユニット１０は、高層建築物１を複数階ごとに分割してできた一の分割単位のことであって、一のユニット１０には複数階が存することとなり、換言すればユニット１０が複数合わさって高層建築物１を構成するものである。このとき、一のユニット１０に存する階数について、複数であれば特に限定はないが、２乃至６階程度であることが望ましく、より好ましくは３乃至５階程度であることが好適である。一ユニット１０に存する階数が多すぎると、かえって機械設備の小型化や省スペース化、高効率化に反することになる為である。また、各ユニット１０の階数について、全ユニット１０が均等に同じ階数であることが望ましいが、必ずしもその必要はなく、ユニット１０ごと異なる階数を有した態様も考え得る。各ユニット１０には、夫々貯水槽１１と、受水槽１２と、流水管１３と、水力発電機２０と、揚水ポンプ１４と、揚水管１５とが備わっている。
【００２７】
尚、ユニット１０とは、本発明にかかる発電システムが配備される空間を表す概念を含み、一の分割単位に存する複数階を貫く所定の空間のことを意味する。このとき、複数階を貫く所定の空間について、必ずしも各階を仕切る建築材（床材・天井材）が取り除かれて一の空間を形成する必要はなく、ユニット１０内最上階から最下階まで各階とも同じ位置に存する複数の空間であってもよい。
【００２８】
貯水槽１１は、水を貯留するための水槽体であって、ユニット１０内における最上階に配備される。該貯水槽１１の形状や大きさ（容量）については、特に限定はなく、概ね数百〜数千リットルの大きさを有する。かかる貯水槽１１の大きさについては、高層建築物１の平面積や設置箇所の容積、ユニット１０の階数、後述する落水に際し必要とする水圧等を考慮して、適宜決定される。
【００２９】
受水槽１２は、落水した水を受け入れるための水槽体であって、ユニット１０内における最下階に配備される。該受水槽１２の形状や大きさ（容量）については、特に限定はないが、少なくとも貯水槽１１に貯留された水を全て受け入れ得る大きさを有することを要し、故に概ね貯水槽１１と同じ大きさを有する態様となる。
【００３０】
流水管１３は、水を流すべく中空路を有する管状体であって、その一端（上端）は貯水槽１１に接続され、他端（下端）は受水槽１２に接続されることで、貯水槽１１と受水槽１２とを繋いでいる。貯水槽１１に貯留された水は、該流水管１３内を通過して受水槽１２へ落水可能となっている。尚、流水管１３における貯水槽１１との接続箇所近傍に開閉弁１３ａを備える態様が好ましく、貯水槽１１から流水管１３へ流水のスタート・ストップを該開閉弁１３ａで制御し得る。該流水管１３の径や材質については、特に限定はなく、例えば径２５〜２００ｍｍの塩ビ管や金属管が考えられ、管内を流れる水の量や流速（水圧）等を考慮して適宜決定される。
【００３１】
該流水管１３の貯水槽１１と受水槽１２とを繋ぐ経路構造については、例えば、貯水槽１１から垂直に直線的に延伸して受水槽１２に繋がる経路構造が考え得る。かかる経路構造を採ることで、貯水槽１１から受水槽１２までの距離は最短となるが、流速及び水圧を最大限引き出すことが可能となる。また、流水管１３の経路構造について、徐々に下降する螺旋構造とする態様が考え得る。かかる経路構造を採ることで、限られた降下高の中で貯水槽１１から受水槽１２までの距離を稼ぐことができると共に、水流に対する抵抗を低減することができ、ある程度の流速を得て圧力損失を軽減させることが可能となる。この経路構造については、ユニット１０の空間内にて自由に設計可能であって、特に限定するものではなく、流水管１３に設置される後述の水力発電機２０の数等を考慮して適宜決定される。
【００３２】
水力発電機２０は、流水管１３内を流れる水の流力（水圧）を受けて発電する発電機であって、該流水管１３における所定中間箇所に設置されている。水力発電機２０の設置位置については任意であり、特に限定はないが、水の水圧や流速が発電力に影響する関係上、可能な限り受水槽１２に近い下方位置に設置することが好ましい。水力発電機２０の具体的構造や性能についても、特に限定はないが、大きさについては省スペース化の実現に鑑み、より小型のものが好適であって、俗にマイクロ水力発電といわれる常法の水力発電機２０を採用することが可能である。発電機の最大出力についても、特に限定はないが、径約１５０ｍｍの管内にて水流によりプロペラを回して発電するタイプで、約１．５〜２．５ｋｗもの最大出力を誇る常法の水力発電機２０も存在する。総じて、発電能力（最大出力）や設置スペースに合った大きさ、そして静音性などを総合的に考慮して、最良の水力発電機２０を選択する。
【００３３】
尚、一の流水管１３に対し水力発電機２０が一基とは限らず、一乃至複数の水力発電機２０が設置される態様も可能である。但し、複数設置の場合には、前段の水力発電機２０と後段の水力発電機２０との間にある程度の間隔を要する。この間隔は、前段の水力発電機２０を作動させることで生じた流速（水圧）の損失を回復させるための間隔であって、後段に設置した水力発電機２０の好適な運転を担保するために必要な間隔である。
【００３４】
揚水ポンプ１４は、流水管１３を通過して落下してきた受水槽１２の水を、再び貯水槽１１へ戻すための装置であって、受水槽１２に接続され、該受水槽１２の水を後述の揚水管１５へ送るポンプ装置である。かかる揚水ポンプ１４は、常法のポンプ装置を採用すれば足り、具体的構造について特に限定するものではないが、性能（送水能力）については、貯水槽１１から受水槽１２への落下水量と同等以上の水量を揚水し得る送水能力を有することが望ましい。揚水量より落下水量の方が多いと、本システムを運転し続けることで、最終的に貯水槽１１内の水が枯渇することとなってしまうためである。該揚水ポンプ１４は、原則として同ユニット１０内の水力発電機２０で発電された電力Ｅの一部を使用して作動される態様となっているが、必要に応じて他の既存電力を一時的若しくは断続的に用いる態様も考え得る。
【００３５】
揚水管１５は、水を流すべく中空路を有する管状体であって、その一端（下端）は揚水ポンプ１４に接続され、他端（上端）は貯水槽１１に接続されることで、揚水ポンプ１４と貯水槽１１とを繋いでる。受水槽１２に落下して流れ込んだ水は、該受水槽１２内である程度貯留され、その後揚水ポンプ１４を介して揚水管１５内を通過して貯水槽１１へ戻されることとなる。該揚水管１５の径や材質については、特に限定はなく、例えば直径２５〜２００ｍｍの塩ビ管や金属管が考えられ、揚水ポンプ１４の性能や揚水量等を考慮して適宜決定される。
【００３６】
該揚水管１５の揚水ポンプ１４と貯水槽１１とを繋ぐ経路構造については、特に限定するものではないが、揚水効率を考慮し、最短距離で揚水を行い得る垂直に直線的に延伸した経路構造が好適である。
【００３７】
本発明の発電システムで使用される水については、特に限定するものではなく、水道水や地下水、雨水などを使用すればよい。本発明で水は常時循環されるものであり、腐敗などを生じない限り特別に排水されることはなく、一度貯留すればその後永続的に使用されるものである。
【００３８】
以上の構成から成る本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、高層建造物を複数階ごと分割してできる各ユニット１０に夫々配備され、該発電システムの一連の動作態様は以下のとおりである。
（１）貯水槽１１に貯留されている水が流水管１３に流入する。流水管１３に開閉弁１３ａが備わる場合は、該開閉弁１３ａを開弁することで、流水がスタートする。
（２）流入管内を流れる水の流速（水圧）により、該流水管１３に設置された水力発電機２０が作動して発電が行われる。
（３）流水管１３内の水は、最終的に受水槽１２へ流れ込み、該受水槽１２にて一時的に貯留される。
（４）受水槽１２に貯留された水は、揚水ポンプ１４の作用により揚水管１５へと流入する。
（５）揚水管１５内の水は、揚水ポンプ１４の作用により管内を上昇し、最終的に貯水槽１１へ流れ込むことで、戻される。
以上の一連の動作態様により、水は循環を繰り返すこととなる。
尚、流水管１３に開閉弁１３ａが備わる態様により、該開閉弁１３ａを閉弁することで、流水管１３への水の流入を止めて水の循環をストップし、発電を止めることができる。
【００３９】
尚、上記（２）にて発電された電力Ｅは、高層建築物１における使用電力として消費される。このとき、あるユニット１０にて発電された電力Ｅは、該ユニット１０と同じ階層に存する階の使用電力として消費される態様が好ましい。電力Ｅの供給に際しては、中間にインバータを介して供給される。すなわち、常法の水力発電機２０で発電される電力Ｅはほとんどが直流であるのに対し、一般に使用される電気機器は交流仕様がほとんどであることから、インバータを介して直流を交流に変換して供給する。また、必要に応じて変圧器等の機器を介して、電力Ｅの供給がなされる。
【００４０】
ところで、使用電力と発電された供給電力とが常に同量であるとは限らず、その均衡を図ることは困難である。そこで、各ユニット１０に蓄電池２４が備えられ、同ユニット１０内の水力発電機２０で発電された電力Ｅが一次的に蓄電池２４に蓄電される態様が考え得る。すなわち、使用電力よりも供給電力が多い場合の余剰電力や、夜間など電力消費量が少ない時間帯に発電した電力Ｅを蓄電池２４に蓄電しておく態様である。この態様によれば、電力使用に際し、蓄電池２４を介して電力消費がなされることで、使用電力過多の場合であっても、安定して電力Ｅの供給を行うことが可能となる。
また、蓄電池２４を利用し、水力発電機２０で発電された電力Ｅについて、高層建築物１におけるバックアップ電源として使用する態様が考え得る。すなわち、高層建築物１における通常の電力消費には既存電力を用い、水力発電機２０で発電された電力Ｅは蓄電池２４に蓄え、バックアップ電源として非常時に使用する態様である。
【００４１】
本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、複数階を一のユニット１０として高層建築物１全体として複数のユニット１０に分割し、各ユニット１０にて水力発電機２０による発電を行うシステムを採用するもので、貯水槽１１と受水槽１２との間で流水管１３と揚水ポンプ１４と揚水管１５を介して水を循環させると共に、貯水槽１１から受水槽１２へ重力により落水する水力を利用して水力発電機２０を作動させ発電を行うべく動作することをもって、発電機の小型化が実現されると共に、設備全体の小型化及び省スペース化が図られ、さらに労力（消費エネルギー）の低減にも資するもので、既存の建物にも採用可能であって、ゼロエネルギービルの実現に資するものである。
【実施例２】
【００４２】
次に、図３により、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの他の実施形態について説明する。上記実施例１と同様の部分は説明を省略する。
上記実施例１で、使用される水について、常時循環され排水されることがないため、永続的に使用される旨説明した。しかしながら、実際には、蒸発や漏水により水の貯留量は経年減少するのが常であり、定期的若しくは不定期的に補充する必要が生じ得る。このとき、水道水を補充する態様では、水道料金というコスト負担が生じ、また、地下水を補充する態様では、該地下水自体の揚水及び高層階への揚水にコストが嵩んでしまう。これに対し、雨水を補充する態様によれば、屋上からの自然落水により補充することができ、コスト負担無く補充することができる。但し、自然現象であるため、いつ雨が降るのかによって補充時期が左右されてしまうという問題もある。
【００４３】
そこで、高層建築物１の屋上に雨水を貯留可能な雨水貯留タンク３０を備えると共に、該雨水貯留タンク３０と各ユニット１０における貯水槽１１とを繋ぐ補水管３１を備える態様が考え得る。すなわち、補充の要否に関係なく、雨水を常時雨水貯留タンク３０に貯留しておき、必要に応じて雨水貯留タンク３０から各ユニット１０の貯水槽１１へ雨水を補充する態様である。
【００４４】
雨水貯留タンク３０は、雨水を貯留するための水槽体であって、屋上に配備される。該雨水貯留タンク３０の形状や大きさ（容量）については、特に限定はないが、補充するための水を貯留すれば足りることから、概ね数百リットル程度の大きさを有すればよく、高層建築物１の屋上面積等も考慮して、適宜決定される。該雨水貯留タンク３０は、雨水を貯留するという機能から、降雨時に効率よく雨水をタンク内に集水し得る構造を備えている。その集水のための具体的構造について限定はないが、例えば下方が縮径するテーパ状の集水漏斗をタンク天井の孔部上方に備えて、広範の雨水が漏斗を伝って孔部からタンク内に集水し得る態様等が考え得る。
【００４５】
補水管３１は、水を流すべく中空路を有する管状体であって、その一端（上端）は雨水貯留タンク３０に接続され、他端（下端）は貯水槽１１に接続されることで、雨水貯留タンク３０と貯水槽１１とを繋いでいる。雨水貯留タンク３０に貯留された水は、該補水管３１内を通過して貯水槽１１へ落水可能となっている。尚、補水管３１の所定中間箇所に開閉弁３１ａを備える態様が好ましく、雨水貯留タンク３０から貯水槽１１への雨水補充のスタート・ストップを該開閉弁３１ａで制御し得る。該補水管３１の径や材質については、特に限定はなく、例えば径１５〜３０ｍｍの塩ビ管や金属管が考え得る。
【００４６】
尚、雨水には、塵埃が含まれていることから、そのまま貯水槽１１へ補充してしまうと、その塵埃により水力発電機２０や揚水ポンプ１４の故障・損傷を引き起こすことにもなりかねない。そこで、雨水貯留タンク３０における集水用の孔部や補水管３１との接続箇所に、塵埃除去フィルターを装備することが好適である。かかる態様を採ることで、雨水を濾過してきれいな水として貯水槽１１へ補充することが可能となる。
【００４７】
以上の構成から成る本発明にかかる高層建築物１における発電システムについて、本実施例の構成における動作態様は以下のとおりである。
（１）降雨時に、雨水貯留タンク３０へ雨水が貯留される。
（２）雨水貯留タンク３０に貯留された雨水は、必要に応じて補水管３１を介して各貯水槽１１へ補充される。補水管３１に開閉弁３１ａが備わる場合は、該開閉弁３１ａを開弁することで、補充がスタートする。
以上の一連の動作態様により、貯水槽１１への雨水の補充がなされる。
尚、補水管３１に開閉弁３１ａが備わる態様により、該開閉弁３１ａを閉弁することで、補水管３１への雨水の流入を止めて、貯水槽１１への補充はストップする。
【００４８】
以上、本実施例の構成態様を採用した本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、貯水槽１１への水の補充に雨水を採用するもので、屋上からの自然落水により補充することができるため、コスト負担無く補充可能であると共に、補充の要否に関係なく、雨水を常時雨水貯留タンク３０に貯留しておくことで、自然現象に左右されることなく、必要に応じて雨水貯留タンク３０から各ユニット１０の貯水槽１１へ雨水を補充することができるもので、労力（消費エネルギー）の低減に資すると共に、既存の建物にも採用可能であって、ゼロエネルギービルの実現に資するものである。
【実施例３】
【００４９】
次に、図４により、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの他の実施形態について説明する。上記実施例１と同様の部分は説明を省略する。
上記実施例１で、揚水ポンプ１４の作動電源について、原則として同ユニット１０内の水力発電機２０で発電された電力Ｅの一部を使用する態様、並びに、必要に応じて他の既存電力を一時的若しくは断続的に用いる態様について説明した。しかしながら、エネルギー保存の法則に鑑みると、実際には、ユニット１０内の水力発電機２０で発電された電力Ｅのみで揚水ポンプ１４の作動電力をまかなうには、その発電された電力Ｅのほとんどを使用することにもなりかねず、高層建築物１への電力供給量の減少を招きかねない。また、必要に応じて他の既存電力を用いる態様において、既存電力として既存の電力会社からの電力供給を受ける態様では、電気料金というコスト負担が生じると共に、本発明が目的とするゼロエネルギービルの概念とも逆行するものとなりかねない。
【００５０】
そこで、高層建築物１に再生可能エネルギーによる発電機を設置し、該発電機で発電された電力Ｅを揚水ポンプ１４の作動電力として用いる態様が考え得る。すなわち、高層建築物１に太陽光発電機２１や風力発電機２２を設置し、それらの発電機で発電された電力Ｅを、揚水ポンプ１４の作動のため補助的に使用しようとするものである。
【００５１】
太陽光発電機２１は、太陽光を太陽電池を用いて直接的に電力Ｅに変換する発電方式を有する発電機である。本発明で使用する太陽光発電機２１は、常法のものを使用すれば足り、その具体的構造や仕様について特に限定するものではない。該太陽光発電機２１は、高層建築物１における屋上やテラスなどで日射範囲、日射時間の多い場所に設置される。
【００５２】
風力発電機２２は、風の力でタービンを回して発電する方式の発電機である。本発明で使用する風力発電機２２は、常法のものを使用すれば足り、その具体的構造や仕様について特に限定するものではない。該風力発電機２２は、高層建築物１における屋上やテラスなどで風通しの良い場所に設置される。
【００５３】
本発明では、上記太陽光発電機２１と風力発電機２２とを選択的に設置する態様のほか、両発電機とも設置する態様であってもよい。かかる太陽光発電機２１並びに風力発電機２２は、太陽光や風といった自然現象によってその発電力が左右されるため、両発電機とも設置する態様によって、より電力供給の安定性が増す。
【００５４】
以上、本実施例の構成態様を採用した本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、揚水ポンプ１４の補助電源として、太陽光発電機２１や風力発電機２２といった再生可能エネルギーによる電力供給を行うことで、水力発電機２０により発電された電力Ｅを効率よく使用電力として消費することが可能となるものである。
【実施例４】
【００５５】
次に、図５により、本発明にかかる高層建築物１における発電システムの他の実施形態について説明する。上記実施例１と同様の部分は説明を省略する。
上記実施例１で、あるユニット１０にて発電された電力Ｅについて、該ユニット１０と同じ階層に存する階の使用電力として消費される態様が好適である旨説明した。しかしながら、高層建築物１における各階の使用電力は全く異なるものであり、また、各ユニット１０において使用電力と発電された供給電力とが常に同量であるとも限らないことから、発電した電力Ｅを当該ユニット１０と同じ階層に存する階の使用電力としてのみ消費される態様では、ユニット１０ごと使用電力過多による電力Ｅの安定供給に難がある。
【００５６】
そこで、高層建築物１に集配電装置４０を備え、該集配電装置４０を介して各ユニット１０において発電された電力Ｅが集電されると共に、電力需要に応じて各階へ電力分配がなされる態様が考え得る。すなわち、各ユニット１０において発電された電力Ｅを一極に集電させ、その電力Ｅを必要な階へ再分配するものである。
【００５７】
集配電装置４０は、複数のユニット１０にて発電された電力Ｅを集電する機能と、集電された電力Ｅを各階に配電する機能を有する装置であり、高層建築物１における所定箇所に設置される。各ユニット１０にて水力発電機２０により発電された電力Ｅは、いったん集配電装置４０に送られ、その後電力需要に応じて各階へ電力Ｅが分配される。電力Ｅの分配に際しては、例えば、各階のリアルタイムの電力使用量のデータを収集して、電力需要の予測に基づき分配する態様が考え得る。
【００５８】
以上、本実施例の構成態様を採用した本発明にかかる高層建築物１における発電システムは、高層建築物１に集配電装置４０を備えて各ユニット１０において発電された電力Ｅを集電して各階に再分配する態様を採用することで、電力Ｅの安定供給と各ユニット１０における余剰電力の有効利用に資するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、高層建築物における発電システムであって、複数階を一のユニットとして高層建築物全体として複数のユニットに分割され、再生可能エネルギーの水力発電を利用することで、機械設備の小型化と省スペース化、そして高効率化を実現し得るもので、新規および既存のあらゆる高層建築物に採用可能である。
よって、本発明にかかる「高層建築物における発電システム」の産業上の利用可能性は大であるものと思料する。
【符号の説明】
【００６０】
１    高層建築物
１０    ユニット
１１    貯水槽
１２    受水槽
１３    流水管
１３ａ  開閉弁
１４    揚水ポンプ
１５    揚水管
２０    水力発電機
２１    太陽光発電機
２２    風力発電機
２４    蓄電池
３０    雨水貯留タンク
３１    補水管
３１ａ  開閉弁
４０    集配電装置
Ｅ    電力
【図１】
0006969809.tif 000002
【図２】
0006969809.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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