JP2006233779A - 水力発電利用型施設 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリーンなエネルギーを用いて自家発電を行うことができるとともにコスト削減を図った水力発電利用型施設を提供することを課題とする。
【解決手段】 排水経路１１・１２を具備するマンション１等の施設において、排水経路の中途部に設けた小型水力発電機３・４と、小型水力発電機で発電された電力を前記施設内の電機機器に供給する分電盤５と、小型水力発電機で発電された電力が施設内の電機機器で消費される電力よりも多い場合に、小型水力発電機で発電された電力の一部又は全部を蓄電して、小型水力発電機で発電された電力が前記施設内の電機機器で消費される電力よりも少ない場合に、施設内の電機機器に電力を補助的に供給する蓄電池６と、を備えた水力発電利用型施設であるマンション１を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オフィスビルや、ホテル、病院、マンション等において自家発電を行う水力発電利用型施設に関する。

従来より、オフィスビルや、ホテル、病院、マンション等の施設において、内燃機関により発電機を回して電力を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この内燃機関による発電では化石燃料を使用するため、二酸化炭素や硫黄酸化物、窒素酸化物等が発生して環境にも影響し、この中で二酸化炭素は温室効果ガスと呼ばれて、地球温暖化の原因物質として問題になっている。我が国では、１９９７年の第３回気候変動枠組条約締約国会議で採択された京都議定書に基づき、二酸化炭素の排出量の削減に取り組んでおり、今後はその方向で技術開発が行われることが要望されている。

その後、中高層建築物において、化石燃料を使用しないで自家発電を行う技術が発明されており（特許文献２参照）、この特許文献２に開示されている自家発電システムは、トイレ汚水排水枝管からトイレ汚水排水垂管（同号公報の図１の縦の配管）に集約されて落下するトイレ汚水の位置エネルギーで駆動する落水発電設備により発電を行わせるように構成されている。
特開平５−１１１２９８号公報 特開２００４−２０４４４８号公報

この特許文献２に開示されている自家発電システムは、中高層階からトイレ汚水排水垂管を通じてトイレ汚水を落として、その位置エネルギーを利用して発電機のタービンを回すというもので発想としては面白いが、このトイレ汚水には尿のみならず糞やトイレットペーパー等の粘性固形物も含まれており、該粘性固形物が発電機のタービンに付着したり、タービンの可動部に付着するなどして、タービンの回転抵抗となることがある。さらに、トイレ汚水排水垂管を通じて一度に多量の粘性固形物が落下してくると、発電機のタービンが捌けなくなり、該多量の粘性固形物が該発電機のタービンに引っ掛かってその回転を制止し、トイレ汚水排水垂管を詰まらせることがある。

また、発電機のタービンは粘性固形物が当たる度にかなりの衝撃を受け、例えば、泥で丸めたおにぎり大の団子をビルの中高層階（例えば、１０階）から落とした場合を想像するとよくわかるが、この粘性固形物が発電機のタービンに当たるときの衝撃はかなり大きなものになり、繰り返して当たるうちにタービンが疲労して破損する原因にもなる。

加えて、この発電機及びトイレ汚水排水垂管は定期的にメンテナンスを行う必要があり、発電機のタービンやその周辺のトイレ汚水排水垂管には糞尿が付着していることを考えると、心理的にあまり触りたくないものである。

本願発明は、この特許文献２が有する問題点がなく、特許文献２とは全く異なる構成で、クリーンなエネルギーを用いて自家発電を行うことができるとともにコスト削減を図った水力発電利用型施設を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
まず、請求項１に記載のように、排水経路を具備する施設において、前記排水経路の中途部に設けた小型水力発電機と、前記小型水力発電機で発電された電力を前記施設内の電機機器に供給する分電盤と、前記小型水力発電機で発電された電力が前記施設内の電機機器で消費される電力よりも多い場合に、前記小型水力発電機で発電された電力の一部又は全部を蓄電して、前記小型水力発電機で発電された電力が前記施設内の電機機器で消費される電力よりも少ない場合に、前記施設内の電機機器に電力を補助的に供給する蓄電池と、を備えた水力発電利用型施設を構成する。

また、請求項２に記載のように、前記排水経路における前記小型水力発電機の上流側に中間タンクを設けた構成とする。

そして、請求項３に記載のように、前記排水経路における前記小型水力発電機の上流側で分岐するバイパス経路と、前記小型水力発電機へ向けて流れる排水の流量が所定量以上か否かを検出する流量検出手段と、前記流量検出手段により検出された流量が所定量未満のときには、前記バイパス経路を閉じ、前記流量検出手段により検出された流量が所定量以上のときには、前記バイパス経路を開く電磁弁と、を備えた構成とする。

本発明は、以上のように構成したことにより、次のような効果を奏する。
まず、請求項１に記載の発明では、排水経路を通じて流す生活排水や雨水を利用して小型水力発電機を回すことができ、この生活排水や雨水を利用しての発電は二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギーであり、環境に優しく地球温暖化防止に貢献する。また、この発明では生活排水や雨水を利用して小型水力発電機を回すので燃料費が掛からず経済的であり、発電電力による施設の維持管理費の軽減を図ることができる。
また、この水力発電利用型施設が具備する蓄電池は、小型水力発電機で発電された電力が施設内の電機機器で消費される電力よりも多い場合に、小型水力発電機で発電された電力の一部を蓄電（施設内の電機機器で消費される電力が０の場合、小型水力発電機で発電された電力の全部を蓄電）して、小型水力発電機で発電された電力が施設内の電機機器で消費される電力よりも少ない場合に、施設内の電機機器に電力を補助的に供給するように構成したことで、施設内の電機機器への電力供給の安定化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明では、排水の量と時期とは一日のうちでもまちまちであるが、一旦中間タンクに溜めてその上で小型水力発電機に供給するように構成したので、流量が変わって発電機のタービンの回転速度が急に速くなったり遅くなったりすることなく小型水力発電機に安定的に排水を供給することができて発電が安定し、施設内の電機機器への電力供給の安定化を図ることができる。

そして、請求項３に記載の発明では、排水の量と時期とは一日のうちでもまちまちであるが、流量検出手段により検出された流量が所定量未満のときには、電磁弁を閉じてバイパス経路を閉じ、流量検出手段により検出された流量が所定量以上のとき、すなわち、小型水力発電機に排水が過剰に供給されているときには、電磁弁を開いてバイパス経路を開くように構成したことで、小型水力発電機に向けて多量に流れてくる排水を捌くことができ、中間タンクでオーバフローを起こしたり、シンク等の排水口でオーバフローを起こしたりすることもなく、排水をスムースに行うことができる。

次に、本発明に係る水力発電利用型施設の実施の一形態を、図面を参照しながら説明する。
以下では水力発電利用型施設の一例としてマンション１を取り上げて説明するが、該水力発電利用型施設は、オフィスビルや、ホテル、病院、フェリーボート等の客船等にも適用され、特に限定するものではない。

マンション１は、各階の各住居の台所のシンクや洗面台や風呂場の浴槽等からの生活排水（但し、トイレからの排泄汚水は除く）を排水する第１排水経路１１と、建物の外部に設けられて雨水や雪解け水を排水する第２排水経路１２と、各階の各部屋のトイレからの排泄汚水を排水する第３排水経路（図示略）と、第１排水経路１１の中途部に設けた第１小型水力発電機３と、第２排水経路１２の中途部に設けた第２小型水力発電機４と、第１小型水力発電機３で発電された電力と第２小型水力発電機４で発電された電力とをマンション１の施設内の電機機器１５に供給する分電盤５と、を備えている。
更に、上水道２０から揚水ポンプ２１により屋上に設置した貯水タンク２２に水道水が貯められ、該貯水タンク２２から配管２４を介して各戸に供給される。この配管２４もしくは揚水ポンプ２１から貯水タンク２２の間の配管の間にも第３小型水力発電機２３を配置することができる。こうして水力発電利用型施設が構成されている。

水力発電はその出力の規模によって、次のようにおおよそ分類され、１０万ｋＷ以上を発電する大水力発電、１万〜１０万ｋＷを発電する中水力発電、１０００〜１万ｋＷを発電する小水力発電、１００〜１０００ｋＷを発電する小規模水力発電、１００ｋＷ以下の発電の超小規模水力発電、とに分類されており、本願発明では、小型水力発電機３・４を用いて超小規模水力発電を行うものとする。
この小型水力発電機３・４は容量も小さく比較的簡易な設備であることから、既存の施設にも容易に取り付けることができ、維持管理も容易に行うことができる。

第１排水経路１１は、各階の各住居の台所のシンクや洗面台や風呂場の浴槽等と連通して略水平方向に向けて配置された排水管１１ｂと、各階の排水管１１ｂ・１１ｂ・・・が合流する鉛直方向に向けて配置された主排水管１１ａと、から成り、第１小型水力発電機３は、主排水管１１ａにおける各階の排水管１１ｂ・１１ｂ・・・からの合流部の下流側に設けられており、各階からの生活排水を有効に利用して発電することができるように構成されている。なお、排水管１１ｂの入口にはフィルタを設けて詰まり等が生じないようにしている。

第２排水経路１２は、最上階に略水平方向に向けて配置された樋１２ｂと、該樋１２ｂが合流する鉛直方向に向けて配置された主排水管１２ａと、から成り、第２小型水力発電機４は、主排水管１２ａにおける中途部に設けられている。なお、主排水管１２ａの入口にはフィルタを設けて詰まり等が生じないようにしている。
この第１排水経路１１の主排水管１１ａの下流側端部と第２排水経路１２の主排水管１２ａの下流側端部とは下水管１０と連通している。

なお、本実施の形態では、小型水力発電機３（又は４）は鉛直方向に向けて配置された主排水管１１ａ（又は１２ａ）内に縦置きにして設置されているが、略水平方向に向けて配置された主排水管内に横置きにして設置したり、斜めに傾斜した主排水管内に斜め置きにして設置するように構成してもよい。

分電盤５内には、第１小型水力発電機３で発電された電力と第２小型水力発電機４（更に第３小型水力発電機２３）で発電された電力の合計が前記施設内の電機機器１５で消費される電力よりも多い場合に、小型水力発電機３・４（２３）で余剰に発電された電力の一部（施設内の電機機器１５で消費される電力が０の場合、小型水力発電機で発電された電力の全部を蓄電）を蓄電して、第１小型水力発電機３で発電された電力と第２小型水力発電機４（更に第３小型水力発電機２３）で発電された電力の合計が前記施設内の電機機器１５で消費される電力よりも少ない場合に、前記施設内の電機機器１５に電力を補助的に供給する蓄電池６を備え、施設内の電機機器１５への電力供給を安定的に行えるように構成されている。

前記第１小型水力発電機３と前記分電盤５内の電気回路とは第１電磁接触器（図示略）を介して接続されており、該第１電磁接触器はまた蓄電池６と接続されている。この第１電磁接触器は第１小型水力発電機３からの入力線と分電盤５内の電気回路への出力線と蓄電池６への出力線とのジャンクションとなり、第１小型水力発電機３からの入力線と分電盤５内の電気回路への出力線との間は常時接続されて、第１小型水力発電機３からの入力線と蓄電池６への出力線との間は接続状態がＯＮ／ＯＦＦされるように構成されている。

同様に、前記第２小型水力発電機４と前記分電盤５内の電気回路とは第２電磁接触器（図示略）を介して接続されており、該第２電磁接触器はまた蓄電池６と接続されている。この第２電磁接触器は第２小型水力発電機４からの入力線と分電盤５内の電気回路への出力線と蓄電池６への出力線とのジャンクションとなり、第２小型水力発電機４からの入力線と分電盤５内の電気回路への出力線との間は常時接続されて、第２小型水力発電機４からの入力線と蓄電池６への出力線との間は接続状態がＯＮ／ＯＦＦされるように構成されている。この第１電磁接触器と第２電磁接触器とは分電盤５内に設けた制御手段のコントローラ８からの制御信号によってＯＮ／ＯＦＦされるように構成されている。

以上のような構成で、第１排水経路１１を通じて流れる生活排水を利用して第１小型水力発電機３を回すことができ、また、第２排水経路１２を通じて流れる雨水や雪解け水を利用して第２小型水力発電機４を回すことができて、この生活排水や雨水を利用しての発電は二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギーであり、環境に優しく地球温暖化防止に貢献する。また、この構成では生活排水や雨水を利用して小型水力発電機３・４を回すので燃料費が掛からず経済的であり、発電電力による施設の維持管理費の軽減を図ることができる。

また、図２に示すように、第１排水経路１１の主排水管１１ａにおける各階の排水管１１ｂ・１１ｂ・・・からの合流部の下流側であって、第１小型水力発電機３の上流側、又は／及び、第２排水経路１２の主排水管１２ａにおける第２小型水力発電機４の上流側に、に中間タンク１６を設けた構成としてもよい。この中間タンク１６の出口に電磁弁１７を設け、該電磁弁１７をコントローラ８と接続することで、排水の量と時期（時間帯）とは一日のうちでもまちまちであるが、一旦中間タンク１６に溜めてその上で小型水力発電機３（又は４）に供給するように構成することで、流量が変わって小型水力発電機３（又は４）のタービンの回転速度が急に速くなったり遅くなったりすることなく、小型水力発電機３（又は４）に安定的に排水を供給することができて発電が安定し、施設内の電機機器１５への電力供給の安定化を図ることができる。また、電力の消費が少なく第１、第２、第３の何れか一つで消費電力をまかなえる場合、または、電力消費がないときには、電磁弁１７を閉じて水を溜め、必要な時のみ電磁弁１７を開けて発電するのである。

あるいは、図３に示すように、第１排水経路１１の主排水管１１ａにおける各階の排水管１１ｂ・１１ｂ・・・からの合流部の下流側であって、第１小型水力発電機３の上流側、又は／及び、第２排水経路１２の主排水管１２ａにおける第２小型水力発電機４の上流側で一端が下水管１０と接続されるバイパス経路１３を分岐させて、この分岐部に、小型水力発電機３（又は４）へ向けて流れる排水の流量が所定量以上か否かを検出する流量検出手段である流量検出計１８と、流量検出計１８により検出された流量が所定量未満のときには、バイパス経路１６への入口を閉じ、流量検出計１８により検出された流量が所定量以上のときには、バイパス経路への入口を開く電磁弁１９と、設けてもよい。なお、このバイパス経路１３を設ける構成は、中間タンク１６を設ける構成と併用してもよい。

この電磁弁１９と流量検出計１８は制御手段であるコントローラ８に接続されて、該コントローラ８からの制御信号により開閉されるように構成されており、排水の量と時期とは一日のうちでもまちまちであるが、流量検出計１８により検出された流量が所定量未満で少ないときには、電磁弁１９を閉じてバイパス経路１３を閉じ、流量検出計１８により検出された流量が所定量以上のとき、すなわち、小型水力発電機３（又は４）に排水が過剰に供給されているときには、電磁弁１９を開いてバイパス経路１３を開くように構成されている。これにより小型水力発電機３（又は４）に向けて多量に流れてくる排水を捌くことができて、各部屋のシンク等の排水口でオーバフローを起こしたりすることもなく、排水をスムースに行うことができる。

水力発電利用型施設の一例であるマンション１の概略構成を示す図。 排水経路１１（又は１２）における小型水力発電機３（又は４）の上流側に設けた中間タンク１６の構成を示す図。 排水経路１１（又は１２）における小型水力発電機３（又は４）の上流側で分岐させたバイパス経路１３の構成を示す図。

符号の説明

１ マンション
３ 第１小型水力発電機
４ 第２小型水力発電機
５ 分電盤
６ 蓄電池
８ コントローラ
１０ 下水管
１１ 第１排水経路
１２ 第２排水経路
１３ バイパス経路
１５ 電機機器
１６ 中間タンク
１７ 電磁弁
１８ 流量検出計
１９ 電磁弁

Claims (3)

1. 排水経路を具備する施設において、
   前記排水経路の中途部に設けた小型水力発電機と、
   前記小型水力発電機で発電された電力を前記施設内の電機機器に供給する分電盤と、
   前記小型水力発電機で発電された電力が前記施設内の電機機器で消費される電力よりも多い場合に、前記小型水力発電機で発電された電力の一部又は全部を蓄電して、前記小型水力発電機で発電された電力が前記施設内の電機機器で消費される電力よりも少ない場合に、前記施設内の電機機器に電力を補助的に供給する蓄電池と、
   を備えたことを特徴とする水力発電利用型施設。
2. 前記排水経路における前記小型水力発電機の上流側に中間タンクを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水力発電利用型施設。
3. 前記排水経路における前記小型水力発電機の上流側で分岐するバイパス経路と、
   前記小型水力発電機へ向けて流れる排水の流量が所定量以上か否かを検出する流量検出手段と、
   前記流量検出手段により検出された流量が所定量未満のときには、前記バイパス経路を閉じ、前記流量検出手段により検出された流量が所定量以上のときには、前記バイパス経路を開く電磁弁と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水力発電利用型施設。

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