JP2005048681A - 水道管取付式の水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般家庭の水道管に組み込み、家庭用電力を簡単に供給できるよう構造の簡単化、装置の小型化、省スペース化を図り、又効率良く発電できるよう蛇口の閉塞時も発電を可能にする。
【解決手段】 水道管１に設けて水のエネルギーを回転エネルギーに変換する原動機２と、この原動機２から立ち上げて蛇口５の閉栓時に水を上方に導くための立ち上げ管４と、この立ち上げ管４を介して水を吸引するポンプ６と、このポンプ６で吸引した水を原動機２の入水口側に導くための戻し管７を備える。又この戻し管７の下端を原動機２の入水口側の水道管１に接続させて、蛇口５の開栓時は水を蛇口５から吐出させるため戻し管７の下端を閉じて水道管１を開通させ、蛇口５の閉栓時は水道管１を閉じて戻し管７と原動機２と立ち上げ管４とを連通させて水を循環させる流路切換弁１０と、又原動機２に接続して回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は水道管取付式の水力発電装置に関し、更に詳しくは一般家庭の水道管の途中に組み込み、水道水の圧力エネルギー、位置エネルギーを利用して効率良く発電し、家庭用電力を補助できるよう形成した水道管取付式の水力発電装置に関するものである。

従来この種の発電装置としては、例えば低い場所に貯水タンクを設け、この貯水タンクと水道水パイプとを接続し、貯水タンクから流れ出る水を還流させ、貯水タンクに水を送り返す還流路に発電機を設けているものがある（特許文献１参照）。

しかし従来の装置は、水を低い位置に設置した貯水タンクから揚げるため水槽を多段階に設け、循環路に設けた圧力低下タンクや給水タンクを介して低い場所の貯水タンクに戻し、その過程で発電機により発電するものである。
従って従来の装置は、水道水を利用するものであっても、構造が複雑で装置が大型化し、設置スペースが広く必要になり、又例えば流しや浴室の蛇口を開いた時に発電するものではなく、蛇口の開閉とは関係のない構造であった。
実用新案登録第３０７９０４３号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、提案されたものである。
従って本発明の解決しようとする技術的課題は、一般家庭の水道管に組み込み、家庭用電力を簡単に供給できるよう構造の簡単化、装置のコンパクト化、省スペース化を図り、又効率良く発電できるよう蛇口を開いて水を吐出している時だけではなく、蛇口を閉じているときも発電できるよう形成した水道管取付式の水力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、次のような技術的手段を採る。
即ち本発明は、図１等に示されるように、水道管１に設けられて水のエネルギーを回転エネルギーに変換する原動機２と、この原動機２から立ち上げられて蛇口５の閉栓時に水を上方に導くための立ち上げ管４と、この立ち上げ管４を介して水を吸引するポンプ６と、このポンプ６で吸引した水を原動機２の入水口側に導くための戻し管７と、この戻し管７の下端を原動機２の入水口側の水道管１に接続させて蛇口５の開栓時は水を蛇口５から吐出させるため戻し管７の下端を閉じて水道管１を開通させ、蛇口５の閉栓時は水道管１を閉じて戻し管７と原動機２と立ち上げ管４とを連通させて水を循環させる流路切換弁１０と、又上記の原動機２に接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３とを備えて形成されていることを特徴とする（請求項１）。

ここで、ポンプ６としては、例えば立ち上げ管４を介して上昇した水が落下噴出する際の負圧で水を吸引して汲み上げる形式のアスピレータ（請求項４）や、或いは電動式の例えばうず巻きポンプ等がある。アスピレータは、水の汲み上げに電気エネルギーを消費することがないから、一般家庭等の電力補助を図る、という本発明の主旨に合致する。従って本発明の場合、ポンプ６は、通常、アスピレータによるのが好ましい。なお流路切換弁１０は、具体的には三方弁で実現される。

又本発明の水力発電装置は、原動機２の出水口側の近傍の水道管１に、蛇口５の開栓時は流路を開き、閉栓時は流路を閉じるための制御弁１１を備えているのが好ましい（請求項２）。

なぜならこれによると、例えば蛇口５を閉めたとき、制御弁１１で水道管１の流路を即座に閉じて水を循環させることができ、蛇口５の開閉時の電圧降下を防止できるからである。

又本発明は、戻し管７に水のエネルギーを回転エネルギーに変換する第二原動機８が設けられ、この第二原動機８と発電機３、９とが接続されているのが好ましい（請求項３）。
なぜならこれによると、発電力をアップできるからである。発電は、水道管１の原動機２に接続されている発電機３が使用されるのでも、或いは専用の発電機９によるのでも良い。

又本発明の場合、立ち上げ管４の上部に水を一時的に貯溜するためのタンク部１３が形成され、このタンク部１３の上部位置に水の流出管１４とエア吸引管１５が接続され、この水の流出管１４とエア吸引管１５の先にアスピレータが接続されているのが好ましい（請求項５）。
なぜならこれによると、タンク部１３内に貯溜している水を引き出すことができ、水の吸引動作や吸引量を安定化できるからである。

本発明の装置は、蛇口を開いて水を出すと水道管を流れる水によって発電し、又蛇口を閉じると流路切換弁で水が循環し、この循環水によっても発電できるよう構成されている。
従って本発明の装置を、例えば一般家庭の水道管に組み込むと、風呂水の供給時や調理時に蛇口を開くと、水を出している時は勿論のこと、蛇口を閉じている時も効率良く発電でき、家庭用電力の供給が可能になる。又本発明は、構成部品も少なく構造が簡単であるから、装置を小型化でき、設置スペースが少なくて済む、という利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１等において、１は水道管であり、２はこの水道管１に設けられて水のエネルギーを回転エネルギーに変換する原動機である。この原動機２には、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３が接続されている。原動機２としては、例えば軸流型、フランシス型、プロペラ型等の水車がある。

４は、原動機２から立ち上げられて蛇口５の閉栓時に水を上方に導くための立ち上げ管である。この立ち上げ管４の上部には、立ち上げ管４を介して水を吸引するポンプ６が設けられている。７は、このポンプ６で吸引した水を原動機２の入水口側に導くための戻し管である。この戻し管７の途中には、戻し管７内を流下する水のエネルギーを回転エネルギーに変換する第二原動機８が設けられ、この第二原動機８は例えば専用の発電機９と接続されている。なお本発明は、水道管１に接続されている原動機２だけで発電するのでも良く、第二原動機８は省略するのでも良い。又本発明は、第二原動機８を設ける場合でも、専用の発電機９を省略し、水道管１に接続されている発電機３に第二原動機８を電気的に接続しても良い。なお本発明の装置は、単独で使用する場合には限られず、発電力をアップできるよう水道管１に複数台を連結設置するのでも良い。

１０は、戻し管７の下端を原動機２の入水口側の水道管１に接続し、流路を切り換えるための流路切換弁である。この流路切換弁１０は、蛇口５の開栓時は水を蛇口５から吐出させるため戻し管７の下端を閉じて水道管１を開通させ、蛇口５の閉栓時は水道管１を閉じて戻し管７と原動機２と立ち上げ管４とを連通させて水を循環させるものである。本発明の場合、この流路切換弁１０の制御は、通常はマイコンやシーケンサで自動化されるのが好ましいが、手動で切り換えられるのでも良い。

次に本発明の装置の作用を説明する。
先ず使用者が蛇口５を開くと、水は通常通り水道管１を流れ、蛇口５から吐出する。本発明では、この水の圧力エネルギーで水道管１に接続されている原動機２が駆動し、発電機３が発電する。次に蛇口５が閉じられると、水は、当初水圧で立ち上げ管４内を上昇する。そして以後、水は、ポンプ６の作用で吸引され、立ち上げ管４の上部から戻し管７内を流下し、再び立ち上げ管４を介して汲み上げられ、原動機２、立ち上げ管４、戻し管７が作る閉流路を循環する。そしてこの過程で原動機２が駆動し、発電機３が発電する。

図１は、一般家庭に引き込まれている水道管１に本発明の装置を接続した一実施例である。この実施例の場合、水道管１に設けられて水のエネルギーを回転エネルギーに変換する原動機２は、回転部２ａを複数備えた軸流型水車で構成されている。この原動機２には、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３が電気的に接続されている。

又原動機２の出水口側の近傍の水道管１には、蛇口５の開栓時は流路を開き、閉栓時は流路を閉じる制御弁１１としての自動一方コックが設けられている。又この制御弁１１の近傍の水道管１の位置には、水道管１内の水の流れを検出する水流検出センサ１２が設けられている。この水流検出センサ１２と制御弁１１とは、コントローラとしてのマイコン（図示せず）と電気的に接続され、蛇口５が閉じられて水流がなくなると、制御弁１１はコントローラからの信号を受けて作動し、流路を閉じるよう構成されている。

蛇口５の閉栓時に水を上方に導くための立ち上げ管４は、原動機２の天面から垂直状に立ち上げられている。この立ち上げ管４の上部には、立ち上げ管４を介して水を吸引するポンプ６としてのアスピレータが設けられている。立ち上げ管４の上部は、上昇した水を一時的に溜めるタンク部１３に形成されている。１４は水の流出管であり、この流出管１４の一端は、タンク部１３内の高い位置から水を引き出すことができるよう、タンク部１３の上部位置に接続されている。又１５は、エア吸引管である。このエア吸引管１５の一端は、タンク部１３の天頂部にタンク部１３内に開口して接続されている。そして水の流出管１４とエア吸引管１５の先に、ポンプ６としてのアスピレータが接続されている。アスピレータは、径の拡大された外筒部６ａと、この外筒部６ａ内に配置されているノズル６ｂとを備えて形成されている。この実施例の場合、外筒部６ａは、吸引力が高くなるよう三段状に形成されている。そして水の流出管１４の他端は、最上段の外筒部６ａの天頂部から内部に引き込まれ、下端が外筒部６ａ内に開口されている。又エア吸引管１５の下方に屈曲された他端側は、各外筒部６ａの上部位置に、外筒部６ａ内と連通状に接続されている。なおこの実施例では、タンク部１３内の上部位置に水位検出センサ１６が設けられている。

ポンプ６としてのアスピレータで吸引した水を原動機２の入水口側に導くための戻し管７は、その途中に、戻し管７内を流下する水のエネルギーを回転エネルギーに変換する第二原動機８が設けられ、この第二原動機８には専用の発電機９が接続されている。なお第二原動機８には、空気抜き管１７が設けられている。

戻し管７の下端は、流路切換弁１０としての自動三方コックで原動機２の入水口側の水道管１に接続されている。この流路切換弁１０は、蛇口５の開栓時は水を蛇口５から吐出させるため、戻し管７の下端を閉じて水道管１を開通させ、蛇口５の閉栓時は水道管１を閉じて戻し管７と原動機２と立ち上げ管４とを連通させて水を循環させるものである。本発明の場合、この流路切換弁１０の制御は、コントローラとしてのマイコンからの制御信号による。

第二原動機８の出水口側の戻し管７には、第二水流検出センサ１８が設けられている。又戻し管７の下端部には、戻し管７の流路を開閉するための第二制御弁１９としての自動一方コックが設けられている。第二水流検出センサ１８、第二制御弁１９及び流路切換弁１０は、コントローラとしてのマイコンと電気的に接続されている。

次にこの実施例に係る本発明の装置の作用を説明する。
先ず使用者が蛇口５を開くと、水は通常通り水道管１を流れ、蛇口５から吐出する。この場合、制御弁１１は開かれ、又流路切換弁１０は水道管１内を水が蛇口５に向かって流れる本来の流れを確保する位置に切り換えられている。そして水が水道管１を流れると、この水のエネルギーで水道管１に接続されている原動機２が駆動し、発電機３が発電する。

次に使用者が蛇口５を閉じると、水流検出センサ１２からの信号を受けてコントローラとしてのマイコンから制御弁１１に水道管１の流路を閉じる信号が送られる。そしてこの信号を受けると、制御弁１１が作動し、原動機２の出水口側の近傍の流路を閉じる。すると水は、原動機２から水圧で立ち上げ管４内を上昇する。そして水位検出センサ１６がオンになると、コントローラとしてのマイコンから流路切換弁１０に制御信号が送られ、戻し管７、原動機２、立ち上げ管４とが連通するよう、流路が切り換えられる（図１の状態参照）。

そして立ち上げ管４を上昇した水は、タンク部１３内から流出管１４を介して流出し、外筒部６ａ内のノズル６ｂから噴出する。この際に発生する負圧でエアがエア吸引管１５を介して外筒部６ａ内に引き込まれ、その吸引力で水をタンク部１３から流出管１４を介して順次流出させる。そしてポンプ６としてのアスピレータが吸引した水は、戻し管７を流れ落ち、この水のエネルギーが第二原動機８で回転エネルギーに変換され、この回転エネルギーが発電機９で電気エネルギーに変換される。又戻し管７内を水が流下すると、第二水流検出センサ１８からの信号を受けてマイコンから第二制御弁１９に信号が送られ、戻し管７の流路が開かれる。従って第二原動機８から流出した水は、戻し管７を経て原動機２、立ち上げ管４の順に流れ、アスピレータの作用で循環しながら、発電機３及び専用の発電機９で水のエネルギーが電気エネルギーに変換される。これにより本発明は、蛇口５が閉じられている間も発電する。又蛇口５が再び開かれると、例えば蛇口５に付設した吐水検出スイッチ（図示せず）がオンになり、このスイッチからの信号で制御弁１１が流路を開き、又流路切換弁１０が水道管１を開通するよう流路を切り換える。これにより蛇口５から水が吐出し、この水のエネルギーが水道管１に接続されている原動機２、発電機３で電気エネルギーに変換される。

本発明の装置の好適な一実施例を示す構成図である。 同上装置の要部拡大側面図である。 同上装置の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 水道管
２ 原動機
３ 発電機
４ 立ち上げ管
５ 蛇口
６ ポンプ
７ 戻し管
８ 第二原動機
９ 専用の発電機
１０ 流路切換弁

Claims (5)

1. 水道管に設けられて水のエネルギーを回転エネルギーに変換する原動機と、この原動機から立ち上げられて蛇口の閉栓時に水を上方に導くための立ち上げ管と、この立ち上げ管を介して水を吸引するポンプと、このポンプで吸引した水を原動機の入水口側に導くための戻し管と、この戻し管の下端を原動機の入水口側の水道管に接続させて蛇口の開栓時は水を蛇口から吐出させるため戻し管の下端を閉じて水道管を開通させ、蛇口の閉栓時は水道管を閉じて戻し管と原動機と立ち上げ管とを連通させて水を循環させる流路切換弁と、又上記の原動機に接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備えて形成されていることを特徴とする水道管取付式の水力発電装置。
2. 請求項１記載の水道管取付式の水力発電装置であって、原動機の出水口側の近傍の水道管に、蛇口の開栓時は流路を開き、閉栓時は流路を閉じるための制御弁を備えていることを特徴とする水道管取付式の水力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の水道管取付式の水力発電装置であって、戻し管に水のエネルギーを回転エネルギーに変換する第二原動機が設けられ、この第二原動機と発電機とが接続されていることを特徴とする水道管取付式の水力発電装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の水道管取付式の水力発電装置であって、ポンプが、水の落下噴出時の負圧で水を吸引するアスピレータであることを特徴とする水道管取付式の水力発電装置。
5. 請求項４記載の水道管取付式の水力発電装置であって、立ち上げ管の上部に水を一時的に貯溜するためのタンク部が形成され、このタンク部の上部位置に水の流出管とエア吸引管が接続され、この水の流出管とエア吸引管の先にアスピレータが接続されていることを特徴とする水道管取付式の水力発電装置。

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