JP2007205217A - 排水路水力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】大量の排水を利用して効率よく発電を行い、更に保守性を向上させた排水路水力発電システムを提供する。
【解決手段】集合建築物１の排水路に設けられる排水路水力発電システムにおいて、排水路の集合管２Ａに配置されて排水により回転する界磁磁石１０６と、集合管２Ａの周囲に配置されて界磁磁石１０６の磁束が鎖交するコイル１０７と、からなる水力発電機１０Ａと、前記コイル１０７に発生する交流電圧を整流平滑して所定の直流電圧を得る充電制御装置１５と、を備え、この充電制御装置１５から出力される直流電力を非常用電源としてのバッテリー１６に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、マンション、公営住宅等のような集合建築物の排水路に設置されて排水により発電する排水路水力発電システムに関するものである。

近年、クリーンエネルギーである水力発電・風力発電の有効性等が認知され、需要が高まりつつある。これらのうち水力発電は、昔から広く実施されている発電システムであるが、電力消費地から離れた山間部に発電所を設置する場合が多く、送配電設備など設備投資が極めて嵩む。しかも、近年、新規の水力発電所を設置できる場所も限定され、新たな発電所建設が難しくなってきている。

上記のように通常のダムの設置を伴う水力発電設備は自然環境の破壊や公共コストの増大に繋がるものとの認識が広がるなか、近年では農業用水路などのように落差が小さい箇所でも発電できるような小型水力発電システムなども開発されており、従来では見過ごされていた小規模な水路の水力を用いて発電するシステムの研究開発が盛んになってきている。

このような小規模な水路の水力を用いて発電するシステムの従来技術として、例えば、特許文献１に記載された発電装置が知られている。
特許文献１によれば、上水又は下水を一時的に又は長期的に貯留する貯留槽に水が流れ込む流入管路や、前記貯留槽から水が流れ出す流出管路に発電機を配設することによって、前記流入管路又は流出管路を流通する水のエネルギーを効率よく回収して発電することが可能である。

特開２００３−２５４２２０号公報（段落番号００３７〜００４２，図３）

特許文献１に記載された従来技術では、建築物内の流入管路や流出管路に水力発電機を多数設置している。このため、概して排水の水量が少なく、所望の発電量が得られない場合があった。
また、排水には、上水とは異なって大小の異物が混入しており、必ずしも大径でない流入管路や流出管路内部で異物により配管詰りが生じることもあった。このような詰りが生じたときには、詰り箇所の特定や特定後の復旧作業が容易ではなく、発電装置の導入の支障となるものであった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、所要の発電量を得ることができると共に、排水路の詰まりが生じないようにし、更に保守性も向上させた排水路水力発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る排水路水力発電システムは、
集合建築物の排水路に設けられる排水路水力発電システムにおいて、
前記排水路の集合管に配置されて排水により回転する界磁磁石と、前記集合管の周囲に配置されて前記界磁磁石の磁束が鎖交するコイルと、からなる水力発電機と、
前記コイルに発生する交流電圧を整流平滑して所定の直流電圧を得る充電制御装置と、
を備えたものである。

また、請求項２に係る排水路水力発電システムは、
集合建築物の排水路に設けられる排水路水力発電システムにおいて、
前記排水路の集合管の最下流に設けられた会所ますの中に配置されて排水により回転する水車と、この水車の回転駆動力により発電する発電機本体と、からなる水力発電機と、
この水力発電機の出力を制御する出力制御装置と、
を備えたものである。

本発明によれば、集合管から集合建築物の外部に放出される大量の排水を用いるため、大きな発電量を得ることができ、しかも保守性を向上させた排水路水力発電システムを提供することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す構成図であり、排水路水力発電システム１００Ａは、図１に示すように集合建築物１に設置される。集合建築物１の排水路は、一例であるが、各階の排水を一括して流すための集合管２Ａ及び建築物１の最終段の集合管２Ｂを介し、会所ます３、敷地下水管４を経て、最終的に公共下水管５に接続されている。
ここで、集合管２Ａは、集合建築物１内の各階の部屋や施設の引き込み排水管に接続されており、各部屋や施設からの排水がまとまって流れるものであり、集合管２Ｂは複数の集合管２Ａが合流して会所ます３に達する排水路である。これらの集合管２Ａ，２Ｂは、塩化ビニール等の非磁性体により形成されているものとする。

集合管２Ａの最下端部には、水力発電機１０Ａが配置されており、この水力発電機１０Ａには充電制御装置１５及びバッテリー１６が接続されている。なお、水力発電機１０Ａ及び充電制御装置１５により本実施形態の排水路水力発電システム１００Ａが構成されている。
以下、水力発電機１０Ａの構成について、図２を参照しつつ説明する。

図２に示すように、集合管２Ａの内部には、適宜構成された軸受１０１，１０２にシャフト１０３が支持されており、このシャフト１０３にはＮ極及びＳ極を有する永久磁石１０４，１０５からなるプロペラ状の界磁磁石１０６が取り付けられている。この界磁磁石１０６は、集合管２Ａを流下する排水により一定方向に回転するように構成されている。

集合管２Ａの周囲であって界磁磁石１０６に対向する位置には、界磁磁石１０６による磁束が鎖交するようにコイル１０７が配置され、その両端は充電制御装置１５に接続されている。この充電制御装置１５は、コイル１０７に発生する交流電圧を整流平滑して所定の直流電圧を出力する。
また、充電制御装置１５の出力側には、例えば非常用電源として用いられるバッテリー１６が接続されている。

上述した本実施形態においては、集合管２Ａを流下する排水によって界磁磁石１０６が一定方向に回転することによりコイル１０７に交流電圧が誘起され、この交流電圧を充電制御装置により整流平滑して所定の大きさの直流電圧に変換すると共に、この直流電圧によってバッテリー１６が充電される。バッテリー１６に蓄積された直流電力は、例えば商用電源停電時に、図示されていないインバータにより交流電力に変換したうえで非常用電源として用いたり、あるいは商用電源の健全時に集合建築物１内の負荷の一部を駆動する電源として用いても良い。

本実施形態によれば、集合管２Ａを流れる大量の排水を用いるため、発電量の増大に寄与することができると共に、集合建築物１内の個々の排水路に水力発電機を設置する場合に比べてコストの低減も可能である。

次に、本発明の第２実施形態を図３〜図５を参照しつつ説明する。この第２実施形態は、図３に示す如く、会所ます３の内部に排水路水力発電システム１００Ｂを設置した例である。
周知のように、会所ます３は、増減する排水を安定化させて一定量を下流へ流す機能を果たしており、排水は、会所ます３に接続された敷地下水管４を介して下流の公共下水管５へ流れるようになっている。

この実施形態の排水路水力発電システム１００Ｂは、詳しくは図４に示すように、水力発電機１０Ｂ及び出力制御装置２０を備えている。水力発電機１０Ｂは、会所ます３の内部に配置されており、会所ます３に流入する排水により回転する水車１１の回転駆動力が図示されていない動力伝達機構を介して発電機本体１２に伝えられ、例えば三相交流電圧を発生するように構成されている。なお、３０は排水に含まれる異物を除去するためのスクリーナである。
水車１１を回転させた排水は、その後は敷地下水管４を通って公共下水管５へ排出される。

出力制御装置２０は、発電機１２による発電電力を適宜変換して出力するものであり、例えば、発電機１２が三相同期発電機である場合には、図３に示すように、交流−直流変換装置（コンバータ）２１、直流電圧安定化装置２２、直流−交流変換装置（インバータ）２３によって構成されている。
そして、交流−直流変換装置２１により三相交流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、直流電圧安定化装置２２によりリプル分の除去や電圧の安定化を行うと共に、その直流電圧を直流−交流変換装置２３により商用交流電圧に変換して出力する。
なお、直流電圧安定化装置２２の出力を用いて第１実施形態のようにバッテリー１を充電しても良い。また、直流−交流変換装置２３からの商用交流電圧は集合建築物１内の一部の負荷に供給したり、あるいは余剰電力として電力会社に販売しても良い。

本実施形態によれば、最終的な集合管２Ｂにより集合建築物１の全ての箇所の排水を発電に用いるため、第１実施形態よりも発電量を一層増大させることができる。また、排水量が少なくなって、水車１１が間歇的に回転するような場合でも、出力制御装置２０により電圧の安定化が図られているため、安定した出力を確保することが可能である。
また、集合管２Ｂの開口部から会所ます３内へ放出される排水を用いるので異物により管が詰まるという事態もなくなる。更に、比較的広い空間である会所ます３内に水力発電機１０Ｂを配置したため、作業員による保守も可能となり、保守性も向上させることができる。

なお、上述した各実施形態において、発電機の種類や出力制御装置の種類、構成は何ら限定的ではなく、水力発電機としては誘導発電機や直流発電機を用いても良い。
また、これらの水力発電機の種類や使用電力の種類（直流／交流）に応じて充電制御装置１５や出力制御装置２０の構成を適宜決定すれば良いのは言うまでもない。
更に、水車１１が異物により回転に影響を受けない場合には、スクリーナ３０を除去しても良い。

本発明の第１実施形態を示す構成図である。 第１実施形態の主要部の構成図である。 本発明の第２実施形態を示す構成図である。 第２実施形態の主要部の構成図である。 第２実施形態における出力制御装置の構成図である。

符号の説明

１：集合建築物
２：集合管
３：会所ます
４：敷地下水管
５：公共下水管
１０Ａ，１０Ｂ：水力発電機
１１：水車
１２：発電機本体
１５：充電制御装置
１６：バッテリー
２０：出力制御装置
２１：交流−直流変換装置
２２：直流電圧安定化装置
２３：直流−交流変換装置
１００Ａ，１００Ｂ：排水路水力発電システム
１０１，１０２：軸受
１０３：シャフト
１０４，１０５：永久磁石
１０６：界磁磁石
１０７：コイル

Claims (2)

1. 集合建築物の排水路に設けられる排水路水力発電システムにおいて、
   前記排水路の集合管に配置されて排水により回転する界磁磁石と、前記集合管の周囲に配置されて前記界磁磁石の磁束が鎖交するコイルと、からなる水力発電機と、
   前記コイルに発生する交流電圧を整流平滑して所定の直流電圧を得る充電制御装置と、
   を備えたことを特徴とする排水路水力発電システム。
2. 集合建築物の排水路に設けられる排水路水力発電システムにおいて、
   前記排水路の集合管の最下流に設けられた会所ますの中に配置されて排水により回転する水車と、この水車の回転駆動力により発電する発電機本体と、からなる水力発電機と、
   この水力発電機の出力を制御する出力制御装置と、
   を備えたことを特徴とする排水路水力発電システム。

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