JP2009092070A - 水力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】建物の屋根から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【解決手段】ロータ１８を有するタービン１６および縦樋２０に配置される発電機１９を備える。縦樋２０は、屋根１４から流れ落ちる水を樋２８を介して受ける上端部２２を有する。縦樋２０は、上端部２２からそれぞれの出口２６ａ，２６ｂへと延びる水路２４ａ，２４ｂを備える。それぞれの出口２６ａ，２６ｂは、水をロータ１８に誘導して同じ方向に回転させる。水路２４ａ，２４ｂは、縦樋２０に入った水がまず水路２４ａを通って流れそして出口２６ａから流れ出るように構成される。しかしながら、ひどい大雨のときには、水路２４ａは水路２４ｂへオーバーフローできそして出口２４ｂから流れ出てロータ１８をさらに駆動する。調整貯水部３２は縦樋２０の上端部２２に配置され、水路２４ａを通る水の定常的な流れをコントロールする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の屋根から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する水力発電システムに関する。

屋根から流れる雨水から電気を生成する水力発電システムを組み込むことが、以前から提案されている。例えば、そのようなシステムは特許出願ＤＥ２９７１１０２６に記載されており、特許出願ＤＥ２９７１１０２６では、屋根からの雨水を貯蔵する貯水部として機能する貯蔵タンクを有する、雨水を動力とする発電システムが開示されている。

貯水部内の水位が所定の水位に達すると、バルブが自動的に開き、水が縦樋を通って流れ出ることが可能になり、これにより、タービンが駆動され、その結果、発電機が駆動されて電気が生成される。

ここで従来技術の刊行物を引用する場合、それがどのようなものであっても、そのような引用は、その出版物がオーストラリアあるいは他の国においてその技術分野におけるよくある一般的な知識の一部を構成していることを認めているわけではないことは、理解されるべきである。

本発明にかかる水力発電システムは、建物の屋根から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する水力発電システムであって、タービンと、少なくとも１つの縦樋とを備える。タービンは、ロータを有している。少なくとも１つの縦樋は、水を受ける上端部を有している。縦樋は、少なくとも２つの水路をさらに備えている。各水路は、上端部からそれぞれの出口へ延びている。各出口は、ロータを同じ方向に回転させるために、水路に流れる水をロータへと誘導するように配置されている。水路は、少なくとも１つの水路が他の水路へオーバーフローすることができるように構成されている。

それぞれ隣接する水路には次第に高さが増している上端が設けられており、これにより、水が一の水路の上端から隣接する水路へとオーバーフローする。

水路の少なくとも２つは異なる水力径を有することができる。一の形態において、縦樋に入る水が最初に流れ込む第１の水路の水力径は、他の水路の水力径より小さい。

一の形態においては、ロータは、水路からの水の流れ方向と平行な回転軸を有するアルキメデススクリューを備えている。

水力発電システムは、１つあるいはそれ以上の樋と、１つあるいはそれ以上の屋根水路とをさらに備えることができる。１つあるいはそれ以上の樋は、屋根から流れ落ちる水を受けるように構成されており、水を１つのあるいは各縦樋へと誘導する。各屋根水路は、屋根に配置されるとともに、屋根の上部から樋へ斜めに延びている。

システムは、１つあるいはそれ以上の水貯蔵タンクをさらに備えることができる。１つあるいはそれ以上の水貯蔵タンクは、その１つのあるいは各縦樋と流体連通状態にあり、縦樋を通る水を蓄積する。

縦樋には、水路の少なくとも１つに対して水流調整貯水部をさらに設けることができる。貯水部は、その水路と流体連通状態にある出口を備えている。出口は、その水路の上端より下方の位置に形成されるとともに、その水路を下って貯水部に集められる水の流れを調整するよう寸法付けられている。各貯水部は、第１壁と第２壁との間に形成することができる。第１壁は、その水路の第１壁であって、その水路の上端を構成している。第２壁は、第１壁から間隔をあけて配置されている。第２壁は、第１壁の上端の下方に配置されている上端を有している。出口は、第２壁において第２壁の上端の下方に形成されている。

単なる具体例としての本発明の実施の態様を、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明にかかる水力発電システムの実施形態の概略図である。 図２は、水力発電システムに組み込まれた縦樋の上面立面図である。 図３は、水力発電システムの側面立面図である。

添付図面には、建物１４の屋根１２から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する、本発明にかかる水力発電システム１０の実施形態を示す。システム１０は、タービン１６と、少なくとも１つの縦樋２０とを備える。タービン１８は、ロータ１８と、ロータ２０によって駆動される発電機１９とを備える。少なくとも１つの縦樋２０は、屋根１２から流れ落ちる水を受ける上端部２２を有する。縦樋２０は、上端部２４からそれぞれの出口２６ａ，２６ｂ（以下、まとめて「出口２６」という）へと延びる水路２４ａ，２４ｂ（以下、まとめて「水路２４」という）を備える。それぞれの出口２６は、ロータ１８を同じ方向に回転をさせるために、それぞれの出口２６から流れてくる水をロータ１８上に誘導するように配置される。本明細書において以下により詳細に説明するように、水路２４は、さらに、水路２４ａが水路２４ｂへとオーバーフローするように構成されている。

上側および下側固定リング２１ａ，２１ｂは、ロータ１８が回転するとき、タービン１６を縦樋２２内で所定位置に保持する。リングの一方あるいは両方は、発電機１９とエネルギー管理システムあるいは蓄積装置（どちらも図示せず）との間のケーブル５０が回転するよう用いることもできる。

システム１０は、屋根１２から水を受けてその水を縦樋２０に誘導する樋２８をさらに備える。水路２４ａ，２４ｂは、縦樋２０に入った水が、まず水路２４ａを通って流れそして出口２６ａから流れ出てロータ１８へと流れて発電機１９を駆動するように構成される。しかしながら、ひどい大雨のときには、水路２４ａは水路２４ｂへとオーバーフローすることができる。その後、オーバーフローした水は、水路２４ｂを通り出口２６ｂを通って流れて、これにより、ロータ１８を回し、その結果、発電機１９をさらに駆動する。

水路２４ａから水路２４ｂへの水のオーバーフローは、次第に高さが増しているそれぞれの上端を有する水路２４の形成により促進され、その結果、一方の水路の、例えば水路２４ａの上端からオーバーフローする水が、続いて隣接する水路２４ｂに流れ込むことができる。この点に関して、水路２４ａが上端３０ａを有し、そして、水路２４ｂが上端３０ａより高い上端３０ｂを有することが図１からわかるであろう。こうして、水路２４ａが水で満たされてオーバーフローする場合、そのオーバーフローは上端３０ａを越えて流れ出て水路２４ｂへと流れ込む。例えばさらに第３の水路を備える縦樋２０の場合、水が第１水路２４ａの上端３０ａおよび第２水路２４ｂの上端３０ｂの両方からオーバーフローした後に、水は第３の水路に流れ込むことになろうことは理解されよう。

水路２４ａを通る水の定常的な流れをコントロールするために、縦樋２２の上端部２０には水流調整貯水部３２が設けられている。貯水部３２は、水路２４ａの上端３０ａを含む垂直壁３６と、下方へ傾斜する底板３７と、壁３６から間隔をあけて配置された第２垂直壁３８とを備える。

貯水部３２には、水路２４ａへの２つの出口が設けられている。第１出口３４は、壁３８の底板３７との接続部分近くに形成された開口あるいは一連の孔を備える。第１出口の上方に間隔をあけて配置される第２出口は、壁３８の上端部の近くに形成される単なる開口４０である。開口４０は、要するに、水路２４ａへの余水路を構成する。このように、水が開口４０よりも下の水位で貯水部に集められたとき、水は第１出口３４を介して水路２４ａへ流れ込む。出口３４は、水頭が貯水部３２内に含まれている場合には、水路２４ａを下る水の流れが定常的に連続であるように寸法付けられる。雨水の量が十分に増加すれば、水はまず開口４０を通って流れ、そして水路２４ａに流れ込み、タービン１６を駆動するさらなる圧力を与えることになる。もし貯水部３２における水の水位が出口３４から流れ出て開口４０を通って流れる流速よりも十分に大きく増加したとき、水は次いで上端３０ａからオーバーフローして第２水路２４ｂを流れ下りることができる。

水路２４は、同じかあるいは異なる水力径を有することができる。しかしながら、好ましい実施形態において、水路２４ａは、水路２４ｂより小さい水力径を有することができる。水路２４ａの水力径、開口部３４のサイズ、および貯水部３２の容量の選択は、水路２４ａを通る水の流れが一定であるように選択することができる。

縦樋２０を通りロータ１８を通って流れる水は、縦樋２０の末尾部４２を介して水タンク４４へと流れることができる。水タンク４４は、地上あるいは地下のいずれかに配置することができる。タンク４４に雨水を貯めて、その雨水を庭の散水、屋外エリアの洗浄、洗濯機および食器洗い機などの非飲用用途を含む種々の目的に用いることができ、あるいは適切なフィルタを配置することによって飲み水に用いることもできる。さらに、タンク４４の水を、太陽熱システムを通して汲み上げてシャワーおよび洗濯機など、建物１４内で用いる温水として提供することもできるし、あるいは加温する目的で放熱器を通して汲み上げることもできる。このような実施形態において、理想的には、タンク４４からの水の汲み上げに、屋根１２上の太陽電池によって生成された電気を動力として利用することができる。タンク４４には、オーバーフローバルブ４６を設けることができる。オーバーフローバルブ４６は、タンク４４に対する水の圧力が所定レベルより大きい場合、過剰な水をタンク４４から流出させるように開くように構成される。なお、所定レベルとは、縦樋２０全体が水でいっぱいになる前に超えるであろうレベルである。

図２には、水路２４ａが要するに縦樋内にパイプを備えている場合の縦樋２０の特定の構成を示す。樋２８は、水路２４ａの入口または開口に水を直接供給する。水路２４ａは、水で完全にいっぱいになったとき、その水は水路２４ｂへとオーバーフローすることができる。水路２４ｂは、水路２４ａの外側と、縦樋２０を形成する外側のパイプ４６の内側との間に縦樋２０の領域を構成している。

図３を参照すれば、水力発電システム１０は、また、屋根１２の上部から樋２８へ斜めに延びる１つあるいはそれ以上の屋根水路４８を有することができることがさらにわかるであろう。屋根水路４８は、屋根１２を流れる雨水を樋２８内の水の流れの方向に対して鋭角となる方向に流れるように誘導するように機能する。これにより、樋２８内の水の運動量あるいは速度が向上し、これにより、水の運動エネルギーが増加する。貯水部３２の状態および開口部３４のサイズによっては、水に提供される運動エネルギーの増加により、タービンからの電気エネルギー出力をより大きくすることができる。

タービン１６によって生成された電気は、ケーブル５０を介して、電気を蓄積する蓄電池を有することができる電力管理システムに供給することができる。そして、管理システムは、タービン１６によって発生された電力を管理でき、これにより、建物１４内の電気製品に電力を供給することができ、あるいは公共配電網本線に電力を送出することさえできる。

ここまでに本発明の実施形態を詳細に説明したので、基本的な発明概念から逸脱することなく多くの変更・変形を行いうることは、該当する当業者には明らかであろう。例えば、システム１０は、２つの水路２４ａ，２４ｂに分離されている縦樋を示している。しかしながら、先述したように、縦樋２０を２つよりも多い水路に分離することもできる。さらに、アルキメデススクリュー形態のロータ１８が非常に効率的な態様を構成すると考えられているが、ホイールあるいはプロペラを用いることもできる。また、開口４０として上述し図示した貯水部３２の第２出口は、他の態様をとることもできる。例えば、壁３８を、単純に開口４０の底部と等しい高さで形成することができ、これにより、壁３８の最上端は水が超えて流れる堰堤壁として機能する。さらなる変形においては、開口４０を、壁３８において同じ高さにある複数の孔と置き換えることもできる。

このようなあらゆる変更は、その内容が上記説明から決定されるべきである本発明の範囲内であるとみなされる。

本願の特許請求の範囲および発明の説明において、明示された言葉あるいは言外の意味によってそれ以外となることが必要となる状況を除いて、「備える」、あるいは「備えている」などの変形は、包含的な意味で用いられている、つまり、記載された特徴が含まれることを特定しているのであって本発明の種々の態様にさらなる特徴が含まれることすなわち追加されることを排除するものではない。

Claims (9)

1. 建物の屋根から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する水力発電システムであって、
   ロータを有するタービンと、
   前記水を受ける上部端を有する少なくとも１つの縦樋であって、前記縦樋はさらに少なくとも２つの水路を備えており、各水路は前記上端部からそれぞれの出口へ延びており、各出口は前記ロータを同じ方向に回転させるために水路に流れる水をロータへと誘導するように配置されており、前記水路は少なくとも１つの水路が他の水路へオーバーフローすることができるように構成されている縦樋と、
   を備える水力発電システム。
2. 隣接する水路には次第に高さが増している対応する上端が設けられており、これにより、水が一の水路の上端から隣接する水路へとオーバーフローする、
   請求項１に記載の水力発電システム。
3. 前記水路は、異なる水力径を有している、
   請求項１または２に記載の水力発電システム。
4. 前記縦樋に入る水が最初に流れ込む第１の水路の水力径は、他の水路の水力径より小さい、
   請求項３に記載の水力発電システム。
5. 前記屋根から流れ落ちる水を受けるように構成され水を１つのあるいは各縦樋へと誘導する１つあるいはそれ以上の樋と、
   １つあるいはそれ以上の屋根水路であって、各屋根水路は前記屋根に配置されるとともに前記屋根の上部から前記樋へ斜めに延びている屋根水路と、
   をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の水力発電システム。
6. 前記水路の少なくとも１つに対して水流調整貯水部をさらに備え、
   前記貯水部は、その水路と流体連通状態にある出口を備えており、
   前記出口は、その水路の前記上端より下方の位置に形成されるとともにその水路を下って貯水部に集められる水の流れを調整するよう寸法付けられている、
   請求項１から５のいずれかに記載の水力発電システム。
7. 各貯水部は、その水路の第１壁であってその水路の前記上側エッジを構成している第１壁と、前記第１壁から間隔をあけて配置される第２壁であって前記第１壁の前記上端の下方に位置する上端を有している第２壁との間に形成されており、
   前記出口は、前記第２壁において前記第２壁の前記上端の下方に形成されている、
   請求項６に記載の水力発電システム。
8. 前記ロータは、前記水路からの水の流れ方向と平行な回転軸を有するアルキメデススクリューを備えている、
   請求項１から７のいずれかに記載の水力発電システム。
9. その１つのあるいは各縦樋と流体連通状態にあり、その縦樋を通る水を蓄積する１つあるいはそれ以上の水貯蔵タンクをさらに備える、
   請求項１から８のいずれかに記載の水力発電システム。

Images