JP3119851U - ビルダム式発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】増加する電力需要を低コストで長期安定的に補完し、かつＣＯ_２の発生を抑えることを、ビルの構造上の機能と降雨水の利用によって達成し、併せて集中降雨時の地下水路の詰まりの抑制も可能とする。
【解決手段】ビル内部にプールした降雨水の落下・噴射によって、水車タービンを回転させ発電し、同じ水を循環パイプによって再度ビル内水槽に戻し、一定の水量を確保する。水車の動力源は無コストの降雨水であり、ＣＯ_２の発生も起きない。付帯コストは、設置費用と維持費のみで、低コストでの運営が可能である。ビルの屋上・壁面の広さ及び高さを使い、降雨水を集水・プールすることにより、大きな重力エネルギーを水車の回転エネルギーに変換し、より大きな発電エネルギーへの転換を実現する。また、集中降雨を多くのビルが内部にプールすることにより、市街地の地下水路への集中が抑えられ、道路等への冠水が減少する。
【選択図】図１

Description

本考案は、地上のビルディングの構造上の特徴を活かし、自然現象である降雨水をビルの表面積を使って可能な限りビル内に取水・プールし、この重力を持った水を一定の量・速度・間隔で排出・落下・噴射させることにより、水車及びこれと連動したタービンの連続回転で安定的な発電供給を実現し、世界中の都市部や地域の多くのビル内及び周辺地域の電源を補うほか、集中降雨水による都市部の市街道路等の冠水トラブルを減少させる効果も狙うビルダム式発電システムに関するものである。
なお、ビルダムとは、降雨水をプールするという点では実存する河川ダムと同類ではあるが、組成・形態に違いを有し、「ビル自身がダムである」、或いは「ビルの中に作ったダム」という意味である。

自然エネルギーを使った発電システムとしては、河川ダム式水力発電、風力発電、農業用水路発電、地下水路発電等がある。
河川ダム式水力発電は、主に河川の上流域である山間部に建設され、降雨水の流れ込む河川を堰き止めて貯水したダムの水圧を利用し、その放流による発電タービンの回転で発電する形態である。これによって得た電力は、送電線を通して需要家である都市部に供給されている。
風力発電は、主に山岳部付近の強い風を捉えて風車を回転させ、これと連動したタービンの回転によって発電する山岳風力発電、洋上や沿岸付近の風を捉えて風車を回転させて発電する洋上風力発電・沿岸風力発電があり、河川ダム式水力発電と同様に、作った電力は送電線を通して需要地へ送られている。
農業用水路発電は、農業用水路の落差部分の水圧を利用してタービンを回転させ発電する形態である。全国の農業用水路の幹線・支線に設置の可能性はあるが、水利権の課題もある。
地下水路発電は、家庭や工場からの排水を流す地下水路の落差部分や、下水処理場からの排水箇所における水圧流を利用し、タービンを回転させ発電する形態である。

河川ダム式水力発電は、山間部設置のために都市部への託送料負担と長距離の送電によるエネルギーロスが発生し効率が落ちる。さらに、長期間の山間部降雨水がもたらす泥の堆積による過剰水圧の発生を抑えるための追加のメンテナンス工事も必要となるうえ、非降雨が長期間に亘る場合には貯水の枯渇という事態も招きかねない立地上の問題もある。
風力発電は、大量の風力エネルギーを前提とするため、山岳部の頂上付近や海上、沿岸に設置する必要があり、河川ダム式発電と同様に都市部への託送料負担と送電ロスが発生するうえ、強い風を捉えるための大きな羽根を回転させる際の風切り音が騒音となることも、生活環境上のネックとなっている。
用水路発電は、立地が用水路のある農地等であり、水利権の問題なども絡み利用範囲が限定されるうえ、水量など規模にも限度があるため、発電量が小規模・不安定にならざるを得ない。
また、地下水路発電についても、水路の流量・流速が小さく一定でもないため、発電量は小規模で不安定な供給になってしまう。さらに、電力の需要者側の利用範囲の特定が難しいという問題もある。
本考案は、以上のような既存の発電分野のデメリットを克服し、全国どの都市部でも地域でも、ビルディング機能とコストゼロの自然降雨水をプールして発生する重力とを最大限に利用し、一定量の電力量を確保すると同時に、ＣＯ_２発生の抑制に寄与する目的を達成しようとするものである。

無コストの自然落下物である降雨水を、地上の一定の高さにプールすることで重力エネルギーを蓄積させ、これを人為的な落下・噴射によって水車タービンを回転させる動力エネルギーに変換し、新たな電力エネルギーを創造する方式とする。
さらに、水車とタービンを回転させた水を循環パイプを使って再度水槽に還流させることにより、継続的かつ安定的に電力を供給する方式とする。
世界中、日本中のあらゆる場所において、降雨水と一定の高さを持つビルディングを活用して発電し、かつ降雨水のビル外放出のコントロールも可能にする方式とする。

ビル内部に自然降雨水をプールし、その水の落下エネルギーを水車の回転エネルギーに変えてタービンを回転させることによって発電するシステムであるため、当該ビルダム式発電システムによって得られる電力量の分だけ、既存の商用電力発電で消費される化石燃料の燃焼を減少させる効果がある。この結果として、燃料の減少分に相当するＣＯ_２の発生を抑制できる効果がある。さらに、水車を回転させた後の水は、一定量を再度ビル内水槽に戻し循環させて使用するため、非降雨時でも必要な貯水量を維持できる。また、集中的な降雨や長期間の降雨時においても、プール内の基準量を超える分をビル内部に一時保持し、その後時間をかけてビル外に排出するので、降雨水の地下水路集中を防止する効果がある。

（１）自然現象である降雨水を、既存・新築ビルの外壁に取り付けた雨どい１で取り込み、集水パイプ２を通して、ビル内部に設置した主水槽３に貯水する。雨どいは降雨時のみに開き、非降雨時には閉じる構造となっている。開閉は個々の雨どいに内蔵した水感応ＩＣチップの認識で自動的に行われる。
（２）主水槽にプールされた水の一定量を、底部の排出・落下口４ａ．４ｂ．４ｃの三箇所から一定の秒数間隔で、水圧及び重力の作用により、順次階下の発電室５に設置した水車付きタービン６の回転用の水車７ａ．７ｂ．７ｃに落下・噴射させる。
（３）（２）の排出・落下口４ａ．４ｂ．４ｃ及びそれに対応する水車７ａ．７ｂ．７ｃの数・大きさは、ビルの大きさ・容量及び必要電力量によって増減させる機構としている。本考案では３個の排出口及び３基の水車としている。
（４）プールされた水の落下・噴射は、７ａ→７ｂ→７ｃ→７ａ→７ｂ→・・・・の順に一定量を一定間隔で断続的に行われる。落下し水車を回転させた水は、受入パイプ８ａ．８ｂ．８ｃに流入した後、循環パイプ９ａ．９ｂ．９ｃを経由、後続する断続的な落下・流入による水圧で次々と順繰りに押し進められ、最終的には再度主水槽へと還流する。
（５）（４）の受入パイプは逆流防止弁のついた噴門１０ａ．１０ｂ．１０ｃから循環パイプ９ａ．９ｂ．９ｃへと連絡され、水の排出・押し出しを行い、主水槽３への還流を正常に保つ機能を有する。
（６）降雨による主水槽の基準量を超える量は、遊水排水口１１から遊水排水パイプ１２を経由して、遊水水槽１３へ流れ込む機構となっている。これにより、集中降雨・長期的降雨の場合にも一気にビル外へ流出せず、一定期間ビル内に保持することにより、地下水路への集中を抑え道路冠水の確率を小さくする機構を特徴とする。

ビルダム式発電システムを搭載したビルの全体像及び内部構造分解図 ビルダム式発電システムにおいて主水槽から水が落下・噴射され、発電後循環し再度主水槽に還流する動きを示したビルの断面図

符号の説明

１ 雨どい
２ 集水パイプ
３ 主水槽
４ａ．４ｂ．４ｃ 排出・落下口
５ 発電室
６ 発電タービン
７ａ．７ｂ．７ｃ タービン回転用水車
８ａ．８ｂ．８ｃ 受入パイプ
９ａ．９ｂ．９ｃ 循環パイプ
１０ａ．１０ｂ．１０ｃ 逆流防止弁付き噴門
１１ 遊水排水口
１２ 遊水排水パイプ
１３ 遊水水槽

Claims (3)

1. 自然現象である降雨水を、雨どい１と集水パイプ２によって、既存のビルディングまたは新築のビルディングの内部に設置した水槽３にプールする。このビル内水槽３にプールされた水を、水圧・重力の法則に従い、水槽底部の排出・落下口４ａ．４ｂ．４ｃから階下の発電室５に設置した水車付き発電タービン６の水車７ａ．７ｂ．７ｃに一定量を一定間隔で落下・噴射させ、この水車の回転によるタービンの回転で発電する機構を特徴とするビルダム式発電システム。
2. 水車を回した水が受入パイプ８ａ．８ｂ．８ｃに流入し、逆流防止弁付きの噴門１０ａ．１０ｂ．１０ｃを通過後、循環パイプ９ａ．９ｂ．９ｃの中を、後続する断続的な流入水の圧力によって押し進められ、最終的に再びビル内水槽３に還流する機構を有する請求項１記載のビルダム式発電システム。
3. 降雨によるビル内水槽３の水量の基準値を超える水を、遊水排水口１１から遊水排水パイプ１２を経由して、遊水水槽１３に放流後一時プールし、時間をかけてビル外に放出する機構を有する請求項１又は２記載のビルダム式発電システム。

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