JP3142077U - 排水利用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建物から排出された雨水や生活排水を利用し、かつ、発電効率のよい排水利用発電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る排水利用発電装置は、建物の壁面に沿って配置される排水管の一部にハウジングが回転自在に設けられている。このハウジングには内部に磁石製のシャフトレススクリューが設けられている。そして、このハウジングの外側に取り囲むようにコイルが巻かれている。建物から排出する排水がシャフトレススクリューを回転させ、コイルに電流が流れる。
【選択図】図２

Description

本考案は、建物の排水等を利用して発電する発電装置に関する。

従来より、建物内で発生する雑排水や屋上等に降り注ぐ雨水等の利用については余り関心が払われず、排水管からそのまま排水されているのが現状である。雨水に関しては水不足等の社会状況も反映して一部には防火用貯水池等に水を蓄えるシステムも考えられている。しかし、未だ多くの雨水を含む建物の雑排水は殆ど利用されることなく排出されている。
一方、多数の人々が日常生活を営む高層建造物内では、日々多量の電力が消費されている。かかる消費電力を少しでも補うため、規模の大小は別として太陽熱の電気変換設備が設けられるようになってきた。

しかし、高層建物内などでは、日々かなりの量の排水が排出されている。また、地域や季節等で違いはあるものの、降雨時にはかなりの量の雨水が高層建物の屋上には降り注いでいるともいわれる。かかる建物の雨水を含めた排水等の有効利用が省エネルギーの観点から必要であると考える。
一方、多数の人間が日常活動を営む高層建物等では、照明や冷暖房用等に多量の電力が消費され、都市圏等では夏季に電力の需給バランスが崩れて消費電力の削減対策等が毎年大きな社会問題となっている。かかる対策として、近年上記太陽熱の電気変換設備が設けられるようになってきているが、それだけでは未だ十分ではない。
そこで、従来では、特許文献１に記載のように、そのまま放出されている雨水等を含めた雑排水等を利用して発電すれば平常時の消費電力の補充がより効果的に行え、さらには豪雨災害時の停電でも電気供給が行える装置が開示されている。
特開平８−２３７９９７号公報

特許文献１に記載の発明は、建物に設けた雨樋と雑排水管とを連結された排水管を設け、排水の通過する位置に水車と発電機とを設けた排水利用発電装置について記載されている。
しかしながら、排水管の内部に水車を設けることは技術的に難しい。また、水車の発電効率は６０％程度である。また、水車と発電機とを設ける必要があるため、発電装置全体が大きくなってしまう。さらに、建物全体の排水量も限界があるため、さらなる発電効率の向上が必要である。
そこで、本考案では、小型の装置でかつ、発電効率のよい排水利用発電装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、建物の１階部分または最下階部分に、この建物の壁面に沿って設けられた配水管に着脱自在に設けられた排水利用発電装置であって、この排水管と同軸に取り付けられて、この排水管の軸線を中心として回転自在に設けられた円筒体のハウジングと、このハウジングの内壁にらせん状に板片を突出して設けられた磁石製のシャフトレススクリューと、このハウジングの外側を取り囲むように巻かれたコイルとを有し、上記排水管に通流する排水が上記シャフトレススクリューを回転させることにより発電する排水利用発電装置である。
請求項１に記載の考案によれば、落下する排水がシャフトレススクリューに衝突し、この衝撃によりシャフトレススクリューを回転することができる。このシャフトレススクリューは磁石で形成されている。シャフトレススクリューが回転すると、フレミングの右手の法則に従い、コイルに電流が流れる。また、本考案に基づく排水利用発電装置では従来の水力発電とは異なり、排水管の一部を構成するハウジングに、らせん状のシャフトレススクリューを内設し、シャフトレススクリュー自体が回転するため、発電機に至るまでの動力の損失は少ない。このため、従来の水力発電より発電効率が高い。

請求項２に記載の考案は、上記シャフトレススクリューは、上記ハウジングの上方から下方に向かって徐々にその突出幅が広くなるように形成された請求項１に記載の排水利用発電装置である。
請求項２に記載の考案によれば、上方から落下された排水をシャフトレススクリューに衝突しやすくすることができる。また、上段に衝突した排水を下方に落下した場合でも、別のシャフトレススクリュー部分に衝突することができ、二重に衝突力を発生させることができる。また、上側のシャフトレススクリュー部分に衝突してハウジングを回転させる力と、中間部のシャフトレススクリュー部分に衝突してハウジングを回転させる力と、下側のシャフトレススクリュー部分に衝突してハウジングを回転させる力とを、片寄りがなく、ほぼ同等にすることができる。このためハウジングの回転をスムーズにすることができる。シャフトレススクリューとハウジングとの耐久性が向上する。

本考案によれば、シャフトレススクリューが回転すると、フレミングの右手の法則に従い、コイルに電流が流れる。また、従来の発電装置より発電効率が高い。
また、排水がシャフトレススクリューに衝突しやすく、効率よくシャフトレススクリューを回転させることができる。
さらに、上段に衝突した排水を下方に落下した場合でも、別のシャフトレススクリュー部分に衝突することができ、二重に衝突力を発生させることができる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図２に示すように、本発明に基づく排水管１００に取り付けられた排水利用発電装置１０は、ハウジング１１と、シャフトレススクリュー１２と、コイル１３と、上受部１５と、下受部１６と、パッキン１７と、バンド１８とを有している。

上記ハウジング１１は１本の円筒で構成されている。このハウジング１１は塩化ビニル製であるが、鉄管や銅管でもよい。強度の強い材質は好適である。ただし、電磁遮蔽効果のある物質は不適である。ハウジング１１の内部で発生した磁場がコイル１３に届かないからである。
このハウジング１１は、建物の１階部分、または最下階部分の上記排水管１００に設けられている。排水の落差を大きくするためである。つまり、落差が大きくなると、排水の位置エネルギーが大きくなる。その結果、排水利用発電装置１０の得られる発電量は多くなる。
このハウジング１１の上端と下端には複数のベアリング１１ａ、１１ｂが支持されている。

上記シャフトレススクリュー１２は、１枚の薄板をらせん状に形成し、上記ハウジング１１の内部に突出するように設けられている。本実施例では、このシャフトレススクリュー１２をハウジング１１の内部に挿入し、このシャフトレススクリュー１２とハウジング１１とを溶接により、両者の角度がほぼ９０度になるように固定している。そして、本実施例におけるこのシャフトレススクリュー１２は、傾斜角が４５°のらせん状に形成され、かつ、このシャフトレススクリュー１２は、上方から下方に向かって、このシャフトレススクリュー１２の突出幅が広くなるように形成されている。このシャフトレススクリュー１２は水平断面視にて反時計回りで下降するように設けられても、時計回りで下降するように設けられてもよい。したがって、ハウジング中心部であるこのシャフトレススクリュー１２の軸線部分は空洞になっている。
このシャフトレススクリュー１２は、アルニコ磁石、フェライト磁石等の磁石でできている。できるだけ、磁力の強い材質を使用した方がよい。磁力の強い材質を使用すると、磁場が大きくなり、発電量は多くなるからである。
排水などによる錆や汚れを防止するため、シャフトレススクリュー１２の表面はテフロン（登録商標）や防錆剤などでコーティングされている。
また、このシャフトレススクリュー１２に複数の孔を形成してもよい。

上記コイル１３は、上記ハウジング１１の外周面を取り囲むように巻かれている。このコイル１３は電線でできている。この電線は絶縁材で被覆されていても被覆されていなくてもよい。ただし、被覆がない場合、巻着後は絶縁被覆でコイル全体を被覆する必要がある。漏電などによる感電事故の防止のためである。
このコイルの巻数は、多いほど良い。発電量が多くなるからである。

上記上受部１５は、ハウジング１１の上端部に当接されている。この上受部１５は断面台形状の円筒である。すなわち、この上受部１５の上面の幅は下面の幅より狭く、上面と下面とが平行であり、上受部１５の内壁は傾斜を有している。この上受部１５は金属製である。そして、この上受部１５の外径は、排水管１００の外径と同じである。
この上受部１５の下面には断面視して四角形の溝が円形の環を形成している。この溝に、上記ハウジング１１の上端に設けられているベアリング１１ａが嵌合されている。

上記下受部１６は、ハウジング１１の下端部に当接されている。この下受部１６は断面台形状の円筒である。すなわち、この下受部１６の上面の幅は下面の幅より広く、上面と下面とが平行であり、下受部１６の内壁は傾斜を有している。この下受部１６は金属製である。そして、この下受部１６の外径は、排水管１００の外径と同じである。
この下受部１６の上面には断面視して四角形の溝が円形の環を形成している。この溝に、上記ハウジング１１の下端に設けられているベアリング１１ｂが嵌合されている。

上記パッキン１７は、排水管１００と、上受部１５又は下受部１６との境界を密封するために設けられている。このパッキン１７は、環状のパッキンである。このパッキン１７は、ゴム又は皮革でできている。
上記バンド１８は、上記パッキン１７を被覆するために設けられている。このバンド１８は、金属又は皮革で形成されている。

このように構成された排水利用発電装置１０は、図１のように、建物１の屋外の壁面に沿って取り付けられている排水管１００の建物１の１階部分、または最下階部分に取り付けられている。すなわち、排水管１００の一部を切除し、ハウジング１１を挿入し、ハウジング１１の上端に上受部１５を、ハウジング１１の下端に下受部１６を嵌合させ、この排水管１００と上受部１５と下受部１６との接続部分にパッキン１７とバンド１８を用いて接続されている。
そして排水利用発電装置１０は、図３のように、蓄電池２０に接続され、蓄電池２０はさらに直流−交流変換器３０に接続されている。

次に排水利用発電装置１０を用いた発電方法について説明する。
上記建物１から落下される排水が排水管１００を通って、ハウジング１１に流される。そして、ハウジング１１の内部に固定されたシャフトレススクリュー１２に排水が衝突する。このとき、シャフトレススクリュー１２は衝撃力をうける。シャフトレススクリュー１２は傾斜しているため、この衝撃力は回転力として、ハウジング１１に伝達される。このハウジング１１の上端及び下端に取り付けられているベアリング１１ａ、１１ｂが溝に嵌合されているため、ハウジング１１は溝に沿って回転する。このため、シャフトレススクリュー１２は回転する。
シャフトレススクリュー１２は磁石で形成されているため、シャフトレススクリュー１２の周囲には磁場が発生している。そして、シャフトレススクリュー１２が回転するため、フレミングの右手の法則に従って、コイル１３に電気が発生する。
このようにして排水利用発電装置１０で発電された電気が蓄電池２０で蓄えられ、さらに直流−交流発電機３０で交流に変換されて建物内の電気負荷側に電気が送られる。このようにして、排水を利用して電気を発生させ、必要に応じて建物内の電気負荷側の電源等に使用できる。

次に、この排水利用発電装置１０を用いたときの発電量について説明する。
有効落差Ｈｍから毎秒Ｑｍ^３の水を落下させたとき、発電効率をηとして得られる発電出力Ｐは次式にて求められる。
Ｐ＝９．８ＱＨη（ｋＷ）・・・・・・・（１）
本実施例では、排水を排出した位置から排水利用発電装置１０までの落差が１０ｍであり、流量０．０４ｍ^３／ｓｅｃの排水を排水管１００に流した場合、発電効率を０．９５とした場合、この排水利用発電装置１０の発電出力は、３．７２ｋＷの電気が得られることになる。

従来技術における排水発電装置は、水車により発電機を作動させるように構成されている。このため、従来技術における排水発電装置での発電量は、発電機の発電効率だけではなく、水車効率も寄与することになる。
一方、本考案における排水利用発電装置１０は、従来技術での水車にあたるシャフトレススクリュー１２が直接発電機を作動させるように構成されている。このため、従来技術における水車効率を寄与することはない。すなわち、本考案における排水利用発電装置１０での発電量は、発電機の発電効率のみが寄与する。
このため、本考案の排水利用発電装置１０は発電するまでのエネルギー損失が従来の発電装置と比べてエネルギー損失は少なく、多量の電気を発生させることができる。

本考案の実施例に基づく排水利用発電装置の取り付け位置を示す説明図である。 本考案の実施例に基づく排水利用発電装置の断面図である。 本考案の実施例に基づく排水利用発電装置から負荷側へ電気を供給する経路を示す説明図である。

符号の説明

１０ 排水利用発電装置、
１１ ハウジング、
１１ａ、１１ｂ ベアリング
１２ シャフトレススクリュー、
１３ コイル、
１００ 排水管。

Claims (2)

1. 建物の１階部分または最下階部分に、この建物の壁面に沿って設けられた排水管に着脱自在に設けられた排水利用発電装置であって、
   この排水管と同軸に取り付けられて、この排水管の軸線を中心として回転自在に設けられた円筒体のハウジングと、
   このハウジングの内壁にらせん状に板片を突出して設けられた磁石製のシャフトレススクリューと、
   このハウジングの外側を取り囲むように巻かれたコイルとを有し、
   上記排水管に通流する排水が上記シャフトレススクリューを回転させることにより発電する排水利用発電装置。
2. 上記シャフトレススクリューは、上記ハウジングの上方から下方に向かって徐々にその突出幅が広くなるように形成された請求項１に記載の排水利用発電装置。

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