JP4758515B1

JP4758515B1 - 電力回収水力発電システム

Info

Publication number: JP4758515B1
Application number: JP2010224928A
Authority: JP
Inventors: 大賀偉生
Original assignee: 株式会社オージーエイ
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-10-04
Also published as: JP2012041806A

Abstract

【課題】下水道設備において、マンホールポンプ場のマンホールポンプが、圧送した汚水の放流先で、放流水をそのまま発電機に取り込み、発電効率をたかめる、電力回収水力発電システムである。
【解決手段】上流側マンホールポンプ場のマンホールポンプから圧送された汚水が、圧送管出口８で放流される時に、放流水圧を直接、そのまま水車２３に取り込んで、発電効率を高める。上の図は、マンホール１個に全てが、おさまった状態、下の図は、１個のマンホールに収まらず、既設マンホールの横に新規にマンホールを設置し、発電機を新設マンホールに設置する。細隙機２０、し渣破砕機２１、水車２３等が、既設マンホールに配置され、発電機１６が新設マンホールに設置され、発電機駆動軸１５で風車式水車２３の回転動力が、水力発電機１６に伝達され、水力発電機１６が、発電する。
【選択図】図４

Description

現在、下水道設備において、上流側マンホールポンプ場
からマンホールポンプで圧送された汚水が、圧送先の下流側
マンホールに到着し、残った水圧が相当量あるのに、放流され、
そのままに成っています。
本発明は、この放流水を直接水車に導き、放流水圧を利用して水力
発電をして、電力回収をする、電力回収水力発電システムである。

下水道設備における汚水としては、水洗式便所からのし尿や、家庭
における調理、風呂及び洗濯で生じる生活排水と、商店、ホテル、
町工場から大工場に至る事業場からの産業排水などが有ります。

これらの汚水は、埋設された下水管で、基本的には、自然流下式で送水されます。

流れの向きを変える地点、合流地点や分岐地点には、マンホールが
設置されます。

全ての汚水が自然流下で送られれば、下水処理費用も少なくて済み
ますが、図１の様に、実際は、逆勾配のところや、合流地点や川越え
等は、集められた汚水をポンプの力を借りなければ送水できません。
そこで、マンホールの中に汚水ポンプが2台備えられた、マンホール
ポンプ場が多数設置されています。

汚水は、数か所のマンホールやマンホールポンプ場を経て処理場に
送られます。従って、最初は少ない汚水量ですが、最終的には、膨大
な量の汚水が処理場に集まってきます。

最初は汚水量が少ないので、小さな容量のポンプですが、中継ポンプ場や処理場に近づくと汚水量が多くなってポンプ容量が大きくなり、大きな力で圧送し、圧送先で吐出されています。

総合的に電気エネルギーを使い、ポンプによる圧送、放流を繰り返しています。多量の下水道汚水の流水力エネルギーを電気エネルギーへ変える、有効な利用方法は、未だ実用化されておらず、単なる汚水処理水として、無駄に川へ放流されているのであります。

特許4132867号が、下水を利用した発電システムとして有ります。
この場合、既設下水本管が、２％前後の勾配で地下埋設されている
のを、下水管の中を流れる汚水の流速を増す為に、埋設管を掘り
返して、勾配を増やして（例えば５％）布設をやりかえる方法が、
基本理念として述べられています。
すでに生活して、下水を使用している状態での導入は、土木工事を
始め、大規模改修工事となり、設備費が嵩み、地方自治体としては、
地方財政が厳しい、今日、設備費用対効果と地域住民対策の両面で
判断が微妙と考えられます。

同じく特許4132867号の発電システム１００に関しては、汚水の
中の汚物の処理が、刃物状の整流板に任されていますが、汚水中の
種々の物の処理を、刃に汚物がぶつかることだけでの処理は、危険
すぎはしないかと考えます。汚物を何らかの方法で分別するか、破砕
するかしないと、将来、整流板に詰まるか、水車に絡みつくかして
装置機能が停止すると考えられます。

同じく特許4132867号の発電システム２００に関しては、既存の
１/２のマンホールの廃止、撤去に成っていますが、設置されている
マンホールは、全てが必要で有り、必要な場所、曲がったところや
合流点に設置されている物がほとんどで、撤去は難しいと考えます。

同じく特許4132867号の発電システム３００も急傾斜地に設置する
設備ですので、土木工事費が高くなり、設備費用対効果の問題が有る
と考えます。

特開 2007-211433号公開が、下水を利用した発電システムとして
有ります。この場合、ゴミと書かれていますが、汚水の中の異物は、
汚物９９％ですので、振子式クリーナー１１は、たちまち、汚物で
いっぱいに成り動かなくなり、故障すると考えられます。

特許4132867号特開2007-211433号公開

現状有る設備の中で、総合的な設備工事費を少なくし、下水を利用
した、電力回収の為の効率の良い水力発電設備を発明する事が、
課題１である。

下水の流速が速くないと、水車を回転させきれない、いかに流速の
速い下水を得るかが、課題２である。

下水システム中の汚水は、整水と違い、多量の汚物を含んでいます。
汚物混じりの汚水を水車にあてると、水車は、すぐに動かなくなり
ます。汚物を、水車に到着するまでに分離して、汚物の少ない汚水を、
水車に、如何にして導くかが、課題３である。

発電した電気をいかにして、有効利用するかが、課題４である。

マンホール内の圧送管の放流口から放流された汚水の流速を計算
すると、マンホールポンプ場のマンホールポンプを２２ＫＷとすると
２２ＫＷのポンプの能力は、ポンプ性能曲線図によると
Ｑ：５（m3/min）分（min）を秒（S）に換算すると
Ｑ：５/６０（m3/S）
Ｈ：１２ｍ圧送管口径直径１００mm

Ｑ：流量（m3/min）Ｈ：揚程ｍ
圧送管（放流管）の直径１００ｍｍ、断面積は、πr２
Ｓ＝πr２＝０．０５×０．０５×３．１４＝０．００７８５ｍ２
流速は、Ｑ/Ｓ=５/６０÷０．００７８５＝１０．６１m/S と
なり放流口では、１０．６１ｍ/S の放流水が得られます。

特許4132867号の場合は、発電機の水車をまわす為に、自然流下の
下水の流速を例えば５m/s以上に高めるために、大々的な下水本管の
変更工事が必要でしたが、マンホールポンプの放流水圧をとらえれば、
大規模な改造工事なしで、先程の計算例の、２２ＫＷポンプの場合で
１０．６１ｍ/Sという充分な流量、流速をえる事が可能です。

請求項１に係る細隙機は、放流水中の汚物を通すものと、通さない物を
分離する装置であり、数か所の隙間を持ち、放流口と水車の間の放流口側
の端部に設置され、放流方向に対して、対面するように取り付けられ、
角度を前後に可変出来る状態で設置される。
内側導水路と外側導水路は、汚水を通すダクトで有り、連なって垂直に
配置し上部が流入口、下部が流出口で、汚水の流れの方向を９０度変える。
放流口から水平方向に放出された汚水が細隙機に当たった後、内側導水路
と外側導水路に導かれ、９０度方向を変えて真下に落ちて行く。放流汚水
は、放流後取り付けられた細隙機に当たると、細隙機隙間より大きい汚物
などは、通れないので、内側導水路により真下へ導かれて落ちて行く、
細隙機隙間より小さく、細隙機を通過した汚水は、外側導水路に導かれて、
真下に落ち、発電機用水車をまわし、生じた回転動力を駆動軸により
発電機へ伝達する。外側導水路に導かれた汚水は、水車を通過した後、
外側導水路を通り、内側導水路側に導かれ、内側導水路側を流れてきた
汚水と汚物と合流され内側導水路下部より排水される。

細隙機を垂直に起こし、細隙機カバーを被せると、汚水は、細隙機への
通水が出来なくなり、真直ぐに下に落ちて、内側導水路の内側へ全て導かれ
る。
細隙機を水平に倒し、細隙機カバーを被せると、汚水は、細隙機への
通水が出来なくなり、外側導水路の内側へ全て導かれる。
発電機メンテナンス時等に利用できる装置である。

請求項２に係るし渣破砕機は、細隙機の斜め上で放流口と反対側、
し渣破砕機の刃が回転中開いた時に、細隙機に届く距離に取り付けられ、
し渣破砕機は、し渣破砕機駆動軸とし渣破砕機モーターを有し、し渣
破砕機モーターは、発電機が発電した電気を使い、し渣破砕機モーター
の回転動力がし渣破砕機駆動軸で、し渣破砕機へ伝達される。
し渣破砕機は、停止中は、し渣破砕機の刃は、小さく畳まれ、回転中は、
遠心力で大きく開かれ、細隙機の隙間を通って、細隙機の付着物を真下
に落とすことで、細隙機への汚物の付着をなくすと同時に、細隙機を
通過してきた汚物を破砕する。

請求項３に係る水力発電機は、細隙機、水車、駆動軸と発電機とを一体
とした、細隙機付水力発電機である。内側導水路と外側導水路は、必要で
あり併用する。

請求項４に係る水力発電機は、し渣破砕機、し渣破砕機駆動モーター、
水車、駆動軸と発電機とを一体とした、し渣破砕機付水力発電機である。
細隙機と内側導水路と外側導水路は、必要であり併用する。

請求項５に係る新マンホールは、新規に設置される。
既設マンホールが、発電機やその他、関連機器を据え付けるのに、
狭すぎたり、メンテナンスに支障をきたすと、判断されると、新
マンホールが、新規に設置される。新マンホールには、発電機や
その他、関連機器を設置する。既設マンホールに隣接して、新マンホール
を設置する。新マンホールは、水が浸入するとシステムに支障をきたす
ので、防水構造とし、内部に浸水警報センサーとドレーンパイプを備える。
ドレーンパイプは、新マンホール内より既設マンホールまで配管され、
既設マンホール側が低くなるように勾配をつけ、既設マンホールに配管が
入ったところで、既設マンホールからの流入を閉止する方向に配管に
逆止弁を取り付ける事で、既設マンホールからの浸水と臭気等の流入を
防止する。

請求項６に係る発電した電気の有効利用について、上流側マンホール
ポンプ場にある、当該圧送元マンホールポンプ制御盤に、発電した電気を
送電して、マンホールポンプ制御盤で使う事で、省エネルギーを図る。
その為に、上流側マンホールポンプ場にある、マンホールポンプ制御盤
と、発電機で発電した電気を取り込む発電機制御盤の間に架空、
もしくは、埋設で電線を布設し、発電機で発電した電気を、発電機
制御盤に取り込み、布設した電線を使い、マンホールポンプ制御盤へ
送電し、当該圧送元マンホールポンプ制御盤において、マンホールポンプ
の電源として使用し、余剰電力は、系統連系して、電力会社へ売電する。

マンホールポンプの圧送先の放流口で放流水には、放流時点では、
マンホールポンプで与えられた水圧が、まだ、十分に残っています、
この放流水を発電機の水車に、効率よく導ければ、大規模な改造工事なし
で、充分な流量、流速がえられて、設備費用対効果が高い、水力発電機
設備を安価に設置出来る。

細隙機は、放流水中の汚物を出来るだけ分離して、汚物の少ない汚水を
し渣破砕機と水車へ導入します。
放流水は、放流後角度を持って取り付けられた細隙機に当たると、通れない
汚物は、下の内側導水路に導き、排水します。細隙機を通った汚水は、外側
導水路に導かれ、水車をまわします。
出来るだけ汚物を取り除いた汚水を、し渣破砕機と水車へ送り込み、し渣
破砕機と水車への汚物の付着を極力なくし、発電効率を高める事が出来る。

し渣破砕機と水車のメンテナンス等の時は、細隙機を垂直に起こして、
細隙機カバーを被せると、汚水は、細隙機への通水が出来なくなり、内側
導水路へ全て導かれる。
細隙機を水平に倒して、細隙機カバーを被せると、汚水は、細隙機への
通水が出来なくなり、外側導水路へ全て導かれる。
細隙機カバーの操作により、内側導水路と外側導水路の汚水の流入が、自由に変えられるので、効率よくメンテナンスが実施出来る。

し渣破砕機は、細隙機の斜め上で前記放流口と反対側で、し渣
破砕機の刃が回転中開いた時に、細隙機に届く距離に、取り付けられ、
し渣破砕機駆動モーターを有し、し渣破砕機駆動モーターは、発電機の
発電電圧で回転し、生じたし渣破砕機駆動モーター回転動力をし渣破砕
機駆動軸によりし渣破砕機へ伝達する、し渣破砕機伝達機構を有する。
し渣破砕機は、停止中は、し渣破砕機の刃は、小さく畳まれ、回転中は、
遠心力で大きく開き、し渣破砕機の刃が開くと、破砕をはじめ、それと
同時に、細隙機の隙間を破砕機の刃が回転し、隙間に詰まっている汚物を
落としていく。
し渣破砕機は、汚水中の残留汚物の破砕と細隙機の目詰まり防止の役目を
し、効率よく発電する為に貢献します。

細隙機、水車、駆動軸と発電機を一体とした、細隙機付水力発電機と
する。
内側導水路と外側導水路は、必要であり併用する。
一体型にする事で、現地での据付スペースがせまくなり、現地据付工事の日数が少なくて済み、ひいては、設備工事費が安くなる。

し渣破砕機、し渣破砕機モーター、水車、駆動軸と発電機を一体とした、
し渣破砕機付水力発電機とする。
細隙機と内側導水路と外側導水路は、必要であり併用する。
一体型にする事で、現地での据付スペースがせまくなり、現地据付工事の日数が少なくて済み、ひいては、設備工事費が安くなる。

既設マンホールが、狭すぎたり設置環境が悪いと判断されると、
新マンホールを設置する。既設マンホールが狭くて、環境が悪い事で、
発電機の設置そのものが、あきらめられている事に対して、絶対的な解決
策である、新工法としての新マンホール設置です。
新マンホールを設置すれば、狭い、臭い、汚い、硫化ガスで危ない、汚水
がはねる、すぐに錆びて腐る、等の全ての問題が解決します。

新マンホールには、発電機他付属機器が据え付けられる。発電機などが
水をきらうので、新マンホールは、防水構造とし、内部に浸水警報
センサーとドレーンパイプを備える。ドレーンパイプは、新マンホールに
浸水してきた、雨水等を既設マンホールに逃がす為に、新マンホール内
より既設マンホールまで配管され、既設マンホール側が低くなるように
勾配をつけ、既設マンホールに入ったところで、マンホールからの流入を
閉止する方向に逆止弁を取り付ける事で、既設マンホールからの浸水と
臭気等の流入を防止する。既設マンホールは、ほとんど、道路に埋設設置
されているので、出来るだけ近くに発電機を据え付けられ、埋設した部屋
等を作り、その上が、車が走れるようにするのは、土木工事も大変
なので、標準品で比較的低価格の防水型マンホールを採用し、工期短縮と
工事金額の削減を図る。浸水警報センサー、ドレーンパイプと逆止弁を取り
付ける事で、雨水の浸水や異臭の侵入に強くし、機能性を高める。

上流側マンホールポンプ場にある、マンホールポンプ制御盤に、発電
した電気を戻して、マンホールポンプ制御盤で使う事で、省エネルギーを
図る。その為に、上流側マンホールポンプ場にある、マンホールポンプ
制御盤と、発電機で発電した電気を取り込む発電機制御盤の間に架空、
もしくは、埋設で電線を布設し、発電機で発電した電気を、発電機制御盤
に取り込み、布設した電線を使い、マンホールポンプ制御盤へ送電し、
マンホールポンプ制御盤において、マンホールポンプの電源として使用し、
余剰電力は、系統連系して、電力会社へ売電する。

現状の汚水処理の流れのイメージ現状のマンホールの種類マンホールのインバートを流れる汚水の為の水力発電機の設置方法マンホールの圧送管の汚水を受け止める水力発電機の設置方法、（し渣破砕機付風車式水車）マンホールの圧送管の汚水を受け止める水力発電機の設置方法（風車式水車）マンホールの圧送管の汚水を受け止める水力発電機の設置方法（し渣破砕機付螺旋式水車）マンホールポンプ場の圧送管の汚水を受け止める水力発電機の設置方法（風車式水車）マンホールのポンプ場の圧送管の汚水を受け止める水力発電機の設置方法（し渣破砕機付螺旋式水車）細隙機イメージ図し渣破砕機イメージ図螺旋式水車とし渣破砕機イメージ図マンホールポンプ場メンテナンスイメージ図細隙機、し渣破砕機、水車及び発電機一体型イメージ図マンホールポンプ場水力発電機設置イメージ図

１マンホール
２マンホールポンプ場
３住宅、店舗、工場等
４川
５橋
６受水槽
７中継ポンプ場もしくは処理場
８圧送管
９流入管
１０流出管
１１インバート
１２インバート用水車
１３し渣破砕機モーター
１４浸水警報センサー
１５発電機駆動軸
１６水力発電機
１７し渣破砕機駆動軸
１８ドレーンパイプ
１９逆止弁
２０細隙機
２１し渣破砕機（横型）
２２し渣破砕機（縦型）
２３風車式水車
２４螺旋式水車
２５内側導水路
２６マンホールポンプ
２７外側導水路
２８水力発電機制御盤
２９既設マンホールポンプ制御盤
３０細隙機カバー

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
汚水は、一般家庭や事業所などから排出され、図１の様に、
マンホール１やマンホールポンプ場２を経て、中継ポンプ場か処理場
７に集められます。
汚水を集める過程で、分岐合流点や方向変更点に、マンホール１や
マンホールポンプ場２が各所に設置されます。
図2の様に、マンホールの形態に3種類有ります。
図2の1番上のマンホールは、流入管と流出管とが、1直線に有り、
その間をインバートでつないだ形です。ほとんどが、このタイプの
マンホールです。
このタイプの場合は、インバートを流れる汚水の流速エネルギーを
利用して、図3の様に、汚水に水車をつけて、水車を回転させます。
図３の上のマンホールの左側は、インバート用水車１２の側面図
です。図３の右側は、水車１２と発電機１６が、１個のマンホールに
収まった図面です。
図３の下のマンホール２個は、インバート用水車１２と発電機１６
が、１個のマンホールに収まらず、別に１個マンホールを新設して
います。

既設マンホールを「親マンホール」とし、新設マンホールを
「子マンホール」とし、親マンホールの直近に設置します。
既設マンホールが、狭すぎたり、設置環境が悪いと判断されると、
新マンホールを設置する。既設マンホールが狭くて、環境が悪い事で、
発電機の設置そのものが、あきらめられている事に対して、絶対的な
解決策である、新工法としての新マンホール設置です。
新マンホールを設置すれば、狭い、臭い、汚い、硫化ガスで危ない、
汚水がはねる、すぐに錆びて腐る、等の全ての問題が解決します。

親マンホールは、汚物混じりの汚水が流れているので、雰囲気や
環境が非常に悪い。汚水の飛散や、硫化ガスへの対策が必要です。
その為に、水車１２のみ親マンホールに設置して、雰囲気の良好な
子マンホールに汚水や硫化ガスに弱い発電機１６を設置します。

親マンホールのインバート用水車１２と子マンホールの発電機
１６は、駆動軸１５でつなぎ、水車１２の回転動力を発電機１６に
伝達し発電します。

子マンホールに何らかの原因で浸水すると、水の逃げ場がない
ので、親子マンホール間にドレーンパイプ１８を設けます。ドレーン
パイプ１８は、子マンホールにたまった水が、親マンホールに流れる
ように親マンホール側を低く勾配をとり、親マンホールに入った処で
逆止弁１９を取付けます。

逆止弁１９は、親マンホールからの汚水、硫化ガスと臭気の逆流を
防止します。

子マンホールには、浸水警報センサー１４を取り付けます。
子マンホールに所定量以上の浸水が発生した時、発電機制御盤に警報
信号を送ります。発電機制御盤は、警報信号を管理者へ通報します。

図４、５、６は、圧送管の流入のあるマンホールです。
図８、９は、圧送管の流入のあるマンホール場で、マンホールの中に
マンホールポンプが２台据え付けられています。

図４の上の図面は、１個のマンホールに、細隙機２０、し渣破砕機
２１、風車式水車２３、水力発電機１６とし渣破砕機モーター１３を
据付けたイメージ図です。

図４の下の図面は、１個のマンホールに全て収納できず、子
マンホールを設置するイメージ図です。
親マンホールの水車２３の回転動力は、発電機駆動軸１５で子
マンホールの発電機１６へ伝達され発電します。
し渣破砕機モーター１３の回転動力は、し渣破砕機駆動軸１７で親
マンホールのし渣破砕機２１へ伝達され破砕します。
圧送管８の横に、細隙機２０、その斜め上にし渣破砕機２１、その下に
水車２３を取付ます。
細隙機２０により、汚物を少なくした汚水を、し渣破砕機２１と
水車２３へ送ります。
内側導水路２５と外側導水路２７は、汚水を集めて、汚水の流れる
方向を変えるもので、平板を曲げ加工した物を、水平な汚水の流れに
垂角にかぶせて、汚水の流れを垂直に下へ落ちる方向に変えます。

図５は、親マンホールには水車しか設置出来ず、この場合は、風車式水車２３を設置しています。
子マンホールを新設し、風車式水車２３の回転動力は、駆動装置１５を通して、水力発電機１６に伝え、発電します。
ドレーンパイプ１８、逆止弁１９と浸水警報センサー１４も設けます。

図６は、親マンホールには水車しか設置出来ず、この場合は、螺旋式水車２４を設置しています。
螺旋式水車２４の上部にし渣破砕機２２を装備しています。
し渣破砕機２２は、汚水の状況で、取付を判断します。
子マンホールを新設し、螺旋式水車２４の回転動力は、駆動装置１５を通して、水力発電機１６に伝え、発電します。
ドレーンパイプ１８、逆止弁１９と浸水警報センサー１４も設けます。

図７は、マンホールポンプ場２のメンテナンス時のイメージ図です。
マンホールポンプ場２の中のポンプは、現在、ほとんど２台収納され
ています。自動着脱装置が装備され、昇降用のスライドパイプが
準備されています。メンテナンス時は、ポンプを上に吊り上げて、
地上に出して、処置します。従って、ポンプ昇降の事を考慮すると、
マンホールポンプ場の中の余裕スペースは、水車や発電機を取付る
事に対して、皆無に等しいと考えられます。
先にも述べましたように、マンホールポンプ場は、汚物混じりの
汚水が流れこんでいるので、雰囲気や環境が非常に悪い。汚水の
飛散や、硫化ガスへの対策が必要です。狭い事と環境が悪い事で
マンホールポンプ場の中は、発電機や水車を設置する環境では、
有りません。

図８は、マンホールポンプ場です。マンホールの中にマンホール
ポンプが２台設置されています。その為、マンホールの中が、非常に
狭く、マンホールポンプのメンテナンスの時は、マンホールポンプを
上に引き出すので、その為のスペースの確保も必要です。
その為、親マンホールには水車しか設置出来ず、この場合は、風車式水車２３を設置しています。
子マンホールを新設し、風車式水車２３の回転動力は、駆動装置１５を通して、水力発電機１６に伝え、発電します。
ドレーンパイプ１８、逆止弁１９と浸水警報センサー１４も設けます。

図９は、マンホールポンプ場です。マンホールの中にマンホール
ポンプが２台設置されています。その為、マンホールの中が、非常に
狭く、マンホールポンプのメンテナンスの時は、マンホールポンプを
上に引き出すので、その為のスペースの確保も必要です。
その為、親マンホールには水車しか設置出来ず、この場合は、螺旋式
水車２４を設置しています。
螺旋式水車２４の上部にし渣破砕機２２を装備しています。
し渣破砕機２２は、汚水の状況で、取付を判断します。
子マンホールを新設し、螺旋式水車２４の回転動力は、駆動装置１５を通して、水力発電機１６に伝え、発電します。
ドレーンパイプ１８、逆止弁１９と浸水警報センサー１４も設けます。

図１０は、細隙機２０のイメージ図です。
圧送管８から吐出される汚水は、汚物や異物が混じっています。細隙機２０は、図９の様に、一定間隔で隙間が並べられたもので、隙間以下の大きさの物しか通さず、なおかつ、通れなかった物は、下へ落下する角度で取付ます。細隙機２０を通れず、下に落下した物は、内側導水路２５で下へ導かれ、排水されます。細隙機２０を通過した汚水は、外側導水路２７により水車２３に導かれ、水車２３を回転させた後、外側導水路２７から内側導水路２５に導かれて内側導水路２５の
汚水と合流し排水されます。

水車２３のメンテナンスの時などは、細隙機２０を垂直に起こし、
細隙機カバー３０をかぶせると、細隙機２０の機能は、停止して、
内側導水路２５に全ての汚水が導かれて、水車２３へは、行かなく
なり、発電機が無い時の、汚水の流れに戻りメンテナンスが出来る
ようになります。

細隙機２０を水平に倒し、細隙機カバー３０をかぶせると、細隙機
２０の機能は、停止して、外側導水路２７に全ての汚水が導かれて、
水車２３へは、行かなくなり、発電機が無い時の、汚水の流れに戻り
メンテナンスが出来るようになります。

図１１は、し渣破砕機（横型）２１のイメージ図です。
し渣破砕機（横型）２１は、図１０の様に、通常は、傘を畳んだように、縮んでおり、し渣破砕機（横型）２１が、回転を始めると、傘が開くように、し渣破砕機（横型）２１も開き、破砕を開始します。

し渣破砕機（横型）２１は、開くと、細隙機の隙間を刃が通り、隙間
に付着している汚物を、回転しながら、かき落とし、細隙機２０への
付着を防止します。水車２３が止まると、水力発電機１６が、発電でき
なくなり、し渣破砕機モーター１３も止まり、し渣破砕機（横型）２１
も止まり、縮んで元に戻ります。

図１２は、螺旋式水車２４と、し渣破砕機（縦型）２２のイメージ図
です。
し渣破砕機（縦型）２２は、図９の様に、通常は、傘を畳んだように、
縮んでおり、螺旋式水車２４が水圧で回転が始まると、同軸について
いるし渣破砕機（縦型）２２も回転を始め、ある回転以上に成ると、
傘が開くように、し渣破砕機（縦型）２２も開き、破砕を開始します。
螺旋式水車２４が止まると、し渣破砕機（縦型）２２は、停止し、
縮んで元に戻ります。

図１３は、マンホールポンプ場２に流入している圧送管８を切り
戻し、新規に子マンホール１を設置し、子マンホール１の中に、
細隙機２０、水車２３と発電機１６が一体型の細隙機付水力発電機
１６を据付けます。
内側導水路２５と外側導水路２７を取付ます。
汚水の状況で、し渣破砕機２１を取り付けたり、し渣破砕機、水車、
発電機一体型のし渣破砕機付発電機を取付ます。

し渣破砕機２１は、し渣破砕機モーター１３を有し、発電機１６の
発電電圧を使用する。し渣破砕機２１の刃は、停止中は、縮み、
回転中は、開きます。

水車を回転させ、役目を終えた汚水は、外側導水路により、排水
され、内側導水路の汚水と合流し、親マンホールへ排水されます。

図１４は、上流のマンホールポンプ場から圧送されてきた汚水を
直接水力発電機に送り込み、発電した電気を、上流マンホール
ポンプ制御盤に架空線路もしくは、地下埋設線路で戻し、余った
電気は、系統連系して電力会社へ売電し、マンホールポンプ場の
使用電力量の軽減を図るものです。

ちなみに上流マンホールポンプ場が、２２KWのポンプで圧送した
時の可能発電量を計算してみます。

発電電力は、 P=９．８×Ｑ×Ｈであらわされます。
単位は、Ｐ：電力（KW）９．８：定数Q:流量（m3/S）Ｈ：ヘッド（ｍ）

２２ＫＷのポンプの能力は、ポンプ性能曲線図によると
Ｑ：５（m3/min）ＭをＳに換算するとＱ：４/６０（m3/Ｓ）
Ｈ：１２ｍ
そのまま、８５％伝達されたとすると
P=９．８×Ｑ×Ｈですので
Ｐ＝９．８×５/６０×１２×０．８５＝８．３３ＫW
２２ＫＷ−８．３３ＫＷ＝１３．６７ＫＷ

つまり、２２ＫＷのポンプで圧送した水を、圧送先で８５％電気に
して回収できれば、８．３３ＫＷ回収し、差し引き１３．６７ＫＷ
しか、電気を消費しないことになります。

本発明は、下水道設備において、発生している汚水の流水力を利用
した水力発電システムである。
下水道設備における汚水としては、水洗式便所からのし尿や、家庭
における調理、風呂及び洗濯で生じる生活排水と、商店、ホテル、
町工場から大工場に至る事業場からの産業排水などが有ります。
これらの汚水は、埋設された下水管で、基本的には、自然流下式で送水されます。

最初は汚水量が少ないので、小さな容量のポンプですが、中継ポンプ場や処理場に近づくと汚水量が多くなってポンプ容量が大きくなり、大きな力で圧送し、
圧送先で吐出されています。

本発明は、下水道汚水の流水力を水力発電機用の水源として利用
する、有効で且つ、環境問題や省エネルギーにも充分対処可能な水力
発電システムの提供を目的とするものであります。

マンホールやマンホールポンプ場は、狭くて硫化ガスも発生して
いて、汚水の飛散も考えられますので、水力発電機を据え付ける環境
ではありません。

その問題の解決策として、水力発電機を設置したいマンホールか
マンホールポンプ場の隣に、新規にマンホールを設置します。

既設のマンホールもしくはマンホールポンプ場を「親マンホール」新設のマンホールを「子マンホール」とします。

親マンホールの中に、水車を設置し、子マンホールの中に水力
発電機本体を設置します。

親マンホールの中は、非常に狭い上に、硫化ガスの発生、汚水の
流入、高湿度など周囲の環境も最悪です。構造の簡単な水車のみ、
親マンホールに設置します。

構造が複雑で、最良の周囲環境と広いメンテナンススペースを必要と
する、水力発電機本体は、子マンホールに設置します。

親マンホールの水車と子マンホールの水力発電機とは、駆動軸で
つなぎます。

駆動軸は、直接駆動方式とチェーン駆動方式を採用します。

駆動軸の回転は、増速機を通して回転を上げて、水力発電機に入れ
ます。

汚水を水力発電に再利用し、下水道処理の際に使用した電気
エネルギーを、効率よく回収することにより、下水道処理費が下がり、
社会的にも効果が大きい。

省エネルギー効果が大きく、CO2削減効果が大きい。

マンホールを新設して、水力発電機を据え付けることで、いくつか
の利点が考えられる。

その一つは、水力発電機が、硫化ガスのない、良い環境の中に設置
できる。

次に、新設マンホールの大きさを検討すれば、水力発電機の
メンテナンススペースが確保できる。

最後に、新設マンホールの大きさを検討すれば、容量の大きい水力
発電機も設置できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
汚水は、一般家庭や事業所などから排出され、図1の様に、
マンホールやマンホールポンプ場を経て、中継ポンプ場か処理場に
集められます。
汚水を集める過程で、分岐合流点や方向変更点に、マンホールや
マンホールポンプ場が各所に設置されます。

図2の様に、マンホールの形態に3種類有ります。
図2の1番上のマンホールは、流入管と流出管とが、1直線に有り、
その間をインバートでつないだ形です。ほとんどが、このタイプの
マンホールです。

このタイプの場合は、インバートを流れる汚水の流速エネルギーを
利用して、図3の様に、汚水に水車をつけて、水車を回転させます。

図２の２番目のマンホールは、流入管が入ってきているタイプ
です。このタイプは、流入管と水車との高さの差が有れば、落差が
生じる事に成ります。図3の様に、流入管から出てきて、落ちて
いく汚水の圧力で水車を回します。
流入管から出てくる汚水も、自然流下で出てくる汚水と、上流側の
マンホールポンプ場からの圧送水とが有ります。圧送水だと、ポンプの出力に見合った圧力で送られてきます。

図２の３番目のマンホールは、マンホールポンプ場です。川越え、
下から上に圧力で送る時や合流地点等に設置されます。汚水をためて、
ある水位になると、ポンプが運転して、汚水を次のマンホールまで
圧送します。

図3は、親マンホールに水車１２を、子マンホールに水力発電機
１６を設置します。
インバートを流れる汚水の流水力で水車を回します。水車１２の回転は、駆動軸１５を通して、子マンホールへ伝達されます。

駆動軸の力は、トルクリミッターと増速機を通して、水力
発電機１６へ伝えられ、発電します。トルクリミッターは、装置全体を過負荷から保護します。

親子マンホールには、2か所の貫通穴をあけます。

一つの穴は、水力発電機と水車とを駆動軸用の貫通穴で、駆動軸
貫通後、シールします。

もう一つの穴は、子マンホールに、何らかの原因で水が入って来た
時に、親マンホールに、自然流下させる為のバイパス配管用です。
バイパス配管１８は、親マンホール側に勾配をつけ、子マンホールから
親マンホールに浸水した水を逃がします。

バイパス配管は、親マンホールに入った所で、逆止弁１９を取付
ます。逆止弁によって、親マンホールからの汚水、硫化ガスと臭気の
侵入を防ぎます。

子マンホールには、浸水警報センサーを取り付けます。
子マンホールに所定量以上の浸水が発生した時、発電機制御盤に警報
信号を送ります。発電機制御盤は、警報信号を管理者へ通報します。

図５は、流入管のあるマンホールです。親マンホールに水車２３を
取り付け、子マンホールに水力発電機１６を据付けます。流入管９の下に、水車２３を取付ます。チェーン駆動装置を通して駆動軸
１５に伝達し、トルクリミッター、増速機を通して水力
発電機に伝え、発電します。

バイパス配管１８、逆止弁１９と浸水警報センサー１４も設けます。

図７は、マンホールポンプ場です。親マンホールに水車２３を取り
付け、子マンホールに水力発電機１６を据付けます。流入管９の下に、水車２３を取付ます。チェーン駆動装置を通して駆動軸１５に伝達し、トルクリミッター、増速機を通して水力発電機に伝え、発電します。

図１４は、親マンホールの直近に子マンホールを設置し、近くに
電柱をたて、発電機制御盤を取付し、配管を埋設した、イメージ図
です。発電機電線、浸水警報センサー信号とトルクリミッター警報が発電機制御盤２８へ出力されます。

Claims

マンホール内の圧送管の放流水を受ける細隙機と、前記細隙機の真下
に垂直で並列に、内側導水路と外側導水路を有し、前記細隙機は、前記
放流水の放流方向に対して、角度を前後に可変出来る状態で設置され、
前記細隙機を垂直に起こし、もしくは、水平に寝せて、細隙機カバーを
被せる事が出来、前記外側導水路内部に、発電機用水車が取り付けられ、
前記放流水を受けて回転する、前記発電機用水車と、前記発電機用水車
を回転させ、生じた回転動力を駆動軸により発電機へ伝達する伝達機構
を備える事を特徴とする電力回収水力発電システム。
し渣破砕機は、前記細隙機の斜め上で放流口と反対側、し渣
破砕機の刃が回転中開いた時に、前記細隙機に届く距離に取り付けられ、
前記し渣破砕機は、停止中は、前記し渣破砕機の刃は、小さく畳まれ、
回転中は、前記し渣破砕機の刃は、遠心力で大きく開かれる、前記し渣
破砕機は、し渣破砕機駆動軸とし渣破砕機モーターを有し、前記し渣
破砕機モーターは、前記発電機が発電した電気を使い、前記し渣
破砕機モーターの回転動力が前記し渣破砕機駆動軸で前記し渣
破砕機へ伝達される事を特徴とする、
請求項１に記載の電力回収水力発電システム。
前記マンホールに隣接して、防水型の新マンホールを設置し、前記新マンホール内に前記発電機、前記細隙機と前記し渣破砕機を設置し、前記新マンホール内に浸水警報センサーとドレーンパイプを備え、前記ドレーンパイプは、前記新マンホール内より前記マンホール内まで配管され、前記マンホール側が低くなるように勾配をつけ、前記マンホールに入ったところで、前記マンホールからの流入を閉止する方向に逆止弁を備えている事を特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の電力回収水力発電システム。