建筑物落差发电系统.pdf

本发明涉及一种建筑物落差发电系统，该系统利用排到高层住宅等配水管竖管中的流水的落差，使用发电机进行发电，通过建筑物内的电控制器对所获得的电进行利用。本发明建筑物落差发电系统在配水管的竖管(2)上安装有可拆卸的套管(7)，设有多个隔板(14)的水轮机(12)插入套管(7)内，通过从竖管(2)中流出的流体使上述水轮机(12)旋转，所获得的旋转力由齿轮(13)传递给发电部(9)进行发电，并且通过蓄电部(10)进行蓄电，使用电控制部(11)与建筑物(1)内的电力系统连接。

1.  一种建筑物落差发电系统，其特征在于，所述系统包括：套管，安装在沿建筑物的壁配置的排水管中，主要是在竖排水管的任意位置；水轮机，安装在所述套管内；齿轮部，与所述水轮机连接；旋转部，其与所述齿轮部直接连结，贯穿所述套管并伸出到外部；发电部，与所述旋转部直接连结；蓄电部，蓄存所述发电部的电；以及电控制部，使所述蓄电部的电与建筑物的电力系统连接。

2.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，在所述套管两端部具有接合机构，使所述套管与设置在竖排水管的切断端部的接合部牢固连接。

3.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述水轮机具有螺线形或者螺旋形的叶片。

4.  如权利要求1或3所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述水轮机在螺线形或者螺旋形的叶片表面安装有多个隔板。

5.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述齿轮部与所述水轮机直接连结，并且与所述旋转轴直接连结，所述旋转轴大致垂直于所述套管并伸出到外部。

6.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述发电机可以是交流型发电机或者直流型发电机，发电机内的旋转轴与直接连结所述齿轮部的旋转轴同轴地接合，同时由所述发电机所产生的电通过整流器或者从所述发电机直接提供给所述蓄电部。

7.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述蓄电部由二次电池或者双电荷层电容器构成。

8.  如权利要求1所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，所述电控制部由电力转换装置构成，以将来自所述蓄电部的电转换成与电力系统基准适合的电压、频率等，并且具有必要的保护功能。

9.  如权利要求1～2所述的建筑物落差发电系统，其特征在于，在设置在所述套管两端部的接合机构部附近，在所述竖排水管上设置有绕过所述套管的旁路用排水管，同时在所述旁路用排水管内部设有能够自由开关的闸板。

建筑物落差发电系统
技术领域
本发明涉及一种利用排到高层住宅等配水管的竖管中的流水的落差，由发电机进行发电，通过建筑物内的电控制器对所获得的电进行有效利用的新型建筑物蓄电系统。更详细地说，涉及一种建筑物落差发电系统，该系统在沿建筑物设置的竖管内插入安装有多个隔板的螺线形等形状的水轮机且受到流水冲击，并且通过齿轮使上述水轮机旋转而由发电机将旋转动力转换成电输出，使用蓄电部蓄存所获得的电，从而可以通过建筑物内部的电控制部进行控制的同时在该建筑物内有效地利用电能。
背景技术
一直以来，建筑物内的废水分为厨房、浴室等场所使用自来水形成的生活废水和厕所水等污水，并各自流入下水管，进行一次处理或者二次处理，但是从自来水的有效利用来说浪费较多。
此外，根据居住者的生活规律，流出的废水在早上和晚上多，而在白天较少，排水量也不固定，因而不可能长时间利用这些废水。
另外，利用水力的水力发电机由于是利用水力作为动力，所以需要利用水量多或者流速快的峡谷的河水使叶轮旋转进行发电。但是由于在峡谷设立发电厂和变电厂、架设电线等的成本高，所以现在逐渐采用原子能发电、火力发电、风力发电等发电方式。
在作为高层建筑物的大厦、都市宾馆或者办公楼等居住者较多的建筑物内所使用的自来水的使用量非常大。此外，随着近年来的IT化，电力消耗也在增加，一幢建筑物内的水费和电费等的管理费用也在增加。
为此，人们希望可以有效利用建筑物内所使用的生活废水进行发电并储蓄所获得的电，但是尚未开发出将从建筑物竖管内流出的废水转换成动力的装置。
发明内容
为了解决该课题，本发明的发明人进行精心研究后发现：通过在竖管内部使用具有螺线形或者螺旋形叶片的附带隔板的水轮机，同时利用固定在水轮机下端的齿轮使其与旋转部配合，如果落下高度约为3～5m，则可用来作为发电动力，从而可以开发出一种新型建筑物落差发电系统。该系统可以使用蓄电部蓄存所获得的电，在需要时通过电控制部将所获得的电输送到建筑物内的电路中。
也就是说，本发明的第一方面涉及一种建筑物落差发电系统，该系统包括：套管，安装在沿建筑物的壁配置的排水管中，主要是安装在竖排水管的任意位置；水轮机，安装在该套管内；齿轮部，与该水轮机连接；旋转轴，其与该齿轮部直接连结，贯穿上述套管并伸出到外侧；发电部，与该旋转轴直接连结；蓄电部，蓄存该发电部的电；电控制部，将该蓄电部的电与建筑物的电力系统连接。
根据本发明的第二方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，所述套管两端部具有接合机构，以使上述套管与设置在竖排水管的切断端部的接合部牢固连接。
根据本发明的第三方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，上述水轮机具有螺线形或者螺旋形的叶片。
根据本发明的第四方面，在根据权利要求1或者3记载的建筑物落差发电系统中，上述水轮机在螺线形或者螺旋形的叶片表面安装有多个隔板。
根据本发明的第五方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，上述齿轮部一方面与上述水轮机直接连结，另一方面与上述旋转轴直接连结，上述旋转轴大致垂直于上述套管并伸出到外部。
根据本发明的第六方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，上述发电机可以是交流型发电机或者直流型发电机，发电机内的旋转轴与直接连结上述齿轮部的旋转轴共轴接合，同时由该发电机所产生的电能通过整流器或者从上述发电机直接提供给上述蓄电部。
根据本发明的第七方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，上述蓄电部由二次电池或者双电荷层电容器构成。
根据本发明的第八方面，在根据权利要求1记载的建筑物落差发电系统中，上述电控制部由电力转换装置构成，使来自蓄电部的电转换成与电力系统标准适合的电压、频率等，而且具有必要的保护功能。
根据本发明的第九方面，在根据权利要求1～2记载的建筑物落差发电系统，在上述套管两端部设置的接合机构部附近，在上述竖排水管上设置有绕过该套管的旁路用排水管，同时在该旁路用排水管内部设有能够自由开关地闸板。
附图说明
图1所示的是本发明系统的外观说明图；
图2是图1的局部放大图；
图3是图2中的套管的截面放大图；
图4是用在本发明系统中的水轮机的局部放大图；
图5是表示本发明系统配置的图。
符号说明
1  高层建筑物
2  竖排水管
3  旁路管
4  集水槽(集水桝)
5  横排水管
6  接合部
61 竖管下部接合部
62 套管上部接合部
63 套管下部接合部
64 竖管上部接合部
7  套管
8  旋转轴
9  发电部
10 蓄电部
11 电控制部
12 水轮机
13 齿轮
具体实施方式
图1所示的是本发明系统的外观说明图。作为本发明对象的建筑物1是指居住者较多的大厦和办公楼等高层建筑物。这些建筑物按照以下方式设计，即每层使用后的生活废水由横管5从沿建筑物外壁配置的竖管2流出，集中到设于地下的集合槽4并流向下水管。
在本发明的系统中，如图2所示，在竖管任意位置，优选地通过接合部6将套管7按照每两层一个的方式安装到竖管2上，同时在这些接合部的外侧设置具有与竖管2相同内径的旁路管3。而在已经设有竖管的情况下，可以在任意位置切断，将这些旁路管3安装到接合部6上。
图3是用于说明安装在竖管2上的套管7内部的截面图。在竖管2的端部，竖管上部接合部61和竖管下部接合部64均安装在竖管外径上，设置在套管7上端的套管上部接合部62和套管下部接合部63均可拆卸地螺纹连接到这些接合部上。
如图4所示，在套管7内插入有水轮机12。在水轮机12的螺线形或者螺旋形叶片15的表面安装有多个隔板14。水轮机12的上端部嵌合在套管上部接合部62的槽中，下端部固定在齿轮13上。
如上所述，由于水轮机12在螺线形或者螺旋形叶片15的表面设有隔板14，从竖管2中流出的水被隔板14阻挡其前进的道路，而使其流向下方，所以通过套管7内部需要更多的时间。
而且，由于下端通过齿轮13固定，水轮机12自身还随着齿轮13旋转而旋转，所以可以给水轮机12内的流水提供旋转力，从而使水轮机的旋转动力提高。
利用由上述齿轮13组成的旋转部作为将水轮机12的旋转动力输出到外部的机构。作为齿轮13，可以使用相对于套管7垂直设置旋转轴的伞形齿轮和蜗轮等交叉轴齿轮或者交错轴齿轮。
如图5所示，利用上述流水落差所获得的旋转动力通过发电机9转换成电力输出。在本发明系统中，可以使用产生交流电的交流发电机和产生直流电的直流发电机。
在此情况下，交流发电机由于其内部不带有整流子(换向器)，因而具有结构简单、寿命长的特点，然而在将电力蓄存到电池中时，另外还需要将交流电转换成直流电的整流器。
另外，在直流发电机的情况下，虽然可以通过其内部带有的整流子转换成直流电，将电直接提供给电池，但是整流子由于机械接触而产生摩擦，所以需要定期的保养检查。
在本发明系统中，通过上述发电部所产生的电能由蓄电部10蓄存。而作为蓄电所使用的装置，除了众所周知的铅蓄电池之类的二次蓄电池以外，近年来使用的双电荷层电容器是一种具有非常大的容量的电容器，其在本发明系统中作为优选的装置组装在系统中。
上述二次蓄电池和双电荷层电容器的电气特性差异在于：蓄电池相对于所蓄存的电容量，电压是基本固定的，而电容器电压与蓄电容量成比例地升高。
在作为上述蓄电部的双电荷层电容器中所蓄存的电力，由于需要通过电控制部11转换成与系统电力适合的波形、电压、频率，以提供给建筑物内的泵、室外电灯等使用，所以通常需要使用将直流电转换成交流电的逆变器。
由于在日本存在系统连接规则，所以需要符合这些规则并同时得到电力公司的认可，才能将电力提供给系统。
在本发明系统的电控制部11中所使用的上述逆变器，除了上述逆变功能以外，还具有各种保护功能。
图5是本发明系统的配置图。在竖管2上安装由接头接合的多个套管7，其中每两层安装一个套管7。来自各层的生活废水依次由竖管上部通过套管7内部的水轮机12，同时使固定在套管7下端部的齿轮13旋转，以将旋转动力传递给各发电装置9进行发电，所获得的电能由与各发电部连接的各蓄电部蓄存。
产业上的利用可能性
本系统是一种可以根据建筑物内自来水的使用量获得新的电能的新型系统，每当建筑物内的生活废水流出竖管时可以随时发电，从而有助于大大削减建筑物自身的管理费用。
所获得的电可以与通常的电力分别蓄存在建筑物内部，停电时还可以通过电控制部进行充电。
此外，在蓄电部中蓄存的电能由于可以作为例如建筑物内公共场所的走廊、停车场、室外电灯等的电力，从而有助于削减电费。