(57)【要約】【課題】既設の水道施設を有効に活用でき、給水施設に水を安定供給することができ、かつ、環境に負荷を与えない新エネルギーを再生することが可能な水力発電システムを提供する。【解決手段】本発明の水力発電システムは、上水道における給水管６に接続され、給水管６から受けた水を受水槽１３に向けて流す主給水管１６と、主給水管１６から大気中に吐出される水の受水槽１３に向けた流路上に配置され、主給水管１６から吐出される水により発電する発電機２０と、を備えることを特徴とする水力発電システム。このような構成により、従来、給水管６から無為に大気中へ捨てられていた水の運動エネルギーを電力に変換することができる。また、既設の水道施設を有効活用しながら環境に負荷を与えないエネルギーを得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上水道における給水管に接続され、前記給水管から受けた水を受水槽に向けて流す主給水管と、
前記主給水管から大気中に吐出される水の前記受水槽に向けた流路上に配置され、前記主給水管から吐出される前記水により発電する発電機と、
を備えることを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
前記発電機は、ペルトン型発電機またはターゴインパルス型発電機であることを特徴とする請求項１に記載の水力発電システム。
【請求項３】
前記主給水管に対して前記給水管に並列に接続され、前記給水管から受けた水を前記受水槽に向けて流す副給水管を備える、
請求項１または２に記載の水力発電システム。
【請求項４】
前記主給水管および前記副給水管からの給水を制御するために前記受水槽の水位を検出する主給水管用水位計および副給水管用水位計と、を備え、
前記主給水管用水位計は、前記受水槽における高水位ＰＨと前記ＰＨよりも低い水位である低水位ＰＬを検出し、
前記副給水管用水位計は、前記受水槽における高水位ＷＨと前記ＷＨよりも低い水位である低水位ＷＬを検出し、
前記ＷＨは前記ＰＨよりも高水位であり、前記ＷＬは前記ＰＬよりも低水位であることを特徴とする請求項３に記載の水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受水槽に吐出される水のエネルギーを利用して発電を行う水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策の一環として、風力、太陽光、バイオマス、中小水力等を変換して用いる新エネルギーの積極的な利用が進められている。そのひとつとして、インフラストラクチャである上下水道の水を有効活用した水力発電について検討がなされている。例えば、水道施設の送水管路における水のエネルギー（残圧）が浪費されていることに着目し、このエネルギーを電力に変換することが試みられている。（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１においては、浄水施設で水質の改良浄化がなされた水を送水管路によって着水井に送水し、この着水井から配水管により各家庭などの末端の給水施設に分配配水するように構成された水道施設において、送水管路内に入口弁と、出口弁と、インライン水車とを備えた発電装置が設けられている。送水管路内を圧送される水の圧力、つまり送水管路の残圧によりインライン水車を運転し、インライン水車を備えた発電装置によりその残圧を回収し、電力への変換を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７８６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術においては、送水管路内に設けられた水車により発電を行っているため、回転する水車の抵抗により送水管路内の水圧が下がる。したがって、下がった圧力を必要な水圧にして末端の給水施設に送り届けるために、例えば、配水場にてポンプを制御し圧力をかける際の負荷をさらに高くする必要がある。
また、送水管は、通常地中に埋設されているため、既設の送水管路内に発電機を取り付ける場合には地中を掘り起こす大規模な工事が必要となり、コストと手間がかかる。また、発電機の取り付け工事の際に重機等を使用することにより新たなＣＯ２も排出しかねない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、既設の水道施設を有効に活用しながら、給水施設に水を安定供給することができ、かつ、環境に負荷を与えない新エネルギーを生成することが可能な水力発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上水道の配水系統は、落差を利用したものと加圧ポンプを利用したものに区分されるが、いずれも図１に示されるように、浄水場２と、浄水場２の下流側に配設される配水場４とを通ってインフラストラクチャの末端である給水施設７に水が供給される。
ここで、浄水場２から配水場４までの管路は送水管３、配水場（配水池、配水等）４から引き出される管路は配水管５、さらに配水管５から給水施設７まで水が流れる管路は給水管６と呼ばれている。ちなみに、前述した特許文献１の提案は、送水管３にインライン水車を備えた発電装置を設けるというものである。
給水施設７が、例えばマンションのような集合住宅の場合には、給水管６から吐出される水は、受水槽に一旦溜められ、そこからポンプ等で屋上に設けられた貯水槽に供給される。貯水槽の水は落差を利用して各階の末端の蛇口までに供給される。所定の圧力を維持しながら給水管６を流れてきた水は、給水管６を吐出されて大気に開放されることで運動エネルギーを有する。これまで、この運動エネルギーは利用されることなく、無為に捨て去られていた。本発明はこの運動エネルギーを利用して発電を行うことを提案する。
【０００７】
すなわち本発明の水力発電システムは、上水道における給水管に接続され、給水管から受けた水を受水槽に向けて流す主給水管と、主給水管から大気中に吐出される水の受水槽に向けた流路上に配置され、主給水管から吐出される水により発電する発電機と、を備えることを特徴とする。
本発明の水力発電システムは、上水道施設の末端である給水施設へ給水する給水管に繋がる主給水管から、受水槽に向けて大気中に吐出される水のエネルギーを利用して発電するものである。よって、送水管・配水管・給水管等の上水道施設の管路内に何ら抵抗は生じず、必要な水圧を維持したまま給水管から吐出されるまで水が届けられる。また、本発明によると、地中に埋設された送水管や配水管を掘り起こす大規模な工事が必要なく、受水槽に向けて水が流れる経路上に発電機を設ける簡便な作業で足りる。さらに、従来は給水管より受水槽に向けて大気中に吐出される水のエネルギーは無為に捨てられていたが、主給水管から吐出される水を電力に変換することによりＣＯ２を排出せず、環境に負荷を与えない新たなエネルギーを生成することができる。
【０００８】
本発明の水力発電システムとしては、発電機をペルトン型発電機またはターゴインパルス型発電機とすることが好ましい。これら発電機は大気に開放された水の衝撃を利用することにより、効率の高い発電を行うことができる。ペルトン型発電機およびターゴインパルス型発電機には、通常、射出ノズルが設けられており、主給水管から吐出される水がこの射出ノズルを通過して水圧をさらに増大させる。この増大した水圧により水車ランナを回転させることにより、効率の高い発電を行うことができる。
【０００９】
さらに本発明において、給水施設における水の需要に応じて受水槽の水位が低くなり、かつ主給水管から受水槽に対して安定した水の供給が困難となった場合でも、副給水管を設けることで受水槽に給水することができるため、受水槽の水位を一定範囲に保ち、給水施設に安定的に水を供給することができる。
この水力発電システムは、主給水管および副給水管からの給水を制御するために受水槽の水位を検出する主給水管用水位計および副給水管用水位計と、を備えることができる。この場合、主給水管用水位計は、受水槽における高水位ＰＨとＰＨよりも低い水位である低水位ＰＬを検出し、副給水管用水位計は、受水槽における高水位ＷＨとＷＨよりも低い水位である低水位ＷＬを検出し、ＷＨはＰＨよりも高水位とし、ＷＬはＰＬよりも低水位とすることができる。このような構成とすることで、主給水管から吐出される水のエネルギーにより発電を行いつつも、受水槽の水位を一定範囲に保ち、給水施設での水の需要の変化に対応して給水施設へ安定的に水を供給することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、既設の水道施設を有効に活用でき、給水施設に水を安定供給することができ、かつ、大気に開放されることで無為に捨てられていた運動エネルギーを環境に負荷を与えない新エネルギーとして再生することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一般的な上水道施設の配管系統を説明するための図である。
【図２】本実施の形態において水力発電システムが適用される場所を示した図である。
【図３】本実施の形態における水力発電システムの模式図である。
【図４】水位計により検出された受水槽の水位と、給水の制御の関係を示した図である。
【図５】水位計に検出された受水槽の水位と、受水槽の水位により電磁弁の開閉を制御する制御部の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、一般的な上水道施設１の配管系統を示している。浄水場２にて浄化された水は、送水管３により配水場４に送水され、配水場４にて自然圧またはポンプ等で一定の圧力が加えられた後、配水管５にて給水施設７付近まで配水される。給水施設７とは一般住宅の他、集合住宅、病院、工場等の大規模施設を含む、上水道施設１の末端に位置する施設である。配水管５からは給水管６が分岐しており、配水管５内の水は給水管６より給水施設７に給水される。
本発明は、給水管６から大気に向けて吐出される水の運動エネルギーを発電に利用するものである。
【００１３】
本実施形態においては、本発明の水力発電システム１０を大規模な集合住宅（給水施設）７にて用いる場合の例を挙げる。
本発明の水力発電システム１０は、図２、図３に示すように、集合住宅７の受水槽１３にて使用される。給水管６から給水された水は受水槽１３に一旦溜められ、汲み上げ用給水管Ｔを介してポンプ１４等で集合住宅７の屋上に設けられた貯水槽１５に供給され、屋上の貯水槽１５からの落差を利用して各階の末端の蛇口に供給される。
【００１４】
まず、水力発電システム１０の構成を図３により説明する。
＜給水管６＞
給水管６は、通常開放したままの止水栓Ｖと、受水槽１３の水位により開閉が制御される給水管用電磁弁１００を備える。また、給水管６には分岐継手９が設けられ、分岐継手９から受水槽１３に向けて主給水管１６と副給水管１７とが並列に延設される。
＜主給水管１６＞
主給水管１６の端部には吐出口１８が備えられ、給水管６から給水された水が主給水管１６を通って吐出口１８から吐出されることで受水槽１３に給水される。また、主給水管１６は、吐出口１８と分岐継手９の間に主給水管用電磁弁１０１を備える。主給水管用電磁弁１０１は、受水槽１３の水位に応じて開閉されることで、主給水管１６から受水槽１３に向けた給水の可否を制御する。受水槽１３への給水は通常は主給水管１６を介して行われるが、後述するように緊急時には、副給水管１７を介して行うことがある。
＜発電機２０＞
主給水管１６の吐出口１８から受水槽１３に向けて吐出される水の流路には、発電機２０が設けられている。発電機２０は、ペルトン型やターゴインパルス型の発電機など、主給水管１６の管路内の水が吐出口１８から大気に開放されることにより生じる運動エネルギーによって効率良く駆動する発電機であることが好ましい。ペルトン型やターゴインパルス型などの発電機２０の仕様は、設置場所の配水管５の圧力や給水管６の管径、集合住宅７での水の使用度等から判断して、適宜選択される。
ペルトン型やターゴインパルス型の発電機２０の構成は周知であるため図示しないが、水圧により回転する水車ランナと、水車ランナを支持する水車軸と、水車ランナに向けて水を吐出する射出ノズルとを備える。主給水管１６の吐出口１８から吐出された水が射出ノズルを通過して水圧を増し、水車ランナに向けて勢いよく吐出され、その水圧により水車ランナが回転することにより発電が行われる。
このように、水力発電システム１０においては、主給水管１６から水が吐出され、受水槽１３へ給水される過程で、発電機２０を介して発電が連続的に行われる。
＜副給水管１７＞
副給水管１７の端部には吐出口１９が備えられ、給水管６から給水された水が副給水管１７を通って吐出口１９から吐出されることで受水槽１３に給水される。副給水管１７は、吐出口１９と分岐継手９の間に副給水管用電磁弁１０２を備える。副給水管用電磁弁１０２は、受水槽１３の水位に応じて開閉されることで、副給水管１７から受水槽１３に向けた給水の可否を制御する。なお、副給水管１７から受水槽１３への給水は、後述するとおり受水槽１３の水位Ｌが低く、緊急に受水槽１３へ給水する必要が生じた場合のみ行われる。
【００１５】
＜水位計２１、２２および制御盤２３＞
水力発電システム１０において、主給水管１６および副給水管１７からの受水槽１３への給水は、受水槽１３の水位Ｌによって制御される。これは、受水槽１３の水位Ｌを一定の範囲に保つことで、集合住宅７における水の需要の変化に応じて安定的に水を供給するためである。
そこで、水力発電システム１０は、受水槽１３の水位Ｌを検出するための主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２と、水位計２１、２２により検出された水位Ｌに応じて主給水管１６および副給水管１７からの給水を制御する制御盤２３とを備える。制御盤２３は、主給水管用水位計２１で検出される水位Ｌに応じて、給水管用電磁弁１００および主給水管用電磁弁１０１の開閉を制御する。また、制御盤２３は、副給水管用水位計２２で検出される水位Ｌに応じて、給水管用電磁弁１００および副給水管用電磁弁１０２の開閉を制御する。
【００１６】
主給水管用水位計２１は、受水槽１３における高水位ＰＨと、高水位ＰＨよりも低い水位である低水位ＰＬを検出する。また、副給水管用水位計２２は、受水槽１３における高水位ＷＨと、高水位ＷＨよりも低い水位である低水位ＷＬを検出する。
主給水管用水位計２１で検知される水位Ｌのみに応じて、給水管用電磁弁１００、主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２の開閉を制御することもできる。しかし、本実施の形態では、主給水管用電磁弁１０１が故障した場合などの緊急時に対応するために、副給水管用水位計２２を設け、副給水管用電磁弁１０２の開閉を主給水管用電磁弁１０１と独立して制御する。
【００１７】
主給水管用水位計２１および副給水管水位計２２は、それぞれが異なる低水位と高水位とを検出する。つまり、主給水管用水位計２１が検出する低水位ＰＬは、副給水管用水位計２２の検出する低水位ＷＬよりも高く、主給水管用水位計２１が検出する高水位ＰＨは、副給水管用水位計２２の検出する高水位ＷＨよりも低い。すなわち、主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２がそれぞれ検出する低水位と高水位には、以下の関係が成り立つ。
ＰＬ＞ＷＬ、ＰＨ＜ＷＨ
【００１８】
次に、水力発電システム１０における給水の制御について、図４および表１を参照しつつ説明する。
主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２により検出された水位Ｌに応じて、給水管６、主給水管１６、副給水管１７からの受水槽１３への給水は次のように制御される。
なお、給水管６の止水栓Ｖは手動にて開けられたままである。
【００１９】
・Ｌ＜ＷＬ（図４（ａ））
副給水管用水位計２２が低水位ＷＬ（Ｌ＜ＷＬ）を検出すると、その情報を緊急給水と位置づけ、制御盤２３は給水管用電磁弁１００、主給水管用電磁弁１０１、副給水管用電磁弁１０２の全てを開くよう（ＯＮ）に制御する。そうすると、主給水管１６および副給水管１７の両者を介して受水槽１３に緊急給水する。このケースは、主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２で検出される水位Ｌが最も低く、主給水管１６、特に主給水管用電磁弁１０１に例えば異常が発生して主給水管１６からの受水槽１３への給水が行われていないものとみなし、３つの弁を全開して給水量を増やすことを目的としている。
このときも、主給水管１６から吐出される水により発電機２０にて発電を行うことはできるが、前述したように吐出自体がなされていなければ発電はできないし、吐出されていても水量が少ないために発電量は少ない。
【００２０】
・Ｌ＜ＰＬ（図４（ｂ））
主給水管用水位計２１が低水位ＰＬ（Ｌ＜ＰＬ）を検出すると、制御盤２３は副給水管用電磁弁１０２を閉じる（ＯＦＦ）ように制御する。これにより、副給水管１７からの給水が停止される。給水管６を流れる水は、主給水管１６のみから吐出されるため、水量と水圧がともに高い状態で発電機２０に供給されるので、Ｌ＜ＷＬの場合よりも発電される電力は大きい。
ここで、ＷＬ＜ＰＬであるから、受水槽１３内の水位Ｌは、通常、ＰＬ≦Ｌを満足する。
【００２１】
・Ｌ≧ＰＨ（図４（ｃ））
主給水管用水位計２１が高水位ＰＨ（Ｌ≧ＰＨ）を検出すると、水がこれ以上増えて受水槽１３から水が溢れるのを防止するために、制御盤２３は主給水管用電磁弁１０１を閉じることで主給水管１６からの給水も停止する。これに伴い、発電機２０における発電も停止される。このとき、主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２も閉じられているため受水槽１３への給水は一切停止される。ただし、給水管用電磁弁１００は開いたままである。
【００２２】
・Ｌ≧ＷＨ（図４（ｄ））
高水位ＰＨを超えて副給水管用水位計２２が高水位ＷＨ（Ｌ≧ＷＨ）を検出すると、制御盤２３は給水管用電磁弁１００、さらには主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２も閉じるように制御する。このように３つの全ての電磁弁を閉じるように制御することで、主給水管用電磁弁１０１あるいは副給水管用電磁弁１０２が故障や誤作動により閉じられなかったとしても、給水管用電磁弁１００が閉じることにより給水管６からの給水自体が停止されるため、受水槽１３から水が溢れ出ることを防ぐことができる。
ここで、ＰＨ＜ＷＨであるから、受水槽１３内の水位Ｌは、通常、ＰＨ≧Ｌを満足する。しかし、主給水管用水位計２１が高水位ＰＨを検出しても、故障などの不具合により主給水管用電磁弁１０１が閉じることなく主給水管１６から継続して受水槽１３に給水される場合に、副給水管用水位計２２が機能して受水槽１３から水が溢れるのを防止する。
なお、主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２、または水位計２１、２２が制御する給水管用電磁弁１００、主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２のいずれかが故障などの不具合により機能せず、主給水管１６または副給水管１７から水が吐出し続けても、受水槽１３に設けられた越流管Ｏから外部に水が流出するため、受水槽１３から水が溢れ出ることはない。
【００２３】
【表１】
2011169250.tif 000003
【００２４】
また、制御盤２３における主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２が検知した水位Ｌの判断と、給水管用電磁弁１００、主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２の開閉（ＯＮ，ＯＦＦ）処理の動作は、図５のフローチャートに示す通りである（図中の１００、１０１および１０２は、それぞれ給水管用電磁弁１００、主給水管用電磁弁１０１および副給水管用電磁弁１０２を示している）。なお、これは一例であり、Ｓ１０１、Ｓ１０５、Ｓ１０９、Ｓ１１３の順番を適宜替えることができることはいうまでもない。
【００２５】
以上説明したように、水力発電システム１０は、受水槽１３の水位Ｌが主給水管用水位計２１の検知する高水位ＰＨ以下（Ｌ≦ＰＨ）であるときに、主給水管１６の吐出口１８から水を吐出して受水槽１３に給水するとともに、吐出口１８から吐出された水が大気に開放されて生じる運動エネルギーにより発電機２０を介した発電が連続的に行われる。とりわけ、ＰＬ≦Ｌ≦ＰＨのとき、副給水管１７からの給水が停止され主給水管１６のみから給水を行なうことで、効率の良い発電が行われる。また、主給水管用水位計２１および副給水管用水位計２２が受水槽１３の水位Ｌを検知し、水位Ｌに応じて給水管６、１６、１７の電磁弁１００、１０１、１０２の開閉を制御するため、発電を行いつつも、受水槽１３の水位Ｌを一定の範囲、つまり通常はＰＬ≦Ｌ≦ＰＨに、悪くてもＷＬ≦Ｌ≦ＷＨに保ち、集合施設７へ安定的に水を供給することができる。
【００２６】
発電機２０にて発電された電力は、パワーコンディショナ２４を介して集合住宅７に供給し、集合住宅７内で使用することができる。集合住宅７の受水槽１３にて発電した場合の発電電力は以下の通り試算される。
【００２７】
まず、水力発電における理論水力は（１）の式で表される。理論水力（Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｐｏｗｅｒ）とは、流量Ｑ（ｍ３／s）の水が、落差Ｈe（ｍ）を落下して単位時間になす仕事をいう。
Ｐ＝９．８×Ｑ・Ｈe（ｋＷ）    ・・・（１）
ただし、１ｋｇ・ｍ＝９．８ジュール、１,０００ジュール＝１ｋＷ、Ｈe：有効落差である。
【００２８】
水力発電では、前述の理論水力のエネルギーにより水車を回転させ、水車に連結してある発電機の回転子を回転させ、電磁誘導現象を利用して電気を発生させるが、水のエネルギーを機械エネルギーに変換し、更に電気エネルギーに変換するため変換時に損失が生じ、電力として発生する動力は理論水力よりも小さい。すなわち、発電される電力（発電機出力）は式（２）で表される。
ＰＴ＝９．８×ηＴ・Ｑ・Ｈe（ｋＷ）
発電機出力  ＰＧ＝ＰＴ・ηＧ（ｋＷ）
＝９．８・ηＴ・ηＧ・Ｑ・Ｈe    ・・・（２）
ただし、ηＴ：水車効率、ηＧ：発電機効率である。
【００２９】
以上より、経験則による発電機２０の発電機出力（電力量）は式（３）で表される。
ＰＧ＝９．８・ηＴ・ηＧ・Ｑ・Ｈe
＝５・Ｑ・Ｈｅ（Ｗｈ）    ・・・（３）
【００３０】
ここで、１ｍ3の水が１時間で流れる場合の１秒当たりの流量Ｑ（ｍ３／s）は、式（４）で表される。
Ｑ＝１ｍ3÷３６００Ｓ＝０．０００２７７ｍ3／ｓ（＝０．２７７Ｌ／ｓ）・・・（４）
【００３１】
集合住宅７の蛇口付近の水圧が約４．５ｋｇ／ｃｍ２であり、これは水の落差（Ｈｅ）は４５ｍに匹敵する。よって、蛇口から１時間かけて吐出される１ｍ3の水道水により生ずる電力量は、式（５）で表される。
発電電力量＝５・Ｑ・Ｈｅ（Ｗｈ）
＝５×０．０００２７７ｍ3／ｓ×４５ｍ×1ｈｒ
＝６２．３２５Ｗｈ    ・・・（５）
【００３２】
表２に示すように、一般的な集合住宅７における１日１人あたりの給水量は２００〜３５０Ｌである。６００人が住む集合住宅７で、１人が1日に２７５Ｌ（給水量の中心値）の水を使用した場合の発生電力量は、式（６）で表される。
発生電力量（Ｗｈ）＝６２．３２５Ｗｈ×（６００人×２７５Ｌ／人）
＝６２．３２５Ｗｈ×（１６５，０００Ｌ／人）
＝６２．３２５Ｗｈ×１６５ｍ３／人
≒１０ｋＷｈ    ・・・（６）
【００３３】
【表２】
2011169250.tif 000004
【００３４】
以上より、主給水管１６の吐出口１８における水圧が蛇口と同程度とみなすと、水力発電システム１０にて発電し、集合住宅７に供給されうる１日の電力量は、集合住宅７に６００人（１世帯３．６６人とすれば約１６４世帯程度）が居住している場合、１０ｋＷｈ程度と試算される。１０ｋＷｈとは、一般的な一世帯が１日に使用する電力量に相当する。これは、１件の戸建住宅に水力発電システム１０を設けても、その戸建住宅で使用される１日分の電力を充分にまかなうことは困難だが、集合住宅７に水力発電システム１０を適用すれば、１６４世帯で１世帯分の電力量を確保できることを意味している。
【００３５】
さらに、病院やホテルなど、大量の水道水がまとめて使用される大規模施設にて水力発電システム１０を用いれば、より大きな電力量を得ることができる。
例えば、表２に示すように、病院における１日１人あたりの給水量は１５００〜３５００Ｌであり、３０００人が滞在する病院で、１人が1日に２５００Ｌ（給水量の中心値）の水を使用した場合の発生電力量は、式（７）により表される。
発生電力量（Ｗｈ）＝６２．３２５Ｗｈ×（３０００人×２５００Ｌ／１人）
＝６２．３２５Ｗｈ×（７，５００，０００Ｌ／１人）
＝６２．３２５Ｗｈ×７，５００ｍ３
≒  ４６７ｋＷｈ    ・・・（７）
【００３６】
このように、発電機２０にて発電された電力は、水力発電システム１０が設置された集合住宅や病院等の給水施設７で使用されるよう供給することもできるが、パワーコンディショナ２４を介して電力会社に売電することもできる。
【００３７】
以上の通り、本実施の形態による水力発電システム１０は、給水管６から主給水管１６を経て大気中に吐出される水を利用して発電するものであるため、送水管３の管路内に水車を備える発電機を設ける特許文献１の水力発電と異なり、水道施設１の末端の集合住宅７まで水流の圧力を高く維持したまま給水することができ、なおかつ同時に発電を行うことが可能となる。
また、本実施の形態は、給水管６につながる主給水管１６の吐出口１８から吐出される水の流路に発電機２０を設けるという簡易な設置方法であるため、発電を行うために既設の水道施設に対して大規模な工事を施す必要がない。
さらに、給水管６から大気中に無為に捨てられていた水の運動エネルギーを有効活用して電力に変換しているため、ＣＯ２が発生することもなく、環境へ負荷を与えず新エネルギーを生成することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、給水施設７として集合住宅を例に挙げたが、集合住宅の他、病院、ホテル等の多数の人が滞在する大規模施設のほか、浄水施設や工場等でも、給水管から大気中に水が放出されている場所であればどこでも本発明の水力発電システム１０を適用することができる。太陽光発電や風力発電等のように大きなスペースを必要とせず、日照や風速などの気象条件にも左右されることもないため、市街地の高層ビル等で適用することもできる。
また、上記実施の形態では、給水管６に対して、主給水管１６と副給水管１７を並列に設けたが、主給水管１６のみを設ける構成としてもよい。この場合、主給水管用水位計２１のみを設けることになる。
【００３９】
さらに、上記実施の形態では、主給水管用水位計２１と副給水管用水位計２２とを設けたが、本発明は、いずれか一方の水位計のみを設け、その水位計が低水位を検出したときのみ副給水管用電磁弁１０２を開く制御を行い、緊急給水として主給水管１６および副給水管１７から給水する構成とすることもできる。
さらにまた、水位計の形式は、主給水管用水位計２１、副給水管用水位計２２に限らず、水位を計測できるいかなる計測器をも用いることができる。
【００４０】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…上水道施設、２…浄水場、３…送水管、４…配水場、５…配水管、６…給水管、７…給水施設（集合住宅）、９…分岐継手、１０…水力発電システム、１３…受水槽、１４…ポンプ、１５…貯水槽、１６…主給水管、１７…副給水管、１８，１９…吐出口、２０…発電機、２１…主給水管用水位計、２２…副給水管用水位計、２３…制御盤、２４…パワーコンディショナ、１００…給水管用電磁弁、１０１…主給水管用電磁弁、１０２…副給水管用電磁弁、Ｏ…越流管、Ｔ…汲み上げ用給水管、Ｖ…止水栓
【図１】
2011169250.tif 000005
【図２】
2011169250.tif 000006
【図３】
2011169250.tif 000007
【図４】
2011169250.tif 000008
【図５】
2011169250.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月22日(2010.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上水道における給水管に接続され、前記給水管から受けた水を受水槽に向けて流す主給水管と、
前記主給水管に対して前記給水管に並列に接続され、前記給水管から受けた水を前記受水槽に向けて流す副給水管と、
前記主給水管および前記副給水管からの給水を制御するために前記受水槽の水位を検出する主給水管用水位計および副給水管用水位計と、
前記主給水管から大気中に吐出される水の前記受水槽に向けた流路上に配置され、前記主給水管から吐出される前記水により発電する発電機と、を備え、
前記主給水管用水位計は、前記受水槽における高水位ＰＨと前記ＰＨよりも低い水位である低水位ＰＬを検出し、
前記副給水管用水位計は、前記受水槽における高水位ＷＨと前記ＷＨよりも低い水位である低水位ＷＬを検出し、
前記ＷＨは前記ＰＨよりも高水位であり、前記ＷＬは前記ＰＬよりも低水位であることを特徴とする水力発電システム。
【請求項２】
前記発電機は、ペルトン型発電機またはターゴインパルス型発電機であることを特徴とする請求項１に記載の水力発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
すなわち本発明の水力発電システムは、上水道における給水管に接続され、給水管から受けた水を受水槽に向けて流す主給水管と、主給水管に対して給水管に並列に接続され、給水管から受けた水を受水槽に向けて流す副給水管と、主給水管および副給水管からの給水を制御するために受水槽の水位を検出する主給水管用水位計および副給水管用水位計と、主給水管から大気中に吐出される水の受水槽に向けた流路上に配置され、主給水管から吐出される水により発電する発電機と、を備え、主給水管用水位計は、受水槽における高水位ＰＨとＰＨよりも低い水位である低水位ＰＬを検出し、副給水管用水位計は、受水槽における高水位ＷＨとＷＨよりも低い水位である低水位ＷＬを検出し、ＷＨはＰＨよりも高水位とし、ＷＬはＰＬよりも低水位とすることを特徴とする。
本発明の水力発電システムは、上水道施設の末端である給水施設へ給水する給水管に繋がる主給水管から、受水槽に向けて大気中に吐出される水のエネルギーを利用して発電するものである。よって、送水管・配水管・給水管等の上水道施設の管路内に何ら抵抗は生じず、必要な水圧を維持したまま給水管から吐出されるまで水が届けられる。また、本発明によると、地中に埋設された送水管や配水管を掘り起こす大規模な工事が必要なく、受水槽に向けて水が流れる経路上に発電機を設ける簡便な作業で足りる。さらに、従来は給水管より受水槽に向けて大気中に吐出される水のエネルギーは無為に捨てられていたが、主給水管から吐出される水を電力に変換することによりＣＯ２を排出せず、環境に負荷を与えない新たなエネルギーを生成することができる。
また、本発明において、給水施設における水の需要に応じて受水槽の水位が低くなり、かつ主給水管から受水槽に対して安定した水の供給が困難となった場合でも、副給水管を設けることで受水槽に給水することができるため、受水槽の水位を一定範囲に保ち、給水施設に安定的に水を供給することができる。
さらに水位計を上記の構成とすることにより、主給水管から吐出される水のエネルギーにより発電を行いつつも、受水槽の水位を一定範囲に保ち、給水施設での水の需要の変化に対応して給水施設へ安定的に水を供給することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】