(57)【要約】【課題】ポンプ効率を低下させることなく従来よりも発電効率を高くすることが可能な、発電機能を有するポンプ装置を提供する。【解決手段】第１水流口２２及び第２水流口２４を有するケーシング、並びに、当該ケーシングの内部で正逆双方向に回転可能な羽根車を有する羽根車装置２０と、前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車の回転力により発電可能な発電機３０と、前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車に回転力を付与可能な電動機４０とを備え、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車を正回転させるときには羽根車の回転力により発電機３０が発電し、電動機４０によって羽根車を逆回転させるときには羽根車の回転力により第２水流口２４から第１水流口２２に向かう水流を形成することを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１水流口及び第２水流口を有するケーシング、並びに、当該ケーシングの内部で正逆双方向に回転可能な羽根車を有する羽根車装置と、
前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車の回転力により発電可能な発電機と、
前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車に回転力を付与可能な電動機とを備え、
前記第１水流口から前記第２水流口に向かう水流によって前記羽根車を正回転させるときには、前記羽根車の回転力により前記発電機が発電し、
前記電動機によって前記羽根車を逆回転させるときには、前記羽根車の回転力により前記第２水流口から前記第１水流口に向かう水流を形成することを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電機能を有するポンプ装置において、
前記発電機能を有するポンプ装置は、
前記羽根車と前記発電機との連結／連結解除を行う発電機連結解除装置と、
前記羽根車と前記電動機との連結／連結解除を行う電動機連結解除装置とをさらに備え、
前記第１水流口から前記第２水流口に向かう水流によって前記羽根車を正回転させるときには、前記発電機連結解除装置により前記羽根車と前記発電機とを連結するとともに、前記電動機連結解除装置により前記羽根車と前記電動機との連結を解除し、
前記電動機によって前記羽根車を逆回転させるときには、前記電動機連結解除装置により前記羽根車と前記電動機とを連結するとともに、前記発電機連結解除装置により前記羽根車と前記発電機との連結を解除することを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電機能を有するポンプ装置において、
前記羽根車の回転軸は、一方端が前記発電機の回転軸に連結可能であり、他方端が前記電動機の回転軸に連結可能であり、
前記羽根車の回転軸の一方端と前記発電機の回転軸との間に前記発電機連結解除装置が配置され、
前記羽根車の回転軸の他方端と前記電動機の回転軸との間に前記電動機連結解除装置が配置されていることを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電機能を有するポンプ装置において、
前記発電機連結解除装置が前記羽根車と前記発電機とを連結するときには、前記電動機連結解除装置が前記羽根車と前記電動機との連結を解除し、前記電動機連結解除装置が前記羽根車と前記電動機とを連結するときには、前記発電機連結解除装置が前記羽根車と前記発電機との連結を解除する連結解除制御装置をさらに備えることを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発電機能を有するポンプ装置において、
前記羽根車装置は、密閉型渦巻式ポンプからなることを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の発電機能を有するポンプ装置において、
前記発電機能を有するポンプ装置は、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽と、当該第１貯水槽よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽との間に配設して用いるためポンプ装置であることを特徴とする、発電機能を有するポンプ装置。
【請求項７】
所定の高さ位置に位置する第１貯水槽と、
当該第１貯水槽よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽と、
前記第１貯水槽と前記第２貯水槽との間に配設された請求項１〜６のいずれかに記載の発電機能を有するポンプ装置と、
前記第１貯水槽と前記発電機能を有するポンプ装置の第１水流口とを連結する第１配管と、
前記発電機能を有するポンプ装置の第２水流口と前記第２貯水槽とを連結する第２配管とを備える発電給水システムであって、
前記第１貯水槽から前記第２貯水槽に流れ下る水流によって前記羽根車を正回転させて前記発電機に発電を行わせる機能と、
前記電動機によって前記羽根車を逆回転させることによって前記第２貯水槽から前記第１貯水槽に向かう水流を形成することで揚水を行わせる機能を有することを特徴とする発電給水システム。
【請求項８】
請求項７に記載の発電給水システムにおいて、
前記発電給水システムは、高低差のある上水道システムに用いるための発電給水システムであり、
水源の水を前記第１貯水槽に導入する第３配管と、
前記第２貯水槽の水を下流の各需要者に供給する第４配管とをさらに備えることを特徴とする発電給水システム。
【請求項９】
請求項７に記載の発電給水システムにおいて、
前記発電給水システムは、ビル内給水システムに用いるための発電給水システムであり、
水供給系の水を前記第２貯水槽に導入する第５配管と、
前記第１貯水槽の水をビル内の各需要者に供給する第６配管とをさらに備えることを特徴とする発電給水システム。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載の発電給水システムにおいて、
深夜の時間帯に、深夜電力を用いて前記電動機を駆動することによって前記羽根車を逆回転させて前記第２貯水槽の水を前記第１貯水槽に揚水し、
発電を行わせたいとき、前記第１貯水槽から前記第２貯水槽に流れ下る水流によって前記羽根車を正回転させて前記発電機に発電を行わせることを特徴とする発電給水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機能を有するポンプ装置及び発電給水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機能を有するポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１６は、従来の、発電機能を有するポンプ装置を説明するために示す図である。図１６（ａ）はハイブリッドポンプ５を発電機として動作させるときの水の流れを示す図であり、図１６（ｂ）はハイブリッドポンプ５を通常のポンプとして動作させるときの水の流れを示す図である。
【０００３】
従来の、発電機能を有するポンプ装置は、図１６に示すように、貯水槽と、ポンプとしての機能及び発電機としての機能の両方を有するハイブリッドポンプ５と、貯水槽に水（流入水１）を流入するための流入管２と、貯水槽からハイブリッドポンプ５で吸い上げた水を外部に圧送するための圧送管７と、発電動作時及びポンプ動作時における水の流れを制御する流入／圧送切替機３とを備える。なお、図１６中、符号４はガイドパイプを示し、符号６はベルマウスを示す。
【０００４】
従来の、発電機能を有するポンプ装置において、貯水槽に水を貯水するときには、流入管２により水（流入水１）を流入させる。すると、図１６（ａ）に示すように、流入／圧送切替機３の逆止弁が流入水１の水圧で押し上げられ、流入水１は、ハイブリッドポンプ５内の羽根車を回転させながら貯水槽に流れ込む。このとき、ハイブリッドポンプ５は発電機として機能を有することから、流入水１のエネルギーを用いて発電が行われる。
【０００５】
また、従来の、発電機能を有するポンプ装置において、貯水槽から外部に水を汲み出すときには、ハイブリッドポンプ５を通常のポンプとして動作させる。そのとき、流入／圧送切替機３の逆止弁は、図１６（ｂ）に示すように、ハイブリッドポンプ５で吸い上げた水の圧力で押し下げられることから、貯水槽に貯水された水は圧送管７を介して外部に汲み出される。
【０００６】
その結果、従来の、発電機能を有するポンプ装置によれば、貯水槽から外部に水を汲み出すときには従来のポンプと同様に水を汲み出すことができるうえ、貯水槽に水を貯水するときには従来のポンプとは違って流入水１のエネルギーを用いて発電することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２１３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の、発電機能を有するポンプ装置においては、ハイブリッドポンプ５を発電機として動作させるときにも、ハイブリッドポンプ５をポンプとして動作させるときと同じ電動機を用いていることから、発電効率が低いという問題がある。
【０００９】
そこで、ハイブリッドポンプ５の電動機を通常の発電機に取り替えることが考えられるが、その場合には、発電効率を高くすることはできるが、ハイブリッドポンプ５をポンプとして動作させるときにポンプ効率が低下するという問題が新たに発生する。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、ポンプ効率を低下させることなく従来よりも発電効率を高くすることが可能な、発電機能を有するポンプ装置及びそのような発電機能を有するポンプ装置を備える発電給水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】
【００１１】
［１］本発明の発電機能を有するポンプ装置は、第１水流口及び第２水流口を有するケーシング、並びに、当該ケーシングの内部で正逆双方向に回転可能な羽根車を有する羽根車装置と、前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車の回転力により発電可能な発電機と、前記羽根車に連結可能で、かつ、前記羽根車に回転力を付与可能な電動機とを備え、前記第１水流口から前記第２水流口に向かう水流によって前記羽根車を正回転させるときには、前記羽根車の回転力により前記発電機が発電し、前記電動機によって前記羽根車を逆回転させるときには、前記羽根車の回転力により前記第２水流口から前記第１水流口に向かう水流を形成することを特徴とする。
【００１２】
［２］本発明の発電機能を有するポンプ装置においては、前記発電機能を有するポンプ装置は、前記羽根車と前記発電機との連結／連結解除を行う発電機連結解除装置と、前記羽根車と前記電動機との連結／連結解除を行う電動機連結解除装置とをさらに備え、前記第１水流口から前記第２水流口に向かう水流によって前記羽根車を正回転させるときには、前記発電機連結解除装置により前記羽根車と前記発電機とを連結するとともに、前記電動機連結解除装置により前記羽根車と前記電動機との連結を解除し、前記電動機によって前記羽根車を逆回転させるときには、前記電動機連結解除装置により前記羽根車と前記電動機とを連結するとともに、前記発電機連結解除装置により前記羽根車と前記発電機との連結を解除することが好ましい。
【００１３】
［３］本発明の発電機能を有するポンプ装置においては、前記羽根車の回転軸は、一方端が前記発電機の回転軸に連結可能であり、他方端が前記電動機の回転軸に連結可能であり、前記羽根車の回転軸の一方端と前記発電機の回転軸との間に前記発電機連結解除装置が配置され、前記羽根車の回転軸の他方端と前記電動機の回転軸との間に前記電動機連結解除装置が配置されていることが好ましい。
【００１４】
［４］本発明の発電機能を有するポンプ装置においては、前記発電機連結解除装置が前記羽根車と前記発電機とを連結するときには、前記電動機連結解除装置が前記羽根車と前記電動機との連結を解除し、前記電動機連結解除装置が前記羽根車と前記電動機とを連結するときには、前記発電機連結解除装置が前記羽根車と前記発電機との連結を解除する連結解除制御装置をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
［５］本発明の発電機能を有するポンプ装置においては、前記羽根車装置は、密閉型渦巻式ポンプからなることが好ましい。
【００１６】
［６］本発明の発電機能を有するポンプ装置においては、前記発電機能を有するポンプ装置は、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽と、当該第１貯水槽よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽との間に配設して用いるためポンプ装置であることが好ましい。
【００１７】
［７］本発明の発電給水システムは、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽と、当該第１貯水槽よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽と、前記第１貯水槽と前記第２貯水槽との間に配設された請求項１〜６のいずれかに記載の発電機能を有するポンプ装置と、前記第１貯水槽と前記発電機能を有するポンプ装置の第１水流口とを連結する第１配管と、前記発電機能を有するポンプ装置の第２水流口と前記第２貯水槽とを連結する第２配管とを備える発電給水システムであって、前記第１貯水槽から前記第２貯水槽に流れ下る水流によって前記羽根車を正回転させて前記発電機に発電を行わせる機能と、前記電動機によって前記羽根車を逆回転させることによって前記第２貯水槽から前記第１貯水槽に向かう水流を形成することで揚水を行わせる機能を有することを特徴とする。
【００１８】
［８］本発明の発電給水システムにおいては、前記発電給水システムは、高低差のある上水道システムに用いるための発電給水システムであり、水源の水を前記第１貯水槽に導入する第３配管と、前記第２貯水槽の水を下流の各需要者に供給する第４配管とをさらに備えることが好ましい。
【００１９】
［９］本発明の発電給水システムにおいては、前記発電給水システムは、ビル内給水システムに用いるための発電給水システムであり、水供給系の水を前記第２貯水槽に導入する第５配管と、前記第１貯水槽の水をビル内の各需要者に供給する第６配管とをさらに備えることが好ましい。
【００２０】
［１０］本発明の発電給水システムにおいては、深夜の時間帯に、深夜電力を用いて前記電動機を駆動することによって前記羽根車を逆回転させて前記第２貯水槽の水を前記第１貯水槽に揚水し、発電を行わせたいとき、前記第１貯水槽から前記第２貯水槽に流れ下る水流によって前記羽根車を正回転させて前記発電機に発電を行わせることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発電機能を有するポンプ装置によれば、羽根車に回転力を付与可能な電動機として、電動機としての性能が高い電動機を用いればよいことから、ポンプ装置に発電機能を付加することに起因してポンプ効率を低下させることがない。
【００２２】
また、本発明の発電機能を有するポンプ装置によれば、羽根車の回転力により発電可能な発電機として、羽根車に回転力を付与可能な電動機と別個の、発電機としての性能が高い発電機を用いることにより、従来よりも発電効率を高くすることが可能となる。
【００２３】
その結果、本発明の発電機能を有するポンプ装置によれば、ポンプ効率を低下させることなく従来よりも発電効率を高くすることが可能な、発電機能を有するポンプ装置となる。
【００２４】
本発明の発電給水システムによれば、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽と、当該第１貯水槽よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽との間に、本発明の発電機能を有するポンプ装置を備えることから、第２貯水槽から第１貯水槽に水を揚水するときのポンプ効率を低下させることなく、第１貯水槽から第２貯水槽に流れ下る流水を用いて発電するときの発電効率を高くすることが可能な発電給水システムを構成することが可能となる。
【００２５】
本発明の発電給水システムは、高低差のある上水道システムやビル内給水システムに好適に用いることができる。前者の場合には、上流側の貯水槽（貯水池）が第１貯水槽となり、下流側の貯水槽（貯水池）が第２貯水池となる。後者の場合には、ビルの屋上又は高層階に配設した貯水槽が第１貯水槽となり、ビルの地下又は低層階に配設した貯水槽が第２貯水槽となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０を説明するために示す図である。
【図２】実施形態２に係る発電給水システム１００を説明するために示す図である。
【図３】実施形態２に係る発電給水システム１００における給水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図４】実施形態２に係る発電給水システム１００における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図５】実施形態３に係る発電給水システム１０２を説明するために示す図である。
【図６】実施形態３に係る発電給水システム１０２において第２貯水槽１２２の水を他の系統へ給水する時の水の流れを説明するために示す図である。
【図７】実施形態４に係る発電給水システム１０４を説明するために示す図である。
【図８】実施形態５に係る発電給水システム２００を説明するために示す図である。
【図９】実施形態５に係る発電給水システム２００における給水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１０】実施形態５に係る発電給水システム２００における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１１】実施形態５に係る発電給水システム２００における発電時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１２】実施形態６に係る発電給水システム２０２を説明するために示す図である。
【図１３】実施形態６に係る発電給水システム２０２における給水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１４】実施形態６に係る発電給水システム２０２における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１５】実施形態６に係る発電給水システム２０２における発電時の水の流れを説明するために示す図である。
【図１６】従来の、発電機能を有するポンプ装置を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の発電機能を有するポンプ装置及び発電給水システムを、図に示す実施形態を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
［実施形態１］
実施形態１は、発電機能を有するポンプ装置に関する実施形態である。
【００２９】
図１は、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０を説明するために示す図である。実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０は、図１に示すように、第１水流口２２及び第２水流口２４を有するケーシング、並びに、当該ケーシングの内部で正逆双方向に回転可能な羽根車を有する羽根車装置２０と、羽根車に連結可能で、かつ、羽根車の回転力により発電可能な発電機３０と、羽根車に連結可能で、かつ、羽根車に回転力を付与可能な電動機４０とを備える。そして、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車を正回転させるときには、羽根車の回転力により発電機３０が発電し、電動機４０によって羽根車を逆回転させるときには、羽根車の回転力により第２水流口２４から第１水流口２２に向かう水流を形成する。
【００３０】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０は、羽根車と発電機３０との連結／連結解除を行う発電機連結解除装置３２と、羽根車と電動機４０との連結／連結解除を行う電動機連結解除装置４２とをさらに備える。そして、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車を正回転させるときには、発電機連結解除装置３２により羽根車と発電機３０とを連結するとともに、電動機連結解除装置４２により羽根車と電動機４０との連結を解除する。一方、電動機４０によって羽根車を逆回転させるときには、電動機連結解除装置４２により羽根車と電動機４０とを連結するとともに、発電機連結解除装置３２により羽根車と発電機３０との連結を解除する。
【００３１】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０において、羽根車の回転軸は、一方端が発電機３０の回転軸に連結可能であり、他方端が電動機４０の回転軸に連結可能である。そして、羽根車の回転軸の一方端と発電機３０の回転軸との間に発電機連結解除装置３２が配置され、羽根車の回転軸の他方端と電動機４０の回転軸との間に電動機連結解除装置４２が配置されている。
【００３２】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０は、発電機連結解除装置３２が羽根車と発電機３０とを連結するときには、電動機連結解除装置４２が羽根車と電動機４０との連結を解除し、電動機連結解除装置４２が羽根車と電動機４０とを連結するときには、発電機連結解除装置３２が羽根車と発電機３０との連結を解除する連結解除制御装置をさらに備える。連結解除制御装置は、図１の制御部６０に配設されている。制御部６０は、図１に示すように、電動機４０への電源の接続状態も制御する。
【００３３】
発電により生み出された電力は、図示しないパワーコンディショナーを介して、外部の負荷７０（例えば、照明、空調、動力など。）に直接又は電力系統を介して間接的に供給してもよいし、バッテリー８０に充電してもよい（図１参照。）。
【００３４】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０においては、羽根車装置２０として、ケーシングの内部で正逆双方向に回転可能な羽根車を有する種々のポンプを用いることできる。なかでも、フランシス型、プロペラ型、スクリュー型などのポンプと比較して小型でありながら高性能である密閉型渦巻式ポンプを用いることが好ましい。密閉型渦巻式ポンプは、ケーシング内に流入した水は逃げ場がなく、エネルギーが保存された状態で羽根車を回転させることができる。このため、流れ下る水の運動エネルギーは、羽根車が回転する際の運動エネルギーに効率よく変換される。また、密閉型渦巻式ポンプを用いた場合には、小型であり多段化が容易であることから、高揚程が必要な用途に好適に用いることができる。そして、高低差のある上水道システムやビル内給水システムのように、水圧が高い半面比較的流量が少ない高落差給水システムに使用した場合、河川から取水する平野部の低落差大流量の給水システムなどの場合よりも、管径が小さい配管を用いることとなるので、特に好適に用いることができる。
【００３５】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０においては、発電機連結解除装置３２及び電動機連結解除装置４２として、噛み合いクラッチ、摩擦クラッチ、電磁クラッチなどの公知のクラッチ機構を用いることができる。
【００３６】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０のポンプ効率及び発電効率は、羽根車装置２０として密閉型渦巻式ポンプ（例えば、株式会社小松製作所製ＳＦ型渦巻ポンプ）を用い、発電機として市販の発電機を用い、電動機として市販の電動機を用いた場合、高いポンプ効率と高い発電効率を得ることができる。また、密閉型渦巻式ポンプを１段で使用する場合でも２０ｍ〜３０ｍの揚程は十分可能であり、多段使用により６０ｍ又はそれ以上の揚程にも対応可能である。
【００３７】
実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０によれば、羽根車に回転力を付与可能な電動機として、電動機としての性能が高い電動機を用いればよいことから、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０をポンプとして用いた場合にポンプ効率を低下させることがない。
【００３８】
また、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０によれば、羽根車の回転力により発電可能な発電機として、羽根車に回転力を付与可能な電動機と別個の、発電機としての性能が高い発電機を用いることにより、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置を発電機として用いた場合に発電効率を高くすることが可能となる。
【００３９】
その結果、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０は、ポンプ効率を低下させることなく従来よりも発電効率を高くすることが可能な、発電機能を有するポンプ装置となる。
【００４０】
［実施形態２］
実施形態２は、発電給水システムに関する実施形態である。実施形態２に係る発電給水システムは、高低差のある上水道システムに用いるための発電給水システムである。
【００４１】
図２は、実施形態２に係る発電給水システム１００を説明するために示す図である。
実施形態２に係る発電給水システム１００は、図２に示すように、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽１２０と、当該第１貯水槽１２０よりも低い高さ位置（例えば第１貯水槽１２０よりも６０ｍ低い高い位置）に位置する第２貯水槽１２２と、第１貯水槽１２０と第２貯水槽１２２との間に配設された発電機能を有するポンプ装置と、第１貯水槽１２０と発電機能を有するポンプ装置の第１水流口とを連結する第１配管１３０と、発電機能を有するポンプ装置の第２水流口と第２貯水槽１２２とを連結する第２配管１３２とを備える発電給水システムである。
【００４２】
そして、実施形態２に係る発電給水システム１００は、発電機能を有するポンプ装置として、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０を備える。実施形態２に係る発電給水システム１００は、第１貯水槽１２０から第２貯水槽１２２に流れ下る水流によって羽根車を正回転させて発電機３０（図１参照。）に発電を行わせる機能と、電動機４０（図１参照。）によって羽根車を逆回転させることによって第２貯水槽１２２から第１貯水槽１２０に向かう水流を形成することで揚水を行わせる機能を有する。
【００４３】
そして、実施形態２に係る発電給水システム１００は、水源１１０の水を第１貯水槽１２０に導入する第３配管１１２と、第２貯水槽１２２の水を各需要者に供給する第４配管１４０とをさらに備える。なお、図２中、符号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は開閉バルブを示し、符号１１４は汲み上げ用のポンプを示す。
【００４４】
実施形態２に係る発電給水システム１００においては、深夜の時間帯に、深夜電力を用いて電動機４０を駆動することによって羽根車を逆回転させて第２貯水槽１２２の水を第１貯水槽１２０に揚水し、発電を行わせたいとき、第１貯水槽１２０から第２貯水槽１２２に向かって流れ下る水流によって羽根車を正回転させて発電機３０に発電を行わせる。
【００４５】
図３は、実施形態２に係る発電給水システム１００における給水時の水の流れを説明するために示す図である。図４は、実施形態２に係る発電給水システム１００における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。
実施形態１に係る発電給水システム１００の使用方法を、図３及び図４を用いて説明する。なお、初期状態として、羽根車と電動機４０との連結、及び、羽根車と発電機３０との連結は、ともに解除されているものとする。また、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２及び開閉バルブＶ３はすべて閉じた状態であるものとする。
【００４６】
（１）給水時（各需要者への給水時）
給水時には、まず発電機連結解除装置３２（図１参照。）により羽根車と発電機３０とを連結する。なお、羽根車と電動機４０との連結は解除された初期状態のままとする。その後、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２及び開閉バルブＶ３を所定の状態まで開いた状態とする。
【００４７】
これにより、図３に示すように、第１貯水槽１２０に貯留されていた水が、第１配管１３０、羽根車装置２０（図１参照。）及び第２配管１３２を介して、第２貯水槽１２２に向けて流れ下るとともに、第２貯水槽１２２に貯留されていた水が第４配管１４０を介して各需要者に向けて供給されることとなる。そして、その際、第１水流口２２（図１参照。）から第２水流口２４（図１参照。）に向かう水流によって羽根車が正回転し、当該羽根車の回転力により発電機が発電動作を行う。なお、第１貯水槽１２０に貯留されていた水を第２貯水槽１２２に流す動作は、間欠的に行うこともできる。
【００４８】
実施形態２に係る発電給水システム１００によれば、第１貯水槽１２０に貯留されている水を各需要者に給水する過程で、自動的に発電が行われることになる。例えば、第１貯水槽１２０と第２貯水槽１２２との高低差が６０ｍであり、水量が１０００Ｌ／分のとき、３ｋＷ程度の電力が生み出される。  
【００４９】
（２）揚水時
揚水時には、まず電動機連結解除装置４２（図１参照。）により羽根車と電動機４０とを連結する。なお、羽根車と発電機３０との連結は解除された初期状態のままとする。その後、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２及び開閉バルブＶ３を所定の状態まで開いた状態とする。
【００５０】
その状態で、電動機４０を駆動して羽根車を逆回転させると、羽根車の回転力により第２水流口２４から第１水流口２２に向かう水流が形成される。これにより、図４に示すように、第２貯水槽１２２に貯留されていた水を第１貯水槽１２０に揚水することができる。
【００５１】
実施形態２に係る発電給水システム１００によれば、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽１２０と、当該第１貯水槽１２０よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽１２２との間に、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０を備えることから、第２貯水槽１２２から第１貯水槽１２０に水を揚水するときのポンプ効率を低下させることなく、第１貯水槽１２０から第２貯水槽１２２に流れ下る流水を用いて発電するときの発電効率を高くすることが可能な発電給水システムを構成することが可能となる。
【００５２】
実施形態２に係る発電給水システム１００によれば、通常の上水道システムと同様に給水を行う過程で発電を行うことが可能であり、なおかつ、安価な深夜電力により揚水が可能であることから、通常の給水能力を損なうことなく発電が可能な発電給水システムとなる。
【００５３】
［実施形態３］
図５は、実施形態３に係る発電給水システム１０２を説明するために示す図である。図６は、実施形態３に係る発電給水システム１０２において第２貯水槽１２２の水を上流の他の系統へ給水する時の水の流れを説明するために示す図である。図５中、符号Ｖ４は開閉バルブを示す。
【００５４】
実施形態３に係る発電給水システム１０２は、基本的には、実施形態２に係る発電給水システム１００と同様の構成を有するが、図５に示すように、第１配管１３０に第５配管１５０が接続されている点で、実施形態２に係る発電給水システム１００とは異なる。
【００５５】
従って、実施形態３に係る発電給水システム１０２は、実施形態２に係る発電給水システム１００が有する効果に加えて、以下のような効果を有する。すなわち、実施形態３に係る発電給水システム１０２によれば、第１配管１３０に第５配管１５０が接続されていることから、第２貯水槽１２２よりも下流の各需要者に水を供給するだけでなく、第２貯水槽１２２よりも上流にある他の系統の需要者に対しても水を供給することが可能となる。
【００５６】
この場合、もちろん第１貯水槽１２０の水を他の系統の需要者に対してそのまま供給してもよいが、図６に示すように、第２貯水槽１２２の水をポンプアップして他の系統の需要者に対しても水を供給してもよい。また、前者の場合、第２貯水槽１２２よりも下流の各需要者に水を供給しながら第２貯水槽１２２よりも上流にある他の系統の需要者に対して水を供給してもよいし、第２貯水槽１２２よりも下流の各需要者への水の供給を止めた状態で第２貯水槽１２２よりも上流にある他の系統の需要者に対して水を供給してもよい。
【００５７】
実施形態３に係る発電給水システム２００は、例えば、以下のような使い方をすることができる。すなわち、第２貯水槽１２２よりも上流にある他の系統に属する地域で局所的な水不足が起こった場合、当該地域の需要者に対して水を供給することが可能となる。
【００５８】
［実施形態４］
図７は、実施形態４に係る発電給水システム１０４を説明するために示す図である。
【００５９】
実施形態４に係る発電給水システム１０４は、基本的には、実施形態３に係る発電給水システム１０２と同様の構成を有するが、図７に示すように、第２貯水槽１２２よりもさらに低い高さ位置に位置する別の貯水槽１２４を備える点で、実施形態３に係る発電給水システム１０２とは異なる。そして、実施形態４に係る発電給水システム１０４においては、それに応じて、第２貯水槽１２２と別の貯水槽１２４との間には（別の）実施形態１に係る発電機能を有するポンプ装置１０が配設され、当該実施形態１に係る発電機能を有するポンプ装置１０と第２貯水槽１２２及び別の貯水槽１２４との間には（別の）第１配管１３０及び（別の）第２配管１３２が配設されている。
【００６０】
従って、実施形態４に係る発電給水システム１０４は、実施形態３に係る発電給水システム１０２が有する効果に加えて、以下のような効果を有する。すなわち、実施形態４に係る発電給水システム１０４によれば、第１貯水槽１２０と別の貯水槽１２４との間に発電機能を有するポンプ装置を２台備えることから、より一層高低差のある上水道システムに好適なものとなる。また、それに応じて、実施形態３に係る発電給水システムよりも大きな電力を生み出すことが可能となる。
【００６１】
水源と各需要者の居住地との間に大きな高低差がある場合、３台以上の発電機能を有するポンプ装置を配設することにより、より一層大きな電力を生み出すことも可能となる。
【００６２】
［実施形態５］
実施形態５は、発電給水システムに関する実施形態である。実施形態５に係る発電給水システムは、ビル内給水システムに用いるための発電給水システムである。
【００６３】
図８は、実施形態５に係る発電給水システム２００を説明するために示す図である。なお、実施形態５に係る発電給水システム２００は、図８に示すように、６階建てのビル内給水システムに用いるための発電給水システムであるものとする。
【００６４】
実施形態５に係る発電給水システム２００は、図８に示すように、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽２２０と、当該第１貯水槽２２０よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽２２２と、第１貯水槽２２０と第２貯水槽２２２との間に配設された発電機能を有するポンプ装置１０と、第１貯水槽２２０と発電機能を有するポンプ装置１０の第１水流口２２とを連結する第１配管２３０と、発電機能を有するポンプ装置１０の第２水流口２４と第２貯水槽２２２とを連結する第２配管２３２とを備える発電給水システムである。なお、発電機能を有するポンプ装置１０は、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０である。
【００６５】
そして、実施形態５に係る発電給水システム２００は、第１貯水槽２２０からの第２貯水槽２２２に流れ下る水流によって羽根車を正回転させて発電機３０に発電を行わせる機能と、電動機４０によって羽根車を逆回転させることによって第２貯水槽２２２から第１貯水槽２２０に向かう水流を形成することで揚水を行わせる機能を有する。
【００６６】
そして、実施形態５に係る発電給水システム２００は、水供給系２１０からの水を第２貯水槽２２２に導入する第５配管２１２と、第１貯水槽２２０の水をビル内の各需要者に供給する第６配管２４０，２４２とをさらに備える。なお、図９中、符号Ｖ１１，Ｖ１２は開閉バルブを示す。
【００６７】
実施形態５に係る発電給水システム２００においては、深夜の時間帯に、深夜電力を用いて電動機４０を駆動することによって羽根車を逆回転させて第２貯水槽２２２の水を第１貯水槽２２０に揚水し、発電を行わせたいとき、第１貯水槽２２０から第２貯水槽２２２に向かって流れ下る水流によって羽根車を正回転させて発電機３０に発電を行わせる。
【００６８】
図９は、実施形態５に係る発電給水システム２００における給水時の水の流れを説明するために示す図である。図１０は、実施形態５に係る発電給水システム２００における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。図１１は、実施形態５に係る発電給水システム２００における発電時の水の流れを説明するために示す図である。
実施形態５に係る発電給水システム２００の使用方法を、図９〜図１１を用いて説明する。なお、初期状態として、羽根車と電動機４０との連結、及び、羽根車と発電機３０との連結は、ともに解除されているものとする。また、開閉バルブＶ１１は閉じた状態であり、開閉バルブＶ１２はすべて開いた状態であるものとする。
【００６９】
（１）給水時（ビル内各階の各需要者への給水時）
給水時には、羽根車と電動機４０との連結、及び、羽根車と発電機３０との連結は解除された初期状態のままとする。そして、開閉バルブＶ１１は閉じた状態とし、開閉バルブＶ１２はすべて開いた状態とする。従って、給水時には、図９に示すように、第１貯水槽２２０の水はビル内各階（１階〜６階）の各需要者の蛇口まで供給されることとなる。従って、各需要者は、水を使用したいとき、通常の場合と同様に、蛇口をまわすことで水を使用することができる。
【００７０】
（２）揚水時
揚水時には、電動機連結解除装置４２により羽根車と電動機４０とを連結する。なお、羽根車と発電機３０との連結は解除された初期状態のままとする。その後、図１０に示すように、開閉バルブＶ１１を所定の状態まで開いた状態とする。なお、開閉バルブＶ１２は、すべて開いた状態の初期状態のままとする。従って、その状態で、電動機４０を駆動して羽根車を逆回転させると、羽根車の回転力により第２水流口２４から第１水流口２２に向かう水流が形成される。これにより、第２貯水槽２２２に貯留されていた水を第１貯水槽２２０に揚水することができる。なお、揚水時には、開閉バルブＶ１２をすべて閉じた状態とすることもできる。
【００７１】
（３）発電時
発電時には、発電機連結解除装置３２により羽根車と発電機３０とを連結した後、図１１に示すように、開閉バルブＶ１１を所定の状態まで開いた状態とする。なお、羽根車と電動機４０との連結は解除された初期状態のままとし、開閉バルブＶ１２はすべて開いた状態の初期状態のままとする。すると、図１１に示すように、第１貯水槽２２０に貯留されていた水が、第１配管２３０、羽根車装置２０及び第２配管２３２を介して、第２貯水槽２２２に向けて流れ下ることとなる。そして、その際、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車が正回転し、当該羽根車の回転力により発電機が発電動作を行う。なお、発電時には、開閉バルブＶ１２をすべて閉じた状態とすることもできる。
【００７２】
実施形態５に係る発電給水システム２００によれば、所定の高さ位置に位置する第１貯水槽２２０と、当該第１貯水槽２２０よりも低い高さ位置に位置する第２貯水槽２２２との間に、実施形態１に係る、発電機能を有するポンプ装置１０を備えることから、第２貯水槽２２２から第１貯水槽２２０に水を揚水するときのポンプ効率を低下させることなく、第１貯水槽２２０から第２貯水槽２２２に流れ下る流水を用いて発電するときの発電効率を高くすることが可能な発電給水システムを構成することが可能となる。
【００７３】
実施形態５に係る発電給水システム２００は、例えば、以下のような使い方をすることができる。すなわち、通常状態（日常）においては、ビル内で通常の給水動作（図９参照。）を実施する。そして、深夜の時間帯になったら、深夜電力で揚水動作（図１０参照。）を実施することで、第１貯水槽２２０に貯留される水量を極力多くしておく。そして、地震や事故などにより停電が生じたときには、発電動作（図１１参照。）を実施できるようにして、非常時における電源確保の一手段としておく。
【００７４】
［実施形態６］
図１２は、実施形態６に係る発電給水システム２０２を説明するために示す図である。図１３は、実施形態６に係る発電給水システム２０２における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。図１４は、実施形態６に係る発電給水システム２０２における揚水時の水の流れを説明するために示す図である。図１５は、実施形態６に係る発電給水システム２０２における発電時の水の流れを説明するために示す図である。
【００７５】
実施形態６に係る発電給水システム２０２は、基本的には、実施形態５に係る発電給水システム２００と同様の構成を有するが、図１２に示すように、第１貯水槽２２０よりもさらに高い高さ位置に位置する別の貯水槽２２４を備える点で、実施形態５に係る発電給水システム２００とは異なる。そして、実施形態６に係る発電給水システム２０２においては、それに応じて、第１貯水槽２２０と別の貯水槽２２４との間には（別の）実施形態１に係る発電機能を有するポンプ装置１０が配設され、当該実施形態１に係る発電機能を有するポンプ装置１０と別の貯水槽２２４及び第１貯水槽２２０との間には（別の）第１配管２３４及び（別の）第２配管２３６が配設されている。
【００７６】
実施形態６に係る発電給水システム２００の使用方法を、図１３〜図１５を用いて説明する。なお、初期状態として、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、羽根車と電動機４０との連結、及び、羽根車と発電機３０との連結は、ともに解除されているものとする。また、開閉バルブＶ１１及び開閉バルブＶ１３は閉じた状態であり、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４はすべて開いた状態であるものとする。
【００７７】
（１）給水時（ビル内各階の各需要者への給水時）
給水時には、第１貯水槽に貯留されている水の量や、各需要者による水の使用量に応じて、開閉バルブＶ１３を適宜開いたり閉じたりする。また、別の貯水槽２２４と第１貯水槽２２０との間に配設された発電機能を有するポンプ装置１０は、羽根車と発電機３０とを連結し、羽根車と電動機４０との連結は解除された初期状態のままとする。また、第１貯水槽２２０と第２貯水槽２２２との間に配設された発電機能を有するポンプ装置１０は、羽根車と電動機４０との連結、及び、羽根車と発電機３０との連結は解除された初期状態のままとする。そして、開閉バルブＶ１１は閉じた初期状態のままとし、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４もすべて開いた初期状態のままとする。
【００７８】
従って、給水時には、図１３に示すように、別の貯水槽２２４の水はビルの４階〜６階の各需要者の蛇口まで供給されることとなり、第１貯水槽２２０の水はビルの１階〜３階の各需要者の蛇口まで供給されることとなる。従って、ビルの１階〜６階の各需要者は、水を使用したいとき、通常の場合と同様に、蛇口をまわすことで水を使用することができる。また、このとき、ビルの１階〜３階の各需要者が水を使用するときは、別の貯水槽２２４に貯留されていた水が、第１配管２３４、羽根車装置２０及び第２配管２３６を介して、第１貯水槽２２０に向けて流れ下ることとなる。そして、その際、別の貯水槽２２４と第１貯水槽２２０との間に配設されている発電機能を有するポンプ装置１０においては、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車が正回転し、当該羽根車の回転力により発電機が発電動作を行う。
【００７９】
（２）揚水時
揚水時には、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、電動機連結解除装置４２により羽根車と電動機４０とを連結する。なお、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、羽根車と発電機３０との連結は解除された初期状態のままとする。その後、図１４に示すように、開閉バルブＶ１１及び開閉バルブＶ１３を所定の状態まで開いた状態とする。なお、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４は、すべて開いた状態の初期状態のままとする。従って、その状態で、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、電動機４０を駆動して羽根車を逆回転させると、羽根車の回転力により第２水流口２４から第１水流口２２に向かう水流が形成される。これにより、第２貯水槽２２２に貯留されていた水を第１貯水槽２２０に揚水するとともに、第１貯水槽２２０に貯留されていた水を別の貯水槽２２４に揚水することができる。なお、揚水時には、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４をすべて閉じた状態とすることもできる。
【００８０】
（３）発電時
発電時には、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、発電機連結解除装置３２により羽根車と発電機３０とを連結した後、図１５に示すように、開閉バルブＶ１１及び開閉バルブＶ１３を所定の状態まで開いた状態とする。なお、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、羽根車と電動機４０との連結は解除された初期状態のままとし、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４はすべて開いた状態の初期状態のままとする。すると、図１５に示すように、別の貯水槽２２４に貯留されていた水が、第１配管２３４、羽根車装置２０及び第２配管２３６を介して、第１貯水槽２２０に向けて流れ下るとともに、第１貯水槽２２０に貯留されていた水が、第１配管２３０、羽根車装置２０及び第２配管２３２を介して、第２貯水槽２２２に向けて流れ下ることとなる。そして、その際、２台の発電機能を有するポンプ装置１０ともに、第１水流口２２から第２水流口２４に向かう水流によって羽根車が正回転し、当該羽根車の回転力により発電機が発電動作を行う。なお、発電時には、開閉バルブＶ１２及び開閉バルブＶ１４をすべて閉じた状態とすることもできる。
【００８１】
従って、実施形態６に係る発電給水システム２０２は、実施形態５に係る発電給水システム２００が有する効果に加えて、以下のような効果を有する。すなわち、実施形態６に係る発電給水システム２０２によれば、通常状態（日常の給水時）においても、開閉バルブＶ１３を開いたタイミングのときには発電が行われる。
【００８２】
実施形態６に係る発電給水システム２０２は、例えば、以下のような使い方をすることができる。すなわち、通常状態（日常）においては、ビル内で通常の給水動作（図１３参照。）を実施する。そして、深夜の時間帯になったら、深夜電力で揚水動作（図１４参照。）を実施することで、別の貯水槽２２４及び第１貯水槽２２０に貯留される水量を極力多くしておく。そして、地震や事故などにより停電が生じたときには、発電動作（図１５参照。）を実施できるようにして、非常時における電源確保の一手段としておく。この際、通常使用時においても、発電が行われる。
【００８３】
以上、本発明の発電機能を有するポンプ装置及び発電給水システムを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８４】
（１）実施形態２、３又は５においては、発電機能を有するポンプ装置を１台備える発電給水システムを例にとって本発明を説明し、実施形態４又は６においては、発電機能を有するポンプ装置を２台備える発電給水システムを例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の発電給水システムは、発電機能を有するポンプ装置を３台以上備えるものであってもよい。
【００８５】
（２）実施形態５又は６においては、水供給系からの水が第２貯水槽２２２のみに導入されるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の発電給水システムにおいては、水供給系からの水が第１貯水槽２２０又は別の貯水槽２２４にも導入されるように構成されていてもよい。
【００８６】
（３）実施形態５又は６においては、６階建てのビルを例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。６階建てよりも低層又は高層のビルに本発明を適用することもできる。
【００８７】
（４）実施形態１〜６においては、各配管の数や配設位置は各実施例に記載のものに限定されるものではなく、種々のバリエーションが可能である。また、各配管に配設される開閉バルブの数や配設位置は各実施例に記載のものに限定されるものではなく、種々のバリエーションが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…発電機能を有するポンプ装置、２０…羽根車装置、２２…第１水流口、２４…第２水流口、３０…発電機、３２…発電機連結解除装置、４０…電動機、４２…電動機連結解除装置、５０…電源、６０…制御部、７０…負荷、８０…バッテリー、１００，１０２，１０４，２００，２０２…発電給水システム、１１０…水源、１１２…第３配管、１１４…ポンプ、１２０，２２０…第１貯水槽、１２２，２２２…第２貯水槽、１２４，２２４…別の貯水槽、１３０，２３０，２３４…第１配管、１３２，２３２，２３６…第２配管、１４０…第４配管、１５０…他の系統への配管、２１０…水供給系、２１２…第５配管、２４０，２４２，２４４，２４６…第６配管、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４…開閉バルブ
【図１】
2015218719.tif 000003
【図２】
2015218719.tif 000004
【図５】
2015218719.tif 000005
【図７】
2015218719.tif 000006
【図８】
2015218719.tif 000007
【図１２】
2015218719.tif 000008
【図１６】
2015218719.tif 000009
【図３】
2015218719.tif 000010
【図４】
2015218719.tif 000011
【図６】
2015218719.tif 000012
【図９】
2015218719.tif 000013
【図１０】
2015218719.tif 000014
【図１１】
2015218719.tif 000015
【図１３】
2015218719.tif 000016
【図１４】
2015218719.tif 000017
【図１５】
2015218719.tif 000018