JP2002138525A - 水道施設の残圧回収発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送水管の残圧を回収して有効に利用すること
で、エネルギーの浪費を避けることができる水道施設の
残圧回収発電装置を提供する。 【解決手段】 水道施設における二次送水管Ｇには、受
水槽Ｈの直上流位置においてバイパス管路Ｇ１と残圧回
収管路Ｇ２の二つの管路を分岐して設け、これらバイパ
ス管路Ｇ１と残圧回収管路Ｇ２を受水槽Ｈに開口させ
る。そして、バイパス管路Ｇ１には、電動弁または電磁
弁によってなるバイパス弁Ｖ１を介設し、残圧回収管路
Ｇ２にはインライン型ポンプ逆転水車ＰＴを介設するこ
とにより、水道施設の残圧を回収して発電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水道施設における
送水管の残圧により発電を行なうようにした水道施設の
残圧回収発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図５に示すように、水源Ａか
ら取り入れた水を、コンクリート造の開きょや暗きょに
よってなる導水路Ｂで浄水施設Ｃに導水し、この浄水施
設Ｃで水質の改良浄化がなされた水を一次送水管Ｄによ
って配水施設Ｅの配水槽（配水池）Ｆに送水したのち、
二次送水管Ｇによって受水槽Ｈに送水し、この受水槽Ｈ
から配水管Ｉにより給水施設Ｊに分配配水するように構
成された水道施設において、二次送水管Ｇから受水槽Ｈ
への送水量は、給水施設Ｊの末端（家庭）での使用水量
の変動に応じて制御される。すなわち、図６に示すよう
に、受水槽Ｈに送水を行なう二次送水管Ｇの出口近傍に
減勢弁Ｖを介設し、前記給水施設Ｊの末端での使用水量
が多いために、二次送水管Ｇの送水量が増える昼間で
は、減勢弁Ｖの減勢作用を小さく制御して送水量を増や
し、逆に給水施設Ｊの末端での使用水量が少ないため
に、二次送水管Ｇの送水量が減る夜間では、減勢弁Ｖの
減勢作用を大きく制御して送水量を減じている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の水道
施設では、給水施設Ｊの末端での使用水量の如何を問わ
ず、二次送水管Ｇから該二次送水管Ｇの残圧を回収する
ことなく受水槽Ｈに送水（放水）して、残圧（エネルギ
ー）を浪費している。このことは、二次送水管Ｇから受
水槽Ｈへの送水のみならず、水道施設の構造によって
は、一次送水管Ｄから配水池Ｆへの送水系にもいえるこ
とである。

【０００４】そこで、本発明は、送水管の残圧を回収し
て有効に利用することで、エネルギーの浪費を避けるこ
とができる水道施設の残圧回収発電装置を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る水道施設の残圧回収発電装置は、水源
から取り入れた水を導水路で浄水施設に導水し、浄水施
設で水質が改良浄化された水を一次送水管によって配水
施設の配水池に送水したのち、この配水池に送水された
水を二次送水管によって受水槽に送水し、この受水槽か
ら配水管により給水施設に分配配水するように構成され
ている水道施設において、前記一次送水管と二次送水管
の少なくともいずれか一方にバイパス管路と残圧回収管
路の複数の管路が分岐して設けられ、これらバイパス管
路と残圧回収管路が前記配水池または前記受水槽に開口
しているとともに、前記バイパス管路にはバイパス弁が
介設され、前記残圧回収管路には発電機駆動用のポンプ
逆転水車が介設されていることを特徴としている。

【０００６】本発明によれば、一次送水管と二次送水管
の少なくともいずれか一方の残圧によって、残圧回収管
路に介設したポンプ逆転水車を運転し、発電機を駆動し
て電力を取り出し供給することができる。また、バイパ
ス弁の開度調整によってバイパス管路を流れる水量を調
整することで、残圧回収管路内でポンプ逆転水車に作用
する水量を制御できるので、イニシャルコストを抑えた
ポンプ逆転水車によって効率よく残圧を回収して発電す
ることができる。

【０００７】すなわち、計画されている一次送水管また
は二次送水管の最大圧力と最大流量および最小圧力と最
小流量に基づいて、ポンプ逆転水車の仕様を適正に設定
して残圧回収管路に介設することで、最大圧力と最大流
量を基準にした仕様のポンプ逆転水車を残圧回収管路に
介設した場合に生じるポンプ逆転水車と発電機のイニシ
ャルコスト高および残圧回収効率の低下などの不都合
や、一次送水管または二次送水管の最小圧力と最小流量
を基準にした仕様のポンプ逆転水車を残圧回収管路に介
設した場合に生じる残圧回収効率の低下の不都合を避け
て、イニシャルコストを抑えたポンプ逆転水車によって
効率よく残圧を回収して発電することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水道施設の
残圧回収発電装置の一実施の形態を示す構成図であり、
水道施設における二次送水管による受水槽への送水系を
示している。なお、図５および図６で説明した水道施設
と同一部分には、同一符号を付して説明する。

【０００９】図１において、二次送水管Ｇには、受水槽
Ｈの直上流位置においてバイパス管路Ｇ１と残圧回収管
路Ｇ２の二つの管路が分岐して設けられ、これらバイパ
ス管路Ｇ１と残圧回収管路Ｇ２は受水槽Ｈに開口してい
る。また、バイパス管路Ｇ１には、電動弁または電磁弁
によってなるバイパス弁Ｖ１が介設され、残圧回収管路
Ｇ２にはポンプ逆転水車ＰＴが介設されている。さら
に、二次送水管Ｇにおけるバイパス管路Ｇ１と残圧回収
管路Ｇ２の分岐点よりも上流位置において、管内圧力ま
たは管内流量を検知する検知手段３５が設けられ、この
検知手段３５によって検知した管内圧力値または管内流
量値は制御手段３６に入力され、制御手段３６は、検知
手段３５から入力された管内圧力値または管内流量値に
基づいてバイパス弁Ｖ１に開度制御信号を出力して、バ
イパス弁Ｖ１の開度を制御することにより、バイパス管
路Ｇ１を流れる水量を調整することで、残圧回収管路Ｇ
２内でポンプ逆転水車ＰＴに作用する水量を制御できる
ようになっている。

【００１０】ポンプ逆転水車ＰＴとして、たとえば図２
に示しているインライン型ポンプ逆転水車ＰＴが使用さ
れ、このポンプ逆転水車ＰＴが残圧回収管路Ｇ２の直管
部に介設される。すなわち、ポンプ逆転水車ＰＴは、筒
状のアウターケーシング１と、断面環状の第１水路２を
介してアウターケーシング１の内部に同心に配置された
筒状の電動機フレーム３と、この電動機フレーム３に収
容された電動機４と、電動機フレーム３の軸方向両端部
で軸受ボックス５０内の軸受５Ａと軸受ボックス５１内
の軸受５Ｂによって回転自在に支持されて電動機フレー
ム３の軸方向一側から導出され電動機４のロータ（回転
子）４Ａと同時に回転するポンプ主軸６と、アウターケ
ーシング１と電動機フレーム３の軸方向一端に取付けら
れて外周部に断面環状の第１水路２に連通する断面環状
の第２水路７が設けられている吐出しケ−シング部９
と、出口を断面環状の第２水路７に臨ませて吐出しケ−
シング部９の先端に取付けられるとともに、内部に主軸
６に取付けられて該主軸６と同時に回転する斜流羽根車
（ランナ）１０を回転自在に収容したランナケーシング
（吸込みベル）１１と、アウターケーシング１と電動機
フレーム３の軸方向他端に取付けられて外周部の入口を
断面環状の第１水路２に連通させ、出口を一か所に合流
させた吐出通路１２が設けられている吐出側ケーシング
１３とを備えている。したがって、吐出側ケーシング１
３における吐出通路１２の出口を残圧回収管路Ｇ２の上
流側に接続するとともに、ランナケーシング１１の入口
を残圧回収管路Ｇ２の下流側に接続することによって、
インライン型ポンプ逆転水車ＰＴとして残圧回収管路Ｇ
２に介設されることになる。

【００１１】吐出しケ−シング部９における断面環状の
第２水路の内周部には、ランナケーシング１１側に片寄
った位置に大きい中心孔１５Ａを設けた第１の隔壁１５
が軸方向に直交して設けられ、この第１の隔壁１５から
ランナケーシング１１より離れる方向、つまり、電動機
フレーム３に近付く方向に所定の間隔を隔ててポンプ主
軸６を回転自在に挿通できる小さい中心孔１６Ａを設け
た第２の隔壁１６が軸方向に直交して設けられている。

【００１２】第１の隔壁１５の中心孔１５Ａは、ポンプ
主軸６を回転自在に挿通できる中心孔のある環状のシー
ルカバー１７がボルト締結によって第１の隔壁１５に着
脱可能に取付けられることによって塞がれており、第１
の隔壁１５、第２の隔壁１６、シールカバー１７および
断面環状の第２水路の内周面で囲まれたメカニカルシー
ル収容室１８を構成し、このメカニカルシール収容室１
８にメカニカルシール８を収容している。また、メカニ
カルシール収容室１８の軸方向の電動機フレーム３側に
隣接して中空部１９が設けられ、この中空部１９は、円
周方向で所定の間隔を隔てて設けた複数の通路２０（図
示例では二つの通路２０が示されている）を介して外部
（大気）に開放され、それぞれの外側開口部はカバ−２
１によって開放可能に閉じられている。

【００１３】メカニカルシール収容室１８には、密封潤
滑液供給系２２によって清水または液状パラフィンなど
の無害の密封潤滑液が供給されて、メカニカルシール８
を密封潤滑する。この密封潤滑液供給系２２は、一方の
通路２０の外側開口部を閉じている一方のカバ−２１に
取付けられて、常時はプラグ２７により閉じられている
注液口２２Ａと、この注液口２２Ａとメカニカルシール
収容室１８とを結ぶ注液管２２Ｂとを備えている。ま
た、軸受５Ａ，５Ｂには、潤滑油供給系２３によってグ
リースを供給して潤滑を行なうようになっている。軸受
５Ａにグリースを供給する潤滑油供給系２３は、前記一
方のカバ−２１に取付けられたグリースニップル２３Ａ
と、このグリースニップル２３Ａと軸受５Ａとを結ぶグ
リース供給管２３Ｂとを備え、軸受５Ｂにグリースを供
給する潤滑油供給系２３は、導電ケーブル挿入孔２４を
塞ぐ蓋２５に取付けられたグリースニップル２３Ａと、
このグリースニップル２３Ａと軸受５Ｂとを結ぶグリー
ス供給管２３Ｂとを備えている。なお、軸受ボックス５
０には、ポンプ主軸６の外周に対応する軸シール５Ｃ，
５Ｃが設けられ、これら軸シール５Ｃ，５Ｃによってグ
リースが中空部１９および電動機フレーム３の内部に漏
れ出すのを防止している。また、軸受ボックス５１に
は、軸シール５Ｃと閉塞板５Ｄが設けられ、これら軸シ
ール５Ｃと閉塞板５Ｄによってグリースが電動機フレー
ム３の内部および吐出側ケーシング１３の内部に洩れ出
すのを防止している。

【００１４】一方、メカニカルシール収容室１８は、密
封潤滑液排出系２６を介して外部に連通している。この
密封潤滑液排出系２６は、他方の通路２０の外側開口部
を閉じている他方のカバ−２１に取付けられて、常時は
プラグ２７により閉じられている排液口２６Ａと、この
排液口２６Ａとメカニカルシール収容室１８とを結ぶ排
液管２６Ｂとを備えている。なお、密封潤滑液供給系２
２によりメカニカルシール収容室１８に密封潤滑液を初
めて供給する場合には、密封潤滑液排出系２６を開放し
て排気系として活用してもよいし、独立した排気系を別
途設けてもよい。これにより、メカニカルシール収容室
１８を空気から密封潤滑液に置換することができる。ま
た、他方のカバ−２１にはドレン孔２８を設けて、中空
部１９を外部（大気）に開放している。また、他方のカ
バ−２１にはドレン孔２８を設けて、中空部１９を外部
（大気）に開放している。図中、２９は導電ケーブル、
３０は保護ケーブルを示し、導電ケーブル２９は電動機
４に電気的に接続されている。

【００１５】したがって、矢印Ｆで示すように、残圧回
収管路Ｇ２内を圧送される水道水は、吐出側ケーシング
１３の吐出通路１２に流入し、断面環状の第１水路２か
ら断面環状の第２水路７を経てランナケーシング１１に
流入し、ここでランナ１０を逆回転させたのち流下して
受水槽Ｈに送水される。ランナ１０の逆回転によって、
ポンプ主軸６と電動機４のロータ（回転子）４Ａを逆回
転させ、電動機４に発電機能を与えて発電して電力を供
給することができる。つまり、二次送水管Ｇの残圧を回
収して有効に利用することで、エネルギーの浪費を避け
ることができる。

【００１６】また、メカニカルシール収容室１８には、
一旦、プラグ２７を除去した密封潤滑液供給系２２の注
液口２２Ａから清水または液状パラフィンなどの無害の
密封潤滑液を供給して、メカニカルシール８を密封潤滑
することができるので、この密封潤滑液によって発電用
水、つまり水道水が汚染されることはない。すなわち、
メカニカルシール８の密封潤滑液による発電用水の汚染
を避けることができる。さらに、メカニカルシール収容
室１８から中空部１９に洩れ出た密封潤滑液や発電用水
は、他方側の通路２０およびドレン孔２８を通って外部
に排出されることになるので、中空部１９に洩れ出た密
封潤滑液や発電用水が電動機フレーム３内に侵入するの
を確実に防止して、発電機４に電気的に不都合な事態が
発生するのを回避することができる。このため、残圧回
収管路Ｇ２にポンプ逆転水車ＰＴを介設しても高い信頼
性を有するインライン型ポンプ逆転水車ＰＴとして発電
に使用することができる。なお、潤滑油供給系２３によ
って軸受５Ａ，５Ｂにグリースを供給して潤滑できるよ
うに構成してあるので、耐連続運転性能を向上させて信
頼性を高めることができる。

【００１７】さらに、二点鎖線で示すように、密封潤滑
液貯留タンク３１を外部に設置し、この密封潤滑液貯留
タンク３１と、プラグ２７を除去した密封潤滑液供給系
２２の注液口２２Ａとを一次供給管３２で結んでおけ
ば、経時的にメカニカルシール８がシール劣化して、密
封潤滑液や発電用水が中空部１９へ過剰に洩れ出した場
合には、密封潤滑液貯留タンク３１内の密封潤滑液のレ
ベル（液位）が急激に低下することになるので、この状
態を確認してメカニカルシール８の点検を行なうことが
できる。また、ドレン孔２８を閉塞することによって、
中空部１９を外部（大気）から遮断しておき、中空部１
９に洩れ出た密封潤滑液や発電用水を浸水検知器（図示
省略）によって検知するように構成してもよい。

【００１８】なお、前記電動機４の機種は任意であり、
同期電動機、誘導電動機あるいは磁石内蔵形電動機など
が使用され、ポンプ逆転水車として使用した場合には、
同期発電機、誘導発電機あるいは磁石内蔵形発電機とし
て機能する。

【００１９】また、発電用水をほぼ円錐状に流すこと
で、斜流羽根車１０を回転させる斜流形水中ポンプをイ
ンライン型ポンプ逆転水車ＰＴとして発電に使用してい
る構造で説明しているが、発電用水をほぼ円筒状に流す
ことで、軸流羽根車を回転させる軸流形水中ポンプある
いはうず巻状に形成した吐出しケ−シング部９によって
ある程度の旋回が与えられた発電用水でランナ１０を回
転させる片吸込うず巻ポンプ、両吸込うず巻ポンプなど
を選択して、インライン型ポンプ逆転水車ＰＴとして発
電に使用してもよい。

【００２０】一方、二次送水管Ｇにおけるバイパス管路
Ｇ１と残圧回収管路Ｇ２の分岐点よりも上流位置に検知
手段３５が設けられ、この検知手段３５から入力された
管内圧力値または管内流量値に基づいてバイパス弁Ｖ１
に開度制御信号を出力して、バイパス弁Ｖ１の開度を制
御することにより、バイパス管路Ｇ１を流れる水量を調
整することで、残圧回収管路Ｇ２内でポンプ逆転水車Ｐ
Ｔに作用する水量を制御できるようになっているので、
イニシャルコストを抑えたポンプ逆転水車ＰＴによって
効率よく残圧を回収して発電することができる。

【００２１】すなわち、二次送水管Ｇの最大圧力と最大
流量を基準にした仕様のポンプ逆転水車ＰＴを残圧回収
管路Ｇ２に介設すると、ポンプ逆転水車ＰＴのイニシャ
ルコストが高くなるとともに、ポンプ逆転水車ＰＴの稼
働率が低くなって、残圧回収効率が悪くなる不都合を生
じる。また、二次送水管Ｇの最小圧力と最小流量を基準
にした仕様のポンプ逆転水車ＰＴを残圧回収管路Ｇに介
設すると、ポンプ逆転水車ＰＴのイニシャルコストが安
くなるとともに、ポンプ逆転水車ＰＴの稼働率が高くな
るものの、残圧の回収が十分になされないので、結果と
して残圧回収効率が悪くなる不都合を生じる。したがっ
て、計画されている二次送水管Ｇの最大圧力と最大流量
および最小圧力と最小流量に基づいて、ポンプ逆転水車
ＰＴの仕様を適正に設定して残圧回収管路Ｇ１に介設す
ることで、最大圧力と最大流量を基準にした仕様のポン
プ逆転水車ＰＴを残圧回収管路Ｇ１に介設した場合に生
じるポンプ逆転水車ＰＴのイニシャルコスト高および残
圧回収効率の低下などの不都合や、二次送水管Ｇの最小
圧力と最小流量を基準にした仕様のポンプ逆転水車ＰＴ
を残圧回収管路Ｇ１に介設した場合に生じる残圧回収効
率の低下などの不都合を避けて、イニシャルコストを抑
えたポンプ逆転水車ＰＴによって効率よく残圧を回収し
て発電することができる。

【００２２】前記実施の形態では、インライン型ポンプ
逆転水車ＰＴを残圧回収管路Ｇ１に介設した構成で説明
しているが、たとえば、図３に示すような、片吸込うず
巻ポンプ５０におけるうず巻ケーシング５１の吐出口５
１Ａに残圧回収管路Ｇ１の上流側を接続し、うず巻ケー
シング５１の吸込口５１Ｂに残圧回収管路Ｇ１の下流側
を接続するとともに、うず巻ケーシング５１に回転自在
に収容されているランナ（図示省略）を同時回転可能に
取付けたポンプ主軸５３には、軸受５４Ａやカップリン
グ５４Ｂなどの動力伝達手段５４を介して、発電機５５
の入力回転軸５５Ａを連結することにより、片吸込うず
巻ポンプ５０を非インライン型ポンプ逆転水車ＰＴとし
て残圧回収管路Ｇ１に介設してもよい。非インライン型
ポンプ逆転水車ＰＴとしては、前記片吸込うず巻ポンプ
５０の他に軸流形立軸ポンプ、斜流形立軸ポンプ、両吸
込うず巻ポンプ、多段うず巻ポンプなどの他の機種を挙
げることができる。特に、非インライン型ポンプ逆転水
車ＰＴを使用すると、その介設位置を前述の残圧回収管
路Ｇ１の直管部のみならず、図４（ア）、（イ）に示す
残圧回収管路Ｇ１の曲管部に設定することが可能にな
る。

【００２３】さらに、前記実施の形態では、水道施設に
おける受水槽Ｈに送水する二次送水管Ｇの残圧を回収し
て発電する残圧回収発電装置として説明しているが、本
発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではな
く、水道施設における配水槽（配水池）Ｆに送水する一
次送水管Ｄの残圧を回収して発電する残圧回収発電装置
としても適用可能である。すなわち、一次送水管Ｄにお
ける配水槽（配水池）Ｆの直上流位置においてバイパス
管路と残圧回収管路の二つの管路を分岐して設け、これ
らバイパス管路と残圧回収管路を配水槽（配水池）Ｆに
開口するとともに、バイパス管路にバイパス弁Ｖ１を介
設し、残圧回収管路にインライン型または非インライン
型ポンプ逆転水車を介設すればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る水道
施設の残圧回収発電装置は構成されているので、以下の
ような格別の効果を奏する。

【００２５】すなわち、一次送水管と二次送水管の少な
くともいずれか一方の残圧によって、残圧回収管路に介
設したポンプ逆転水車を運転し、発電機を駆動して電力
を取り出し供給することができる。つまり、送水管の残
圧を回収して有効に利用することで、エネルギーの浪費
を避けることができる。また、バイパス弁の開度調整に
よってバイパス管路を流れる水量を調整することで、残
圧回収管路内でポンプ逆転水車に作用する水量を制御で
きるので、計画されている一次送水管または二次送水管
の最大圧力と最大流量および最小圧力と最小流量に基づ
いて、ポンプ逆転水車の仕様を適正に設定して残圧回収
管路に介設することで、最大圧力と最大流量を基準にし
た仕様のポンプ逆転水車を残圧回収管路に介設した場合
に生じるポンプ逆転水車と発電機のイニシャルコスト高
および残圧回収効率の低下などの不都合や、一次送水管
または二次送水管の最小圧力と最小流量を基準にした仕
様のポンプ逆転水車を残圧回収管路に介設した場合に生
じる残圧回収効率の低下の不都合を避けて、イニシャル
コストを抑えたポンプ逆転水車によって効率よく残圧を
回収して発電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。

【図２】本発明に適用されるポンプ逆転水車の一実施の
形態を示す縦断面図である。

【図３】本発明に適用される他のポンプ逆転水車の一例
を示す概略構成図である。

【図４】ポンプ逆転水車介設位置の変形例を示す説明図
である。

【図５】水道施設の概略系統図である。

【図６】受水槽と二次送水管の関係を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

４ 電動機（発電機） Ａ 水源 Ｂ 導水路 Ｃ 浄水施設 Ｄ 一次送水管 Ｅ 配水施設 Ｆ 配水槽（配水池） Ｇ 二次送水管 Ｇ１ バイパス管路 Ｇ２ 残圧回収管路 Ｈ 受水槽 Ｉ 配水管 Ｊ 給水施設 ＰＴ ポンプ逆転水車 Ｖ１ バイパス弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水源から取り入れた水を導水路で浄水施
   設に導水し、浄水施設で水質が改良浄化された水を一次
   送水管によって配水施設の配水池に送水したのち、この
   配水池に送水された水を二次送水管によって受水槽に送
   水し、この受水槽から配水管により給水施設に分配配水
   するように構成されている水道施設において、前記一次
   送水管と二次送水管の少なくともいずれか一方にバイパ
   ス管路と残圧回収管路の複数の管路が分岐して設けら
   れ、これらバイパス管路と残圧回収管路が前記配水池ま
   たは前記受水槽に開口しているとともに、前記バイパス
   管路にはバイパス弁が介設され、前記残圧回収管路には
   発電機駆動用のポンプ逆転水車が介設されていることを
   特徴とする水道施設の残圧回収発電装置。