JP2011259521A - Power generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置に関する。 The present invention relates to a power generator.
従来、床や階段などに発電機を設置し、その発電機の上を通る人や車の重量を利用して発電する方法が提案されている。この方法では、例えば、発電手段として、圧力や振動を電圧に変換する圧電素子が用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method has been proposed in which a generator is installed on a floor or a staircase, and power is generated using the weight of a person or vehicle passing over the generator. In this method, for example, a piezoelectric element that converts pressure or vibration into voltage is used as power generation means.
圧電素子は、外力が加えられて歪みを生じた場合に電圧を発生させる。そのため、圧電素子を用いた方法では、圧電素子の耐久性が課題となる。この課題に対して、例えば、圧電素子に生じる応力の方向と圧電素子の変形量とを設計値以内に強制することで圧電素子にかかる負担を軽減し、それにより圧電素子の耐久性を向上させる方法が知られている。 The piezoelectric element generates a voltage when an external force is applied to cause distortion. Therefore, in the method using a piezoelectric element, the durability of the piezoelectric element becomes a problem. In response to this problem, for example, by forcing the direction of stress generated in the piezoelectric element and the amount of deformation of the piezoelectric element within the design value, the burden on the piezoelectric element is reduced, thereby improving the durability of the piezoelectric element. The method is known.
しかしながら、上述した従来の方法では、圧電素子の許容曲げ強度の範囲内でしか圧電素子を歪ませることができない。したがって、大きな発電量を得るためには、大きな面積および長さを有する圧電素子が必要になる。また、圧電素子によって発生する電力は非常に短い時間のみ発生し、かつ、高電圧小電流である。したがって、一般的な電子機器で圧電素子を使用するためには、降圧するための回路や平滑化するための回路が不可欠となり、発電効率が低くなってしまう。 However, in the conventional method described above, the piezoelectric element can be distorted only within the range of the allowable bending strength of the piezoelectric element. Therefore, in order to obtain a large amount of power generation, a piezoelectric element having a large area and length is required. Moreover, the electric power generated by the piezoelectric element is generated only for a very short time and is a high voltage and small current. Therefore, in order to use a piezoelectric element in a general electronic device, a circuit for stepping down and a circuit for smoothing are indispensable, resulting in low power generation efficiency.
このようなことから、耐久性があり、かつ、人体や車両などの重量物の荷重を用いて効率よく発電することができる発電手段が求められていた。 For this reason, there has been a demand for a power generation means that is durable and can efficiently generate power using the load of a heavy object such as a human body or a vehicle.
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、耐久性があり、かつ、人体や車両などの重量物の加重を用いて効率よく発電することができる発電装置を提供することを目的とする。 The disclosed technique has been made in view of the above, and has an object of providing a power generation device that is durable and that can efficiently generate power using the weight of a heavy object such as a human body or a vehicle. And
本願の開示する発電装置は、一つの態様において、第1および第2の収容手段と、流動手段と、回転手段と、発電手段とを備える。第1および第2の収容手段は、流体を収容し、外部からの加重により内容積が変化する。流動手段は、前記第1の収容手段と前記第2の収容手段との間で前記流体を流動させる。回転手段は、前記流動手段により流動する流体の運動または圧力によって回転力を生じさせる。発電手段は、前記回転手段により生じる回転力を利用して発電する。 In one aspect, a power generation apparatus disclosed in the present application includes first and second accommodation means, flow means, rotation means, and power generation means. The first and second storage means store fluid, and the internal volume changes due to external load. The flow means causes the fluid to flow between the first accommodation means and the second accommodation means. The rotating means generates a rotational force by the movement or pressure of the fluid flowing by the flow means. The power generation means generates power using the rotational force generated by the rotation means.
本願の開示する発電装置によれば、耐久性があり、かつ、人体や車両などの重量物の加重を用いて効率よく発電することができるという効果を奏する。 According to the power generation device disclosed in the present application, there is an effect that it is durable and can efficiently generate power using the weight of a heavy object such as a human body or a vehicle.
以下に、本願の開示する発電装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施例により本願の開示する技術が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of a power generator disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. The technology disclosed in the present application is not limited by the following embodiments.
まず、本実施例1に係る発電装置の構成について説明する。図1は、本実施例1に係る発電装置の構成を示す図である。図1に示すように、本実施例1に係る発電装置100は、タンク11および12と、パイプ21および22と、タービン30と、発電機40とを有する。
First, the configuration of the power generation device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the power generation device according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the
タンク11および12は、流体を収容し、外部からの加重により内容積が変化する。パイプ21および22は、タンク11とタンク12との間で流体を流動させる。なお、パイプ21はタンク11とタービン30との間に設けられ、パイプ22はタンク12とタービン30との間に設けられる。タービン30は、パイプ21とパイプ22との間に設けられ、パイプ21および22により流動する流体の運動または圧力によって回転力を生じさせる。発電機40は、タービン30により生じる回転力を利用して発電する。
The
ここで、タンク11またはタンク12のいずれかに外部から加重が加えられると、タンク11とタンク12との間に圧力差が発生する。その結果、パイプ21またはパイプ22を介して、加重が加えられた方のタンクからタービン30に流体が流れ込む。これにより、タービン30が回転力を生じさせ、その回転力を利用して発電機40が発電する。このように、本実施例1に係る発電装置は、耐久性に課題がある圧電素子などの用いずに、外部からの加重により発電することができる。したがって、本実施例1に係る発電装置は、耐久性があり、かつ、人体や車両などの重量物の加重を用いて効率よく発電することができる。
Here, when a weight is applied to either the
次に、本実施例1に係るタンク11および12について具体的に説明する。例えば、タンク11および12は、柔軟性を有する素材で形成され、外部からの加重により変形することで内容積が変化する。なお、タンク11および12はいずれも同じ構造を有するので、ここではタンク11を例に挙げて説明する。
Next, the
図2Aおよび2Bは、本実施例1に係るタンク11および12の一例を示す図である。図2Aに示すように、例えば、タンク11は、柔軟性を有する素材で形成され、内部に流体1を収容する。ここで、柔軟性を有する素材とは、例えば、ゴムやビニルなどである。また、流体1は、例えば、水や油などの液体である。
2A and 2B are diagrams illustrating an example of the
そして、タンク11は、外部からの加重により変形することで、内容積が変化する。例えば、図2Bに示すように、タンク11は、加重Wが加えられると変形して、内容積が減少する。これにより、パイプ21を介して、タンク11からタービン30へ流体1が流れ込む。
And the
次に、本実施例1に係るタービン30および発電機40について具体的に説明する。図3は、本実施例1に係るタービン30および発電機40の一例を示す図である。図3に示すように、例えば、タービン30は、タンク11とタンク12との間に設置される。そして、タービン30は、パイプ21を介してタンク11に接続され、パイプ22を介してタンク12に接続される。また、例えば、発電機40は、タービン30の上に設置される。発電機40は、回転力を利用して発電する発電機構を有する。
Next, the
ここで、タービン30と発電機40とは、共通の回転軸31を介して接続される。回転軸31のタービン30側の端部には、羽根32が固定されている。そして、タンク11またはタンク12からタービン30に流体が流れ込むと、流れ込んだ流体の運動または圧力が羽根32に作用して、回転軸31が回転する。一方、回転軸31の発電機40側の端部は、発電機40が有する発電機構に接続される。そして、回転軸31が回転すると、その回転軸31の回転力を利用して、発電機40の発電機構が発電を行う。なお、タービン30の形状や羽根32の形状は図示したものに限られず、各種の形状のものを用いることができる。
Here, the
次に、本実施例1に係る発電装置100の適用例について説明する。図4は、本実施例1に係る発電装置100の適用例を示す図である。例えば、図4に示すように、複数の発電装置100が床にしきつめられる。これにより、床の上を通る人間の加重で発電することができる。なお、この場合には、タンク11および12はランダムに踏まれることになるので、タービン30にはパイプ21またはパイプ22のいずれの側からも流体1が流れ込む。したがって、タービン30および発電機40は、それぞれ双方向に回転可能なものが望ましい。
Next, an application example of the
上述したように、本実施例1では、タンク11および12が、流体1を収容し、外部からの加重により内容積が変化する。また、パイプ21および22が、タンク11とタンク12との間で流体1を流動させる。また、タービン30が、パイプ21および22により流動する流体1の運動または圧力によって回転力を生じさせる。そして、発電機40が、タービン30により生じる回転力を利用して発電する。したがって、本実施例1によれば、耐久性があり、かつ、人体や車両などの重量物の加重を用いて効率よく発電することができる。
As described above, in the first embodiment, the
また、本実施例1に係る発電装置100では、タンク11および12が、柔軟性を有する素材で形成され、外部からの加重により変形することで内容積が変化する。したがって、本実施例1によれば、簡易な構造でタンクの内容積を変化させることができるので、発電装置を容易に製作することができる。
Further, in the
なお、本実施例1では、タンク11および12が、ゴムやビニルなどの柔軟性を有する素材で形成される場合について説明した。しかしながら、本実施例1に係るタンクはこれに限られるものではない。
In the first embodiment, the case where the
例えば、タンクは、シリンダー構造を有するものであってもよい。図5Aおよび5Bは、本実施例1に係るタンクの他の例を示す図である。なお、図5Aおよび5Bに示すタンク51は、図1に示したタンク11に対応する。
For example, the tank may have a cylinder structure. 5A and 5B are diagrams illustrating another example of the tank according to the first embodiment. The
図5Aに示すように、例えば、タンク51は、シリンダー51aと、ピストン51bと、ペダル51cとを有する。シリンダー51aは、流体1を収容する。ピストン51bは、シリンダー51aに嵌合し、シリンダー51a内で往復動可能に設けられる。ペダル51cは、ピストン51bのシリンダー51a外の端部に固定される。
As shown in FIG. 5A, for example, the
そして、タンク51は、外部からの加重によりピストン51bが押し込まれることで、内容積が変化する。例えば、図5Bに示すように、タンク51は、ペダル51cに加重Wが加えられると、加重Wによってピストン51bが押し込まれることで、内容積が減少する。これにより、パイプ21を介してタンク51からタービン30へ流体1が流れ込む。
And the internal volume of the
このように、タンクがシリンダー構造を有する場合には、耐久性に優れた材料でシリンダー51aやピストン51b、ペダル51cを作製することができる。そのため、タンクを柔軟な素材で形成する場合と比べて、タンクの耐久性を高めることができる。また、剛性が高い素材でシリンダー51aを形成すれば、タンクを柔軟な素材で形成した場合のようにタンクが変形することがないので、加重により与えられたエネルギーを効率よく用いてタービンへ流体を流し込むことができる。これにより、より効率よく発電を行うことができるようになる。
As described above, when the tank has a cylinder structure, the
また、タンクは、例えば、蛇腹構造を有するものであってもよい。図6Aおよび6Bは、本実施例1に係るタンクの他の例を示す図である。なお、図6Aおよび6Bに示すタンク61は、図1に示したタンク11に対応する。
Further, the tank may have, for example, a bellows structure. 6A and 6B are diagrams illustrating another example of the tank according to the first embodiment. The
図6Aに示すように、例えば、タンク61は、周壁部61aの少なくとも一部が上下方向に伸縮自在な蛇腹状に形成され、内部に流体1を収容する。ここで、蛇腹状とは、山部と谷部とが交互に連続して形成された状態である。
As shown in FIG. 6A, for example, the
そして、タンク61は、周壁部61aが上下方向に伸縮することで、内容積が変化する。例えば、図6Bに示すように、タンク61は、上方から加重Wが加えられると、周壁部61aが上下方向に縮むことで内容積が減少する。これにより、パイプ21を介してタンク61からタービン30へ流体1が流れ込む。
And as for the
このように、タンクが蛇腹構造を有する場合には、蛇腹構造以外の部分を耐久性に優れた材料で形成することができる。そのため、タンク全体を柔軟な素材で形成する場合と比べて、タンクの耐久性を高めることができる。また、シリンダー構造を有する場合と比べてタンクの構造が簡易なものになるので、発電装置を容易に作製することができる。 Thus, when a tank has a bellows structure, parts other than a bellows structure can be formed with the material excellent in durability. Therefore, the durability of the tank can be enhanced compared to the case where the entire tank is formed of a flexible material. In addition, since the tank structure is simpler than that having a cylinder structure, the power generation device can be easily manufactured.
ところで、上記実施例1では、加重により変形したタンクにさらに加重がかけられた場合に、タンク内の流体が少ないために、タービンに流体が十分に流れないこともあり得る。そこで、例えば、外部からの加重が無い時には、タンクの内容積が加重前の大きさに戻るようにしてもよい。以下では、このような例を実施例2として説明する。なお、本実施例2に係る発電装置の構成は、基本的には図1に示したものと同じであり、タンクの構造のみが異なる。そこで、ここでは、本実施例2に係るタンクについて説明する。 By the way, in the first embodiment, when a further weight is applied to the tank deformed by the load, there is a possibility that the fluid does not sufficiently flow to the turbine because the fluid in the tank is small. Therefore, for example, when there is no external weighting, the internal volume of the tank may return to the size before weighting. Hereinafter, such an example will be described as a second embodiment. In addition, the structure of the electric power generating apparatus which concerns on the present Example 2 is fundamentally the same as what was shown in FIG. 1, and only the structures of a tank differ. Therefore, here, the tank according to the second embodiment will be described.
本実施例2に係るタンクは、弾性部材を備え、外部からの加重がある場合には内容積が減少し、外部からの加重が無い場合には弾性部材の弾性力によって内容積が加重前の大きさに戻る。図7Aおよび7Bは、本実施例2に係るタンク71の一例を示す図である。なお、図7Aおよび7Bに示すタンク71は、図1に示したタンク11に対応する。
The tank according to the second embodiment includes an elastic member, and the internal volume is reduced when there is a load from the outside, and the internal volume is reduced by the elastic force of the elastic member when there is no external load. Return to size. 7A and 7B are diagrams illustrating an example of the
図7Aに示すように、例えば、タンク71は、柔軟性を有する素材で形成され、内部に流体1を収容する。ここで、タンク71は、内部に弾性部材としてバネ71aを備える。
As shown in FIG. 7A, for example, the
そして、図7Bに示すように、タンク71は、外部からの加重Wがある場合には、内容積が減少する。これにより、パイプ21を介して、タンク71からタービン30へ流体1が流れ込む。一方、図7Aに示すように、外部からの加重が無い場合には、タンク71は、バネ71aの復元力によって内容積が加重前の大きさに戻る。
7B, the internal volume of the
上述したように、本実施例2では、タンク71が、弾性部材を備え、外部からの加重がある場合には内容積が減少し、外部からの加重が無い場合には弾性部材の弾性力によって内容積が加重前の大きさに戻る。したがって、本実施例2によれば、いずれかのタンクの中に流体が偏ることがなく、複数のタンクに対してランダムに加重がかけられた場合でも、流体が少ないタンクに加重がかかる確率が減少する。これにより、発電量を増大させることができる。
As described above, in the second embodiment, the
なお、本実施例2では、弾性部材としてバネ71aが用いられる場合について説明したが、例えばゴムなどのように、他の弾性部材が用いられてもよい。また、本実施例2では、バネ71aがタンク71の内部に設けられる場合について説明したが、バネ71aはタンク71の外側に設けられてもよい。また、本実施例2では、1つのバネ71aが設けられる場合について説明したが、外部からの加重の方向に応じて、複数のバネがタンク71の内部に配置されてもよい。
In the second embodiment, the case where the
また、本実施例2では、タンクが弾性部材を備える場合について説明したが、本願の開示する技術はこれに限られるものではない。例えば、タンク自体が、弾力性を有する素材で形成されてもよい。 In the second embodiment, the case where the tank includes an elastic member has been described. However, the technology disclosed in the present application is not limited to this. For example, the tank itself may be formed of a material having elasticity.
図8Aおよび8Bは、本実施例2に係るタンクの他の例を示す図である。図8Aおよび8Bに示すタンク81は、図1に示したタンク11に対応する。例えば、図8Aに示すように、タンク81は、弾力性を有する素材81aで形成され、内部に流体1を収容する。
8A and 8B are diagrams illustrating another example of the tank according to the second embodiment. The
そして、図8Bに示すように、タンク81は、外部からの加重がある場合には、内容積が減少する。これにより、パイプ21を介して、タンク81からタービン30へ流体1が流れ込む。一方、外部からの加重が無い場合には、タンク81は、図8Aに示すように、素材81aの弾性力によって内容積が加重前の大きさに戻る。
As shown in FIG. 8B, the
このように、タンク自体が弾力性を有する素材で形成される場合には、バネやゴムなどの弾性部材を用いた場合と比べてタンクを構成する部材の数が減るので、発電装置の製作にかかるコストを低減させることができる。 Thus, when the tank itself is formed of a material having elasticity, the number of members constituting the tank is reduced compared to the case where an elastic member such as a spring or rubber is used. Such costs can be reduced.
以上、本願の開示する発電装置の実施例について説明した。本願の開示する発電装置によれば、人間や自動車など重量物が移動する際に発生する加重を利用して発電する事ができる。また、例えば、本願の開示する発電装置を市街地や道路などの交通が多い場所に設置し、発電装置によって発電された電力を蓄電素子に溜めるようにすれば、蓄電素子に溜められた電力を照明やその他の電気設備の電源として用いることができる。 The embodiment of the power generation device disclosed in the present application has been described above. According to the power generation device disclosed in the present application, it is possible to generate power using a weight generated when a heavy object such as a person or an automobile moves. In addition, for example, if the power generation device disclosed in the present application is installed in a place with a lot of traffic such as an urban area or a road, and the power generated by the power generation device is stored in the power storage element, the power stored in the power storage element is illuminated. And can be used as a power source for other electrical equipment.
以上のように、本願の開示する発電装置は、床や階段などに設置される場合に有用であり、特に、耐久性や発電効率の向上が求められる場合に適している。 As described above, the power generation device disclosed in the present application is useful when installed on a floor, a staircase, or the like, and is particularly suitable for a case where improvement in durability or power generation efficiency is required.
100 発電装置
11,12 タンク
21,22 パイプ
30 タービン
40 発電機
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の収容手段と前記第2の収容手段との間で前記流体を流動させる流動手段と、
前記流動手段により流動する流体の運動または圧力によって回転力を生じさせる回転手段と、
前記回転手段により生じる回転力を利用して発電する発電手段と
を備えたことを特徴とする発電装置。 First and second containing means for containing a fluid, the inner volume of which changes by an external load;
Flow means for causing the fluid to flow between the first accommodation means and the second accommodation means;
Rotating means for generating a rotational force by the movement or pressure of the fluid flowing by the flow means;
A power generation device comprising: power generation means for generating electric power using a rotational force generated by the rotation means.
前記流体を収容するシリンダーと、
前記シリンダーに嵌合し、該シリンダー内で往復動可能に設けられたピストンと
を有し、
前記外部からの加重により前記ピストンが押し込まれることで前記内容積が変化することを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 The first and second accommodating means are:
A cylinder containing the fluid;
A piston fitted into the cylinder and reciprocally movable in the cylinder;
The power generation device according to claim 1, wherein the internal volume changes when the piston is pushed in by an external load.
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