JP2015094229A - 流体振動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない流体で効率良く発電させることが可能な流体振動発電装置を提供する。
【解決手段】流体振動発電装置１は、ハウジング２と、発電装置３と、を備える。ハウジング２は、ハウジング本体２１と、流体導入部２２と、を備える。発電装置３は、流路２１ｃを通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し振動エネルギを電気エネルギに変換する。流体導入部２２は、入口２１ａから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成され流体を導入する導入部２３と、導入部２３における流入口２３ａ側からハウジング本体２１側と反対側へ突出した突出部２４と、を備え、突出部２４の先端部２４ａが丸みを有する。流体導入部２２は、導入部２３の内側に配置され流路２１ｃへ導入する流体の一部が通過する筒体２５を備え、導入部２３と筒体２５とで、二重筒構造を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体振動発電装置に関するものである。

流体振動発電装置としては、例えば、図１５に示す構成を有する筒形流体振動発電装置１０１が提案されている（例えば、特許文献１）。

筒形流体振動発電装置１０１は、筒形部材１１０と、振動起電力発生部材１２０と、起電力集電装置１３０と、充電装置１４０と、を備えている。

筒形部材１１０は、風が入り込む入口１１１から風が抜ける出口１１２までの径が略同一とされ、入口１１１から出口１１２まで空洞とされている。

振動起電力発生部材１２０は、風による流体エネルギを受けて起電力を発生するものである。振動起電力発生部材１２０は、筒形部材１１０の下側の装着穴１１５に装着されている。振動起電力発生部材１２０は、振動板１２１と、圧電素子１２２と、を有している。振動板１２１は、棒状に形成されている。

充電装置１４０は、起電力集電装置１３０に集電された電力を、電力線１８０ｂを介して蓄電池１５０に充電する。

蓄電池１５０には、電力線１８０ｃを介して負荷制御装置１６０が接続されている。負荷制御装置１６０は、電力線１８０ｄを介して負荷１７０へ供給する蓄電池１５０の充電電力の制御を行う。

筒形流体振動発電装置１０１は、筒形部材１１０の入口１１１から進入した風が筒形部材１１０の内部を通過するとき、風速が高まるとともに、乱気流が生じる。これにより、筒形流体振動発電装置１０１は、振動起電力発生部材１２０の振動板１２１への風力が高められるため、振動板１２１が棒状であっても、振動板１２１が振動する。

特開２０１０−１６９０５４号公報

筒形流体振動発電装置１０１は、筒形部材１１０における入口１１１の周部付近で渦が発生し、外部から流体を効率良く導入することができない懸念がある。また、筒形流体振動発電装置１０１は、振動起電力発生部材に流体を効率的に当てることができない懸念がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、より少ない流体で効率良く発電させることが可能な流体振動発電装置を提供することにある。

本発明の流体振動発電装置は、ハウジングと、発電装置と、を備える。前記ハウジングは、ハウジング本体と、流体導入部と、を備える。前記ハウジング本体は、流体の入口及び流体の出口を有し、前記入口と前記出口との間の流路に配置される前記発電装置を保持するように構成されている。前記流体導入部は、前記入口へ流体を案内するように構成されている。前記発電装置は、前記流路を通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し前記振動エネルギを電気エネルギに変換するように構成されている。前記流体導入部は、前記入口から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成され流体を導入する導入部と、前記導入部における流入口側から前記ハウジング本体側と反対側へ突出した突出部と、を備え、前記突出部の先端部が丸みを有する。前記流体導入部は、前記導入部の内側に配置され前記流路へ導入する流体の一部が通過する筒体を備え、前記導入部と前記筒体とで、二重筒構造を構成している。

この流体振動発電装置において、前記発電装置は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備え、前記振動部は、前記振動部の長さ方向の第１端が前記支持部に固定され第２端が自由端となっており、前記圧電変換部は、前記振動部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成されている、のが好ましい。

この流体振動発電装置において、前記筒体は、前記ハウジング本体から遠い側の第１端部がベルマウス形状に形成されている、のが好ましい。

この流体振動発電装置において、前記筒体は、円筒状に形成され、前記ハウジング本体から離れるにつれて内径が徐々に大きくなっている、のが好ましい。

この流体振動発電装置において、前記ハウジングは、側面が流線形形状である、のが好ましい。

この流体振動発電装置において、前記発電装置で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知するセンサ部と、前記センサ部で検知した環境情報を送信する送信部と、を備え、前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されている、のが好ましい。

本発明の流体振動発電装置は、前記流体導入部が、前記入口から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成され流体を導入する導入部と、前記導入部における流入口側から前記ハウジング本体側と反対側へ突出した突出部と、を備え、前記突出部の先端部が丸みを有する。更に、本発明の流体振動発電装置は、前記流体導入部が、前記導入部の内側に配置され前記流路へ導入する流体の一部が通過する筒体を備え、前記導入部と前記筒体とで、二重筒構造を構成している。これにより、本発明の流体振動発電装置は、流体をより効率良く前記発電装置の振動部へ当てることが可能となり、より少ない流体で効率良く発電させることが可能となる。

図１は、実施形態の流体振動発電装置を示し、図４のＢ−Ｂ概略断面図である。 図２は、実施形態の流体振動発電装置の正面側から見た概略斜視図である。 図３は、実施形態の流体振動発電装置の背面側から見た概略斜視図である。 図４は、実施形態の流体振動発電装置の概略正面図である。 図５は、実施形態の流体振動発電装置の概略背面図である。 図６は、実施形態の流体振動発電装置の概略平面図である。 図７は、実施形態の流体振動発電装置の概略下面図である。 図８は、実施形態の流体振動発電装置を示し、図４のＣ−Ｃ概略断面図である。 図９は、実施形態の流体振動発電装置を示し、図６のＤ−Ｄ概略断面図である。 図１０は、実施形態の流体振動発電装置を示し、図６のＥ−Ｅ概略断面図である。 図１１は、実施形態の流体振動発電装置の構成の概略説明図である。 図１２は、実施形態の流体振動発電装置の動作説明図である。 図１３は、比較例の流体振動発電装置の動作説明図である。 図１４は、実施形態の流体振動発電装置の変形例を示す概略断面図である。 図１５は、風力による流体エネルギを電気エネルギに変換する筒形流体振動発電装置を示す図である。

以下では、本実施形態の流体振動発電装置１について図１〜１３に基づいて説明する。

流体振動発電装置１は、ハウジング２と、発電装置３と、を備える。ハウジング２は、ハウジング本体２１と、流体導入部２２と、を備える。ハウジング本体２１は、流体の入口２１ａ及び流体の出口２１ｂを有し、入口２１ａと出口２１ｂとの間の流路２１ｃに配置される発電装置３を保持するように構成されている。流体導入部２２は、入口２１ａへ流体を案内するように構成されている。発電装置３は、流路２１ｃを通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し振動エネルギを電気エネルギに変換するように構成されている。流体導入部２２は、入口２１ａから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成され流体を導入する導入部２３と、導入部２３における流入口２３ａ側からハウジング本体２１側と反対側へ突出した突出部２４と、を備える。流体導入部２２は、突出部２４の先端部２４ａが丸みを有する。流体導入部２２は、導入部２３の内側に配置され流路２１ｃへ導入する流体の一部が通過する筒体２５を備え、導入部２３と筒体２５とで、二重筒構造を構成している。よって、流体振動発電装置１は、流体をより効率良く発電装置３の振動部３２へ当てることが可能となり、より少ない流体で効率良く発電させることが可能となる。

図１２は、本実施形態の流体振動発電装置１の動作説明図であり、図１２中の矢印が流体の流れを模式的に示している。また、図１３は、比較例の流体振動発電装置１ｒの動作説明図であり、図１３中の矢印が流体の流れを模式的に示している。比較例の流体振動発電装置１ｒは、ハウジング２ｒが、内径及び外径それぞれが一定の筒形に形成されている。比較例の流体振動発電装置１ｒでは、ハウジング２ｒの入口２ａｒの周部付近で渦が発生し、流体を外部から流路２ｃｒに効率良く導入することができない場合がある。これに対して、本実施形態の流体振動発電装置１は、流体をより効率良く流路２１ｃ内へ導入することが可能となり、流体を、より効率良く発電装置３の振動部３２へ当てることが可能となる。しかも、流体振動発電装置１は、比較例の流体振動発電装置１ｒに比べて、発電装置３に当たる流体の流速を速めることが可能となり、発電電圧の高電圧化を図ることが可能となる。

発電装置３は、例えば、支持部３１と、振動部３２と、圧電変換部３３（図４、９参照）と、を備えた構成とすることができる。振動部３２は、長さ方向の第１端３２ａが支持部３１に固定され第２端３２ｂが自由端となっている。圧電変換部３３は、振動部３２に重ねて設けられ振動部３２の振動により交流電圧を発生するように構成されている。これにより、流体振動発電装置１は、流路２１ｃに導入された流体を振動部３２に効率良く当てることが可能となり、より少ない流体で効率良く発電させることが可能となる。流体振動発電装置１は、流体が振動部３２に当たることにより、振動部３２において振動エネルギが発生し、圧電変換部３３において電気エネルギが発生する。圧電変換部３３は、振動部３２の振動に応じて交流電圧を発生する。よって、発電装置３は、圧電変換部３３で発生する電圧が交流電圧である。発電装置３は、圧電変換部３３で発生する交流電圧のピーク値の絶対値が、流体の流速が速くなるにしたがって増加する傾向にある。

筒体２５は、ハウジング本体２１から遠い側の第１端部２５ａがベルマウス（bellmouth）形状に形成されているのが好ましい。これにより、流体振動発電装置１は、筒体２５に効率的に流体を導入することが可能となり、発電装置３に当たる流体の流速を速くすることが可能となる。よって、流体振動発電装置１は、発電電圧の向上を図ることが可能となる。ハウジング２は、筒体２５と導入部２３とが、２つの支持片２６を介して連結されている。支持片２６の数は、特に限定するものではない。支持片２６は、発電装置３の支持部３１及び振動部３２それぞれの、筒体２５の軸方向に沿った方向への投影領域に位置しないように配置されているのが好ましい。

筒体２５は、円筒状に形成され、ハウジング本体２１ｃから離れるにつれて内径が徐々に大きくなっているのが好ましい。これにより、流体振動発電装置１は、筒体２５の第１端部２５ａ側よりも、ハウジング本体２１に近い第２端部２５ｂ側での流速を速くすることが可能となり、発電装置３に当たる流体の流速を速くすることが可能となる。よって、流体振動発電装置１は、発電電圧の向上を図ることが可能となる。

ハウジング２は、側面が流線形形状であるのが好ましい。言い換えれば、ハウジング２は、筒体２５と突出部２４と導入部２３とを含む断面におけるハウジング２の側面の形状が、流線形形状であるのが好ましい。これにより、流体振動発電装置１は、流体導入部２２の外側での流体の流れの乱れを抑制することが可能となり、より効率的に流体導入部２２に流体を導入することが可能となる。

流体振動発電装置１は、発電装置３で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部４と、センサ部５（図１１参照）と、センサ部５で検知した環境情報を送信する送信部６と、を備えた構成とすることができる。センサ部５は、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知する。流体振動発電装置１は、蓄電部４、センサ部５及び送信部６が、ハウジング２１に保持され、センサ部５及び送信部６が蓄電部４を電源として動作するように構成されているのが好ましい。これにより、流体振動発電装置１は、設置場所の自由度が高くなる。

流体振動発電装置１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

発電装置３における支持部３１の形状は、枠状である。枠状の形状は、例えば、矩形枠状とすることができる。また、発電装置３における振動部３２は、支持部３１の内側に配置されている。これにより、発電装置３は、振動部３２と支持部３１との間に、流体が通過可能なスリット３５が形成されている。

振動部３２は、支持部３１に揺動自在に支持されている。振動部３２は、少なくとも第１端３２ａ側の部分が支持部３１よりも薄く形成されていることにより、支持部３１に揺動自在に支持されている。振動部３２は、厚さが一定でもよいが、これに限らない。例えば、振動部３２は、第２端３２ｂ側に、第１端３２ａ側の部分に比べて厚い錘部３４（図１４参照）を設けてもよい。

振動部３２は、先端面３２ｃ（図９参照）の法線（図示せず）が支持部３１に交差しないように反っている。これにより、発電装置３は、流体励起振動が可能で且つ流体励起振動時の圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。「流体励起振動」とは、発電装置３を流れ場に配置した状態等において、流れ場を流れる流体がスリット３５を通過することによって発生する振動部３２の振動を意味する。この流体励起振動は、自励振動である。流体としては、例えば、空気、ガス、空気とガスとの混合気体、液体等が挙げられる。流体が気体の場合、流れ場としては、例えば、空調機の給気ダクトの内部や、空調機の排気ダクトの内部等が挙げられるが、特に限定するものではない。

発電装置３は、振動部３２が錘部３４を備えていることにより、錘部３４を備えていない場合に比べて、振動部３２の振動時の慣性力を大きくでき、振動部３２の振幅を大きくすることが可能となる。また、発電装置３は、振動部３２が錘部３４を備えていることにより、振動部３２の振動時に振動部３２における錘部３４と支持部３１との間の部分及び圧電変換部３３に集中的にひずみを発生させることが可能となり、圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。また、発電装置３は、振動部３２が錘部３４を備えていることにより、振動部３２の共振周波数を小さくすることが可能となり、振動部３２が振動し始める流体の流速の低速化を図ることが可能となる。

発電装置３は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。

この場合、発電装置３は、支持部３１及び振動部３２を基板から形成することができる。これにより、発電装置３は、支持部３１と振動部３２との相対的な位置精度を高めることが可能となる。基板としては、例えば、シリコン基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層上にシリコン層が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることができる。

発電装置３は、基板の第１面側に圧電変換部３３が形成されており、基板と圧電変換部３３との間に、基板と圧電変換部３３とを電気的に絶縁する絶縁膜を備えているのが好ましい。絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。このシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化法により形成することができるが、これに限らず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成することもできる。

発電装置３は、例えば、絶縁膜の圧縮応力によって振動部３２が反っている構成とすることができる。この場合、発電装置３は、基板の第１面側に形成した絶縁膜が、基板と圧電変換部３３とを電気的に絶縁する機能だけでなく、振動部３２を反らせる機能を有している。これにより、発電装置３は、絶縁膜とは別途に、振動部３２に応力制御用の薄膜を形成して振動部３２を反らせる場合に比べて、製造プロセスを簡略化することが可能となる。発電装置３の製造方法では、絶縁膜を形成するためのプロセス条件を適宜設定することによって、絶縁膜の内部応力を制御することが可能である。発電装置３の製造方法では、例えば、絶縁膜を熱酸化法により形成する場合、酸化温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。また、発電装置３の製造方法では、例えば、絶縁膜をスパッタ法やＣＶＤ法により成膜する場合、ガス圧や、温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。

発電装置３は、振動部３２に外部振動や流体等が作用していない初期状態において、振動部３２が、振動部３２の先端面３２ｃの法線が支持部３１に交差しないように反っている。ここで、振動部３２は、厚み方向の一面側が凹曲面状となり且つ他面側が凸曲面状となるように、反っている。

基板は、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶のシリコン基板や多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等を用いることも可能である。

支持部３１は、枠状の形状として、矩形枠状の形状を採用することが好ましい。つまり、支持部３１は、外周形状が矩形状であることが好ましい。これにより、発電装置３は、製造時に、ダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。発電装置３の製造時には、例えば、まず、支持部３１と振動部３２との基礎となるウェハ（例えば、ＳＯＩウェハ）を準備する。発電装置３の製造時には、ウェハに多数の発電装置３を形成する前工程を行い、後工程において、ダイシング工程で個々の発電装置３に分離する。

支持部３１の内周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や円形状、楕円形状等の形状でもよい。なお、支持部３１の外周形状は、矩形状以外の形状でもよい。

圧電変換部３３は、振動部３２側から順に、第１電極、圧電体層及び第２電極を備えている。要するに、圧電変換部３３は、圧電体層と、圧電体層を厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第１電極及び第２電極と、を備えている。圧電体層の圧電材料としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）を採用しているが、これに限らず、例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ₃）やその他の不純物を添加したＰＺＴでもよい。また、圧電材料は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＫＮＮ（Ｋ_0.5Ｎａ_0.5ＮｂＯ₃）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ₃）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕ等）を添加したもの等でもよい。発電装置３は、圧電体層が、圧電薄膜により構成されている。

発電装置３は、基板と第１電極との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層は、第１電極上の圧電体層の結晶性を向上させるために設ける層である。緩衝層の材料は、圧電体層の圧電材料に応じて適宜選択すればよく、圧電体層の圧電材料がＰＺＴの場合には、例えば、ＳｒＲｕＯ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ₃等を採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ₃膜との積層膜により構成してもよい。なお、発電装置３は、緩衝層を設けることにより、圧電体層の結晶性を向上させることが可能となる。

発電装置３は、振動部３２の振動によって圧電変換部３３の圧電体層が応力を受け、第２電極と第１電極とに電荷の偏りが発生し、圧電変換部３３において交流電圧が発生する。要するに、発電装置３は、圧電変換部３３が圧電材料の圧電効果を利用して交流電圧を発生する。

圧電変換部３３で発生する交流電圧は、圧電体層の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。発電装置３は、スリット３５を流体が流れることによって発生する自励振動を利用して発電することができる。発電装置３の共振周波数は、振動部３２の構造パラメータ及び材料等により決まる。

発電装置３は、支持部３１に、第１電極に第１配線を介して電気的に接続された第１パッド電極と、第２電極に第２配線を介して電気的に接続された第２パッド電極と、が設けられている。なお、発電装置３は、圧電変換部３３を１つだけ備えているが、これに限らず、圧電変換部３３を複数備えた構成としてもよい。

発電装置３は、基板の第１面側が流体の上流側、基板の第２面側が流体の下流側となるようにハウジング２１に保持されている。

発電装置３では、流路２１ｃの上流側から発電装置３に向って流れる流体がスリット３５を通る際に流速が速くなるので、振動部３２と支持部３１とで囲まれた空間の圧力が下がり、振動部３２の第２端３２ｂが支持部３１に近づく向きへ変位する。そして、発電装置３では、振動部３２の厚み方向の両側の空間同士の圧力差がなくなると、振動部３２の弾性力によって振動部３２が元の位置に戻ろうとする力が作用するものと推定される。発電装置３は、このような動作が繰り返されることで振動部３２が自励振動し、圧電変換部３３で交流電圧が発生することになると推定される。なお、本実施形態の流体振動発電装置１は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。

流体振動発電装置１は、発電装置３が実装された回路基板７を備えているのが好ましい。回路基板７としては、例えば、プリント基板を用いることができる。回路基板７は、発電装置３の第１パッド電極、第２パッド電極が第１ワイヤ、第２ワイヤそれぞれを介して電気的に接続される第１導体部、第２導体部を備えている。回路基板７には、流路２１ｃに連通する貫通孔７１が、回路基板７の厚み方向に貫通して形成されている。回路基板７は、貫通孔７１を形成したものに限らず、例えば、Ｕ字状の形状に形成したものでもよい。

流体導入部２２は、ハウジング本体２１の入口２１ａ側に設けられ、外部からの流体を導入し、入口２１ａへ案内するように構成されている
筒体２５は、第２端部２５ｂの、発電装置３への投影領域が、支持部３１、スリット３５及び振動部３２それぞれの一部に重なるように、第２端部２５ｂの内径が設定されている。これにより、流体振動発電装置１は、流体による振動部３２の振動をより発生させやすくなる。

ハウジング２は、ハウジング本体２１の大部分を構成する第１構造体２２１と、第１構造体２２１の背面側から第１構造体２２１に収納される枠状の第２構造体２２２と、を、複数の第１ねじ２２５（図５参照）により固定して構成されている。第２構造体２２２は、外側面から外方へ突出する固定片２２４を一体に備えている。第２構造体２２２は、固定片２２４に形成されている孔に第１ねじ２２５を通して第１構造体２２１に固定されている。流体振動発電装置１は、第１構造体２２１と第２構造体２２２との間に、発電装置３及び回路基板７を配置してから、第１構造体２２１と第２構造体２２２とを第１ねじ２２５により固定することで、ハウジング２に発電装置３及び回路基板７を保持させることができる。第１構造体２２１は、第１構造体２２１及び第２構造体２２２は、それぞれ樹脂成形品により構成してある。よって、流体振動発電装置１は、ハウジング２を金属により形成する場合に比べて、ハウジング２の形状の自由度が高くなり、流体の渦の発生を抑制するための、より複雑な形状のハウジング２を形成可能となり、また、低コスト化を図ることが可能となる。

ハウジング２は、下面側に取付片２２６を備えている。取付片２２６は、取付片２２６の長手方向の両端部に、第２ねじ（図示せず）を通すことが可能な孔２２７が形成されている。流体振動発電装置１は、取付片２２６を備えていることにより、ハウジング２を、ダクト等の取付対象物に対して、第２ねじによって固定できる。

蓄電部４は、発電装置３で発生した電気エネルギを蓄電する。しかしながら、発電装置３で発生する電気エネルギは、交流電圧である。

このため、流体振動発電装置１は、例えば、発電装置３で発生する交流電圧を整流する整流回路を備えた構成であるのが好ましい。この場合、回路基板７には、整流回路の回路部品も実装されているのが好ましい。蓄電部４は、例えば、コンデンサにより構成することができる。蓄電部４を構成するコンデンサは、例えば、整流回路の出力端間に接続することができる。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジからなる全波整流回路を採用することができる。

また、流体振動発電装置１は、整流回路として全波整流回路を備えた構成に限らず、例えば、整流回路として両波倍電圧整流回路を備えた構成としてもよい。両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードの直列回路と２個のコンデンサの直列回路とが並列接続された構成を採用することができる。要するに、両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードと２個のコンデンサとがブリッジ接続されている構成を採用することができる。この場合、蓄電部４は、両波倍電圧整流回路の２個のコンデンサの直列回路により構成することができる。

センサ部５は、環境情報として温度を検知する温度センサ、環境情報として湿度を検知する湿度センサ、環境情報として温度と湿度とを検知する温湿度センサ、環境情報として流速を検知する流速センサ等を採用することができる。温度は、流体の温度である。湿度は、流体の湿度である。温湿度は、流体の温湿度である。流速は、流体の速度である。

送信部６は、センサ部５で検知した環境情報を含む無線信号を送信する無線送信部により構成されているのが好ましい。これにより、流体振動発電装置１は、設置場所の自由度が高くなり、汎用性を高めることが可能となる。無線送信部の無線通信規格としては、例えば、EnOcean（登録商標）、Zigbee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi（登録商標）、UWB（Ultra Wide Band）等を採用することができる。無線通信規格は、特に限定するものではない。

流体振動発電装置１は、上述のように、センサ部５及び送信部６が蓄電部４を電源として動作するように構成されているのが好ましい。

流体振動発電装置１は、発電装置３と蓄電部４とを電気的に接続する第１状態と、発電装置３とセンサ部５とを電気的に接続する第２状態とを切り替え可能に構成された切替回路を備えているのが好ましい。また、流体振動発電装置１は、蓄電部４からセンサ部５及び送信部６への電力供給路に設けられたスイッチング素子と、蓄電部４の蓄電量を監視する監視部と、を備えているのが好ましい。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等により構成することができる。監視部は、蓄電部４の出力端間の電圧を蓄電量として監視し、蓄電量と予め設定した規定値との比較結果に基づいてスイッチング素子をオン、オフする機能を有している。例えば、監視部は、蓄電部４の蓄電量がセンサ部５及び送信部６の駆動のために予め設定した上記規定値に到達すると、スイッチング素子をオンさせ、上記規定値よりも低下すると、スイッチング素子をオフさせる。これにより、センサ部５及び送信部６は、蓄電部４から間欠的に電力供給され、駆動される。

流体振動発電装置１は、切替回路を備えていることにより、蓄電部４の充電毎に蓄電部４の蓄電量が上記規定値に達するまでの時間を短縮することが可能となる。

流体振動発電装置１は、例えば、空調管理システムに利用することができる。

空調管理システムは、例えば、流体振動発電装置１と、空調機と、を備えた構成とすることができる。流体振動発電装置１は、空調機の給気用のダクト（図示せず）もしくは排気用のダクト（図示せず）の内部に配置することができる。

空調機は、例えば、ファンと、ファンを回転させるモータと、運転スイッチと、モータを制御することでファンの運転状態を制御する制御部と、リモートコントローラからのリモコン信号等に基づいて流量や流速の目標値を設定する設定部と、を備える。空調機は、運転スイッチをオンさせることにより、制御部がモータを駆動してファンを回転させる。制御部は、設定部により設定された流量もしくは流速の目標値となるようにモータの回転速度をフィードバック制御する。これにより、空調管理システムは、省エネルギ化を図ることが可能となる。なお、制御部は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等からなる制御回路、モータを駆動する駆動回路等を備えた構成とすればよい。

空調機は、送信部６からの無線信号を受信する受信部と、受信部で受信した無線信号に基づいて流体の流量もしくは流速が目標値となるようにファンの運転状態を制御する制御部と、を備える。これにより、空調管理システムは、低消費電力化及び小型化が可能な流体振動発電装置１を備えているので、空調管理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。

上述の実施形態等において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。

以上、本願発明の構成を、実施形態等に基いて説明したが、本願発明は、実施形態の構成に限らず、例えば、実施形態等の部分的な構成を、適宜組み合わせてある構成であってもよい。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

１ 流体振動発電装置
２ ハウジング
３ 発電装置
４ 蓄電部
５ センサ部
６ 送信部
２１ ハウジング本体
２１ａ 入口
２１ｂ 出口
２１ｃ 流路
２２ 流体導入部
２３ 導入部
２３ａ 流入口
２４ 突出部
２４ａ 先端部
２５ 筒体
２５ａ 第１端部
３１ 支持部
３２ 振動部
３２ａ 第１端
３２ｂ 第２端
３３ 圧電変換部

Claims (6)

1. ハウジングと、発電装置と、を備え、
   前記ハウジングは、ハウジング本体と、流体導入部と、を備え、前記ハウジング本体は、流体の入口及び流体の出口を有し、前記入口と前記出口との間の流路に配置される前記発電装置を保持するように構成され、前記流体導入部は、前記入口へ流体を案内するように構成され、
   前記発電装置は、前記流路を通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し前記振動エネルギを電気エネルギに変換するように構成され、
   前記流体導入部は、前記入口から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる枠状に形成され流体を導入する導入部と、前記導入部における流入口側から前記ハウジング本体側と反対側へ突出した突出部と、を備え、前記突出部の先端部が丸みを有し、前記流体導入部は、前記導入部の内側に配置され前記流路へ導入する流体の一部が通過する筒体を備え、前記導入部と前記筒体とで、二重筒構造を構成している、
   ことを特徴とする流体振動発電装置。
2. 前記発電装置は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備え、前記振動部は、前記振動部の長さ方向の第１端が前記支持部に固定され第２端が自由端となっており、前記圧電変換部は、前記振動部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の流体振動発電装置。
3. 前記筒体は、前記ハウジング本体から遠い側の第１端部がベルマウス形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体振動発電装置。
4. 前記筒体は、円筒状に形成され、前記ハウジング本体から離れるにつれて内径が徐々に大きくなっている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体振動発電装置。
5. 前記ハウジングは、側面が流線形形状である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流体振動発電装置。
6. 前記発電装置で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知するセンサ部と、前記センサ部で検知した環境情報を送信する送信部と、を備え、前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体振動発電装置。

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