JP5426794B1 - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ機構やスプリング装置を使用せずに、車両の重力または動力エネルギーを回収して発電すること。
【解決手段】発電システム１は、路面５１よりも下方に設置された弾性チューブ１１と、弾性チューブ１１の内部に充填された液体１２と、弾性チューブ１１の上方に上下動可能に配設され、車両６１に踏まれたときにその車両６１の重力または動力により弾性チューブ１１を一時的に押し潰す押圧体２１とを備える。押圧体２１は、車両６１に踏まれていない状態のときは、弾性チューブ１１の復元力により路面５１よりも上方に持ち上げられている突出部２２ａを有している。
【効果】システム構成が大幅に簡素化され、イニシャルコストが低減される。ポンプ機構やスプリング装置が存在しないため、保守性も良好となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、路面を走行する車両の重力または動力を利用して発電する機構を備えた発電システムに関するものである。

近年、電力に関しては、原子力発電に代わる安全でクリーンな発電方式の開発が重要なテーマとなっている。環境負荷が小さい発電方式としては、太陽光、風力、波力、地熱などの再生可能エネルギーを利用した発電方式が知られている。

その一方で、自然のエネルギーを利用するものではないが、路面を走行する車両の重力または動力を利用した発電方式も、交通量の多い市街地や作業車が頻繁に走行する工場等においては、定常的もしくは反復的な供給が見込めるエネルギーであるため、幾つかのシステム構成が、従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、路面を通行する車両の重量により上下運動を行う踏板を備えた発電装置が開示されている。この発電装置の場合、路面の下部には、踏板に復帰動作をさせるためのスプリング装置と、このスプリング装置を介し踏板に連結された連接棒と、この連接棒の他端側に設けたピストン及びこのピストンが嵌合するシリンダを備えたポンプなどが実装される。また、この従来の発電装置は、前記ポンプの動作によって得られる高圧の液体により被動軸を回転させるモーターと、このモーターの被動軸で駆動される発電機を備えている。

また、特許文献２には、車両が走行する路面に、車両の進入側は搖動自在に枢支し、車両の進出側は路面の上方に付勢した構造の踏板を備えたエネルギー回収装置が開示されている。このエネルギー回収装置の場合、踏板の下方には、ピストンが嵌合されたシリンダと、一端を前記踏板の下面に枢支し、他端を前記ピストンに枢支した連結ロッドと、前記シリンダ内の流体の圧力を蓄えるアキュムレータなどが配設される。また、この従来のエネルギー回収装置は、前記アキュムレータに蓄えた圧力エネルギーを電力に変換するタービン発電機を備えている。

しかしながら、特許文献１及び２で提案された発電システムは、路面の下方に、踏板と連動して上下動するピストン及びこのピストンと嵌合されるシリンダを備えたポンプ機構を踏板の数に応じて多数列設する必要があるため、設置時のイニシャルコストが増大し、かつ、設置後もポンプ機構の保守に手間がかかるので、ランニングコストも高くなるという課題があった。

また、特許文献１の発電システムは、踏板の復帰動作のためのスプリング装置も必要であるため、その点でもコストアップが避けられないという課題があった。

特開昭５５−１３９９８３号公報 特開２００１−３２７６４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、車両の重力または動力エネルギーを利用した従来の発電システムは、路面の下方に、踏板と連動して上下動するピストン及びこのピストンと嵌合されるシリンダを備えたポンプ機構を踏板の数に応じて多数列設する必要があるため、イニシャルコストが増大し、ランニングコストも高くなる点である。

上記課題があるため、車両の重力または動力エネルギーを利用した発電方式は、アイデアとしては幾つかのシステム構成が提案されていても、広く実用化されるには至っていない。

本発明は、車両の重力または動力エネルギーを利用した発電システムにおいて、そのエネルギーを回収する手段として路面の下方に列設していたピストン及びシリンダからなるポンプ機構を不要とすることにより、導入コストを低減し、かつ、保守性にも優れた発電システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の発電システムは、
路面よりも下方に設置された弾性チューブと、この弾性チューブの内部に充填された液体と、前記弾性チューブの上方に上下動可能に配設され、車両に踏まれたときにその車両の重力または動力により前記弾性チューブを一時的に押し潰す押圧体と、この押圧体で押し潰されることにより前記弾性チューブ内で加圧された前記液体の液圧を利用して発電する発電機とを備えた発電システムであって、
前記弾性チューブは、その長手方向が車両の進行方向と同じ向きとなるように設置すると共に、
前記押圧体は、前記弾性チューブの長手方向に所定の間隔を空けて複数配設され、車両に踏まれていない状態のときは前記弾性チューブの復元力により前記路面よりも上方に持ち上げられている突出部を有しており、
前記押圧体が車両に踏まれていない状態においても、前記弾性チューブを一定程度押し下げた状態で保持することにより、前記弾性チューブの断面形状を、該弾性チューブが荷重を受けていない状態における断面形状よりも扁平した状態に維持する押さえ機構を設けたことを最も主要な特徴としている。

上記本発明によれば、車両の重力または動力エネルギーを回収する手段として、内部に液体が充填された弾性チューブと、この弾性チューブの上方に上下動可能に配設され、車両に踏まれたときにその車両の重力または動力により弾性チューブを一時的に押し潰す押圧体を用いるので、従来は路面の下方に列設していたピストン及びシリンダからなるポンプ機構は不要となる。

また、前記押圧体の突出部は、車両に踏まれていない状態のときは弾性チューブの復元力により路面よりも上方に持ち上げられているので、従来は踏板の復帰動作のために設けていたスプリング装置も不要となる。

よって、本発明の構成によれば、システム構成が大幅に簡素化されるので、イニシャルコストが低減される。また、ポンプ機構やスプリング装置が存在しないため、保守性も良好となり、ランニングコストも低減できる。

第１実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、図２のＸ−Ｘ’線における縦断面を示した図である。 第１実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、路面を切り欠いて内部構造が見えるようにした平面図である。 第１実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、図２のＹ−Ｙ’線における断面を示した図である。 保持板の取付け位置等を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における断面を示した図である。 第１実施例の発電システムの全体構成の一例を説明するブロック図で、（ａ）は市水を利用し非循環型とする場合の図、（ｂ）は循環型とする場合の図である。 第２実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、弾性チューブの長手方向に対する横断面図である。 第２実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、（ａ）は路面を切り欠いて内部構造が見えるようにした平面図、（ｂ）は弾性チューブの長手方向に対する縦断面図である。 第３実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、弾性チューブの長手方向に対する横断面図である。 第３実施例の発電システムの構成の一部を説明する図で、弾性チューブの長手方向に対する縦断面図である。

以下、本発明の種々の実施形態を、図１〜図９を用いて詳細に説明する。

図１において、５１は路面であり、具体的には、例えば、作業車が頻繁に通行する工場敷地内の路面や、車両が切れ目なく低速で走行する高速道路の料金所付近の路面などを示している。

１は、路面５１よりも下方に設置され、内部に例えば水などの液体１２が流動可能に充填された弾性チューブ１１と、この弾性チューブ１１の上方に上下動可能に配設され、車両６１（図１ではタイヤの一部のみを示している）に踏まれたときにその車両６１の重力または動力により弾性チューブ１１を一時的に押し潰す押圧体２１を備えた第１実施例の発電システムを示している。

５１ａは、発電システム１の主要な機器の上方を車両６１がスムーズに走行できるように、路面５１と同じ高さ位置で連続面を形成する鋼板を示している。また、５２は、発電システム１の設置スペースにおける床面を示している。２４は、押圧体２１を弾性チューブ１１の所定位置に固定するためのナットである。

押圧体２１は、押圧体２１が車両６１に踏まれていない状態のときに弾性チューブ１１の復元力により路面５１よりも上方に持ち上げられている突出部２２ａを有している。車両６１が突出部２２ａの上面を踏み付けながら矢印Ａの方向に移動すると、弾性チューブ１１の長手方向に列設されている押圧体２１は、車両６１の荷重によって、順次、鉛直方向に押し下げられる。

押圧体２１が鉛直方向に押し下げられると、図１に示すように、押圧体２１の棒部材２２ｂの上下方向中央部付近に取り付けられている押下部２３が、順次、弾性チューブ１１を上方から押し潰す。すると、弾性チューブ１１内に充填されていた液体１２は、弾性チューブ１１が圧閉されるのに伴い、車両６１の進行方向（矢印Ａの方向）に押し出され、液圧が一気に高まる。

もっとも、弾性チューブ１１が押し潰された状態から元の形状に復元するときに、液体１２が車両６１の進行方向とは逆の方向にも流入する可能性がある。そこで、第１実施例の発電システム１では、液体１２が逆方向に流入するのを防止すべく、弾性チューブ１１と発電機（図１では不図示）の間に逆止弁３２を設けている。なお、３３は、逆止弁３２と弾性チューブ１１を離脱しないように接続するための係止具を、３４は連接管を示している。

第１実施例の発電システム１は、押圧体２１の押下部２３で押し潰されることにより弾性チューブ１１内の液体１２の液圧を高め、この高められた液圧を利用して水流式の発電機のタービンを回転させて発電する。よって、車両６１の主には重力エネルギーを利用して、環境への負荷が小さいクリーンな発電ができる。

次に、第１実施例の発電システム１において、発電効率をより高めるために採用した好適な実施形態を説明する。

本発明では、弾性チューブ１１は、弾性変形自在で、車両６１の荷重相当の圧力で押圧したときに完全にもしくは概ね圧閉された状態になると共に、押圧を開放すれば直ちに元の形状に復元する機能が得られるのであれば、どのような材質および形状の弾性チューブであっても、使用することは可能である。そこで、第１実施例の発電システム１は、かかる条件を満たすと共に、十分な耐久性を兼ね備えた好適な弾性チューブとして、例えばポンピングチューブとして市販されているものを使用している。

また、弾性チューブ１１は、図１及び図２に示すように、その長手方向が車両６１の進行方Ａと同じ向きとなるように設置すると共に、押圧体２１は、弾性チューブ１１の長手方向に所定の間隔を空けて複数の押圧体２１を配設している。かかる構成は、矢印Ａの方向に移動する車両６１の重力エネルギーと動力エネルギーを直列的に弾性チューブ１１内の液体１２に伝達することができるので、発電効率が極めて良好となる。

また、第１実施例は、図２に示すように、車両６１の進行方向と交差する向きに複数の弾性チューブ１１を並列配置していることでも発電効率を高めている。この並列配置の構成を採用する場合、各弾性チューブ１１は、隔壁５３及び５４で区画し、強度を確保している。なお、以下、並列配置した弾性チューブ１１を区別するときは、図２の紙面下側から弾性チューブ１１（ａ）、弾性チューブ１１（ｂ）、弾性チューブ１１（ｃ）というものとする。

図３は、図２のＹ−Ｙ’線における断面を示した図である。弾性チューブ１１（ａ）については車両６１に完全に踏まれた状態の断面が、弾性チューブ１１（ｂ）については車両６１に踏まれていない状態の断面が、弾性チューブ１１（ｃ）は係止具３３によって逆止弁３２に固定されている部分の断面が示されている。

弾性チューブ１１の断面形状は、荷重を受けていない状態においては真円であるが、本発明では、図３の弾性チューブ１１（ｂ）に示すように、押圧体２１が車両６１に踏まれていない状態においても、弾性チューブ１１を一定程度押し下げた状態で保持するための押さえ機構を設けることが望ましい。その理由は次の２点である。

第１に、押圧体２１が車両６１に踏まれていないときに、弾性チューブ１１を真円の形状にまで復元させると、台座２６と点接触する形になり、台座２６上での安定性が悪くなる。これに対し、図３の弾性チューブ１１（ｂ）のように、やや扁平した状態を維持する押さえ機構を設けた場合は、弾性チューブ１１が台座２６上で安定するので好適である。第２に、押圧体２１が車両６１に踏まれていないときに、弾性チューブ１１を真円の形状にまで復元させると、押圧体２１の押し下げ量（ストローク）が必要以上に大きくなってしまう。これに対し、図３の弾性チューブ１１（ｂ）のように、やや扁平した状態を維持する押さえ機構を設けた場合は、断面積は左程小さくすることなく、押圧体２１の押し下げ量（ストローク）を小さくすることができるので好適である。

第１実施例では、押さえ機構の具体的構成として、次の構成を採用した。すなわち、図３において、破線２３ａで示した位置は、弾性チューブ１１の形状が真円であった場合における押下部２３の位置を示している。第１実施例では、弾性チューブ１１を設置工事する際に、当初、破線２３ａの位置にあった押下部が、図３の押下部２３の位置まで下がるように、押圧体２１の棒部材２２ｂの下端部に切られている螺子に対し、ナット２４を締め付ける。このようにすることで、図３の弾性チューブ１１（ｂ）は、やや扁平した形状となっている。

また、第１実施例は、図３に示すように、弾性チューブ１１（ｃ）の水平方向両側に、弾性チューブ１１の水平方向の位置ずれを防止するためのガイド部材２５を設けることでも、台座２６上における弾性チューブ１１（ｃ）の安定性を高め、トラブルを未然に防止している。

すなわち、図３において弾性チューブ１１（ａ）は、押圧体２１によって最も押し潰された状態を示しているが、かかる状態においては、弾性チューブ１１（ａ）と、その両側の棒部材２２ｂとの間のスペースは最も狭くなっている。このとき、仮に、弾性チューブ１１（ａ）が台座２６の中心から左右何れかの方向に一定程度ずれてしまうと、最悪の場合、棒部材２２ｂと接触し、押圧体２１の上下動が阻害されてしまう。

そこで、第１実施例では、かかるトラブルを未然に防止するために、弾性チューブ１１の水平方向の位置ずれを防止するガイド部材２５を設けたのである。ガイド部材２５の高さは、押圧体２１によって最も押し潰された弾性チューブ１１（ａ）の厚みよりも若干低くすることで、押圧体２１の上下動を妨げないようにしている。

なお、４１は、鋼板５１ａの裏面に取り付けた保持板を示している。また、５５は、弾性チューブ１１（ａ）ないし（ｃ）の幅方向両端に設けられ、システム全体の強度を確保するための強化壁である。５６は、区画壁５３と強化壁５５を連結するナットである。

図４は、図３とは異なる方向から、保持板４１の取付け位置等を説明する図である。鋼板５１ａの表面には、突出部２２ａと同形状の横長長円状の溝５１ｂが切られている。押圧体２１が車両６１に踏まれたとき、突出部２２ａは、この溝５１ｂ内に埋没し、保持板４１と当接する位置まで押し下げられる。つまり、保持板４１は、押圧体２１の押し下げ量を決める部材でもある。

図５（ａ）は、液体１２として市水を利用すると共に、発電利用後の水は循環利用しない非循環型の発電システム１の全体構成を示したブロック図である。３５ａは、市水の導入部を示している。３４は連接管であり、弾性チューブ１１は、長手方向に直列に接続すると共に、幅方向にも並列に接続している。３２は、液体１２の逆流を防止するために、弾性チューブ１１と発電機３１との間に設けた逆止弁を示している。３６は、発電機３１で発電した電気を蓄えておくための蓄電池であり、３７は、発電利用後の水を排出する排出部を示している。

この非循環型の発電システム１は、節水という観点では劣るが、導入部３５で市水を導入するので、補助的ではあるが、一定程度の水圧が得られるという利点がある。

図５（ｂ）は、発電利用後の水を循環利用する循環型の発電システム１の全体構成を示したブロック図である。既に説明した非循環型のシステムとの違いは、発電利用後の水を貯溜しておく貯溜槽３８を備えている点である。３５ｂは、貯溜槽３８の水を連接管３４へ導入して循環させる導入部を示している。

この循環型の発電システム１は、補助的な水圧の確保という点では劣るが、水を循環利用するので、節水ができるという利点がある。なお、図５において、３９は、押圧体２１によって高められた弾性チューブ１１内の液体の圧力を一時的に蓄積しておくためのアキュムレータを示している。

次に、図６を参照して、第２実施例の発電システム２の構成を、これまでに説明した第１実施例の発電システム１とは異なる点を中心に説明する。第１実施例との構成上の違いは、押圧体２１が、車両６１に踏まれる上端２７ａから弾性チューブ１１を押圧する下端２７ｂに至るまで、一体の部材２７で構成されている点である。具体的には、第２実施例においては、一体の部材２７として、直方体状の鋼材を用いている。

従って、第２実施例の発電システム２では、押圧体２１はそれ自体が非常に頑丈なものとなり、長期間に亘って車両６１に踏まれ続けても破損の可能性は低くなる。なお、第２実施例では、鋼板５１ａには、直方体状の押圧体２１の上下動を許容する長方形状の孔を設けると共に、鋼板５１ａの下方に取り付けた第２の鋼板４２にも、同じく長方形状の孔を設けている。つまり、第２実施例の発電システム２では、上下方向に距離を空けた鋼板５１ａと第２の鋼板４２の夫々に設けた２つの孔を通過させることによって、押圧体２１の上下の動きがぶれないように、上下動を安定させている。

図７（ａ）は、第２実施例の発電システム２の路面５１を切り欠いて内部構造が見えるようにした平面図、（ｂ）は弾性チューブの長手方向に対する縦断面図である。第１実施例との構成上の違いは、押圧体２１が、押さえ機構（２３ａ，２３ｂ，２４）と分離されている点である。

すなわち、第１実施例においては、丸棒状の部材を「コ」の字状に曲げて突出部２２ａと棒部材２２ｂを形成し、２本の棒部材２２ｂの間に押下部２３を取り付け、押圧体２１を形成していた。押圧部２３は、棒部材２２ｂの下端にナット２４を締め付けることにより、押さえ機構も兼ね備えていた。これに対し、第２実施例においては、図７中、符号２３ａ、２３ｂ、２４で示す部材は、押圧体としての機能はなく、押さえ機構としての機能のみとなる。そして、第２実施例においては、一体の部材２７からなる押圧体２１と、押さえ機構（２３ａ，２３ｂ，２４）とが、弾性チューブ１１（ｂ）の長手方向に、交互に配設されている。

以上説明したように、本発明の発電システム１，２は、車両６１の重力または動力エネルギーを回収する手段として、内部に液体１２が充填された弾性チューブ１１と、この弾性チューブ１１の上方に上下動可能に配設され、車両６１に踏まれたときに弾性チューブ１１を一時的に押し潰す押圧体２１を用いるので、ポンプ機構やスプリング装置は不要となる。

よって、本発明の構成によれば、システム構成が大幅に簡素化されるので、イニシャルコストが低減される。また、故障しやすいポンプ機構や、スプリング装置が存在しないため、保守性も良好となる。

本発明は、前記の実施例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、第１実施例では、車両６１に踏まれる突出部２２ａと、弾性チューブ１１を押し潰す押圧部２３を別部材とする例を開示したが、本発明では、両者は必ずしも別部材とする必要はない。例えば、図８に示す第３実施例の発電システム３のように、車両に踏まれる突出部２２ａの下面で弾性チューブ１１を押し潰しても良い。

もっとも、第３実施例のように構成した場合、路面５１の下方の比較的浅い位置に弾性チューブ１１を配置せざるを得ないが、逆止弁を設置するには上下方向に一定程度の高さを有した空間を確保する必要がある。そのため、第３実施例のように構成した場合は、図９に示すように、車両に踏まれる区間は浅く、逆止弁の付近（図９では係止具３３の先に逆止弁がある）では深くと、弾性チューブ１１を波形状に配置する必要があり、発電効率の点で不利となるおそれがある。

従って、発電効率を考えた場合は、第１実施例で示したように、車両に踏まれる突出部２２ａと弾性チューブを押し潰す押圧部２３は別部材とするか、あるいは、第２実施例で示したように、上下方向に十分な長さを有した一体の部材２７からなる押圧体２１を使用することで、弾性チューブ１１を直線状に配置する方が有利である。

１，２，３ 発電システム
１１，１１（ａ），１１（ｂ），１１（ｃ） 弾性チューブ
１２ 液体
２１ 押圧体
２２ａ 突出部
２２ｂ 棒部材
２３ 押下部
２４ ナット
２５ ガイド部材
２６ 台座
３１ 発電機
３２ 逆止弁
５１ 路面
６１ 車両

Claims (6)

1. 路面よりも下方に設置された弾性チューブと、この弾性チューブの内部に充填された液体と、前記弾性チューブの上方に上下動可能に配設され、車両に踏まれたときにその車両の重力または動力により前記弾性チューブを一時的に押し潰す押圧体と、この押圧体で押し潰されることにより前記弾性チューブ内で加圧された前記液体の液圧を利用して発電する発電機とを備えた発電システムであって、
   前記弾性チューブは、その長手方向が車両の進行方向と同じ向きとなるように設置すると共に、
   前記押圧体は、前記弾性チューブの長手方向に所定の間隔を空けて複数配設され、車両に踏まれていない状態のときは前記弾性チューブの復元力により前記路面よりも上方に持ち上げられている突出部を有しており、
   前記押圧体が車両に踏まれていない状態においても、前記弾性チューブを一定程度押し下げた状態で保持することにより、前記弾性チューブの断面形状を、該弾性チューブが荷重を受けていない状態における断面形状よりも扁平した状態に維持する押さえ機構を設けたことを特徴とする発電システム。
2. 前記弾性チューブの水平方向両側に、前記弾性チューブの水平方向の位置ずれを防止するためのガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記押圧体は、車両に踏まれる上端から前記弾性チューブを押圧する下端に至るまで、一体の直方体状の部材で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記路面と同じ高さ位置で連続面を形成する鋼板を有し、該鋼板には前記押圧体の上下動を許容する孔を設けると共に、前記鋼板の下方に取り付けた第２の鋼板にも孔を設け、前記押圧体は、上下方向に距離を空けた前記鋼板と前記第２の鋼板の夫々に設けた２つの孔を通過させることによって、前記弾性チューブの上方に上下動可能に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
5. 前記押さえ機構と前記押圧体が、前記弾性チューブの長手方向に交互に配設されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の発電システム。
6. 前記弾性チューブが押し潰された状態から元の形状に復元するときに前記液体が逆方向に流入するのを防止すべく、前記弾性チューブと前記発電機の間に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の発電システム。

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