(57)【要約】【課題】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。【解決手段】発電装置１００が、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。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。タービン３０は、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。【選択図】図１
2011259521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収容し、外部からの加重により内容積が変化する第１および第２の収容手段と、
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。
【請求項２】
前記第１および第２の収容手段は、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。
【請求項３】
前記第１および第２の収容手段は、
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。
【請求項４】
前記第１および第２の収容手段は、周壁部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、該周壁部が上下方向に伸縮す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。
【請求項５】
前記第１および第２の収容手段は、弾性部材を備え、外部からの加重がある場合には前記内容積が減少し、外部からの加重が無い場合には前記弾性部材の弾性力によって前記内容積が加重前の大きさに戻ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項６】
前記第１および第２の収容手段は、弾力性を有する素材で形成され、外部からの加重がある場合には前記内容積が減少し、外部からの加重が無い場合には前記素材の弾性力によって前記内容積が加重前の大きさに戻ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項７】
前記回転手段は、タービンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６２５７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「東京駅における「発電床」実証実験について」、［平成２２年５月２８日検索］、インターネット＜URL: www.jreast.co.jp/press/2007_2/20080105.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２Ａ】図２Ａは、本実施例１に係るタンクの一例を示す図（１）である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施例１に係るタンクの一例を示す図（２）である。
【図３】図３は、本実施例１に係るタービンおよび発電機の一例を示す図である。
【図４】図４は、本実施例１に係る発電装置の適用例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施例１に係るタンクの他の例を示す図（１）である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施例１に係るタンクの他の例を示す図（２）である。
【図６Ａ】図６Ａは、本実施例１に係るタンクの他の例を示す図（１）である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本実施例１に係るタンクの他の例を示す図（２）である。
【図７Ａ】図７Ａは、本実施例２に係るタンクの一例を示す図（１）である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本実施例２に係るタンクの一例を示す図（２）である。
【図８Ａ】図８Ａは、本実施例２に係るタンクの他の例を示す図（１）である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本実施例２に係るタンクの他の例を示す図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【実施例１】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【実施例２】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
１００  発電装置
１１，１２  タンク
２１，２２  パイプ
３０  タービン
４０  発電機
【図１】
2011259521.tif 000003
【図２Ａ】
2011259521.tif 000004
【図２Ｂ】
2011259521.tif 000005
【図３】
2011259521.tif 000006
【図４】
2011259521.tif 000007
【図５Ａ】
2011259521.tif 000008
【図５Ｂ】
2011259521.tif 000009
【図６Ａ】
2011259521.tif 000010
【図６Ｂ】
2011259521.tif 000011
【図７Ａ】
2011259521.tif 000012
【図７Ｂ】
2011259521.tif 000013
【図８Ａ】
2011259521.tif 000014
【図８Ｂ】
2011259521.tif 000015