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JP2001275370A - 圧電水力発電装置 - Google Patents

圧電水力発電装置

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Publication number
JP2001275370A
JP2001275370A JP2000086069A JP2000086069A JP2001275370A JP 2001275370 A JP2001275370 A JP 2001275370A JP 2000086069 A JP2000086069 A JP 2000086069A JP 2000086069 A JP2000086069 A JP 2000086069A JP 2001275370 A JP2001275370 A JP 2001275370A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
power generator
hydraulic power
piezoelectric element
vibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000086069A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Kato
憲一 加藤
Shinji Sakurai
信治 櫻井
Tetsuya Kawakami
哲也 川上
Yuichiro Kono
雄一郎 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of JP2001275370A publication Critical patent/JP2001275370A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

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  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で、小型、軽量、で変換効
率が良い圧電素子を用いた圧電水力発電装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 圧電式の水力発電装置において、水力を
振動エネルギーに変換する手段と、振動エネルギーを電
力に変換する発電手段と、発電した電力を整流する整流
手段と、整流した電力を蓄電する蓄電手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水力を電力に変換
し、かつ蓄電することを可能とする水力発電装置に関
し、特に水力を電力に変換する手段を圧電素子とした圧
電式の水力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水力発電装置としては、電磁式の
発電装置が一般的であり、さまざまな分野で応用されて
いる。電磁式の発電装置においては、発電に際しては水
力により水車が回転し、この回転によってエネルギーが
電磁型発電機により電力として取り出される。この電磁
式の発電装置はロータやマグネット等から成るモータ、
減速装置で構成されており、小型化、軽量化が困難であ
った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電磁式の発電装置はロ
ータやマグネット等から成るモータ、減速装置で構成さ
れており、小型化、軽量化が困難であったため、水流を
受けて回転する水車を設置する場所に制約があった。
【０００４】本発明の目的はこの点を解決して、比較的
簡単な構成で、かつ小型、軽量で変換効率の良い、水力
発電装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に請求項１に記載の発明は、振動板と、その振動板に固
定されており且つ振動板への振動を電力に変換する圧電
素子から成る発電手段と、発電した電力を整流する整流
手段と、整流した電力を蓄電する蓄電手段から成ること
を特徴とするため、比較的簡単な構成で、小型、軽量、
で変換効率が良い水力発電装置を提供できる。圧電素子
自体で振動板を構成することにより更に簡素化した水力
発電装置を提供できる。
【０００６】請求項２に記載の発明は、共振周波数が異
なる複数の振動板を用いているため、あらゆる振動に対
して水力を効率的に電力に変換することが可能となる。
【０００７】請求項３に記載の発明は、振動板の共振周
波数が振動板に取り付けられた圧電素子の共振周波数と
なるように調節されているため、圧電素子の電気機械変
換効率が最適とすることが可能となる。共振周波数は、
圧電素子及び振動板の形状、長さで調整が可能である。
【０００８】請求項４に記載の発明は、水流を受けた際
に渦流を発生し、振動板が長さ方向に効率よく振動する
ような振動発生手段を有しているため、水力を効率よく
振動エネルギーに変換することが可能となる。振動発生
手段は、振動板の側に振動させる手段を設けてもよい
し、水流自体を変化させて振動を発生させてもよい。
【０００９】請求項５に記載の発明は、振動発生手段が
振動板と一体に構成されているため、水力が振動エネル
ギーに変換される際のロスが小さくできる。
【００１０】請求項６に記載の発明は、振動発生手段が
振動板を折り曲げることにより構成されているため、装
置の簡素化が可能になる。
【００１１】請求項７に記載の発明は、振動発生手段が
流路自体に形成されているため、発電部の形態の簡素化
が可能になる。振動発生手段は、流路に突起やリブなど
の任意の形状のものを形成することにより実現できる。
【００１２】請求項８に記載の発明は、圧電素子が圧電
セラミックスであることから振動エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する変換効率の向上が可能になる。圧電セ
ラミック材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛
系材料が用いられる。
【００１３】請求項９に記載の発明は、圧電素子が圧電
単結晶であることから圧電素子の高強度化が図れるため
信頼性の向上が可能となる。圧電単結晶材料としては、
例えば、ニオブ酸リチウムが用いられる。
【００１４】請求項１０に記載の発明は、圧電素子が強
誘電性高分子であることから圧電素子自体を柔軟性のあ
るフィルム状にすることができるため、振動板の柔軟性
向上及び装置の信頼性向上が可能となる。また、振動板
を圧電素子自体で構成することができるため、更なる簡
素化が可能となる。強誘電性高分子材料としては、例え
ば、ポリフッカビニリデンが用いられる。
【００１５】請求項１１に記載の発明は、圧電素子が単
層圧電素子を積層して構成した積層圧電素子であるこか
ら、単層圧電素子が並列接続された構成となるため、大
電力化が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に関し、以下
に実施例を用いて詳説する。
【００１７】
【実施例】図１は本発明に係る圧電水力発電装置の構成
図である。圧電水力発電装置１は流路２内に設置された
発電部４と発電部で発電された電力を整流する整流部８
および整流された電力を蓄電する蓄電部１０とから成
る。発電部４は水流３を受けた際に振動板５を振動させ
るような水の振動を発生させる振動発生手段７および振
動板５に固定された圧電素子６から構成される。振動板
５は、屈曲振動を発生しやすい金属などの材料により構
成することが望ましい。金属以外の合成樹脂等で構成し
ても良い。
【００１８】また、圧電素子６と振動発生手段７はシリ
コーン樹脂に覆われた防水構造となっているため、水環
境下においても漏電や感電の恐れがないようにしてい
る。ここで、樹脂の材質については、シリコーンに限る
ものではないことはいうまでもない。
【００１９】振動板の一端には水流に振動を発生させる
振動発生手段が具備されている。振動発生手段7は水流
を受けた際に、水流の方向を振動発生手段７の内面に沿
って変える。それにより、振動発生手段7近傍に渦流を
発生して振動板５は長さ方向に沿って屈曲運動をはじめ
る。振動板５が屈曲運動をはじめると振動板５に固定さ
れた圧電素子６が振動を電力に変換する。圧電素子６
は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する効率の
良いものを使用することが望ましい。例えば、チタン酸
ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスがなどがそれに相当
する。そのほかにもニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶
やポリフッカビニリデンに代表される強誘電性高分子な
ども用いることができる。
【００２０】圧電素子により発電された電力は、ダイオ
ード９で構成された整流部８において整流される。整流
された電力は、二次電池１１で構成された蓄電部１０で
電力として充電される。蓄電手段としては、二次電池に
限らず電気二重コンデンサなどのコンデンサで構成する
こともできる。上述の通り、本発明の圧電水力発電装置
は構造が極めて簡単であり、かつロータやマグネット等
から成るモータや減速装置が不要であるため小型化、軽
量化が可能となる。
【００２１】図２は、本発明の第２の実施例に係る圧電
水力発電装置を説明するための構成図である。本実施例
においては、水流に振動を発生させる振動発生手段１３
を流路自体に形成したことを特徴としている。流路１２
に形成された凸状の振動発生手段１３により水流が振動
発生手段にぶつかって渦流が発生し、渦流によって振動
板５に屈曲運動が励起され振動板５が振動をはじめる。
それ以降については実施例１と同様の原理で発電が行わ
れる。
【００２２】図3は、本発明の第３の実施例に係る圧電
水力発電装置を説明するための構成図である。本実施例
においては、振動板5を水流3に対して角度を持たせた構
成としているため、振動発生手段を設けることなく、振
動板5は振動をはじめる。それ以降については実施例1と
同様の原理で発電が行われる。
【００２３】これ以外にも、発電部を水路の終端、例え
ば水栓の吐水口付近に配置することにより、振動板5を
水流3に対して平行に構成した場合にも、振動発生手段
を設けることなく、振動板5を振動させることが可能と
なる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１に記載の発明に係る圧電水力発電装置
は、振動板と、その振動板に固定されており且つ振動板
への振動を電力に変換する圧電素子から成る発電手段
と、発電した電力を整流する整流手段と、整流した電力
を蓄電する蓄電手段から成ることを特徴とするため、比
較的簡単な構成で、小型、軽量、で変換効率が良い水力
発電装置を提供できる。
【００２５】請求項２に記載の発明は、共振周波数が異
なる複数の振動板を用いているため、あらゆる振動に対
して水力を効率的に電力に変換することが可能となる。
【００２６】請求項３に記載の発明は、振動板の共振周
波数が振動板に取り付けられた圧電素子の共振周波数と
なるように調節されているため、圧電素子の電気機械変
換効率が最適とすることが可能となる。
【００２７】請求項４に記載の発明は、振動板が水流を
受けた際に振動板が効率よく振動するように振動手段を
有しているため、水力を効率よく振動エネルギーに変換
することが可能となる。
【００２８】請求項５に記載の発明は、振動発生手段が
振動板と一体に構成されているため、水力が振動エネル
ギーに変換される際のロスが小さくできる。
【００２９】請求項６に記載の発明は、振動発生手段が
振動板を折り曲げることにより構成されているため、装
置の簡素化が可能になる。
【００３０】請求項７に記載の発明は、振動発生手段が
流路自体に形成されているため、発電部の形態の簡素化
が可能になる。
【００３１】請求項８に記載の発明は、圧電素子が圧電
セラミックスであることから振動エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する変換効率の向上が可能になる。
【００３２】請求項９に記載の発明は、圧電素子が圧電
単結晶であることから圧電素子の高強度化が図れるため
信頼性の向上が可能となる。
【００３３】請求項１０に記載の発明は、圧電素子が強
誘電性高分子であることから圧電素子自体が柔軟性のあ
るフィルム上であるため、振動板の柔軟性向上及び装置
の信頼性向上が可能となる。
【００３４】請求項１１に記載の発明は、圧電素子が単
層圧電素子を積層して構成した積層圧電素子であるこか
ら、単層圧電素子が並列接続された構成となるため、大
電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電水力発電装置を示す第１の実施の
形態の構成図である。
【図２】本発明の圧電水力発電装置を示す第２の実施の
形態の構成図である。
【図３】本発明の圧電水力発電装置を示す第３の実施の
形態の構成図である。
【符号の説明】
１…圧電水力発電装置、２…水路、３…水流、４…発電
部、５…振動板、６…圧電素子、７…振動発生手段、８
…整流部、９…ダイオード、１０…蓄電部、１１…二次
電池、１２…負荷、１３…振動発生手段
フロントページの続き (72)発明者 河野 雄一郎 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 Ｆターム(参考） 3H074 AA12 AA20 BB09 BB11 CC10 CC50

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水力をもとに圧電素子により発電を行う
    圧電水力発電装置において、圧電素子において発電した
    電力を整流する整流手段と、整流した電力を蓄電する蓄
    電手段とを設けるとともに、前記圧電素子を固定する振
    動板を設け、該振動板の振動により圧電素子にて発電す
    るようにしたことを特徴とする圧電水力発電装置。
  2. 【請求項２】 共振周波数が異なる複数の振動板を用い
    たことを特徴とする請求項１に記載の圧電水力発電装
    置。
  3. 【請求項３】 前記振動板の共振周波数が圧電素子の共
    振周波数となるように調節されていることを特徴とする
    請求項１，２記載の圧電水力発電装置。
  4. 【請求項４】 水流によって前記振動板を振動させる振
    動発生手段を有することを特徴とする請求項１から３記
    載の圧電水力発電装置。
  5. 【請求項５】 前記振動発生手段が前記振動板と一体に
    構成されている請求項１から４記載の圧電水力発電装
    置。
  6. 【請求項６】 前記振動発生手段を、前記振動板の端部
    を折り曲げて構成したことを特徴とする請求項１から５
    記載の圧電水力発電装置。
  7. 【請求項７】 前記振動発生手段を、流路に形成したこ
    とを特徴とする請求項１から４記載の圧電水力発電装
    置。
  8. 【請求項８】 前記圧電素子が、圧電セラミックスであ
    ることを特徴とする請求項１から７記載の圧電水力発電
    装置。
  9. 【請求項９】 前記圧電素子が、圧電単結晶であること
    を特徴とする請求項１から７記載の圧電水力発電装置。
  10. 【請求項１０】 前記圧電素子が、強誘電性高分子であ
    ることを特徴とする請求項１から７記載の圧電水力発電
    装置。
  11. 【請求項１１】 前記圧電素子が、単層圧電素子を積層
    して構成した積層圧電素子であることを特徴とする請求
    項１から１０記載の圧電水力発電装置。
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