JP2008259354A - Building - Google Patents
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Abstract
【課題】建造物が受ける地震や風等の振動エネルギーを、簡易な設備を用いて電気エネルギーに変換することができる建造物を提供すること。
【解決手段】本発明の建造物は、免震装置20及び/又は制震装置30と、免震装置20及び/又は制震装置30に装着される発電装置10とから構成されるものである。発電装置10は、複数個の圧電素子11及び各圧電素子11を吊り下げる吊り下げ部12とから構成され、免震装置20及び/又は制震装置30の変形に伴って、吊り下げ部12に吊り下げられた複数の圧電素子11同士を互いに衝突させて発電を行うものである。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a building capable of converting vibration energy such as earthquake and wind received by the building into electric energy using a simple facility.
A building according to the present invention includes a seismic isolation device and / or a vibration control device and a power generation device mounted on the seismic isolation device and / or the vibration control device. . The power generation device 10 includes a plurality of piezoelectric elements 11 and a suspension part 12 that suspends each piezoelectric element 11, and the suspension part 12 is attached to the suspension part 12 as the seismic isolation device 20 and / or the vibration control device 30 is deformed. A plurality of suspended piezoelectric elements 11 collide with each other to generate power.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、免震装置及び/又は制震装置を備えた建造物に関する。 The present invention relates to a building including a seismic isolation device and / or a vibration control device.
従来、免震・制震機能を備えた建造物において、建造物が受ける地震や風等の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置を免震装置あるいは制震装置に装備し、発電を行うことが検討されている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, in a building with seismic isolation and control functions, a device that converts vibration energy such as earthquake and wind received by the building into electrical energy can be installed in the seismic isolation device or seismic control device to generate electricity. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1のエネルギー変換・供給システムは、液圧シリンダ、アキュムレータ及び液圧アクチュエータとを備え、免震層に液圧シリンダを設置し、地震時に生じる免震層の振動により液圧シリンダ内の流体を加圧してアキュムレータに送って高圧の圧力流体を蓄積し、蓄積した圧力流体を液圧アクチュエータへ送り、この液圧アクチュエータを駆動させることにより発電機を稼動させて電力を供給するものである。 The energy conversion / supply system of Patent Document 1 includes a hydraulic cylinder, an accumulator, and a hydraulic actuator. The hydraulic cylinder is installed in the seismic isolation layer, and the fluid in the hydraulic cylinder is generated by the vibration of the seismic isolation layer generated during an earthquake. Is pressurized and sent to an accumulator to accumulate a high pressure fluid, the accumulated pressure fluid is sent to a hydraulic actuator, and the hydraulic actuator is driven to operate the generator to supply electric power.
しかしながら、特許文献1のエネルギー変換・供給システムを建造物に適用する場合、建造物内にアキュムレータや液圧アクチュエータ等の機器を設置する必要があるため、発電設備が複雑になり、コスト高となる問題がある。 However, when the energy conversion / supply system of Patent Document 1 is applied to a building, it is necessary to install devices such as an accumulator and a hydraulic actuator in the building, which complicates power generation equipment and increases costs. There's a problem.
本発明は、上記の点に鑑み、建造物が受ける地震や風等の振動エネルギーを、簡易な設備を用いて電気エネルギーに変換することができる建造物を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the building which can convert vibration energy, such as an earthquake and a wind which a building receives into an electrical energy using a simple installation in view of said point.
本発明の建造物は、免震装置及び/又は制震装置と、複数個の圧電素子及び各圧電素子を吊り下げる吊り下げ部とから構成され、前記免震装置及び/又は制震装置に装着されることによって、前記免震装置及び/又は制震装置の変形に伴い、前記吊り下げ部に吊り下げられた複数の圧電素子同士を互いに衝突させて発電を行う発電装置と、を備えたことを特徴とする。 The building of the present invention comprises a seismic isolation device and / or a vibration control device, and a plurality of piezoelectric elements and a suspension part for suspending each piezoelectric element, and is mounted on the seismic isolation device and / or the vibration control device. And a power generator that generates power by causing a plurality of piezoelectric elements suspended by the suspension to collide with each other in accordance with the deformation of the seismic isolation device and / or the vibration control device. It is characterized by.
また、本発明の請求項2の建造物は、上記請求項1において、前記免震装置が免震ゴムであり、前記発電装置を該免震ゴムの表面に装着させたことを特徴とする。
The building according to
また、本発明の請求項3の建造物は、上記請求項1において、前記制震装置がマスダンパーであり、前記発電装置を該マスダンパーの表面に装着させたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the building according to the first aspect is characterized in that the vibration control device is a mass damper, and the power generation device is mounted on the surface of the mass damper.
また、本発明の請求項4の建造物は、上記請求項1において、前記制震装置が粘弾性ダンパーであり、前記発電装置を内蔵したケースを前記粘弾性ダンパーにおける粘弾性体内部に埋設させたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a building according to the first aspect, wherein the vibration control device is a viscoelastic damper, and a case incorporating the power generation device is embedded in the viscoelastic body of the viscoelastic damper. It is characterized by that.
本発明の建造物によれば、複数個の圧電素子及び各圧電素子を吊り下げる吊り下げ部とから構成される発電装置を、免震装置及び/又は制震装置に装着させ、この免震装置及び/又は制震装置の変形に伴って、吊り下げられた複数の圧電素子同士を互いに衝突させることにより発電を行う構成としたことで、複雑な設備を要することなく、簡易な設備のみで、建造物が受ける地震等の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。その結果、発電装置によって得られた電力を自家発電として日常的な使用に充当することができるようになり、外部からの電力供給量を削減することができる。 According to the building of the present invention, a power generation device composed of a plurality of piezoelectric elements and a suspension part for suspending each piezoelectric element is mounted on the seismic isolation device and / or the vibration control device, and the seismic isolation device is provided. And / or with the deformation of the vibration control device, it is configured to generate power by causing the suspended piezoelectric elements to collide with each other, so no complicated equipment is required, only simple equipment, It becomes possible to convert vibration energy such as earthquakes received by the building into electrical energy. As a result, the power obtained by the power generation device can be used for daily use as private power generation, and the amount of power supplied from the outside can be reduced.
以下に、添付図面を参照して、本発明の建造物における好適な実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a building of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態である建造物の概略を示した正面図、図2及び図5は、本実施の形態の建造物に適用する発電装置の概念図、図3は、図2に示す発電装置が装着される免震装置を一部切欠きで示した正面図、図4は、図2に示す発電装置が装着される制震装置の正面図、図6は、図5に示す発電装置が装着される制震装置の一部を断面で示した図である。 FIG. 1 is a front view showing an outline of a building according to the present embodiment, FIGS. 2 and 5 are conceptual diagrams of a power generation apparatus applied to the building according to the present embodiment, and FIG. FIG. 4 is a front view of the seismic isolation device to which the power generation device shown in FIG. 2 is attached, and FIG. 6 is shown in FIG. It is the figure which showed a part of damping device with which an electric power generating apparatus is mounted | worn with the cross section.
図1に示すように、本実施の形態である建造物1は、例えば鉄筋コンクリート造のビルディングであり、建造物下部に基礎部2を備えて構成してある。建造物1と基礎部2との間には、柱位置に合わせて免震装置20を介在させてある。また、建造物1の屋上部には制震装置30が設置してある。この免震装置20及び制震装置30には、後述する発電装置10が装着させてある。
As shown in FIG. 1, the building 1 which is this Embodiment is a building of a reinforced concrete structure, for example, and is provided with the
本実施の形態において適用可能な免震装置20としては、例えば図3に示すような免震ゴムを挙げることができる。免震ゴム20は、2枚のフランジ21の間にゴム22と薄板状の金属プレート23とを垂直方向に交互に積層した公知のものであり、地震等の揺れに対して金属プレート23及びゴム22が水平方向に変形することにより、地盤の揺れが建造物に伝搬されることを抑えるようにするものである。
As the
また、本実施の形態において適用可能な制震装置30としては、例えば図4に示すようなマスダンパー及び図6に示す粘弾性ダンパー等を挙げることができる。図4のマスダンパー30は、設置面上に固定された積層ゴム31と、積層ゴム31の上に載置された錘32とを備えた公知のものであり、地震や風等により建物が揺れた場合に、建造物1の振動周期に対応するように錘32を水平移動させることによって建造物の揺れを低減させるものである。より詳細には、建物の揺れをセンサ(図示せず)が感知した場合に、モータ33を駆動してボールねじ34を回転させ、可動部35を水平方向に移動させることにより、積層ゴム31を変形させて錘32を水平移動させるものである。また、図6の粘弾性ダンパー30´は、粘弾性体36と鋼板37を層状に重ね、粘弾性体36のせん断変形時の粘性抵抗力によって地震時の建物の揺れを低減させるものである。
Moreover, as the
本実施の形態においては、上記の免震装置20及び制震装置30の表面に、圧電素子から構成される発電装置10を装着し、免震装置20及び制震装置30の変形に伴って圧電素子を変形させることにより、振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電を行う。
In the present embodiment, the
図2の上図に示すように、発電装置10は、複数個の圧電素子11と、各圧電素子11を吊り下げる吊り下げ部12とから構成される。圧電素子11は、振動や圧力等の機械的歪みを電圧に変換するものであり、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス等、公知のものを適用している。また、吊り下げ部12は、例えば電線やケーブルから構成されるものであり、図2の上図に示すように吊り下げ部12ごとにそれぞれ長さを異ならせてある。
As shown in the upper diagram of FIG. 2, the
上記構成を有する発電装置10は、吊り下げ部12に吊り下げられた複数の圧電素子11を1ユニットとして、複数ユニットが建造物1の免震装置20の表面26及び制震装置30の表面36に装着されている。発電装置10の装着箇所をより具体的に示すと、図3に示すように免震装置20の側面26、また、図4に示すように制震装置30の積層ゴム31及び錘32の表面36である。
In the
図2の下図に示すように、地震等により免震装置20及び制震装置30が図のように変形すると、これに伴って、異なる長さで吊り下げられた各圧電素子11がランダムな動きを示し、各圧電素子11同士が相互に衝突を繰り返すことにより、衝突により生じるエネルギーが電気エネルギーに変換される。
As shown in the lower diagram of FIG. 2, when the
圧電素子11は、変位速度が時間変化する際に電圧を発生させるという特性がある。本実施の形態における発電装置10のように、複数の圧電素子11を吊り下げて設置することにより、免震装置20及び制震装置30が変形する際に各圧電素子10が揺動し、圧電素子11同士が繰返し衝突することになるため、圧電素子1つあたりの発電量を向上させることが可能である。
The
圧電素子11が変形することにより発生した交流電圧は、図2に示すように蓄電回路で整流・平滑化されて直流電圧になり、電力がバッテリーに充電されるようになっている。なお、得られた電力をバッテリーに充電せずに、瞬間的な発光による照明として活用してもよい。
The AC voltage generated by the deformation of the
また、図5に示すように、圧電素子11と吊り下げ部12を数個単位として構成した発電装置10を、ケース13に収納し、これを発電モジュール100としてもよい。厚さ数mmの薄型ケース13に発電装置10を収納することで、図6に示すように、厚さ6〜7mmの粘弾性体36の内部に発電モジュール100を埋設することが可能となる。図6に示す粘弾性ダンパー30´が変形した場合も、上記と同様に、粘弾性体36に埋設されたケース13内において吊り下げられた複数の圧電素子11がランダムに揺動し、各圧電素子11同士が相互に衝突を繰り返すことにより発電することができる。
In addition, as shown in FIG. 5, a
以上説明したように、本実施の形態の建造物によれば、複数個の圧電素子11及び各圧電素子11を吊り下げる吊り下げ部12とから構成される発電装置10を、免震装置20及び/又は制震装置30に装着させ、この免震装置20及び/又は制震装置30の変形に伴って、吊り下げられた複数の圧電素子11同士を互いに衝突させることにより発電を行う構成としたことで、複雑な設備を要することなく、簡易な設備のみで、建造物が受ける地震等の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。
As described above, according to the building of the present embodiment, the
また、本実施の形態の建造物によれば、発電装置10を、複数の圧電素子11を吊り下げ設置した構成としたことで、免震装置20及び制震装置30の変形に伴って、吊り下げられた圧電素子11同士を頻繁に衝突させて繰り返し圧電素子11を変形させることができるから、発電効率を向上させることができる。
Further, according to the building of the present embodiment, the
また、発電装置10によって得られた電力を自家発電として日常的な使用に充当することにより、外部からの電力供給量を削減することが可能となる。さらに、地震等の災害時には、非常照明、誘導灯や各種用途に適用することができ、安全性向上・二次災害の発生抑制、復旧促進に役立つ。
Moreover, it becomes possible to reduce the electric power supply amount from the outside by allocating the electric power obtained by the electric
なお、上記実施の形態では、建造物1に免震装置20及び制震装置30の両方を設置した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、建造物1に免震装置20、制震装置30のいずれか一つを設置し、発電装置10を装着させた構成としてもよい。
In the above embodiment, the example in which both the
1 建造物
10 発電装置
11 圧電素子
12 吊り下げ部
13 ケース
20 免震装置
26 免震装置表面
30 制震装置
36 制震装置表面
100 発電モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
複数個の圧電素子及び各圧電素子を吊り下げる吊り下げ部とから構成され、前記免震装置及び/又は制震装置に装着されることによって、前記免震装置及び/又は制震装置の変形に伴い、前記吊り下げ部に吊り下げられた複数の圧電素子同士を互いに衝突させて発電を行う発電装置と、
を備えたことを特徴とする建造物。 Seismic isolation devices and / or vibration control devices;
It comprises a plurality of piezoelectric elements and a suspending part for suspending each piezoelectric element, and is attached to the seismic isolation device and / or the vibration control device, thereby deforming the seismic isolation device and / or the vibration control device. Accordingly, a power generation device that generates power by causing a plurality of piezoelectric elements suspended by the suspension portion to collide with each other;
A building characterized by having
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010270668A (en) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Ihi Corp | Reciprocating compressor |
| JP2013505383A (en) * | 2009-09-29 | 2013-02-14 | コングック ユニヴァーシティ インダストリアル コーペレーション コーポレーション | Elastic bridge bearings with piezoelectric elements |
| JP6327773B1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-05-23 | 广州大学 | A kind of rubber bearing structure with piezoelectric effect and its power generation system |
| CN119122124A (en) * | 2024-09-09 | 2024-12-13 | 中国电建集团江西省电力设计院有限公司 | Intelligently controlled seismic isolation device for power buildings |
-
2007
- 2007-04-06 JP JP2007100543A patent/JP2008259354A/en active Pending
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