JP5496919B2 - 流体振動発電装置 - Google Patents
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Description
実施形態1の流体振動発電装置の構成を図4に示す。流体振動制御装置Pは、振動発生部1及び振動発電部2から構成される。振動発生部1は、ケーブル形状を有し、流体を上流側で分岐させ渦を下流側で発生させ、自身を振動させる。振動発電部2は、振動発生部1と一体になって振動し、その振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。振動発生部1は、延伸方向に対して略垂直方向に振動する。振動発生部1及び振動発電部2は、支持部Sにより支持される。
実施形態2の流体振動発電装置の構成を図9に示す。流体振動発電装置Pは、配管Tの内部に配置される。振動発生部1及び振動発電部2は環状に配置される。図9(a)のように、振動発生部1及び振動発電部2は、配管Tの内壁から配管Tの中心へと向かう支持部Sを用いて支持されてもよい。図9(b)のように、振動発生部1及び振動発電部2は、配管Tの内壁を支持部Sとして用いて支持されてもよい。支持部Sにかかる力を複数個所に分散でき、かつ流体Fが通過する振動発生部1の長さも確保(拡大)される。
実施形態3の流体振動発電装置の構成を図10に示す。流体振動発電装置Pのうち、一端が支持部Sに固定され、他端が自由端とされる。図10(a)及び図10(b)のように、流体振動発電装置Pの個数は単数でもよく複数でもよい。流体振動発電装置Pは、重力、空気抵抗及び回転に伴う遠心力などを用いて張力及び形状を確保されるため、形状確保のために剛性を確保する必要がなく軽量な構造となる。
実施形態4の流体振動発電装置の構成を図11及び図12に示す。支持部Sが存在しない場合でも、振動発生部1及び振動発電部2を図11及び図12のように回転させ、発電に適した張力及び形状を保持する手段があれば、流体Fが通過することによる渦振動から電気エネルギーを抽出することができる(この場合、振動発生部1及び振動発電部2を流体F中に流しながら、電気エネルギーを使用する実施形態になる)。
実施形態5は、流体Fの状態(速度)変化に伴う渦の周波数の変化を抑制し、発電に望ましい渦の周波数を得る形態である。振動発生部1が生成する渦は主にカルマン渦であり、円柱の背後に発生するカルマン渦の周波数は、一般的にf=St×V/d(St:定数、V:流速、d:直径)と近似される。つまり、渦の周波数は流速及び流れに影響を及ぼす物体の前面投影面積に依存している。つまり、振動発生部1を通過する流体の流速が変化しても、図13及び図14のように、流体Fに対する前面投影面積を流速に応じて変化させることにより、目的とする周波数の渦を得ることができる。
実施形態6の流体振動発電装置の構成を図15に示す。流体振動制御装置Pは、振動発生部1及び振動発電部2から構成される。振動発生部1は、ケーブル形状を有し、流体を上流側で分岐させ渦を下流側で発生させ、自身を振動させる。振動発電部2は、振動発生部1と一体になって振動し、その振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。振動発生部1は、延伸方向に対して捻じる方向に振動する。実施形態6では、延伸方向に対して捻れる方向の振動を発電に利用しているが、実施形態1−6を組み合わせて、延伸方向に対して捻れる方向の振動及び延伸方向に対して略垂直方向の振動をともに発電に利用してもよい。
実施形態7は、振動発生部1により発生させた振動エネルギーを、振動発電部2で電気エネルギーに変換することで、振動を抑制する形態である。構成は実施形態1−6と同一であるが、振動を減衰させるための電気的な制動部として振動発電部2を利用している。
実施形態8の流体振動発電装置の構成を図18に示す。流体振動発電装置Pは、シート形状振動発電部8を、実施形態1−7に対してさらに備える。シート形状振動発電部8は、可撓性及びシート形状を有し、振動発生部1の下流側に配置され、渦の引き起こす振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
実施形態9の流体振動発電装置の構成を図20に示す。図20(a)の流体振動発電装置Pは、通信線/電力線9を、実施形態1−8に対してさらに備える。図20(b)の流体振動発電装置Pは、通信線9S及び電力線9Eを、実施形態1−8に対してさらに備える。流体振動発電装置Pは、通信線9S及び電力線9Eの少なくともいずれかを持ち、通信機能及び送電機能の少なくともいずれかと一体となり発電を行なう。これにより、別系からの送電や通信及び振動による発電が共存できる。
実施形態10の流体振動発電装置の構成を図21に示す。電力通信接続部としての着脱式支持部10は、振動発生部1及び振動発電部2を、振動発生部1と並行する電力線9E及び振動発生部1と並行する通信線9Sの少なくともいずれかに一体となるように接続する。流体振動発電装置Pは、通信線/電力線9及び着脱式支持部10を、実施形態1−8に対してさらに備える。通信線9S又は電力線9Eなどの既存のケーブルに対して、着脱式支持部10を用いて振動発生部1及び振動発電部2を着脱可能な形態である。
実施形態11の流体振動発電装置の構成を図22、図23及び図24に示す。振動発電部2は、振動発生部1と並行する電力線9E及び振動発生部1と並行する通信線9Sの信号制御装置9Cのうち少なくともいずれかに給電する。
実施形態12の流体振動発電装置の構成を図25に示す。図25(a)では、振動発電部2は、振動発生部1に内蔵されており、振動発生部1及び振動発電部2は、一体となって振動する。図25(b)では、振動発電部2は、振動発生部1の表面にあり、振動発生部1及び振動発電部2は、一体となって振動する。
実施形態13の流体振動発電装置の構成を図26に示す。振動発生発電接続部としての着脱部13は、振動発生部1及び振動発電部2を一体となるように接続する。振動発生部1及び振動発電部2は、着脱部13を用いて結合又は分割が可能である。
実施形態14の流体振動発電装置の構成を図27及び図28に示す。流体振動発電装置Pは、通信線9S又は電力線9Eなどの既存のケーブルに対して、実施形態13の着脱部13を用いて振動発生部1及び振動発電部2を着脱可能な形態である。
S:支持部
F:流体
N:負圧領域
V:カルマン渦
A:領域
G:地面/壁面
T:配管
E:出力部
1:振動発生部
2:振動発電部
3、4:渦周波数安定化部
5:流体取入部
6:重心
7:回転軸部
8:シート形状振動発電部
9:通信線/電力線
9S:通信線
9E:電力線
9C:信号制御装置
10:着脱式支持部
11:給電部
12:給電線
13:着脱部
Claims (9)
- ケーブル形状を有し、流体を上流側で分岐させ渦を下流側で発生させ、自身を振動させる振動発生部と、
前記振動発生部と並行して配置され、前記振動発生部と一体になって振動し、その振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、前記振動発生部と並行する電力線及び前記振動発生部と並行する通信線の信号制御装置のうち少なくともいずれかに給電する振動発電部と、
を備えることを特徴とする流体振動発電装置。 - 前記振動発生部は、延伸方向に対して略垂直方向に振動することを特徴とする、請求項1に記載の流体振動発電装置。
- 前記振動発生部の共振周波数が前記渦の振動周波数と略等しくなるように、前記振動発生部に対する張力が調整されることを特徴とする、請求項2に記載の流体振動発電装置。
- 前記振動発生部の共振周波数が前記渦の振動周波数と略等しくなるように、前記振動発生部の前記上流側の投影面積が調整されることを特徴とする、請求項2又は請求項3に記載の流体振動発電装置。
- 前記振動発生部は、延伸方向に対して捻れる方向に振動することを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載の流体振動発電装置。
- 電気エネルギーを消費する電気的負荷が調整され、振動エネルギーが調整されることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれかに記載の流体振動発電装置。
- 可撓性及びシート形状を有し、前記振動発生部の前記下流側に配置され、前記渦の引き起こす振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換するシート形状振動発電部、をさらに備えることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれかに記載の流体振動発電装置。
- 前記振動発生部及び前記振動発電部を、前記振動発生部と並行する電力線及び前記振動発生部と並行する通信線の少なくともいずれかに着脱可能に接続する電力通信接続部、をさらに備えることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれかに記載の流体振動発電装置。
- 前記振動発生部及び前記振動発電部を並行して配置されるように接続する振動発生発電接続部、をさらに備えることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれかに記載の流体振動発電装置。
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