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JP7703508B2 - Piezoelectric power generation device and pump power generation system using pump pressure - Google Patents
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JP7703508B2 - Piezoelectric power generation device and pump power generation system using pump pressure - Google Patents

Piezoelectric power generation device and pump power generation system using pump pressure Download PDF

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Description

本発明は、ポンプの圧力を利用した圧電発電装置およびポンプ発電システムに関する。 The present invention relates to a piezoelectric power generation device and a pump power generation system that utilizes pump pressure.

地球温暖化対策として、カーボンニュートラルの対策が急務となっており、産業機器の分野においても再生可能エネルギーの創出や製品の高効率化が要求されている。特に再生可能エネルギーについては注目されており、水流を利用して羽根車を回転させる水車発電が一般的に普及しているが、水圧を利用した圧電発電も一例として挙げられる。 Carbon neutral measures are an urgent necessity to combat global warming, and there is also a demand in the field of industrial equipment for the creation of renewable energy and for products to become more efficient. Renewable energy has been attracting particular attention, and water turbine power generation, which uses water flow to rotate a blade, is common, but piezoelectric power generation, which uses water pressure, is also an example.

本技術分野における背景技術として特許文献1がある。特許文献1にはポンプの羽根車に圧電素子を取り付け、その圧力から電力を取り出す点が開示されている。 Patent Document 1 is a background technology in this technical field. Patent Document 1 discloses attaching a piezoelectric element to the impeller of a pump and extracting electricity from the pressure.

特開2021-32080号公報JP 2021-32080 A

特許文献1はポンプの羽根車に発電ユニットを含む圧電素子を取り付け、電力を発生させているが、羽根車は回転体であるがゆえに、圧電素子は、様々な方向から水流を受け羽根車から取り外れる可能性がある。そのため、圧電素子が外れることによりポンプのロックや送水先の機器故障に繋がる可能性がある。また、圧電素子が羽根車に取り付けられる面積が限られ、発電量が小さいことや、ポンプ性能面においても羽根車内部に異物を取り付けることにより、性能低下の課題がある。 In Patent Document 1, a piezoelectric element including a power generation unit is attached to the impeller of a pump to generate electricity, but because the impeller is a rotating body, the piezoelectric element may be detached from the impeller due to the water flow from various directions. As a result, the detachment of the piezoelectric element may lead to the pump locking or equipment failure at the destination of the water supply. In addition, the area in which the piezoelectric element can be attached to the impeller is limited, the amount of power generated is small, and in terms of pump performance, there is also the issue of performance degradation due to the attachment of foreign objects inside the impeller.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ポンプのロックの危険性がなく、発電量も増加可能な、ポンプの圧力を利用した圧電発電装置およびポンプ発電システムの提供を目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a piezoelectric power generation device and pump power generation system that uses pump pressure, eliminates the risk of pump locking, and can increase the amount of power generated.

本発明は、その一例を挙げるならば、ポンプから吐き出された流体の脈動による圧力変化により発電を行うポンプ発電システムであって、ポンプと、ポンプの吐出口からの流体を分岐させる第1バイパス管と、第1バイパス管と接続された圧電発電装置と、圧電発電装置から送出される流体をポンプの吐出口側に戻す第2バイパス管を備え、圧電発電装置は、タンク形状であり、タンク内の空間が弾性体で液体層と空気層で区分けされ、液体層は、第1バイパス管からの流体が流入する流入口と、第2バイパス管へ流体が流出する流出口を有し、空気層は圧電素子を有し、液体層に加わる第1バイパス管から流れ込んだ流体の脈動による圧力変化により空気層が圧縮され圧電素子に圧力が加わることにより発電を行う構成とする。 One example of the present invention is a pump power generation system that generates electricity by pressure changes caused by pulsation of fluid discharged from a pump, and includes a pump, a first bypass pipe that branches the fluid from the pump's discharge port, a piezoelectric power generation device connected to the first bypass pipe, and a second bypass pipe that returns the fluid discharged from the piezoelectric power generation device to the pump's discharge port side. The piezoelectric power generation device is tank-shaped, and the space inside the tank is divided into a liquid layer and an air layer by an elastic body. The liquid layer has an inlet through which the fluid from the first bypass pipe flows in and an outlet through which the fluid flows out to the second bypass pipe. The air layer has a piezoelectric element, and electricity is generated by the air layer being compressed by pressure changes caused by the pulsation of the fluid flowing from the first bypass pipe applied to the liquid layer, and pressure is applied to the piezoelectric element.

本発明によれば、ポンプのロックの危険性がなく、発電量も増加可能な、ポンプの圧力を利用した圧電発電装置およびポンプ発電システムを提供できる。 The present invention provides a piezoelectric power generation device and pump power generation system that uses pump pressure, eliminates the risk of pump locking, and increases the amount of power generated.

実施例1におけるポンプ発電システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a pump power generation system according to a first embodiment. 実施例1における圧電発電装置の内部構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an internal structure of a piezoelectric power generating device according to a first embodiment. 実施例1における圧電発電装置の圧電素子ユニットを上面に配置した内部構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the piezoelectric power generation device in Example 1 with a piezoelectric element unit disposed on the upper surface. FIG. 実施例1における圧電発電装置のタンク形状を横長形状とした内部構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a piezoelectric generating device in Example 1, the tank of which is elongated horizontally. 実施例1における圧電発電装置の流体流入口の接続をねじ込み式とした内部構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an internal structure of a piezoelectric generating device in Example 1, in which a fluid inlet is connected by a screw type. 実施例2におけるポンプ発電システムの構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a pump power generation system according to a second embodiment. 実施例2における他のポンプ発電システムの構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of another pump power generation system in the second embodiment. 実施例2における脈動発生装置の構造断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the structure of a pulsation generating device in accordance with a second embodiment. 実施例2における脈動発生装置の羽根車の形状を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the shape of an impeller of a pulsation generating device in accordance with a second embodiment. 実施例2における脈動発生装置の羽根車の他の形状を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing another shape of the impeller of the pulsation generating device in the second embodiment. 実施例2における脈動発生装置の羽根車の他の形状を示す構面図である。FIG. 11 is a structural view showing another shape of the impeller of the pulsation generating device in the second embodiment. 実施例3におけるポンプ発電システムの構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a pump power generation system according to a third embodiment.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本実施例におけるポンプの圧力を利用したポンプ発電システムの構成図である。図1において、ポンプ発電システム100は、主としてポンプ101と圧電発電装置104からなる。ポンプ101は、吸込口と吐出口を有し、流体を吸込口から吸い込み昇圧経路にて昇圧して吐出口から吐き出す。そして、ポンプ101の吐出口から吐き出された流体の脈動による圧力変化を圧電発電装置104で電力に変換して発電を行う。そして、本実施例におけるポンプ発電システムは、ポンプの通常運転に影響を与えないために、通常運転とは別に発電用の流体のバイパス経路を設け、そのバイパス経路内に圧電発電装置を組み込む。 Figure 1 is a diagram of a pump power generation system that utilizes the pump pressure in this embodiment. In Figure 1, the pump power generation system 100 mainly consists of a pump 101 and a piezoelectric power generation device 104. The pump 101 has an intake port and an exhaust port, and sucks in a fluid from the intake port, boosts the pressure in a boosting path, and discharges it from the exhaust port. Then, the pressure change caused by the pulsation of the fluid discharged from the exhaust port of the pump 101 is converted into electricity by the piezoelectric power generation device 104 to generate electricity. In order not to affect the normal operation of the pump, the pump power generation system in this embodiment provides a bypass path for the power generation fluid separate from the normal operation, and incorporates a piezoelectric power generation device into the bypass path.

具体的には、図1において、ポンプ101の吐出口側に短管102を取付け、短管102にポンプ101の吐出口からの流体を分岐させる第1バイパス管103を設ける。そして、第1バイパス管103と接続された圧電発電装置104を設け、圧電発電装置104から送出される流体をポンプの2次側(吐出口側)に戻す第2バイパス管105を備える。これにより、圧電発電装置104への流体の流れを形成する。図1において、流体の流れを白抜き矢印で示している。また、短管102と第1バイパス管103との間等に2重線の記載があるが、これはフランジでの管接続を意味している。 Specifically, in FIG. 1, a short pipe 102 is attached to the discharge port side of a pump 101, and a first bypass pipe 103 is provided to branch the fluid from the discharge port of the pump 101 to the short pipe 102. A piezoelectric power generation device 104 is then provided connected to the first bypass pipe 103, and a second bypass pipe 105 is provided to return the fluid discharged from the piezoelectric power generation device 104 to the secondary side (discharge port side) of the pump. This forms a flow of fluid to the piezoelectric power generation device 104. In FIG. 1, the flow of fluid is indicated by white arrows. Also, double lines are indicated between the short pipe 102 and the first bypass pipe 103, etc., but this indicates a pipe connection with a flange.

なお、図1に示すように、圧電発電装置104のメンテナンスを容易に行えるように、圧電発電装置104の1次側に仕切弁106を備えてもよい。また、逆流対策のため第2バイパス管105に逆止弁107を設けてもよい。また、圧電発電装置104から送出される流体をポンプの2次側ではなく、1次側(吸込口側)に戻しても構わない。 As shown in FIG. 1, a gate valve 106 may be provided on the primary side of the piezoelectric power generation device 104 to facilitate maintenance of the piezoelectric power generation device 104. A check valve 107 may be provided on the second bypass pipe 105 to prevent backflow. The fluid discharged from the piezoelectric power generation device 104 may be returned to the primary side (suction port side) of the pump instead of the secondary side.

また、図1では短管102を設けて第1バイパス管103を接続しているが、短管102の代わりにポンプのフランジまたはケーシングに設けたゲージ穴を利用して、ポンプのフランジまたはケーシングに第1バイパス管103を接続するようにしてもよい。 In addition, in FIG. 1, a short pipe 102 is provided to connect the first bypass pipe 103, but instead of the short pipe 102, a gauge hole provided in the flange or casing of the pump may be used to connect the first bypass pipe 103 to the flange or casing of the pump.

図2は本実施例における圧電発電装置の内部構造を示す断面図である。図2において、圧電発電装置104は、タンク形状であり、タンク内の空間をゴム等の弾性体204で液体層202と空気層203に区分けしている。液体層202には、フランジ207を介して接続された第1バイパス管103からの流体が流入する流入口を介して流体が流入し、図示しないタンクの側面に設けられた流出口に接続された第2バイパス管105へ流体が流出する。また、空気層203には、タンク内周に圧電素子ユニット205を設け、圧電素子ユニット205で発電した電力を集電・蓄電する蓄電制御装置206を備える。蓄電制御装置206は外部の設備等へ接続され、電力の供給を可能とする。なお、圧電素子ユニット205は、圧電素子に加え、圧電素子を保護するゴム等の保護部材と湿度を遮断するカバーで構成する。 Figure 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the piezoelectric power generation device in this embodiment. In Figure 2, the piezoelectric power generation device 104 is tank-shaped, and the space inside the tank is divided into a liquid layer 202 and an air layer 203 by an elastic body 204 such as rubber. Fluid flows into the liquid layer 202 through an inlet through which the fluid flows from the first bypass pipe 103 connected via a flange 207, and the fluid flows out to a second bypass pipe 105 connected to an outlet provided on the side of the tank (not shown). In addition, the air layer 203 is provided with a piezoelectric element unit 205 on the inner circumference of the tank, and is equipped with a power storage control device 206 that collects and stores the electricity generated by the piezoelectric element unit 205. The power storage control device 206 is connected to external equipment, etc., and enables the supply of electricity. In addition to the piezoelectric element, the piezoelectric element unit 205 is composed of a protective member such as rubber that protects the piezoelectric element, and a cover that blocks humidity.

液体層202にはポンプの流体圧により圧力が加わり、空気層203を圧縮し、圧電素子ユニット205に圧力を加え発電させる仕組みとなる。すなわち、ポンプから発生される流体の脈動からの圧力差異を利用し発電させる。 The liquid layer 202 is pressurized by the fluid pressure of the pump, compressing the air layer 203, which then applies pressure to the piezoelectric element unit 205 to generate electricity. In other words, electricity is generated by utilizing the pressure difference from the pulsation of the fluid generated by the pump.

なお、圧電素子ユニット205は空気層203内であればどこに取り付けてもよい。例えば、図3に示すように、圧電素子ユニット205をタンク内の上面に配置してもよい。また、圧電発電装置104を大型化又は、タンクを増やして発電量を調整することができる。例えば、図4に示すように、圧電発電装置104のタンク形状を横長形状として、タンク内周に圧電素子ユニット205を複数設けてもよい。また、図2から図4においては、液体層202における流入口の接続をフランジ207を介して行なうが、図5に示すように、ネジ208を備え、ねじ込み式で第1バイパス管103と接続してもよい。 The piezoelectric element unit 205 may be attached anywhere within the air layer 203. For example, as shown in FIG. 3, the piezoelectric element unit 205 may be placed on the upper surface of the tank. The amount of power generated may be adjusted by increasing the size of the piezoelectric power generation device 104 or by increasing the number of tanks. For example, as shown in FIG. 4, the tank of the piezoelectric power generation device 104 may be elongated horizontally, and multiple piezoelectric element units 205 may be provided on the inner circumference of the tank. In FIG. 2 to FIG. 4, the inlet of the liquid layer 202 is connected via a flange 207, but as shown in FIG. 5, a screw 208 may be provided and the connection to the first bypass pipe 103 may be made by screwing.

このように、本実施例では、圧電発電装置104において、液体層202と空気層203を分離し、空気層203に圧電素子ユニット205を設けることで、圧電素子ユニット205には直接流体が接触することはなく、流体による圧電素子の取り外れの可能性がなく、圧電素子が外れることによりポンプのロックやポンプの2次側の機器故障に繋がる可能性もない。また、発電量も圧電素子ユニットを増設することで増加可能である。 In this way, in the present embodiment, in the piezoelectric power generation device 104, the liquid layer 202 and the air layer 203 are separated, and the piezoelectric element unit 205 is provided in the air layer 203, so that the fluid does not come into direct contact with the piezoelectric element unit 205, there is no possibility of the piezoelectric element being detached by the fluid, and there is no possibility that the detachment of the piezoelectric element will lead to the pump locking or equipment failure on the secondary side of the pump. In addition, the amount of power generation can be increased by adding more piezoelectric element units.

また、従来のポンプシステムに、発電用の流体のバイパス経路と圧電発電装置を設置するだけで、ポンプが運転されれば自動的に発電され、手間が掛からないという効果がある。 In addition, by simply installing a bypass path for the power-generating fluid and a piezoelectric power generation device in a conventional pump system, electricity is generated automatically when the pump is operated, which has the added benefit of reducing the hassle.

以上のように、本実施例によれば、ポンプのロックの危険性がなく、発電量も増設可能な圧電素子を利用した発電が可能な、ポンプの圧力を利用した圧電発電装置およびポンプ発電システムを提供できる。 As described above, this embodiment can provide a piezoelectric power generation device and pump power generation system that uses pump pressure, can generate power using a piezoelectric element without the risk of the pump locking, and can increase the amount of power generated.

本実施例は、実施例1を基本構成とし、より発電効率を上げることのできるポンプ発電システムについて説明する。 This embodiment describes a pump power generation system that uses the basic configuration of embodiment 1 and can further improve power generation efficiency.

図6は、本実施例におけるポンプ発電システム200の構成図である。図6において、図1と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図6において、図1と異なる点は、第1バイパス管103の経路内であって、圧電発電装置104の1次側に脈動発生装置301を設ける点である。脈動発生装置301により、流体の脈動を故意に発生させることで、流体の脈動による圧力変動を大きくし、これにより圧電発電装置104内の圧電素子へかかる圧力を大きく変化させることができ発電効率を上げることができる。なお、脈動発生装置301と第1バイパス管103との間に2重線の記載があるが、これはフランジでの管接続を意味している。なお、脈動発生装置301の配管接続をフランジ式ではなく、ねじ込み式としても構わない。 Figure 6 is a diagram of the pump power generation system 200 in this embodiment. In Figure 6, the same components as those in Figure 1 are assigned the same reference numerals, and their description will be omitted. In Figure 6, the difference from Figure 1 is that a pulsation generator 301 is provided on the primary side of the piezoelectric power generation device 104 within the path of the first bypass pipe 103. The pulsation generator 301 intentionally generates pulsation in the fluid, thereby increasing the pressure fluctuation due to the pulsation of the fluid, and thus the pressure applied to the piezoelectric element in the piezoelectric power generation device 104 can be significantly changed, thereby increasing the power generation efficiency. Note that a double line is drawn between the pulsation generator 301 and the first bypass pipe 103, but this means that the pipe is connected with a flange. Note that the pipe connection of the pulsation generator 301 may be a screw-in type instead of a flange type.

また、脈動発生装置301を設けることで、圧電発電装置104から出力された流体は大きな脈動が発生しており、第2バイパス管105を介してポンプの2次側に戻した場合、2次側への影響があるため、圧電発電装置104の2次側、すなわち第2バイパス管105の、例えば圧電発電装置104と逆止弁107の間に清流板などを配置して脈動軽減させることが望ましい。 In addition, by providing the pulsation generating device 301, the fluid output from the piezoelectric power generation device 104 generates large pulsations, and if it is returned to the secondary side of the pump via the second bypass pipe 105, this will have an effect on the secondary side. Therefore, it is desirable to reduce the pulsations by placing a flow clearing plate or the like on the secondary side of the piezoelectric power generation device 104, i.e., on the second bypass pipe 105, for example, between the piezoelectric power generation device 104 and the check valve 107.

また、ポンプの2次側への影響を低減するために、エネルギーロスには繋がるが、圧電発電装置104から送出される流体をポンプの1次側に戻してもよい。図7は、本実施例におけるポンプ発電システム200において、圧電発電装置104から送出される流体をポンプの1次側に戻す場合の構成図である。図7において、圧電発電装置104ら出力された流体を第2バイパス管105を介してポンプの1次側に戻した場合にも、脈動発生装置301により圧電発電装置104から出力された流体は大きな脈動が発生しており、配管の損傷や振動・騒音などの問題が起こす可能性がある。そのため、圧電発電装置104と逆止弁107の間に清流板などを配置して脈動軽減させることが望ましい。 In addition, in order to reduce the impact on the secondary side of the pump, the fluid discharged from the piezoelectric power generation device 104 may be returned to the primary side of the pump, although this will result in energy loss. Figure 7 is a configuration diagram of the pump power generation system 200 in this embodiment when the fluid discharged from the piezoelectric power generation device 104 is returned to the primary side of the pump. In Figure 7, even if the fluid output from the piezoelectric power generation device 104 is returned to the primary side of the pump via the second bypass pipe 105, the fluid output from the piezoelectric power generation device 104 will generate large pulsations due to the pulsation generating device 301, which may cause problems such as damage to the piping and vibration and noise. Therefore, it is desirable to reduce the pulsations by placing a clear flow plate or the like between the piezoelectric power generation device 104 and the check valve 107.

図8は、本実施例における脈動発生装置の構造断面図である。図8に示すように、脈動発生装置301は、ボディ401、羽根車402、主軸403、軸受404で構成され、流体の流れを利用し、羽根車402を回転させる構造である。 Figure 8 is a cross-sectional view of the structure of the pulsation generator in this embodiment. As shown in Figure 8, the pulsation generator 301 is composed of a body 401, an impeller 402, a main shaft 403, and a bearing 404, and is structured to rotate the impeller 402 by using the flow of fluid.

図9は、図8における脈動発生装置の羽根車402の形状を示す断面図である。図9においては、主軸403に直交した平面での羽根車402の断面図を示している。図9に示すように、羽根車402は、1枚羽根501で構成され、これを回転させることで圧力変動(脈動)を発生させる。これにより圧電素子へかかる圧力を変化させ発電効率を上げることができる。なお、図9では1枚羽根の構成としたが、圧力変動(脈動)が発生すればよいので、回転方向に非対称な配置の複数枚羽根の構成でもよい。 Figure 9 is a cross-sectional view showing the shape of the impeller 402 of the pulsation generator in Figure 8. Figure 9 shows a cross-sectional view of the impeller 402 in a plane perpendicular to the main shaft 403. As shown in Figure 9, the impeller 402 is composed of a single blade 501, which generates pressure fluctuations (pulsations) by rotating. This changes the pressure applied to the piezoelectric element, thereby increasing the power generation efficiency. Note that while Figure 9 shows a single-blade configuration, as long as pressure fluctuations (pulsations) are generated, a configuration of multiple blades arranged asymmetrically in the direction of rotation is also acceptable.

図10は、図8における羽根車の他の形状を示す断面図である。図10では、羽根車402は、複数の羽根を有し、それらの羽根間隔を不均一にした間隔不均一羽根502を有し、これを回転させることで圧力変動(脈動)を発生させる。また、図11は、図8における羽根車のさらに他の形状を示す断面図である。図11では、羽根車402は、複数の羽根を有し、それらの羽根外径を不均一にした外径不均一羽根503を有し、これを回転させることで圧力変動(脈動)を発生させる。 Figure 10 is a cross-sectional view showing another shape of the impeller in Figure 8. In Figure 10, the impeller 402 has multiple blades, and has non-uniformly spaced blades 502 with non-uniform blade spacing, which generates pressure fluctuations (pulsation) when rotated. Also, Figure 11 is a cross-sectional view showing yet another shape of the impeller in Figure 8. In Figure 11, the impeller 402 has multiple blades, and has non-uniform outer diameter blades 503 with non-uniform outer diameters, which generates pressure fluctuations (pulsation) when rotated.

なお、本実施例では、脈動発生装置として、羽根車を回転させる構造について説明したが、これに限定されるものではなく、流体の脈動を発生させるのであればどのような構造でもよい。 In this embodiment, a structure that rotates an impeller has been described as a pulsation generating device, but this is not limited to this and any structure that generates pulsation in the fluid may be used.

以上のように、本実施例によれば、実施例1の効果に加えて、より発電効率を上げることのできるポンプ発電システムを提供できる。 As described above, this embodiment provides a pump power generation system that can improve power generation efficiency in addition to the effects of the first embodiment.

本実施例は、実施例1をベースに小型で簡易的な発電を目的とした小型発電システムについて説明する。 This example describes a small-scale power generation system based on Example 1, which is designed for small-scale, simple power generation.

図12は、本実施例におけるポンプ発電システムの構成図である。図12において、ポンプ発電システム300は、主としてポンプ600と、ポンプ600を駆動するモータ700と、圧電発電装置800からなる。なお、図12においては、ポンプ600のみを断面図で示している。また、圧電発電装置800と、ポンプ600の吐出口側ポンプフランジ601に設けたゲージ穴とを繋ぐ第1バイパス管801を設ける。さらに、圧電発電装置800と、ポンプ600の吸込口側ポンプフランジ602に設けたゲージ穴とを繋ぐ第2バイパス管802を設ける。また、圧電発電装置800は、実施例1で述べた圧電発電装置104と同様の構成であり、図2から図5と同様の構造とする。なお、圧電発電装置800と繋ぐポンプ600の吐出口側および吸込口側のゲージ穴は、ポンプフランジに設けたゲージ穴ではなくポンプのケーシングに設けたゲージ穴でもよい。 Figure 12 is a configuration diagram of the pump power generation system in this embodiment. In Figure 12, the pump power generation system 300 mainly consists of a pump 600, a motor 700 that drives the pump 600, and a piezoelectric power generation device 800. Note that in Figure 12, only the pump 600 is shown in a cross-sectional view. In addition, a first bypass pipe 801 is provided to connect the piezoelectric power generation device 800 to a gauge hole provided in the pump flange 601 on the discharge side of the pump 600. In addition, a second bypass pipe 802 is provided to connect the piezoelectric power generation device 800 to a gauge hole provided in the pump flange 602 on the suction side of the pump 600. In addition, the piezoelectric power generation device 800 has the same configuration as the piezoelectric power generation device 104 described in the first embodiment and has the same structure as Figures 2 to 5. Note that the gauge holes on the discharge side and suction side of the pump 600 connected to the piezoelectric power generation device 800 may be gauge holes provided in the pump casing instead of the gauge holes provided in the pump flange.

図12において、本実施例におけるポンプ発電システムは、ポンプの通常運転に影響させないため通常運転とは別に発電用の流体のバイパス経路である第1バイパス管801と第2バイパス管802を設け、ポンプ600の吐出口側に設けたゲージ穴からの流体を第1バイパス管801介して圧電発電装置800に流入させ、圧電発電装置800から送出される流体を第2バイパス管802を介してポンプ600の吸込口側に設けたゲージ穴に戻す。これにより、従来のポンプシステムに、圧電発電装置800と、発電用の流体のバイパス経路であるポンプ600との配管(第1バイパス管801、第2バイパス管802)を簡易的に取り付けるだけで発電を可能にできる。なお、本実施例は小型で簡易的な発電を目的としているため、発電量は小さく、IoT(Internet of Things)製品の電源用などの用途に向いている。 In FIG. 12, the pump power generation system in this embodiment is provided with a first bypass pipe 801 and a second bypass pipe 802, which are bypass paths for the power generation fluid, separate from the normal operation of the pump, so as not to affect the normal operation of the pump. The fluid from the gauge hole provided on the discharge side of the pump 600 flows into the piezoelectric power generation device 800 through the first bypass pipe 801, and the fluid discharged from the piezoelectric power generation device 800 is returned to the gauge hole provided on the suction side of the pump 600 through the second bypass pipe 802. As a result, power generation can be made possible by simply attaching the piping (first bypass pipe 801, second bypass pipe 802) between the piezoelectric power generation device 800 and the pump 600, which is the bypass path for the power generation fluid, to a conventional pump system. Note that this embodiment is intended for small and simple power generation, so the amount of power generation is small, making it suitable for use as a power source for IoT (Internet of Things) products, etc.

以上のように、本実施例によれば、ポンプの圧力を利用した圧電発電装置およびポンプ発電システムを提供できるため、炭素排出量を減らし、地球温暖化を防止することができ、SDGs(Sustainable Development Goals)を実現するための特に項目7のエネルギーに貢献する。 As described above, this embodiment can provide a piezoelectric power generation device and a pump power generation system that utilizes pump pressure, which can reduce carbon emissions and prevent global warming, thereby contributing to achieving the SDGs (Sustainable Development Goals), particularly item 7, energy.

また、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.

100、200、300:ポンプ発電システム、101、600:ポンプ、102:短管、103、801:第1バイパス管、104、800:圧電発電装置、105、802:第2バイパス管、106:仕切弁、107:逆止弁、202:液体層、203:空気層、204:弾性体、205:圧電素子ユニット、206:蓄電制御装置、207:フランジ、208:ネジ、301:脈動発生装置、401:ボディ、402:羽根車、403:主軸、404:軸受、501:1枚羽根、502:間隔不均一羽根、503:外径不均一羽根、601:吐出口側ポンプフランジ、602:吸込口側ポンプフランジ、700:モータ 100, 200, 300: Pump power generation system, 101, 600: Pump, 102: Short pipe, 103, 801: First bypass pipe, 104, 800: Piezoelectric power generation device, 105, 802: Second bypass pipe, 106: Gate valve, 107: Check valve, 202: Liquid layer, 203: Air layer, 204: Elastic body, 205: Piezoelectric element unit, 206: Power storage control device, 207: Flange, 208: Screw, 301: Pulsation generator, 401: Body, 402: Impeller, 403: Main shaft, 404: Bearing, 501: Single blade, 502: Unevenly spaced blade, 503: Uneven outer diameter blade, 601: Discharge side pump flange, 602: Inlet side pump flange, 700: Motor

Claims (15)

ポンプから吐き出された流体の脈動による圧力変化により発電を行うポンプ発電システムであって、
流体を吸込口から吸い込み吐出口から吐き出すポンプと、
前記ポンプの吐出口からの流体を分岐させる第1バイパス管と、
前記第1バイパス管と接続された圧電発電装置と、
前記圧電発電装置から送出される流体を前記ポンプの吐出口側に戻す第2バイパス管を備え、
前記圧電発電装置は、タンク形状であり、タンク内の空間が弾性体で液体層と空気層で区分けされ、前記液体層は、前記第1バイパス管からの流体が流入する流入口と、前記第2バイパス管へ流体が流出する流出口を有し、前記空気層は圧電素子を有し、前記液体層に加わる第1バイパス管から流れ込んだ前記流体の脈動による圧力変化により前記空気層が圧縮され前記圧電素子に圧力が加わることにより発電を行うことを特徴とするポンプ発電システム。
A pump power generation system that generates power by pressure changes caused by pulsations of a fluid discharged from a pump,
A pump that sucks a fluid through a suction port and discharges it through a discharge port;
a first bypass pipe for branching a fluid from a discharge port of the pump;
a piezoelectric power generating device connected to the first bypass pipe;
a second bypass pipe that returns the fluid discharged from the piezoelectric generating device to the discharge port side of the pump;
The piezoelectric power generation device has a tank shape, the space inside the tank is divided by an elastic body into a liquid layer and an air layer, the liquid layer has an inlet through which fluid from the first bypass pipe flows in and an outlet through which fluid flows out to the second bypass pipe, the air layer has a piezoelectric element, and the air layer is compressed due to pressure changes caused by pulsation of the fluid flowing in from the first bypass pipe and applied to the liquid layer, thereby applying pressure to the piezoelectric element, thereby generating electricity.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
第1バイパス管は、前記ポンプの吐出口側に取付けられた短管を経由して前記ポンプの吐出口からの流体を分岐させることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
A pump power generation system, characterized in that a first bypass pipe branches off a fluid from a discharge port of the pump via a short pipe attached to the discharge port side of the pump.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
第1バイパス管は、前記ポンプの吐出口側のフランジまたはケーシングに接続され、前記ポンプの吐出口側のフランジまたはケーシングに設けたゲージ穴を利用して前記ポンプの吐出口からの流体を分岐させることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
A pump power generation system characterized in that a first bypass pipe is connected to a flange or a casing on the discharge port side of the pump, and branches fluid from the discharge port of the pump by utilizing a gauge hole provided in the flange or the casing on the discharge port side of the pump.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記第2バイパス管は、前記圧電発電装置から送出される流体を前記ポンプの吸入口側に戻すことを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
The pump power generation system according to claim 1, wherein the second bypass pipe returns fluid discharged from the piezoelectric power generation device to a suction port side of the pump.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記圧電発電装置の流入口側に仕切弁を備えることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
A pump power generation system comprising a gate valve on the inlet side of the piezoelectric power generation device.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記第2バイパス管に逆止弁を設けることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
A pump power generation system comprising: a check valve provided in the second bypass pipe.
請求項1に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記圧電発電装置の流入口側に脈動発生装置を備えることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 1,
A pump power generation system comprising a pulsation generating device on the inlet side of the piezoelectric power generation device.
請求項7に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記圧電発電装置の流出口側に整流板を備えることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 7,
A pump power generation system comprising a flow straightening vane provided on the outlet side of the piezoelectric power generation device.
請求項7に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記脈動発生装置は、流体により回転する羽根車を有することを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 7,
A pump power generation system, wherein the pulsation generating device has an impeller that is rotated by a fluid.
請求項9に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記羽根車は1枚羽根で構成されていることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 9,
A pump power generation system, wherein the impeller is composed of one blade.
請求項9に記載のポンプ発電システムにおいて、
前記羽根車は、複数の羽根を有し、
前記複数の羽根は、羽根間隔または羽根外径が不均一であることを特徴とするポンプ発電システム。
The pump power generation system according to claim 9,
The impeller has a plurality of blades,
A pump power generation system, wherein the plurality of blades have non-uniform blade spacing or non-uniform blade outer diameters.
ポンプから吐き出された流体の脈動による圧力変化により発電を行うポンプ発電システムであって、
流体を吸込口から吸い込み吐出口から吐き出すポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記ポンプの吐出口側のフランジまたはケーシングに設けたゲージ穴とを繋ぐ第1バイパス管と、
前記第1バイパス管と接続された圧電発電装置と、
前記圧電発電装置から送出される流体を前記ポンプの吸込口側のフランジまたはケーシングに設けたゲージ穴とを繋ぐ第2バイパス管を備え、
前記圧電発電装置は、タンク形状であり、タンク内の空間が弾性体で液体層と空気層で区分けされ、前記液体層は、前記第1バイパス管からの流体が流入する流入口と、前記第2バイパス管へ流体が流出する流出口を有し、前記空気層は圧電素子を有し、前記液体層に加わる前記第1バイパス管から流れ込んだ前記流体の脈動による圧力変化により前記空気層が圧縮され前記圧電素子に圧力が加わることにより発電を行うことを特徴とするポンプ発電システム。
A pump power generation system that generates power by pressure changes caused by pulsations of a fluid discharged from a pump,
A pump that sucks a fluid through a suction port and discharges it through a discharge port;
A motor that drives the pump;
a first bypass pipe connecting a flange or a gauge hole provided in a casing on the discharge port side of the pump;
a piezoelectric power generating device connected to the first bypass pipe;
a second bypass pipe that connects the fluid discharged from the piezoelectric power generation apparatus to a gauge hole provided in a flange or a casing on the suction port side of the pump;
The piezoelectric power generation device has a tank shape, the space inside the tank is divided by an elastic body into a liquid layer and an air layer, the liquid layer has an inlet through which fluid from the first bypass pipe flows in and an outlet through which fluid flows out to the second bypass pipe, the air layer has a piezoelectric element, and the air layer is compressed due to pressure changes caused by pulsation of the fluid flowing in from the first bypass pipe and applied to the liquid layer, thereby applying pressure to the piezoelectric element, thereby generating electricity.
ポンプから吐き出された流体の脈動による圧力変化により発電を行う圧電発電装置であって、
タンク形状であり、タンク内の空間が弾性体で液体層と空気層で区分けされており、
前記液体層は、ポンプから吐き出された流体が流入する流入口と、該液体層内の流体が流出する流出口を有し、
前記空気層は圧電素子を有し、
前記液体層に加わる前記ポンプから吐き出された流体の脈動による圧力変化により前記空気層が圧縮され前記圧電素子に圧力が加わることにより発電を行うことを特徴とする圧電発電装置。
A piezoelectric power generation device that generates electricity by pressure changes caused by pulsation of a fluid discharged from a pump,
It is tank-shaped, and the space inside the tank is divided into a liquid layer and an air layer by an elastic body.
The liquid layer has an inlet through which the fluid discharged from the pump flows in and an outlet through which the fluid in the liquid layer flows out,
The air layer has a piezoelectric element,
A piezoelectric power generation device characterized in that the air layer is compressed due to pressure changes caused by pulsation of the fluid discharged from the pump that is applied to the liquid layer, and pressure is applied to the piezoelectric element, thereby generating power.
請求項13に記載の圧電発電装置において、
前記圧電素子は前記空気層内のタンク内周に配置され、圧電素子で発電した電力を集電及び蓄電する蓄電制御装置を前記空気層に備えることを特徴とする圧電発電装置。
The piezoelectric generating apparatus according to claim 13,
The piezoelectric power generation device is characterized in that the piezoelectric element is arranged on an inner periphery of a tank in the air space, and the air space is provided with a power storage control device that collects and stores the power generated by the piezoelectric element.
請求項13に記載の圧電発電装置において、
前記流入口にはフランジまたはネジを備え、該フランジまたはネジを介して前記ポンプから吐き出された流体が流入する配管と接続することを特徴とする圧電発電装置。
The piezoelectric generating apparatus according to claim 13,
A piezoelectric generator characterized in that the inlet is provided with a flange or a screw, and is connected to a pipe into which the fluid discharged from the pump flows via the flange or the screw.
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