特開 2023-142768 発電ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142768

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】発電ユニット

(51)【国際特許分類】

   H02S 10/10 20140101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

H02S10/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049844

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100195659

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 祐介

(72)【発明者】

【氏名】長田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】奥山 勝

(72)【発明者】

【氏名】大森 俊英

【テーマコード（参考）】

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F151BA05

5F151JA09

5F151JA13

5F251BA05

5F251JA09

5F251JA13

(57)【要約】

【課題】雨水を用いた発電を行う発電ユニットの小型化が可能な技術を提供する。
【解決手段】発電ユニットは、発電ユニットの外部から水を受け入れる開口を有する水受入部と、水受入部から供給された水を滴下する第１滴下ノズルを有する水滴下部と、滴下された水滴を表面に滑らすことにより発電する第１水滴発電モジュールを有する水滴発電部と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電ユニットであって、
前記発電ユニットの外部から水を受け入れる開口を有する水受入部と、
前記水受入部から供給された水を滴下する第１滴下ノズルを有する水滴下部と、
滴下された水滴を表面に滑らすことにより発電する第１水滴発電モジュールを有する水滴発電部と、を備える、発電ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の発電ユニットであって、さらに、
太陽光により発電する太陽光発電モジュールを備える、発電ユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の発電ユニットであって、
前記第１水滴発電モジュールと前記太陽光発電モジュールとは、水平方向において少なくとも一部が重なるように積層されている、発電ユニット。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、
前記水受入部と前記水滴下部とは、前記開口から前記第１滴下ノズルに到るまでの流路を画定している内壁を有し、
前記内壁の表面は、親水性を有している、発電ユニット。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、
前記水滴下部は、さらに、前記水受入部から供給された水を前記第１滴下ノズルに送る流路のうち前記第１滴下ノズルよりも上流側において、鉛直方向の下側に窪んだ窪み部を有する、発電ユニット。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、
前記第１滴下ノズルの内部流路を画定しているノズル内壁のうち少なくとも鉛直方向の下側端部の表面は、撥水性を有している、発電ユニット。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、
前記第１滴下ノズルの内部流路内には、線材が配置されている、発電ユニット。

【請求項8】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、
前記第１滴下ノズルには、前記第１滴下ノズルの内部流路を開閉する開閉機構が設けられている、発電ユニット。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発電ユニットであって、さらに、
前記水滴発電部より鉛直方向の下側に配置され、滴下された水滴を表面に滑らすことにより発電する第２水滴発電モジュールを有する副水滴発電部を備え、
前記水滴発電部は、さらに、前記第１水滴発電モジュールの表面を滑った水を前記水滴発電部の外部に排水する排水ノズルを有し、
前記副水滴発電部は、
前記排水ノズルに接続し、前記排水ノズルから排水された水を前記第２水滴発電モジュールに滴下する第２滴下ノズルと、
前記第２水滴発電モジュールの表面を滑った水を前記副水滴発電部の外部に滴下する第３滴下ノズルと、を有し、
前記水滴下部に隣り合って配置された前記水滴発電部よりも鉛直方向の下側において、前記水滴発電部と前記副水滴発電部とは、鉛直方向に沿って交互に積層され、
鉛直方向の下側から前記副水滴発電部に隣り合って配置された前記水滴発電部は、前記第３滴下ノズルから滴下される水滴を用いて発電する、発電ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギーである太陽光を用いた太陽光発電の普及が進んでいる。例えば、特許文献１には、路面に配置された太陽光発電パネルが発電した電力で、路面情報装置、照明装置、電光表示装置を動作させる交通支援システムが開示されている。特許文献２には、路面に配置された路面発電ユニット中の太陽電池チップが発電した電力で、景観照明、交通表示器、充電ステーション、及び通信モニタ設備を動作させる路面発電ユニットが開示されている。しかし、太陽光発電による発電量は、日射量に応じて変動し、特に雨天時には発電量が著しく低下する。そこで、雨天時における太陽光発電の発電量低下を補填する技術として、特許文献３では、太陽光発電システムと雨水を用いて発電する水力発電システムとを備えるハイブリッド発電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－６４１５３号公報

【特許文献2】特開２０１９－３６７１１号公報

【特許文献3】特開２０２１－１６６４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献３で用いられる従来の水力発電システムでは、雨水を集める集水器や流路、集めた雨水を貯水する貯水槽およびタービン等の設備を要することから、発電ユニットであるハイブリッド発電システムのサイズ増大につながる。このようなサイズの増大により、発電ユニットを設置する場所の自由度が損なわれていた。そのため、雨水を用いた発電を行う発電ユニットの小型化が要望されていた。なお、特許文献１，２に開示された技術では、雨水を用いた発電については、何ら考慮されていない。

【0005】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、雨水を用いた発電を行う発電ユニットの小型化が可能な技術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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、発電ユニットが提供される。この発電ユニットは、前記発電ユニットの外部から水を受け入れる開口を有する水受入部と、前記水受入部から供給された水を滴下する第１滴下ノズルを有する水滴下部と、滴下された水滴を表面に滑らすことにより発電する第１水滴発電モジュールを有する水滴発電部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、発電ユニットの外部から受け入れた雨水等の水を滴下して、水滴発電モジュールにより発電が行われる。雨水を用いて従来の水力発電を行う発電ユニットの場合、雨水を集める集水器や流路、集めた雨水を貯水する貯水槽およびタービン等の設備を要することから、発電ユニットのサイズ増大につながる。一方、本構成によれば、水力発電に必要とされる設備のサイズと比べて、水滴発電に必要とされる設備のサイズは小さい傾向にあることから、雨水を用いた発電を行う発電ユニットの小型化を実現することが
できる。したがって、設置する場所の自由度が高い発電ユニットを提供することができる。また、この構成によれば、水力発電を行う発電ユニットに比べて、発電の際にタービン等による機械的駆動を介さないことから、発電ユニット設置後のメンテナンスや部品交換等に要するコストを削減できる。

【0009】

（２）上記形態の発電ユニットにおいて、さらに、太陽光により発電する太陽光発電モジュールを備えていてもよい。
この構成によれば、発電ユニットは、水滴発電モジュールと太陽光発電モジュールとを備える。このため、晴天時には太陽光を用いて発電を行うとともに、雨天時には雨水を用いて発電することができる。したがって、雨天時における太陽光発電モジュールによる発電の出力低下を、水滴発電モジュールによる発電で補填することができる。また、この構成によれば、常時の電力供給が求められる装置に対して発電ユニットが電力供給を行うことが想定されている場合、雨天時を考慮して発電ユニットに備えるバッテリーの仕様を緩和することができる。すなわち、雨天時において雨水を用いた水滴発電が可能であるため、晴天時に太陽光を用いて発電した電力を雨天時の対策のためにバッテリーに蓄電しておく必要性が低下することから、バッテリー容量の少量化やバッテリーレス化を図ることができる。その結果、発電ユニット設置後のバッテリーのメンテナンスや交換等に要するコストを削減できる。

【0010】

（３）上記形態の発電ユニットにおいて、前記第１水滴発電モジュールと前記太陽光発電モジュールとは、水平方向において少なくとも一部が重なるように積層されていてもよい。
この構成によれば、水平方向側における発電ユニットのサイズ増大を抑制できることから、設置する場所の自由度を更に高めた発電ユニットを提供することができる。

【0011】

（４）上記形態の発電ユニットにおいて、前記水受入部と前記水滴下部とは、前記開口から前記第１滴下ノズルに到るまでの流路を画定している内壁を有し、前記内壁の表面は、親水性を有していてもよい。
この構成によれば、開口から第１滴下ノズルに到るまでの流路内を流れる水を、内壁に沿って膜状に広がりやすくすることができる。したがって、各第１滴下ノズルへ均等に水が分配、供給され、ノズルごとの滴下むらを抑制できる。

【0012】

（５）上記形態の発電ユニットにおいて、前記水滴下部は、さらに、前記水受入部から供給された水を前記第１滴下ノズルに送る流路のうち前記第１滴下ノズルよりも上流側において、鉛直方向の下側に窪んだ窪み部を有していてもよい。
この構成によれば、水受入部から水滴下部に供給された水は、窪み部に一旦溜められる。その後の水の供給により窪み部の上端に水位が到達すると、窪み部より下流側に配置された第１滴下ノズルへの水の供給が開始される。したがって、過剰な量の水が一度に第１滴下ノズルへ供給されることを抑制できる。

【0013】

（６）上記形態の発電ユニットにおいて、前記第１滴下ノズルの内部流路を画定しているノズル内壁のうち少なくとも鉛直方向の下側端部の表面は、撥水性を有していてもよい。
この構成によれば、ノズル内壁と第１滴下ノズルから流出する直前の水との接触角は大きくなることから、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。

【0014】

（７）上記形態の発電ユニットにおいて、前記第１滴下ノズルの内部流路内には、線材が配置されていてもよい。
この構成によれば、水を線材に伝わせたのち線材の下端からの滴下を誘導することから、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。

【0015】

（８）上記形態の発電ユニットにおいて、前記第１滴下ノズルには、前記第１滴下ノズルの内部流路を開閉する開閉機構が設けられていてもよい。
この構成によれば、開閉機構の開閉によって第１滴下ノズルから間欠的に水を流出させることができるため、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。

【0016】

（９）上記形態の発電ユニットにおいて、さらに、前記水滴発電部より鉛直方向の下側に配置され、滴下された水滴を表面に滑らすことにより発電する第２水滴発電モジュールを有する副水滴発電部を備え、前記水滴発電部は、さらに、前記第１水滴発電モジュールの表面を滑った水を前記水滴発電部の外部に排水する排水ノズルを有し、前記副水滴発電部は、前記排水ノズルに接続し、前記排水ノズルから排水された水を前記第２水滴発電モジュールに滴下する第２滴下ノズルと、前記第２水滴発電モジュールの表面を滑った水を前記副水滴発電部の外部に滴下する第３滴下ノズルと、を有し、前記水滴下部に隣り合って配置された前記水滴発電部よりも鉛直方向の下側において、前記水滴発電部と前記副水滴発電部とは、鉛直方向に沿って交互に積層され、鉛直方向の下側から前記副水滴発電部に隣り合って配置された前記水滴発電部は、前記第３滴下ノズルから滴下される水滴を用いて発電してもよい。
この構成によれば、複数の水滴発電部および複数の副水滴発電部によって発電を行うことができる。また、これら複数の水滴発電部および複数の副水滴発電部は鉛直方向に沿って積層されていることから、水平方向側における発電ユニットのサイズを増大させることなく、積層する枚数に応じて発電量を増加させることができる。

【0017】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、上記形態の発電ユニットを備えた発電システム、発電ユニットの製造方法、発電システムの製造方法、ならびに、その製造方法を実施する製造装置などの形態で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態の発電ユニットの外観を示した斜視図である。

【図2】路面に配置された発電ユニットを例示した説明図である。

【図3】発電ユニットの構成を表す分解斜視図である。

【図4】発電ユニットの断面図である。

【図5】雨天時の発電ユニットによる水滴発電を説明する説明図である。

【図6】第２実施形態の発電ユニットの断面図である。

【図7】第３実施形態の発電ユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としての発電ユニット１の外観を示した斜視図である。図２は、路面に配置された発電ユニット１を例示した説明図である。図１，２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｘ軸は発電ユニット１の幅方向に対応し、Ｙ軸は発電ユニット１の奥行方向に対応し、Ｚ軸は発電ユニット１の高さ方向に対応する。本実施形態の説明では、Ｚ軸方向は鉛直方向に相当する。このＸＹＺ軸は、図３以降の各図においても共通する。発電ユニット１は、太陽光発電と水滴発電とを併用して発電を行う発電ユニットである。発電ユニット１における水滴発電では、＋Ｚ軸方向側から－Ｚ軸方向側に向けて発電ユニット１に落下する雨水を利用する。発電ユニット１において発電された電力は、例えば、街灯や電光表示装置に供給される。図２に示すように、発電ユニット１は、例えば、路面を構成するブロックＢＬと交互に配置されて用いられる。

【0020】

図３は、発電ユニット１の構成を表す分解斜視図である。図４は、図１に示すＤ４―Ｄ４断面における発電ユニット１の断面図である。図４は、発電ユニット１のＹＺ断面に相
当する。また、図３以降の各図には、発電ユニット１の中心を通る軸線Ｏ（破線）が示されている。以降の説明において、ＸＹ平面において軸線Ｏから離れる側を外側と呼び、軸線Ｏに近付く側を内側と呼ぶ。図４に示された発電ユニット１のＹＺ断面は、軸線Ｏを通るＹＺ断面である。発電ユニット１は、水受入部１０と、水滴下部２０と、水滴発電部３０と、を備える。発電ユニット１は、＋Ｚ軸方向側から－Ｚ軸方向側に向けて、水受入部１０、水滴下部２０、水滴発電部３０、の順に積層されて構成されている。

【0021】

水受入部１０は、発電ユニット１の外部から水を受け入れる部分である。図３に示すように、本実施形態では、水受入部１０の概形は、＋Ｚ軸方向側から見て、中央に窪み部分１１を有する直方体形状である。水受入部１０は、太陽光発電モジュール１２と、端子ボックス１３と、内枠１４と、外枠１５と、を備える。

【0022】

太陽光発電モジュール１２は、窪み部分１１の底面（－Ｚ軸方向側の面）を構成している。太陽光発電モジュール１２は、太陽光により発電する板状の太陽光発電パネルである。太陽光発電モジュール１２は、後述する第１水滴発電モジュール３２よりも＋Ｚ軸方向側に配置されている。端子ボックス１３は、図４に示すように、太陽光発電モジュール１２のうち－Ｚ軸方向側を向いた面上に設けられ、太陽光発電モジュール１２が発電した電力を、外部配線（不図示）を介して街灯や電光表示装置等の外部機器へ出力する。

【0023】

内枠１４は、太陽光発電モジュール１２の四方を取り囲み、板状である太陽光発電モジュール１２の四方の端部を把持する枠状の部材である。四方とは、±Ｘ軸方向側および±Ｙ軸方向側のことである。図４に示すように、内枠１４は、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分１４ａ、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分１４ｂと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分１４ｃと、から構成されている。面部分１４ｂは、面部分１４ａの外側端部と面部分１４ｃの外側端部とを接続している。面部分１４ａ、面部分１４ｃは、それぞれ太陽光発電モジュール１２のうち＋Ｚ軸方向側および－Ｚ軸方向側を向いた面に接している。面部分１４ｂは、太陽光発電モジュール１２のうち外側を向いた面に接している。

【0024】

外枠１５は、四方且つ＋Ｚ軸方向側から内枠１４を覆う枠状の部材である。図４に示すように、外枠１５は、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分１５ａと、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分１５ｂと、から構成されている。面部分１５ａの外側端部は、面部分１５ｂの＋Ｚ軸方向側の端部と接続している。

【0025】

図４に示すように、内枠１４と外枠１５との間には、流路Ｆ１が形成されている。詳細には、流路Ｆ１は、内枠１４を構成する面部分１４ａおよび面部分１４ｂと、外枠１５を構成する面部分１５ａおよび面部分１５ｂと、によって画定されている。また、水受入部１０は、流路Ｆ１の内側端部に形成された開口１６を有する。図３に示すように、開口１６は、内側を向いた開口であり、窪み部分１１の側面（四方）全周にわたって形成されている。水受入部１０は、開口１６を介して、発電ユニット１の外部から水を受け入れる。

【0026】

水滴下部２０は、水滴発電部３０に水を滴下する部分である。図３に示すように、本実施形態では、水滴下部２０の概形は、＋Ｚ軸方向側から見て、枠形状の面部分２５ａと枠形状の面部分２４ａとの間が窪んでいるとともに、矩形の面部分２４ａの内側がＺ軸方向に貫通している直方体形状である。水滴下部２０は、内枠２４と、外枠２５と、を備える。

【0027】

内枠２４は、軸線Ｏを取り囲む枠状の部材である。内枠２４は、図４に示すように、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分２４ａと、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分２４ｂと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分２４ｃと、Ｚ軸方向に沿って伸びたノズル形成面部分２４ｄと、から構成されている。面部分２４ａは、面部分１４ｃに取り付けられている。面部分２４
ａの内側端部は、面部分２４ｂの＋Ｚ軸方向側の端部に接続している。図４に示すように、後述する第１滴下ノズル２７が存在するＹＺ断面においては、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部は、面部分２４ｃの内側端部に接続している。一方、第１滴下ノズル２７が存在しないＹＺ断面（不図示）においては、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部は、後述する面部分２５ｄの内側端部に接続している。面部分２４ｃの外側端部は、ノズル形成面部分２４ｄの＋Ｚ軸方向側の端部に接続している。

【0028】

外枠２５は、四方且つ－Ｚ軸方向側から内枠２４を覆う枠状の部材である。外枠２５は、図４に示すように、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分２５ａと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分２５ｂと、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分２５ｃと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分２５ｄと、Ｚ軸方向に沿って伸びたノズル形成面部分２５ｅと、から構成されている。面部分２５ａの＋Ｚ軸方向側の端部は、面部分１５ｂの－Ｚ軸方向側の端部に取り付けられている。面部分２５ａの－Ｚ軸方向側の端部は、面部分２５ｂの外側端部と接続している。面部分２５ｂの内側端部は、面部分２５ｃの－Ｚ軸方向側の端部と接続している。面部分２５ｃの＋Ｚ軸方向側の端部は、面部分２５ｄの外側端部と接続している。図４に示すように、第１滴下ノズル２７が存在するＹＺ断面においては、面部分２５ｄの内側端部は、ノズル形成面部分２５ｅの＋Ｚ軸方向側の端部に接続している。一方、第１滴下ノズル２７が存在しないＹＺ断面（不図示）においては、面部分２５ｄの内側端部は、上述したように、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部に接続している。詳細には、この断面においては、面部分２５ｄの内側端部は、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部の位置まで伸びて、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部に接続している。なお、図３に示すように、面部分２５ａのうち四方の各々の面には、排水穴２５ｈが２つずつ形成されている。

【0029】

図４に示すように、内枠２４と外枠２５との間には、流路Ｆ２が形成されている。詳細には、流路Ｆ２は、内枠２４を構成する面部分２４ａ～２４ｃや、外枠２５を構成する面部分２５ａの＋Ｚ軸方向側寄りの一部および面部分２５ｄによって画定されている。流路Ｆ２の上流側端部は、流路Ｆ１の下流側端部と接続している。

【0030】

また、水滴下部２０は、第１滴下ノズル２７を有する。第１滴下ノズル２７は、流路Ｆ２の下流側において、ノズル形成面部分２４ｄとノズル形成面部分２５ｅとの間に形成されている。すなわち、流路Ｆ２は、流路Ｆ１を介して水受入部１０から供給された水を第１滴下ノズル２７に送る流路である。第１滴下ノズル２７は、水受入部１０（流路Ｆ１）から流路Ｆ２を介して供給された水を－Ｚ軸方向に向けて滴下する。なお、本実施形態において、発電ユニット１のＹＺ断面には、上述したように、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部に面部分２４ｃの内側端部が接続しているＹＺ断面（図４）と、面部分２４ｂの－Ｚ軸方向側の端部に面部分２５ｄの内側端部が接続しているＹＺ断面（不図示）と、が含まれており、発電ユニット１のＸＺ断面についても同様である。したがって、発電ユニット１には、軸線Ｏを囲むように複数の第１滴下ノズル２７が点在して形成されている。

【0031】

上述したように、水受入部１０と水滴下部２０とは、開口１６から第１滴下ノズル２７に到るまでの流路Ｆ１および流路Ｆ２を画定している内壁として、面部分１４ａ，１４ｂおよび面部分１５ａ，１５ｂや、面部分２４ａ～２４ｃおよび面部分２５ａ，２５ｄを有する。本実施形態において、これら内壁の表面は、親水処理が施されていることから、親水性を有している。また、第１滴下ノズル２７の内部流路を画定しているノズル内壁（ノズル形成面部分２５ｅ、ノズル形成面部分２４ｄ）のうち－Ｚ軸方向側の端部の表面は、撥水処理が施されていることから、撥水性を有している。

【0032】

また、本実施形態では、水滴下部２０は、水受入部１０から供給された水を第１滴下ノズル２７に送る流路Ｆ２のうち第１滴下ノズル２７よりも上流側において、－Ｚ軸方向側に窪んだ窪み部２６を有する。窪み部２６は、外枠２５を構成する面部分２５ａの－Ｚ軸
方向側寄りの一部、面部分２５ｂおよび面部分２５ｃによって形成されている。

【0033】

水滴発電部３０は、水滴下部２０から滴下された水滴を用いて発電を行う部分である。図３に示すように、本実施形態では、水滴発電部３０の概形は、＋Ｚ軸方向側から見て、上枠３４に囲まれた部分が中央に向かうほど－Ｚ軸方向側に窪んでいる直方体形状である。水滴発電部３０は、第１水滴発電モジュール３２と、上枠３４と、下枠３５と、を備える。

【0034】

第１水滴発電モジュール３２は、図４に示すように、プラスチックフィルム上に１層の二硫化モリブデンが成膜された成膜パネル３２ｐの両端部上に、電極３２ａ、電極３２ｂが配置されて構成されている。成膜パネル３２ｐは、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分３２ｃと、軸線Ｏに向かうほど－Ｚ軸方向に窪んだ斜面部分３２ｄと、から構成されている。なお、斜面部分３２ｄのうち内側端部はＸＹ平面に沿って伸びており、後述する突出部３５ｐの根元部分に接続している。面部分３２ｃの内側端部は、斜面部分３２ｄの外側端部と接続している。第１水滴発電モジュール３２は、第１滴下ノズル２７から滴下された水滴を斜面部分３２ｄの表面に滑らすことにより発電する。詳細には、水滴が成膜パネル３２ｐに衝突する際に帯電されたのち斜面部分３２ｄを流下することによって、電極３２ａ、電極３２ｂ間で発電する。

【0035】

第１水滴発電モジュール３２と太陽光発電モジュール１２とは、水平方向（ＸＹ平面に沿った方向）において少なくとも一部が重なるように積層されている。本実施形態では、水平方向において、第１水滴発電モジュール３２の内側に太陽光発電モジュール１２全体が含まれるように、第１水滴発電モジュール３２と太陽光発電モジュール１２とが積層されている。換言すれば、発電ユニット１を＋Ｚ軸方向側から透過視したときに、第１水滴発電モジュール３２が太陽光発電モジュール１２全体を内包するように配置されている。

【0036】

上枠３４は、成膜パネル３２ｐの四方を取り囲み（図３参照）、図４に示すように、成膜パネル３２ｐの面部分３２ｃを把持する枠状の部材である。下枠３５は、－Ｚ軸方向側から上枠３４に取り付けられ、成膜パネル３２ｐの斜面部分３２ｄの内側端部が載置される部材である。下枠３５は、図４に示すように、ＸＹ平面に沿って伸びた底面部分３５ａと、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分３５ｂと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分３５ｃと、から構成されている。底面部分３５ａの外側端部は、面部分３５ｂの－Ｚ軸方向側の端部と接続している。面部分３５ｂの＋Ｚ軸方向側の端部は、面部分３５ｃの内側端部と接続している。面部分３５ｃは、－Ｚ軸方向側から上枠３４に取り付けられている。また、面部分３５ｂには、複数の排水穴３５ｈが形成されている。図４には、＋Ｙ軸方向側および－Ｙ軸方向側の各々に形成された排水穴３５ｈが図示されているが、同様に、＋Ｘ軸方向側および－Ｘ軸方向側の各々にも排水穴３５ｈが形成されている。すなわち、排水穴３５ｈは、面部分３５ｂのうち四方の各々の面に形成されている。

【0037】

図４に示すように、底面部分３５ａのうち中央部分には、＋Ｚ軸方向側に突出した突出部３５ｐが形成されている。電極３２ａは、面部分３２ｃ上に配置されている。一方、電極３２ｂは、突出部３５ｐの周囲の斜面部分３２ｄ上に配置されている（図３参照）。電極３２ａと電極３２ｂとは、図示しない配線で接続されている。排水スリット３６は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って電極３２ｂを切り込む（図３参照）ように形成された溝である。排水スリット３６が形成された位置には斜面部分３２ｄが配置されていないことから、排水スリット３６は、斜面部分３２ｄを貫通している。

【0038】

図５は、雨天時の発電ユニット１による水滴発電を説明する説明図である。図５において、雨滴ＲＤを含めた水は、ドット状のハッチングで示されている。雨天により窪み部分１１に対する雨滴ＲＤの落下や、面部分１５ａを伝って雨水が窪み部分１１に流れ込むこ
とにより、窪み部分１１に水が溜まっていく。そして、面部分１４ａのうち＋Ｚ軸方向側を向いた面より窪み部分１１における水位が高くなると、窪み部分１１に溜まっていた水は、開口１６から流路Ｆ１および流路Ｆ２の一部を通って窪み部２６に流下し、窪み部２６に一旦溜められる。このとき、流路Ｆ１および流路Ｆ２の内壁の表面は親水性を有していることから、開口１６から進入した水は、内壁に沿って膜状に広がりながら、窪み部２６に流下する。

【0039】

開口１６からの水の進入が継続して、面部分２５ｄのうち＋Ｚ軸方向側を向いた面より窪み部２６における水位が高くなると、水が窪み部２６から面部分２５ｄ上に流出して、第１滴下ノズル２７に供給される。このときも、流路Ｆ２の内壁の一部である面部分２５ｄの表面は親水性を有していることから、面部分２５ｄ上を流れる水は、膜状に広がりながら、第１滴下ノズル２７に供給される。そして、第１滴下ノズル２７に供給された水は、第１滴下ノズル２７から斜面部分３２ｄに向けて滴下される。このとき、第１滴下ノズル２７の内部流路を画定しているノズル内壁のうち－Ｚ軸方向側の端部の表面は撥水性を有していることから、水の間欠的な滴下が促進される。なお、第１滴下ノズル２７から滴下される水量よりも第１滴下ノズル２７に供給される水量の方が多い状態が継続することにより、窪み部２６から水が溢れて水位が上昇し続けた場合、余剰の水は、破線矢印で示すように、排水穴２５ｈから発電ユニット１の外部に排水される。第１滴下ノズル２７から滴下された水は、斜面部分３２ｄの表面に滑ることにより、水滴発電に用いられる。斜面部分３２ｄの表面を滑った水は、排水スリット３６を介して底面部分３５ａに到ったのち、排水穴３５ｈから発電ユニット１の外部に排水される。図５では、＋Ｙ軸方向側および－Ｙ軸方向側の各々に形成された排水穴３５ｈからの外部への排水が図示されているが、＋Ｘ軸方向側および－Ｘ軸方向側の各々に形成された排水穴３５ｈからの外部への排水も同様に行われる。

【0040】

以上説明したように、第１実施形態の発電ユニット１によれば、発電ユニット１の外部から受け入れた雨水ＲＤ等の水を滴下して、第１水滴発電モジュール３２により発電が行われる。雨水を用いて従来の水力発電を行う発電ユニットの場合、雨水を集める集水器や流路、集めた雨水を貯水する貯水槽およびタービン等の設備を要することから、発電ユニットのサイズ増大につながる。一方、第１実施形態の発電ユニット１によれば、水力発電に必要とされる設備のサイズと比べて、水滴発電に必要とされる設備のサイズは小さい傾向にあることから、雨水を用いた発電を行う発電ユニット１の小型化を実現することができる。したがって、設置する場所の自由度が高い発電ユニット１を提供することができる。また、第１実施形態の発電ユニット１によれば、水力発電を行う発電ユニットに比べて、発電の際にタービン等による機械的駆動を介さないことから、発電ユニット１設置後のメンテナンスや部品交換等に要するコストを削減できる。

【0041】

また、第１実施形態の発電ユニット１は、第１水滴発電モジュール３２と太陽光発電モジュール１２とを備える。このため、晴天時には太陽光を用いて発電を行うとともに、雨天時には雨水を用いて発電することができる。したがって、雨天時における太陽光発電モジュール１２による発電の出力低下を、第１水滴発電モジュール３２による発電で補填することができる。また、第１実施形態の発電ユニット１によれば、常時の電力供給が求められる装置に対して発電ユニット１が電力供給を行うことが想定されている場合、雨天時を考慮して発電ユニット１に備えるバッテリーの仕様を緩和することができる。すなわち、雨天時において雨水を用いた水滴発電が可能であるため、晴天時に太陽光を用いて発電した電力を雨天時の対策のためにバッテリーに蓄電しておく必要性が低下することから、バッテリー容量の少量化やバッテリーレス化を図ることができる。その結果、発電ユニット１設置後のバッテリーのメンテナンスや交換等に要するコストを削減できる。

【0042】

また、第１実施形態の発電ユニット１では、第１水滴発電モジュール３２と太陽光発電
モジュール１２とは、水平方向において少なくとも一部が重なるように積層されている。このため、水平方向側における発電ユニット１のサイズ増大を抑制できることから、設置する場所の自由度を更に高めた発電ユニット１を提供することができる。

【0043】

第１実施形態の発電ユニット１では、流路Ｆ１および流路Ｆ２を画定している内壁の表面は、親水性を有している。このため、開口１６から第１滴下ノズル２７に到るまでの流路Ｆ１および流路Ｆ２内を流れる水を、内壁に沿って膜状に広がりやすくすることができる。したがって、各第１滴下ノズル２７へ均等に水が分配、供給され、ノズルごとの滴下むらを抑制できる。

【0044】

第１実施形態の発電ユニット１では、水受入部１０から水滴下部２０に供給された水は、窪み部２６に一旦溜められる。その後の水の供給により窪み部２６の上端に水位が到達すると、窪み部２６より下流側に配置された第１滴下ノズル２７への水の供給が開始される。したがって、過剰な量の水が一度に第１滴下ノズル２７へ供給されることを抑制できる。

【0045】

第１実施形態の発電ユニット１では、第１滴下ノズル２７の内部流路を画定しているノズル内壁のうち－Ｚ軸方向側の端部の表面は、撥水性を有している。このため、ノズル内壁と第１滴下ノズル２７から流出する直前の水との接触角は大きくなることから、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。

【0046】

また、第１実施形態の発電ユニット１では、窪み部分１１は、太陽光発電モジュール１２が採光するための採光口、および、第１水滴発電モジュール３２に用いる雨滴ＲＤを受け入れるための受入口、として兼用されている。このため、採光口と受入口とを別個に設けた発電ユニットと比べて、発電ユニット１のサイズ増大を抑制できる。また、開口１６は、窪み部分１１の側面に形成されていて、且つ、面部分１４ａの厚さ分だけ窪み部分１１の底面より高い位置に形成されていることから、面部分１４ａのうち＋Ｚ軸方向側を向いた面より窪み部分１１における水位が高くなるまで、開口１６への水の進入は開始されない。したがって、このような観点からも、過剰な量の水が開口１６から第１滴下ノズル２７へ一度に供給されることを抑制できる。

【0047】

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の発電ユニット１ａの断面図である。第２実施形態の発電ユニット１ａは、第１実施形態の発電ユニット１と比べて、水滴下部２０の－Ｚ軸方向側において、水滴発電部３０とは異なる水滴発電部３０ａおよび副水滴発電部４０が交互に積層されている点を除いて、第１実施形態の発電ユニット１と同じである。

【0048】

水滴発電部３０ａは、第１実施形態の水滴発電部３０と比べて、排水穴３５ｈが形成されていない点および排水ノズル３７が形成されている点が、第１実施形態の水滴発電部３０と異なる。排水ノズル３７は、底面部分３５ａに形成され、第１水滴発電モジュール３２の表面を滑った水を水滴発電部３０ａの外部に排水する。第２実施形態では、斜面部分３２ｄの表面を滑った水は、排水スリット３６を介して底面部分３５ａに到ったのち、排水ノズル３７から発電ユニット１の外部に排水される。また、第２実施形態では、底面部分３５ａのうち排水ノズル３７の外側に突壁部３９が形成されていることにより、排水スリット３６を介して底面部分３５ａに到った水が面部分３５ｂの方に流れるのを防いでいる。なお、図６に示すＹＺ断面では、底面部分３５ａに排水ノズル３７が形成されているが、水滴発電部３０ａの他のＹＺ断面では、底面部分３５ａに排水ノズル３７が形成されていない部分も存在する。

【0049】

副水滴発電部４０は、水滴発電部３０ａより－Ｚ軸方向側に配置され、滴下された水滴
を表面に滑らすことにより発電する部分である。具体的には、副水滴発電部４０は、水滴発電部３０ａの排水ノズル３７から排水された水を用いて発電を行う。副水滴発電部４０は、第２水滴発電モジュール４２と、上枠４４と、下枠４５と、を備える。

【0050】

第２水滴発電モジュール４２は、第１水滴発電モジュールと同様に、プラスチックフィルム上に１層の二硫化モリブデンが成膜された成膜パネル４２ｐの両端部上に、電極４２ａ、電極４２ｂが配置されて構成されている。成膜パネル４２ｐは、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分４２ｃと、軸線Ｏから離れるほど－Ｚ軸方向に窪んだ斜面部分４２ｄと、から構成されている。面部分４２ｃの外側端部は、斜面部分４２ｄの内側端部と接続している。なお、斜面部分４２ｄのうち外側端部はＸＹ平面に沿って伸びており、後述する下枠４５の把持部分４５ｂに把持されている。

【0051】

上枠４４は、成膜パネル４２ｐの四方を取り囲み、面部分４２ｃの内側端部を把持する枠状の部材である。上枠４４は、－Ｚ軸方向側から水滴発電部３０ａに取り付けられている。上枠４４は、ＸＹ平面に沿って伸びた頂面部分４４ａと、Ｚ軸方向に沿って伸びた面部分４４ｂと、ＸＹ平面に沿って伸びた面部分４４ｃと、から構成されている。頂面部分４４ａの外側端部は、面部分４４ｂの＋Ｚ軸方向側の端部と接続している。面部分４４ｂの－Ｚ軸方向側の端部は、面部分４４ｃの内側端部と接続している。副水滴発電部４０は、頂面部分４４ａを介して、水滴発電部３０ａの底面部分３５ａに取り付けられている。

【0052】

頂面部分４４ａのうち中央部分には、－Ｚ軸方向側に突出した突出部４４ｐが形成されている。また、頂面部分４４ａにおいて、突出部４４ｐの外側には、第２滴下ノズル４７が形成されている。第２滴下ノズル４７は、水滴発電部３０ａの底面部分３５ａに形成された排水ノズル３７に接続している。電極４２ａは、面部分４２ｃ上に配置されている。一方、電極４２ｂは、斜面部分４２ｄの外側端部上に配置されている。電極４２ａと電極４２ｂとは、図示しない配線で接続されている。排水スリット４６は、斜面部分４２ｄの外側端部を切り込むように形成された溝である。図６に示すように、排水スリット４６が形成された位置には斜面部分４２ｄが配置されていないことから、排水スリット４６は、斜面部分４２ｄを貫通している。

【0053】

下枠４５は、成膜パネル４２ｐの斜面部分４２ｄの外側端部を把持する枠状の部材である。下枠４５は、ＸＹ平面に沿って伸びる底面部分４５ａと、斜面部分４２ｄを把持する把持部分４５ｂと、から構成されている。底面部分４５ａの外側端部は、把持部分４５ｂの内側端部と接続している。把持部分４５ｂは、－Ｚ軸方向側から面部分４４ｃに取り付けられている。底面部分４５ａには、第３滴下ノズル４８が形成されている。底面部分４５ａのうち第３滴下ノズル４８の内側には、突壁部４９が形成されている。

【0054】

発電ユニット１ａにおいては、水滴下部２０に隣り合って配置された水滴発電部３０ａよりも－Ｚ軸方向側において、水滴発電部３０ａと副水滴発電部４０とは、Ｚ軸方向に沿って交互に積層されている。－Ｚ軸方向側から副水滴発電部４０に隣り合って配置された水滴発電部３０ａは、上枠３４を介して、副水滴発電部４０の把持部分４５ｂに取り付けられている。

【0055】

水滴下部２０に隣り合って配置された水滴発電部３０ａにおいて、第１滴下ノズル２７から滴下されて第１水滴発電モジュール３２の表面を滑った水は、排水ノズル３７から排水される。その排水ノズル３７と接続した第２滴下ノズル４７は、排水ノズル３７から排水された水を第２水滴発電モジュール４２に滴下する。第２水滴発電モジュール４２は、第２滴下ノズル４７から滴下された水滴を第２水滴発電モジュール４２（斜面部分４２ｄ）の表面に滑らすことにより発電する。第２水滴発電モジュール４２の表面を滑った水は、排水スリット４６を介して底面部分４５ａに到る。第３滴下ノズル４８は、その水を副
水滴発電部４０の外部に滴下する。上述したように、発電ユニット１ａにおいては、水滴発電部３０ａと副水滴発電部４０とは、Ｚ軸方向に沿って交互に積層されていることから、－Ｚ軸方向側から副水滴発電部４０に隣り合って配置された水滴発電部３０ａは、第３滴下ノズル４８から滴下される水滴を用いて発電する。この水滴発電部３０ａにおいて水滴発電に用いられた水は、さらに、この水滴発電部３０ａに対して－Ｚ軸方向側から隣り合って配置された副水滴発電部４０における水滴発電に用いられる。このように、－Ｚ軸方向に向かって交互に積層された水滴発電部３０ａおよび副水滴発電部４０において水滴発電に用いられた水は、最終的に発電ユニット１ａの外部に排水される。具体的には、発電ユニット１ａの－Ｚ軸方向における端側に水滴発電部３０ａが配置されている場合、排水ノズル３７から発電ユニット１ａの外部に排水される。一方、発電ユニット１ａの－Ｚ軸方向における端側に副水滴発電部４０が配置されている場合、第３滴下ノズル４８から発電ユニット１ａの外部に排水される。なお、排水ノズル３７、第２滴下ノズル４７および第３滴下ノズル４８の各々の周囲の面部分（底面部分３５ａ、頂面部分４４ａおよび底面部分４５ａ）の表面は親水性を有していることから、その表面上に膜状に広がった水が、排水ノズル３７、第２滴下ノズル４７および第３滴下ノズル４８に供給される。また、排水ノズル３７、第２滴下ノズル４７および第３滴下ノズル４８の各々の内部流路を画定しているノズル内壁のうち－Ｚ軸方向側の端部の表面は撥水性を有していることから、水の間欠的な滴下が促進される。

【0056】

以上のような第２実施形態の発電ユニット１ａによっても、第１実施形態と同様に、雨水を用いた発電を行う発電ユニットの小型化を実現することができる。さらに、第２実施形態の発電ユニット１ａでは、複数の水滴発電部３０ａおよび複数の副水滴発電部４０によって発電を行うことができる。また、これら複数の水滴発電部３０ａおよび複数の副水滴発電部４０は鉛直方向であるＺ軸方向に沿って積層されていることから、水平方向側における発電ユニット１ａのサイズを増大させることなく、積層する枚数に応じて発電量を増加させることができる。

【0057】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の発電ユニット１ｂの断面図である。第３実施形態の発電ユニット１ｂは、第１実施形態の発電ユニット１と比べて、水滴下部２０とは異なる水滴下部２０ｂを備える点を除いて、第１実施形態の発電ユニット１と同じである。

【0058】

水滴下部２０ｂは、第１実施形態の水滴下部２０の構成に加えて、線材５０を備える。線材５０の＋Ｚ軸方向側の端部が面部分２４ａに取り付けられていることにより、線材５０は、第１滴下ノズル２７の内部流路内に配置されている。このような第２実施形態の発電ユニット１ｂによれば、水を線材５０に伝わせたのち線材５０の－Ｚ軸方向側の端からの滴下を誘導することから、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。なお、線材５０の取付位置は、面部分２４ａに限らず、第１滴下ノズル２７の内部流路内に配置される限り、任意の位置であってよい。

【0059】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0060】

［変形例１］
上記実施形態では、図２に示すように、発電ユニットは、路面に配置されていたが、これに限られない。例えば、発電ユニットは、建築物の屋根に配置されてもよいし、路面を構成せずに、単独で地面に埋められて配置されてもよい。

【0061】

［変形例２］
上記実施形態では、発電ユニットは、太陽光発電モジュール１２を備えていたが、これに限られない。例えば、発電ユニットは、太陽光発電モジュール１２を備えておらず、第１水滴発電モジュール３２単独、もしくは、第１水滴発電モジュール３２および第２水滴発電モジュール４２を用いて発電する発電ユニットであってもよい。

【0062】

［変形例３］
上記実施形態では、成膜パネルに成膜される材料は、二硫化モリブデンであったが、これに限られない。例えば、成膜パネルに成膜される材料は、グラフェンやＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））であってもよい。

【0063】

［変形例４］
上記実施形態では、水受入部１０の＋Ｚ軸方向側を向いた面に窪み部分１１が形成されていたが、これに限られない。例えば、水受入部１０の＋Ｚ軸方向側を向いた面は、平面であって、その平面の一部が太陽光発電パネルによって構成されていてもよい。

【0064】

［変形例５］
上記実施形態では、開口１６は、内側（水平方向側）を向いた開口であったが、これに限られない。例えば、開口１６は、＋Ｚ軸方向側を向いた開口であってもよい。このような形態によれば、上記実施形態と比べて、雨が降り始めてから水受入部１０内への水の受け入れが開始されるまでの時間を短縮することができる。

【0065】

［変形例６］
上記実施形態では、第１滴下ノズル２７におけるノズル内壁の表面が撥水性を有することや、第１滴下ノズル２７の内部流路内に線材５０を設けることにより、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上させていたが、これに限られない。例えば、第１滴下ノズルの内部流路を開閉する開閉機構を設けることにより、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上させてもよい。このような開閉機構を備えた発電ユニットによれば、開閉機構の開閉によって第１滴下ノズル２７から間欠的に水を流出させることができるため、水を間欠的に滴下する滴下精度を向上することができる。

【0066】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0067】

１，１ａ，１ｂ…発電ユニット
１０…水受入部
１１…窪み部分
１２…太陽光発電モジュール
１３…端子ボックス
１４…内枠
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…面部分
１５…外枠
１５ａ，１５ｂ…面部分
１６…開口
２０，２０ｂ…水滴下部
２４…内枠
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…面部分
２４ｄ…ノズル形成面部分
２５…外枠
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…面部分
２５ｅ…ノズル形成面部分
２５ｈ…排水穴
２６…窪み部
２７…第１滴下ノズル
３０，３０ａ…水滴発電部
３２…第１水滴発電モジュール
３２ａ，３２ｂ…電極
３２ｃ…面部分
３２ｄ…斜面部分
３２ｐ…成膜パネル
３４…上枠
３５…下枠
３５ａ…底面部分
３５ｂ，３５ｃ…面部分
３５ｈ…排水穴
３５ｐ…突出部
３６…排水スリット
３７…排水ノズル
３９…突壁部
４０…副水滴発電部
４２…第２水滴発電モジュール
４２ａ，４２ｂ…電極
４２ｃ…面部分
４２ｄ…斜面部分
４２ｐ…成膜パネル
４４…上枠
４４ａ…頂面部分
４４ｂ，４４ｃ…面部分
４４ｐ…突出部
４５…下枠
４５ａ…底面部分
４５ｂ…把持部分
４６…排水スリット
４７…第２滴下ノズル
４８…第３滴下ノズル
４９…突壁部
５０…線材
Ｆ１…流路
Ｆ２…流路
Ｏ…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】