質問

手回し発電機を利用した、エネルギー環境学習を準備しています。Webで調べるとほとんどが電球を点けるといった実験内容になっているのですが、小さな家電(例えば小型扇風機)を動かすことは可能でしょうか? 可能であれば、注意点と、またどのような機器が必要かを教えていただけると助かります。

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回答 (5件)

エルゴメーターによる計測だと、無風状態として、時速25Km/h位でコンスタントに自転車を漕いでいる状態の仕事率がほぼ100Wだそうです。プロのサイクリストだと最大300~400W、コンスタントに200Wくらいは出せるようです。人間の脚から取り出せる出力のMAXはこのあたりでしょう。

ここから、電力を取り出すことを考えれば、諸効率を考えると、20W~10W位ということになります。まあ、これだけあれば小さな家電は動きますね。
なお、100Wコンスタントに漕ぐというのは結構大変ですよ。
自転車だと、ちゃんとした自転車に正しいポジションを取ってビンディングやクリップを装備したペダルで引き足を使って回さないと長時間は無理です。ママチャリ改造だとかなり苦しいので、中古のロードなどを探しましょう。

この回答へのお礼

自転車とはいえ、ママチャリではキツイんですね・・・。 ただ、実用ではなく企画として使用するので、ある程度発電が大変なほうが返って良いのかもしれません。電気を作るのは大変なんだよと。
回答ありがとうございました!

参考サイトを上げます。
「所さんの目がテン」
<宿題解決! 発電 の科学  #445 98/08/16>

---抜粋---
小さな発光ダイオードは点けられても、テレビのような家電製品を何とか動かしてみたいというのが人情。そこに、とある情報が!夜な夜なとある公園で自転車を使って発電を行っている人がいるというではありませんか!早速そこに出かけてみると、何とテレビがちゃんと映っているではありませんか!自転車に発電器を取り付け、必死にこいで電気を作り出しているのです。それではいつものように矢野さんも挑戦!ところが・・・なんと1分も持ちません。矢野さんでだめなら、その道のプロ、競輪選手ではどうでしょうか?さすが、テレビは楽勝で動くのですが、掃除機となると、ハンカチ一枚吸い上げるのが精一杯。そこで、人力発電の効率を測定してみます。すると、わずか1.5%ほどしか、人間の力が電気に変換されていないのが分かります。


家電品はAC100Vと電圧が違いますので、途中にインバーターを入れなければなりません。
インバーターは車載用のDC12VからAC100Vのものが使えそうです。
ここで効率が15%位落ちます。

手回しではパワーが足りませんので、足踏み式(自転車を転用)となるかと思います。
発電機(永久磁石に入ったDCモーター、マブチモーター転用可能か?RS540Sあたり?。)のシャフトを毎分数千回転させなければなりませんので、ギヤボックス等が必要です。

インバーターにはDC(DC:直流、AC:交流)で電源を供給しなければなりませんので直流に直す整流器(ダイオード4つかダイオードブリッジ)が必要です。
また、緩衝用として、この整流器の後に大容量の電解コンデンサー(耐圧50V数千uF)を並列でいくつか入れなければなりません。
条件によっては、発電機の電圧が高すぎて、インバーターに電源を供給する前に定電圧化(レギュレーション)してやらなければならないかも知れません。

自転車のライト用の発電機を数個、後輪につけても可能かと思います。
但し、この場合、発電機を分離するため個々の発電機1個づつに整流回路を入れ、電解コンデンサーで平滑化した上、さらにショットキーダイオードをいれてアイソレート(分離)し複数の電源を一つにまとめなければなりません。
平滑化後のGND(-側)は共通にします。

インバーターに供給する電源はDC12V±15%です。
そのためインバーターの過電圧保護を考えなければなりません。
過電圧保護は定格電力の大きい定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)等を考えます。

この回答へのお礼

実は、同時進行で自転車発電機も現在製作中です。発電機は、自動車のオルタネータを転用しています。
より充実した内容にと、別に手回し発電機の準備を考えていたのです。
自転車発電機作成は現在難航中ですので、この回答内容も参考にさせて頂きます。
ありがとうございました。

実質問題可能ですが結構疲れるようですな。

結構有名ですが(多分)URL参照です

しかも売ってます(笑

この回答へのお礼

このサイトは拝見したことがあります。 しかし、金銭的理由から、難しいのが現状です。
ありがとうございました。
それにしてもこのサイト・・・ 色々あるんですね。

扇風機は100Vです。電球は、1.5Vとかだと思います。なので、手回し発電機では無理だと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
やはり厳しいようですね・・・。

>例えば小型扇風機)を動かすことは…

仮に、今ある小型扇風機を分解するとします。モーターを取り外し、羽と軸だけの状態にします。
その軸を思いきっりてで回して、はたしてどれだけの速さで回せるか考えてみてください。間に歯車などをかまして、手の動きより速く回るようにしてもかまいません。
それでも 1分や 2分ならともかく、連続して電動状態と同じだけの風を起こせるでしょうか。
おそらく無理ですね。

発電機は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するものですが、100%変換できるわけではなく、必ず損失があります。大規模の商用発電機でも 95%ぐらいです。まして小さな発電機では 70%ぐらいではないでしょうか。

また、モーターは逆に電気エネルギーを運動エネルギーに変換するものですが、これも小さなものなら 70%ぐらいの効率しかありません。

つまり、発電機とモータとを通算すると、50%程度しか有効なエネルギーを取り出すことができません。
前述のように、手で直接回しても無理なものを、さらに半分しか期待できない手回し発電機で、小型家電機器を動かすことなど、到底無理と結論づけざるを得ません。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
「手で直接回しても無理なものを、さらに半分しか期待できない手回し発電機で、小型家電機器を動かすことなど・・・」
確かにそうですね・・・。大変参考になりました。

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