マイジェネレータ

 

 

問い:自動車の走行時の風力を利用できないものか?

 

回答:自動車の走行エネルギーの回収システムとしての提案

 

 

マイホーム、マイカー、マイコンピューター、マイテレホンの時代にマイジェネレータがあっても良いだろう。全てのエネルギーは流れの中にあり、電気エネルギーも、流れがあれば発電する。自然の創り出す流れは風力や水力であり、人の創り出す流れの一つに走行風がある。人工の移動体のエネルギーによる走行風を利用する発電機の開発は可能である。

 

マイジェネレータとは自分用の電気を創り出す、自分専用の発電機のことである。今後、発電効率と蓄電効率が良い携帯発電機が開発され、一人ひとりが自分用の発電機を所有すれば、巨大な社会資本の発電所や独占の電力供給網が不要になり、マイジェネレータが電力供給システムの主流になるだろう。

 

 

 

循環型走行風発電機 基本計画

 


拡大する電気社会の現状

 

人類史上における最大の発明の一つは電気エネルギーであろう。ファラデーによる電磁誘導の発見から200年の時間の中で、電力によって地球上が覆い尽くされ、電気社会は拡大、進化している。しかし電力の供給が止まれば一瞬で本来の地球の表情である暗闇に帰す。

 

 


地表を覆い尽くす電力網



経済と電力格差



都市の夜景



3.11直後の東北地方の電力の消失


 

循環型走行風発電機のコンセプト

 

電気に頼った社会が進めば、電気によって生活が支配され、電気なしには生きられない社会が構築されていく。見渡せば全ての生活機器は電気で動いている。一方電気は不安定なものであり、電力網が寸断されれば、一瞬で電力供給は停止し、全ての電気機器は停止する。

 

 

循環型走行風発電機の特徴

 

1・空転発電システム

 

「かざぐるま」のように回転して発電するー

 

2・走行風発電システム

 

ー人工の風力エネルギーで発電するー

 

3・携帯発電システム

 

ー誰でも何処でも発電するー

 

4・蓄電発電システム

 

ー自由な蓄電・充電で発電するー

 


1・空転発電システム

 

「かざぐるま」のように回転して発電するー

 

「風車」と「かざぐるま」の違いは、「風車」は風力を受けて回転し、その回転力を回転軸に伝達し、運動エネルギーを得るものである。一方「かざぐるま」は風力を受けて回転し、運動エネルギーを消費するもである。つまり「かざぐるま」は空転により、風力エネルギーを回転エネルギーに100%変換しているため、エネルギーの変換効率の高い回転機構であるといえる。

 

 

 

風で回転する玩具の「かざぐるま」の羽根は針金を中心にして無負荷状態で空転している。羽根の回転運動と連動する回転軸が無いために、「かざぐるま」の羽根は風力を羽根に受け続けるかぎり抵抗なく回転し続ける。さらに回転抵抗が極めて少ないために、人の息を吹きかけるだけの微風でも回転し、持って走ることによって生じる走行風の低速の風でも回転する。回転機構が持つ定格回転数値なる風速に対する上限値である所謂カットアウトがなく、高速の風にも対応して回転する。この低速から高速の風速に応じて羽根が回転する無負荷の回転運動の維持を可能とする回転機構が空転機構である。アウトロ―タ型電磁誘導発電機は、運動エネルギーによって磁極を変化させ誘導起電力を生み出す原理を利用している装置である。つまり既知の水力発電機や風力発電機は水や空気がもつ位置エネルギー、運動エネルギー、圧力エネルギーを利用し、ロ―タに設置されたS極とN極を交互に配置した複数の永久磁石を、複数の鉄心コイルで構成されたステータの周囲で回転させ、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を得るものであり、周知の発電機は、羽根や回転軸と軸受を連動させ、永久磁石を配置したロ―タを回転させるための回転機構を持っている。対して空転機構はフリーロ―タに具備されたマグネットによって直接ステータコアの磁極を変化させ、誘導電流を得る機構であるため、羽根と、回転軸と、軸受と、回転制御装置と、の回転機構に必要な主要部材が不要となり、回転抵抗が極めて少ないため高効率な発電が可能になる。


 

しかし空転機構を発電機に利用する場合に、例えば回転機構を持つ所謂扇風機において羽根が空転していることは、電動モーターの回転力を羽根伝えることができず、本来の風を発生される機能が不全状態にあり、負荷の無くなったモーターは定格以上に回転するために、想定外の摩擦抵抗と温度上昇により回転機構が焼き付き故障するために、適切なオーバーヒート対策が必要になる。回転動力機構において、回転軸の空転は、意図された空転と予期せぬ空転がある。意図された空転は、一方向に回転を制限するフリーホイール機構やラチェット機構がある。それらの機構は、回転の制御機能として空転を利用している。予期せぬ空転は、回転力が正常に伝達できなくなるだけでなく、定格以上に回転数が上昇し、回転機構がオーバーヒートして回転機械の鉄損や破損、さらには焼き付けを起こすなどの回転機構部の致命的な故障につながる。よって回転動力機構には空転防止の制御機構が必要とされる。制御装置として例えば、トラクションコントロールシステムの空転を制御する機構があるが、複雑で高価であり故障しやすい回転機構である。回転動力機構において空転は、制御する現象であるが、一方、空転機構は無負荷状態によって生じる最大限の回転力を得ることが可能となり、摩擦などのエネルギー損失を最小限にして空転を発電機の回転機構に有効利用すれば、回転損失が少なく、回転効率が高まり、高出力の発電機の供給が可能となる。

 

空転発電システムは、これまでの水車や風車に必要な回転運動受動装置と、回転軸や軸受の回転運動伝達装置と、回転制御装置が不要で、流体の水や風の持つ少ない運動エネルギーであっても、効率良く簡易な機構で回転エネルギーを電気エネルギーに変換が可能な機構である。

 

空転発電システム
空転発電システム

 

2・走行風発電システム

 

ー人工の風力エネルギーで発電するー

 

自然の創り出す流れは風力や水力があり、人の創り出す流れの一つに走行風がある。人工の移動体のエネルギーによる走行風を利用する発電機の開発は可能である。自動車が動くためには地上の重力と空気抵抗を上回るエネルギーが必要であり、そのエネルギーは動力機関であるエンジンが創り出す。動力エネルギーが地上の様々な抵抗によって消費され、空気抵抗によってエネルギーは大きく消費される。走行中の窓から手を出して見れば理解できるが、掌が受ける空気の力の大きさが理解できる。風力発電は、この空力を風車が受け回転力に変換する原理で発電する。風速が早ければ早いほど空気抵抗は多くなり、風力エネルギーは風速の三乗に比例するために、風力発電の発電量は受ける風速が最も重要である。自然環境に左右されずに発電の稼働率を上げるためには、移動運搬に利用される自動車の目的に、自動車の走行時の風力エネルギーである走行風を利用する発電の目的を追加することによって、動力エネルギーの有効利用と稼働効率を高めことが走行風発電システムの目的である。ガソリン自動車のエネルギー変換効率は30% という。つまり出力エネルギーの70%は利用されていないため、世界中で走る数億台の自動車のエネルギー変換効率が少しでも高まれば、地上のエネルギー消費を減らすことが出来る。玩具の「かざぐるま」は自然の風が吹かなければ回らないが、息を吹きかけたり、持って走っても回転する。人の作る風力で回転するのであり、風車が回転すれば発電することができる。問題は発電効率であり、これまでの発電機は効率が悪いだけであり、効率の良い発電機が開発されれば、人工的な少ない風力エネルギーによって「かざぐるま」でも有効な電気を発電することが可能になる。

 

 

自動車の走行風を利用することでエネルギー変換効率が高まるのだろううか。既に搭載されている自動車のエンジンの回転を利用した発電機であるオルタネーターは、エンジンの回転を動力源として利用し、電装部品の電源を発電する。出力軸の回転を直接オルタネーターの回転とする場合や、ベルトとプーリーを介して伝達される場合がある。発電した交流電力は直流に変換されてバッテリーやコンデンサに蓄えられる。オルタネーターの基本原理はコイルを電機子とし、永久磁石を界磁とする永久磁石同期発電機である。コイルと永久磁石を近づけたり遠ざけたりすることでコイルの中を通る磁束密度を変化させ、電磁誘導によりコイルに発生する電流を三相交流として取り出す。バッテリーが完全充電されるまでオルタネーターで発電を行い、オルタネーターを駆動する負荷がエンジンにかかる仕組みとなっている。オルタネーターはエンジン出力の負荷として作用するが、走行風発電は電気の生産として作用する。しかし走行風発電での発電を主目的とする自動車の走行はエンジンのガソリン燃費効率のエネルギーの消費と、走行風発電での発電の生産のバランスを考慮しなければならない。自動車は発進、走行、減速、停止を繰り返しているが、減速時のエンジン書いて回転を利用したモータ機能付き発電機がある。ISG(モーター機能付発電機)を採用し、減速エネルギーによる発電量の増加と、エンジンのモーターアシストを実現した「S-エネチャージ」であるが、燃費の改善という機能に限定されている。

 

 

走行風発電システムは自然と人工による発生エネルギーを有効に活用する機構である。

 

走行風発電システム
走行風発電システム

 

 

トラック風防風力発電システムの有効性に関する研究

 

http://www.daido-it.ac.jp/~satoy/study.html

 

研究目的

 

トラックの風防部分に風力発電システムを取り付け、正味のエネルギー収支がプラスになるか否か研究を行っております。

 

 

シミュレーション

 

トラック風防に横垂直軸型風車を取付けた場合、風力発電で得られるエネルギーPwが風の抵抗が増えたことによる トラックの駆動パワーの増加Ptより大きくなければ、 風力発電システムを取り付ける意味がない。トラック風防に風車を取り付けた場合、風車の面積をA、風車の効率をCpとすると、 速度Vtで走行するトラックに対して向い風Vw が吹いている場合、 トラック風防に取付けた風力発電システムで得られる発電量Pwは次式の通りとなる。

 

Pw=1/2CpρA(Vt+Vw)3 

 

風車を取り付ける前、面積Aのトラックの風防が受ける抗力の抗力係数をCd、風車を取付けた後の抗力係数をCd’とすると、 トラックが受ける力F’は

 

F’=1/2Cd’ρA(Vt+Vw)2 

 

したがって、トラックの駆動パワーの増加分PtはPt=(F’-F)・Vtで求められる 

 

Pt=1/2 (Cd’-Cd)ρA(Vt+Vw)2・Vt  

 

よって、トラック風防風力発電システムのエネルギー収支がプラスになる為には、 

 

Pw > Pt 

 

つまり、 

 

1/2CpρA(Vt+Vw)3=1/2 (Cd’-Cd)ρA(Vt+Vw)2・Vt 

 

となる。 

 

シミュレーション

(風防に取りつけた風車の特性と得られる発電量の関係)

 

風力発電システムの特性を以下の通りと仮定し、トラック風防風車の発電量がどのように変化するかシミュレーションした。 風車にはクロスフロー型風車、風力発電システムの定格は時速80km/h(22.2m/s)で、出力2.8kw(900rpm)と、Cd’-Cd=0.325とする。

 

 

向かい風無しの状態で法定速度80km/hで約500Wの風力発電パワーを得られることがわかる。向かい風5m/sでは、60km/hで約1kW、向かい風10m/sでは、80km/hで約1.5kWの風力発電パワーを得ることができる。以上の検討よりトラックの風防に風車を取り付けるアイディアは十分意味のあるものと考えられる。

 


3・携帯発電システム

 

ー誰でも何処でも発電するー

 

マイジェネレータを実現するためには、持ち運びができ手軽に携帯可能な発電機の開発にある。携帯機器として1979年にポータブルオーディオプレイヤーのウォークマンが、音楽を「音楽を携帯し気軽に楽しむ」という新しい文化を創造し、小型化・軽量化を限りなく追求した。電子機器として現代社会は、携帯可能なポータブルコンピュータ、ポータブルメディアプレーヤー、ポータブル通信機器を開発し、ケータイ文化という社会が進行し、大型化、重量化の大資本の経済性と小型化・軽量化の個人の利便性と自由化が混然としている。今後ますます電気が必要な社会情況のなかで、従来の系統的な電力網からの受電だけではなく、個人が携帯可能で、有効で高出力の発電機を所持することが必要になってくる。ポータブルジェネレータを可能にするためには、発電機器の小型化・軽量化のうえに、高出力化と高効率化の技術革新がなくてはならない。

 

 

自家発電とは、電気を消費する者が、自分で消費することを目的に、自ら発電装置(非常に小規模な発電所)を備えて発電することである。

 

「再生可能エネルギーの「売電」は設備を大きくすればするほど、確実に儲かる仕組みになっていて、その負担は一般の人たちに押しつけられています。だから、自分で発電して自分で使うこと。「売らない、買わない、関わらない」の3原則でオフグリッドすることに意義があるのです。」

 

太陽光発電は「土地持ち、屋根持ち、金持ち」にしか利用することが出来ない。電気の「売電」などは、再生可能エネルギー利用という美名のもとでの商売である。地震などによる自然災害によって家屋が倒壊すれば、屋根の上の太陽光発電設備など一瞬で崩壊してしまい、ライフラインの切断による緊急時の発電に有効かどうかも疑わしい。

 

携帯発電システムは緊急時の発電に有効であり、自立したオフグリッドの生活環境を可能にする機構である。

 

携帯発電システム
携帯発電システム


4・蓄電発電システム

 

ー自由な蓄電・充電で発電するー

 

蓄電池の技術的進化は著しい。発電機器の開発と同じく、小型化・軽量化のうえに、高出力化と高効率化の技術革新がなされている。発電機と蓄電池の一体化により自由に電気を利用することが可能となる。

 

 

リチウムイオン蓄電池


現在、リチウムイオン二次電池(LIB)は携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ・ビデオ、携帯用音楽プレイヤーを始め幅広い電子・電気機器に搭載され、2010年にはLIB市場は1兆円規模に成長した。小型で軽量なLIBを搭載することで携帯用IT機器の利便性は大いに増大し、迅速で正確な情報伝達とそれにともなう安全性の向上・生産性の向上・生活の質的改善などに多大な貢献をしている。また、LIBは、エコカーと呼ばれる自動車 (EV・HEV・P-HEV) などの交通機関の動力源として実用化が進んでおり、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置としても精力的に研究がなされている。

 


電気自動車(EV)は、二次電池にためた電気でモーターを回して走る。モーターは低速でのトルク(回転力)に秀でるので、発進してちょっとアクセルを踏めば、ガソリン車では味わえない加速性を発揮する。また、燃焼工程がないので、非常に静かだ。家庭のコンセントで充電すれば、CO2排出量は約7割の削減になる。さらに、燃料代(電気代)が安い。一般家庭で充電した場合で、ガソリンの3分の1。業務用なら約10分の1になる。


 

電力ネットワークは「自立分散」へ

 

「資源価格の上昇に伴うエネルギーコストの高騰にしても、地球温暖化対策にしても、いずれにせよ「脱石油」はもはや動かしがたい流れになっている。国家安全保障という観点からも化石資源への依存をできる限り減らし、再生可能エネルギーの割合を1%でも増やさなければならない。ここで言う「再生可能エネルギー」とは、具体的には太陽光や風力、水力による「発電」である。バイオ燃料にしても、持続可能/再生可能とは、突き詰めれば「太陽エネルギーを使うこと」にほかならない。太陽のエネルギーはクリーンで持続可推である。持続可能を突き詰めることは、地球温暖化問題を自ずからクリアすることにもなる。だが、再生可能エネルギーは一つひとつの発電量がとても小さく、不安定である。そのため、ネットワークで結んで全体をコントロールしていく必要がある。再生可能エネルギーを使おうとすると、エネルギーネットワークは必然的に「自立分散」になる。電力会社の業務は電力を供給すること自体よりも、エネルギーシステムを管理する方に比重が移っていくことが予想される。これまで再生可能エネルギーはコストが高く、手間がかかり、効率が悪いので普及するはずがないと言われてきた。だがこの主張は「木を見て森を見ていない」と言わざるを得ない。ここでは効率や経済合理性を基準にしているのではなく、「エネルギー資源が十分に確保できなくなる」という状況を見越した上での話である。そこまでいかなくても化石燃料に頼り続ける限り、「資源ナショナリズム」の中で資源国に翻弄される状態が延々と続くことになるのは明らかである。」

 

http://sonep.jp/kinmirai/

 

 

循環型発電システム

 

電気の自立を可能にするのは蓄電池の性能向上による。携帯電話の普及は、蓄電池の小型化と高性能化によるものであり、自動車も車載蓄電池の更なる高機能化によって、社会エネルギー基盤の変換が進み。ガソリンエンジン自動車から電気モーター自動車へ、瞬く間に切り替わってゆくだろう。マイジェネレータは電気の「自立分散」を目指し、発電機と蓄電池の小型化と高性能化によって、あっという間に社会に普及することが可能となる。

 

循環型蓄電システム
循環型蓄電システム

 

蓄電池パック

 

USBポータブル電源

 

スマホやノートPCを4台同時に充電できる2万mAhのバッテリー

 

 

 

「CP-B20」は容量2万mAh(スマホであれば約8回充電可能)の大容量とUSB 4ポート(合計最大出力6.9A)を装備。1000回の充放電、1年後でも80%の残量を維持するなど、持ち歩いてのスマホ/タブレット充電のほか、非常時の予備電源としても利用できる。

本体サイズは幅84.4×高さ175×厚み23.5mm、重量は約550g。販売価格は1万5000円前後。

 

 

ホーム蓄電池

 

ホームエネルギーサーバー

 

停電などの非常時や節電対策に。ご家庭で電気をためて、便利に使える。

 

ホームエネルギーサーバー (50Hz出力) CP-S300E ホームエネルギーサーバー (60Hz出力) CP-S300W

 

 

CP-S300シリーズの蓄電容量である約300ワット時は、LEDの照明器具(25ワットの場合)なら約10時間、携帯電話やスマートフォンなら約30回充電することができます。また、満充電状態から充電を止めて1年間保管した時の電池残量は約9割以上と自己放電量が少なく、“もしもの時”に備えた長期間の電力保存にも対応できます。安全面では過電流防止機能や保護タイマー、異常温度・異常出力検知機能など、さまざまな保護システムと安全装置を搭載。日常の使いやすさとともに、災害時も安全かつ安心して使用できるように設計されています。

 

http://www.sony.jp/battery/lineup/

 

勝手創千界への

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2013年

6月

09日

勝手創千界から世界へ

この世界が持つ多くの問題への解決は待っていては果たせない

より良き社会を目指して我が「勝手自由なる提案」を創り上げていく

そして「勝手創千界」の描く世界から解決に向けての一歩を踏み出す

10 コメント

2013年

1月

01日

勝手にエネルギー論を構築する

人類の行く末は「エネルギー」を如何に獲得していくかである。

日本の社会も経済も「エネルギー問題」の解決抜きには語れない。

6 コメント

2012年

10月

02日

新しいエネルギー開発に向けて

「水危機」と「エネルギー危機」が目前に迫っている。この二つの「危機」だけでも「人類の生存基盤」の危機である。 一刻も早く、地球と人類にとって安全・安心な「自然エネルギー」「再生可能エネルギー」の開発が求められている。

10年、100年先の「危機管理」として、今から行動しなければ遅いことは明白だ。

「消費社会」から「循環社会」「持続可能社会」「自然共生社会」「エネルギー自立社会」へ向けての「意識改革」と「構造改革」が重要である。

7 コメント

2012年

7月

08日

新しい日本改造に向けて

国の言う「国民のための判断」が本当でないことが明らかにされているいま

国民の持つ価値観として、何が大事で何が大事でないかという判断や、ものごとの優先順位づけ、ものごとの重み付けの体系の価値判断から、3.11震災を契機にした「新しい価値観」と「国民全体の幸福度」についての「提言」が、いまこそ日本に必要である。

10 コメント

2012年

6月

04日

勝手に発想法を研究する

差し迫る「少子高齢化の縮小社会への突入」「産業の空洞化」「エネルギー問題」「雇用問題」「財政問題」等々・・・日本社会が抱える問題は多岐に渡るが、政治や行政や官僚に「問題解決能力」の欠如が著しい。

さらに日本の技術を支える産業界や学界の「研究開発機関」においても「劣化」が進んでいる。

今こそ「フロンティア精神」と「新しい発想」が連動して「革新的なイノベーション技術」を生み出していくことが必要だ。

6 コメント

2012年

5月

01日

自然エネルギーと共に生きる

日本の自立と未来を切り開くためには、日本の国土に適合した再生可能エネルギーの社会が必要であり、最先端の日本技術を結集して「世界に誇れる日本」を創っていかなければならない。

15 コメント

2012年

4月

07日

勝手創千界から「尊敬される日本」へ

まず、現状のまま進行した100年後の日本の未来を想定し、その想定社会状況から、今必要な「方策」を考えてゆく視点が必要ではないかと思っています。新しい視点が必要です。

「勝手創千界」による「勝手な発想」が「脳内停止」状態の人々に「インパクト」を与えなくてはいけません。

13 コメント

2012年

3月

11日

3.11震災から海上都市計画へ

3.11震災を契機として、日本という国家のもつ様々な問題点が明らかにされ、新しい国家像が求められている。たぶんこのままでは、さらに日本の解体状況は進んでいくだろう。ラブーン海上都市計画がひとつの方向性を提示できればと思う。

8 コメント

2012年

2月

19日

勝手に復興計画 in 石巻を提案

3.11震災からの新しきまちづくりとして「勝手に復興計画 in 石巻」を発進いたします。

6 コメント

2011年

12月

31日

ホームページ開設

3.11震災以降、如何にすれば「津波につよいまち」が可能なのか?考えてきました。

その「ひとつの答え」を提示できればと思います。実現に向けて多くの人の意見を求めています。

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