すでにギジュツドットコムでは,門田さんからタービンデザインコンテストについて紹介されています。ここではそれをもう少し詳しくかつ簡単にできるようにしてみました。

1.発電部の製作
 ・より発電電圧が高くなるようにソーラーモーターを使います。
 ・モータの端子にはミノムシコードをつけ,テスタとの接続を簡単にします。
 ・クランク金具を使い,紙製のタービンを保持することで,タービンの回転を安定させます。
 


2.タービン部分の製作
 ・厚紙でタービンのデザインをします。
 ・モータ軸に穴開けをするとともに,クランク金具との接合部には両面テープを貼ります。
 

3.計測
 ・電圧はディジタルテスタでの測定が簡単です。データホールド機能を使うと最高値の記録を取りやすいです。
 ・より高い電圧を出せるようにするために,タービンと扇風機の間隔は300mmとしました。
 ・複数の扇風機を使う場合は,風量の均一化が必要になります。市販のプラスチックプロペラを使い,測定電圧がほぼ同じになるように距離を調整するといいでしょう。


4.タービンの製作例
 

 

5.製作後
 ・製作後は風力発電の性能についての理論的な説明を補足するとコンテストの学習がさらに深められます。。
 ・風力発電の理論上の最大効率は60%(ベッツ限界)だが,現実は最大でも40%程度が上限と言われます(牛山2010)。
 ・風車の形も垂直型,水平型とありますが,それぞれ特性も異なり,・理論上は細くて枚数が少ない羽を高速で回転が良い 経済性,性能,強度,騒音などのバランスで決定されます。資料を用いてこうした理論的な解説を補足することもいいでしょう。
 ・タービン性能の向上や発電効率と損失などを扱いながら,水力発電や火力発電等々,他の発電方法の発電効率比較にも展開するのもいいでしょう。

参考になる資料 
1)木村慧・大谷良光:風力発電量全国2位の青森県風力発電コンテスト~技術開発の疑似体験をとおして問題解決能力の育成をめざす授業~,東北発地域に根ざした技術・家庭科の授業 弘前大学出版会 ,pp.95-98(2010)
 ※電圧測定にLEDを用いています。 
2)牛山泉:トコトンやさしい風力発電の本,B&Tブックス(2010)
 ※風力発電の仕組みや理論的な説明を図とともにわかりやすく解説しています。


投稿 村松浩幸(信州大学)

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