タービンに歯車をつけて、発電効率を上げたいです。

質問

こんばんは
MTの車やマウンテンバイクなどのように、歯車の大きさを変えることで動力の歯車に繋がっている
もう一つの歯車の回転数が変わりますよね？

大きな歯車（２０個の歯）と小さな歯車（５個）の場合、大きな歯車を１回転させる間に小さな歯車は４回転します。

そこで考えたのですが、水力発電の水流や火力発電の蒸気をタービンに直接当てるのではなく、大きな歯車のついたプロペラに当てて、タービンに小さな歯車を取り付ければ
元々１回転だったものが上記の例で言えば４回転になると思います。

さらに言えば、大きな歯車（２０）の周りに４つ小さな歯車（５）をつけその全てに発電装置を取り付ければ、大きな歯車を１回転させたとき、１６回転分になると思います。
大きな歯車の歯をもっと多くすれば１回転する間に何百回転分にもなると思います。

大きな歯車のついたプロペラを１回転させるためには膨大な力が必要になってくると思いますが、
車のようなギアチェンジ機能をつけて、回転の力が付くまでは弱い力でも歯車が回るように作ればその問題も解決できるような気がします。
また、一度動き始めれば大きな力を使わなくても回転を維持することができるとも考えています。

このことを思いついた時はすごいことを発見したと思いましたが、こんな簡単なこと、既に使われているんじゃないかと思うようになりました。
もし、この方法が使われていない場合、なぜ採用されないのか、何がどうなれば利用できるのか（音エネルギーへの変換を無くすなどの無茶なこと）

回答No.3

Wr5 · ベストアンサー

>歯20と歯5がかみ合った器械があり、歯20にクランクをつけて、ぐるぐると回すと、歯5がうるさい音を立てて高速回転する。と想像しているのですが、どの部分の力が4分の１になるのでしょうか？

歯車5単体で回す力。

クランクを回すときの力と、回転数が増えて力が減った歯車5が行える仕事量は同じ。
ということになります。
# 摩擦が増える分だけ減りはしますが。

歯車20の1回転で巻き上げられる重りがあります。
歯車5で巻き上げるには4倍の回転が必要になります。
つまり仕事率は同じ。

じゃあ、歯車5を別の歯車20にくっつければ4分の1回転で1巻きできるじゃん。
となるかもしれませんがそうすると最初の歯車20を回すときに必要な力が増えます(つまり重くなります)。
最初の歯車20は4分の1回転で済みますが、そこまで回すのに必要な力が増えることになりますね。
# 自転車の変速ギアを変えるとペダルの重さが変わりますよね？

お礼

回答ありがとうございます。

くっつけた分、余計に力がいる（かもしれないなあ）ということは分かったのですが、自転車の変速ギアよろしく勢いがつけば少ない力でも回るようになるんじゃないかな、と考えていました。

>歯車20の1回転で巻き上げられる重りがあります。
>歯車5で巻き上げるには4倍の回転が必要になります。
>つまり仕事率は同じ。
なるほど、その二つのギアをくっつけて歯車20を1回転させたところで、重りが巻き上がる長さは同じですもんね。・・・という納得でいいのかな。

丁寧に、しかも分かりやすい回答ありがとうございました。

回答No.6

中村 拓男（@tknakamuri）

この理屈だとどんなに弱い蒸気でも無限のエネルギーが取り出せることに
なってしまいます。

実際には最適な減速比(増速比)が存在し、それ以上でも以下でも
取り出せるエネルギーは小さくなってしまいます。

お礼

よくよく考えてみれば、1回転させる力が歯車によって力が増えたら、この世界の法則がめちゃくちゃですよね。

歯車５の1回転≠歯車20の1回転ですもんね、ここをイコールで考えていたのがそもそもの間違いだったようです。

回答ありがとうございました。

回答No.5

foomufoomu

すでにいろいろ回答が出ていて、そのとおりなのですが、簡単に書いてしまうと

歯車を使って回転速度を４倍にすれば、取り出せる力は1/4になってしまいます。結果として取り出せるエネルギーに変わりはありません。

なお、現実の(大型の)風力発電装置では、すでに歯車が使われています。これは、プロペラ、発電機のそれぞれに、もっとも得意とする回転速度があって、それに速度をあわせるために使っているのです。

お礼

回答ありがとうございます。

この質問に関しては理解できたのですが、どうにも納得がいかないところがあります。
震災グッズの中に手巻きラジオがあるのですが、あれをえっさほいさと何回転もするより、歯車を噛ませることで、最初は重いものの回り始めれば少しの力（多分気持ちの問題）でまわせるんじゃないかと思ってしまうのです。

なにはともあれありがとうございました。

回答No.4

RTO

回転で頭が理解できないなら　てこの原理で　シーソーを思い浮かべればいい

あなたと同じ体重のお友達が反対側に座っています
簡単に上下できますね
あなたが50cm下がれば　お友達は50cm上がります

さて　お友達が　シーソーの支点から4倍遠い位置に座り直しました
あなたが50cm下がればお友達は2メートル上がるはずですが　上がりますか？
あなたの体重では持ち上がらないからもうあと3人　お手伝いであなたのまわりに座らなければ上がらないでしょ？

理科の授業で　「仕事　=　力　×距離　」という　大原則　ならったでしょ？

お礼

回答ありがとうございます。

たしかに初動には大きな力が必要になりますが、一旦動き出せば・・・と考えてしまいます。いくら考えても結果は見えているので考えるのはやめようと思います。

回答No.2

Wr5

変速ギア付きの自転車に乗ったことはあります？
平地で速度が出せるギア設定で、坂道そのまま登れますか？
平地と同じペダルの踏み込みで。

車のエンジンは1分間に何千回転とかしていますが、タイヤはそんなに回っていませんよね？
MT車なら4速や5速なら早く走れます。
じゃあ、停止状態から5速で走り出せばすぐにトップスピードに乗れますね。
なのになぜ発車時は1速からなんでしょう？
5速で発車しようとするとエンジンだけで車を動き出させる力が無いからです。

#1さんの言っているトルク…とはそういうコトです。

>車のようなギアチェンジ機能をつけて、回転の力が付くまでは弱い力でも歯車が回るように作ればその問題も解決できるような気がします。

誰がそのシフトチェッジ作業をするのでしょう？
そして…そのような機構を組み込んだりするとメンテナンスコストが上がります。
# 車のエンジンだってエンジンオイルの交換必要ですよね？
そして……発電機は回転始めたらそうそう停めることはないのですから、始動時にだけ必要なその機構自体が無駄になりかねません。

お礼

とんでも理論に付き合っていただきありがとうございます。
なぜ無理なのかを理解したいのですが、頭が拒絶してしまっているようです・・・。

歯20と歯5がかみ合った器械があり、歯20にクランクをつけて、ぐるぐると回すと、歯5がうるさい音を立てて高速回転する。と想像しているのですが、どの部分の力が4分の１になるのでしょうか？

回答No.1

linus3030

回転数は４倍になると　力（トルク）は1/4になりますので　仕事率は同じになります。