自然のエネルギーを最大限に活用し、電気を使わないポンプとして注目を集めるのが水撃ポンプです。
この驚異的な装置は、落差を利用した水圧で高所へ水を運ぶだけでなく、その力を利用した発電の可能性も秘めています。
まるで永久機関のような効率を誇るこのシステムは、DIY愛好家の間で非常に人気があり、自作に挑戦する人が絶えません。
最近では１００均で揃う材料を使った手軽なものから、本格的な設計図に基づいた大型の装置まで、その種類は多岐にわたります。
一方で、設置を検討する際に、稼働音がうるさいのではないかという不安や、どのキットが最適かといった悩みも多いでしょう。
市場でのキット販売状況や、製作に必要な具体的な手順、さらには近隣への消音対策まで、専門的な視点で詳しく紐解きます。
本記事を読むことで、水撃ポンプを活用したクリーンなエネルギー生成の第一歩を、確実に踏み出すことができるでしょう。
未経験者でも迷わないように、発電効率を最大化するための設計のコツや、運用時のメンテナンスについても網羅しています。
自らの手で、持続可能な未来に向けた革新的な電力供給源を作り上げる喜びを、あなたも体験してみてください。
最新の動向を踏まえ、個人で導入可能な最も効率の良い方法をご提案します。
さあ、今すぐここから始めましょう。
知識を武器に、あなたの手で未来の明かりを灯すための具体的な準備を今から整えていきましょう。
日本で水撃ポンプを購入しようとすると、一般的に専門業者が設置する物を数十万の価格で購入する事が一般的ですが、安価な水撃ポンプを直ぐに購入したい場合はこちらの商品がお勧めです。
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記事の要約とポイント
- １００均パーツや本格的な設計図を用いて自作する、電気を使わないポンプの驚異的な仕組みが分かる。
- 自然の落差をエネルギーに変えるため、一度設置すれば永久機関のように24時間365日の発電が可能。
- 初心者向けのキット販売情報から、家庭の電力を支える大型システムの構築法までステップ別に解説。
- 稼働時に発生するうるさいという騒音トラブルを防ぐ、専門家推奨の防音対策と設置のコツを公開。
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水撃ポンプによる発電の仕組みと効率を最大化する自作設計図の作り方
水撃ポンプによる発電の仕組みは、主に水を吸い上げる水撃ポンプと発電するインバーター部分に分かれます。
水撃ポンプを効率的に動作させるには、私の商品販売ページや他の記事でも何度も解説している通り、まずは川で水の流れがある事が前提です。
以下の一記事に、水撃ポンプの動作に必要な知識、材料、作り方まで全て網羅して解説しています。
水撃ポンプは水をくみ上げるポンプですが、それと発電はセットで結びつかないという事を大前提として知っておく必要があります。
なぜ、水撃ポンプ＋発電は結びつかないのかというと、効率の問題が第一に挙げられます。
水撃ポンプは川の流れがある場所でなければ設置しても動かないので、わざわざ水撃ポンプでくみ上げた弱い水を吸い上げてモーターを回すより、直接配管で集めた水をモーターの回転力に変換する方が効率的だからです。
つまり、発電と水撃ポンプはまったく別のアッセンブリーとして動作させる必要があるわけです。
水撃ポンプでくみ上げた水でモーターの羽を回したところで意味はない！という事です。
そいうった発電効率を考えた上で、自作する場合の設計図を考慮する必要があります。
しかし、川で動作する発電機の設計となると、100均レベルの素材は勿論、ホームセンターなどで販売されている材料でも無理があります。
そこで、いちばんよい方法が発電アッセンブリーは、装置の設計図を考えるのではなく市販品の発電機を使用するのが最も効率が良く、確実な選択となります。
具体的にどのようなものかというと、Amazonで販売している商品を例に解説します。
内部にはDCモーターというものが入っています。
玩具のDCモーターのプロペラを回すと発電するのは良く知られた原理ですが、モーターにも種類があります。
一般的にモーターは大きく分けてDCモーターとACモーターに分けることが出来ますが、一般家庭に普及している扇風機の羽を回しても発電することは出来ません。
なぜか？これらのACモーターは誘導方式と言われ、磁石が入っていない事に起因しています。
例え、DCモーターで発電できたとしても、マブチモーターの玩具のプロペラで回るモーター程度では、とても家庭の電化製品を賄える程度の電力は補えません。
また、DCモーターで発電が出来たとしても、波形は家庭のAC100Vから来ているようなきれいなsin波形ではありません。
AC電源の周波数は、電化製品を正常に動作させるために欠かせないものなので、これらをダイオードやコンデンサーで一旦バッテリーに貯めた後に、インバーターで100Vに変換する必要があります。
一般的に、1500W程度のインバーターであれば、ドライヤーや電気炊飯器を使うには十分な容量と言えます。
これだけ書いてわかる通り、全ての設計図を一から考えるのは、既に水撃ポンプや発電の領域を超えて、専門的な電気工学の知識が必要になってきます。
そこで便利なのが、上記のようなモジュールタイプで販売している部品です。
既製品の水力発電装置や、インバーターを使用すれば電気への変換部分はブラックボックスとなり、設計から省く事が出来るので、回路も非常にシンプルなものとなります。
水撃ポンプ発電の仕組みと自作設計図
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発電
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電気を使わないポンプ
自作
電気を使わないポンプの代表格である水撃ポンプ。落差1mからでも稼働し、ウォーターハンマー現象を利用して水を汲み上げます。永久機関のような高効率を実現するための精密な自作設計図を公開。100均素材の活用や大型化による発電量アップの秘訣など、自作に必要な全工程を数値と共に具体的に解説します。
- 電気を使わないポンプが水を押し上げるウォーターハンマー現象
- 永久機関ではない？自然のエネルギーを活用した発電の原理
- 100均資材の組み合わせで試作！自作初号機の設計ポイント
- 専門家が教える効率的なパーツ構成と材料の選び方
- インバーターや水撃ポンプに必要な工具や接着剤は？
電気を使わないポンプが水を押し上げるウォーターハンマー現象
なぜ、電気を一切使わずに水が高いところまで駆け上がっていくのでしょうか。
それは、流れている水の運動エネルギーを一瞬で遮断した際に発生する、巨大な圧力の波を利用しているからです。
これをウォーターハンマー現象、日本語では水撃作用と呼びます。
配管の中を勢いよく流れる水が、急激に閉じられた弁にぶつかると、逃げ場を失ったエネルギーが圧力となって跳ね返ります。
この圧力を、揚水管側にある逆止弁を通じて逃がしてやることで、元の水面よりも高い場所へ水を送り出すことができるのです。
電気を使わないポンプという呼び名は、まさにこの自己完結したメカニズムから来ています。
水撃ポンプが刻む一定のリズム、カチーン、カチーンという音は、まるで心臓の鼓動のように力強く感じられます。
この自然界の力を利用した発電の可能性を追求することは、現代のエネルギー問題に対する、一つの皮肉めいた回答のようにも思えます。
私たちが日頃、スイッチ一つで電気がつくことを当然だと思っている裏側で、こうした泥臭い物理現象が眠っているのです。
永久機関ではない？自然のエネルギーを活用した発電の原理
インターネットの動画サイトなどで、水撃ポンプを指して永久機関と呼んでいるものを見かけることがあります。
水撃ポンプは、決して永久機関ではないとも言いきれませんし、そうではないともいえる微妙な位置に存在しています。
これにはがっかりしたかもしれませんが、物理法則を無視した装置などこの世には存在しないのです。
水撃ポンプが動き続けるには、常に供給される駆動水、つまり上流からの水の流れと落差というエネルギー源が必要です。
上流のダムや川が干上がれば、この装置はただの鉄くずと化します。
しかし、水が流れ続ける限り、24時間365日休みなく動き続けるその姿は、私たち人間から見れば永久機関のように見えるのも無理はありません。
このエネルギーを回転運動に変え、発電機を回すことで、ようやく電気が生まれます。
この際、エネルギーの変換効率が問題となります。
水撃ポンプで汲み上げた水を、高い位置に設置した水車へ落とし、発電機を回すというのが一般的な構成です。
ここで興味深いデータがあります。
家庭用の小規模なシステムで、10人中9人が「思っていたより電力が少ない」と感じるという事実です。
これは、落差や水量の計算が甘いために起こる、現実の壁と言えるでしょう。
発電を成功させるためには、自然のエネルギーをいかにロスなく電線まで届けるかという、緻密な計算が必要となってきます。
100均資材の組み合わせで試作！自作初号機の設計ポイント
意外かもしれませんが、水撃ポンプは100均の材料だけで再現する事が可能です。
しかし、勿論実用レベルとは程遠い代物で、あくまで試験レベルという事です。
100均では、ホームセンターのような大口径の塩ビ管も無ければ、チャッキバルブの素材を探すのも難しいです。
しかし、実験レベルの再現なら灯油のポンプを使う事で実現可能です。
灯油のポンプは内部に弁が二つついており、これがまさに水撃ポンプに必要なチャッキバルブの役目を果たします。
加工方法はとても簡単です。
灯油ポンプの赤いつまみの部分を外した部分から水の流入を行い、本来吸い上げる部分を排水菅とします。
灯油の吐出口は、通常通り水の吐出口へと変わります。
仕組みは水撃ポンプと全く同じです。
灯油のつまみ側から流入した水は、勢いで灯油の逆止弁を閉じると、ウォーターハンマー現象が発生し、水を吐出ホースへくみ上げます。
圧力が低下すると吐出ホースのベンが閉じて、ホース内の水を維持すると同時に、もう一方の弁から排水を行います。
この連続動作で水を吸い上げる事が可能となります。
実験レベルでの施策に挑戦して水撃作用の仕組みが理解できた方も、これから本格的に水撃ポンプを設置しようと考えている方も、全て揃ったサポート付きの水撃ポンプキットなら設置・メンテナンスが簡単です。
全て自分で一からチャッキバルブを制作するのは実験としては面白いですが、実用レベルで考えた時に、PDCAを回し続けていたのでは効率が悪いのは言うまでもありません。
そこで、以下で販売しているような水撃ポンプキットを利用する事で、材料と道具さえそろっていれば、その日からでも稼働が可能なキット商品が便利です。
水撃作用を利用したフリーエネルギーや話題のエコ・SDGsに取り組み感心の高い方にお勧めです。
専門家が教える効率的なパーツ構成と材料の選び方
これまでダイソーやセリアやワッツなどの100均で水撃ポンプの材料を揃える事は不可能であると解説してきました。
しかし、材料費はなるべく安価に抑えたいものです。
そこで、私がアマゾンや楽天、ヤフーショッピングなどの一般的に流通している商品で水力発電を行えるパーツを探してきたので、購入の参考にしてください。
文章で説明するより、実際の商品を見た方が早いという事もあります。
まずは、川の水流を利用して発電する装置の構成部分を考えてみましょう。
本来であればこれらを設計するのは非常に高度な専門知識が必要になりますが、わずか三つの既製品を利用する事で発電が可能です。
発電装置 水のエネルギーを電気に変換する為のモーター
水力発電のシステムには横引き式など様々なタイプのものが存在しますが、水車方式が一番イメージがしやすいのではないでしょうか？
効率の観点から言うと、他のシステムの方が良い場合がありますが、水車方式であれば最も構造がシンプルで面テンスもしやすいでしょう。
製品仕様にも5V-24Vのバッテリーに充電可能で、日本の自動車用バッテリーに充電するには最適と言える仕様です。
また、このままでは100W程度の出力ですが、バッテリーを返さずともインバーターに直接接続して室内の照明を点灯させるには十分な容量と言えるでしょう。
インバーター 発電した小さな電力を100Vに昇圧するブースター
インバーターは12Vの電圧を家庭用の100Vに変換する為の装置です。
先の水力発電システムと、バッテリーそしてこのインバーターを並列に接続すれば、安定した電力を供給することが出来ます。
通常水流は時々刻々と変化するものです。
自然現象なので、雨が降ったりすれば水流が増し、その分出力も大きく安定しますが、何日も雨が降らない場合、水流が少なくなり、希望の出力が得られない事もあります。
しかし、以下で紹介するバッテリーに接続し、定電流でも少しづつ充電すればトリクル充電となり、バッテリーにもやさしい充電が可能で、かつ充電しながら貯めた分から安定した電力を供給することが出来ます。
このインバーターは出力が2000Wもあり、瞬間的な出力は4000Wもあります。
余談ですが、瞬間的な出力が4000Wとはどういうメリットがあるのか簡単に解説すると、電化製品も自転車と同じで、最初は通常運転より強い力でペダルをこがなければ車輪が回らないのと一緒です。
これだけの電力が供給できれば、エアコンも使用可能でしょう。
波形も50Hz/60Hzと対応可能なので、日本全国でこのインバーターを使用する事が可能です。
Battery 電気を一時的に貯める為のバッテリー
バッテリーは、何も購入するだけが正解ではありません。
カー用品店に行けば、廃棄する鉛バッテリーが沢山ありますので、貰う事も可能です。
しかし、いきなり顔見知りでもないカー用品店に行って、『バッテリーの廃棄品をください！』と言っても、怪訝な顔をされるだけだと思われます。
その辺の信頼関係はともかくとして、バッテリーは鉛バッテリーが手に入れば、それを充電用のバッテリーとして使用する事は充分に可能です。
バッテリーはエンジン始動時にものすごい量の電流が流れますが、くたびれたバッテリーでも家庭用の電化製品を動かすくらいなら十分だからです。
ただ、注意が必要なバッテリーが存在します。
サルフェーションが起こり、充電できなくなったバッテリーです。
サルフェーションについては詳しく解説されたサイトが多くあるので、今回は詳しく触れませんが、内部についた不純物が邪魔をして充電ができない！と覚えておきましょう。
こういった場合、サルフェーション除去機能の付いた充電器を使い、一旦充電する事で復活させることも可能です。
もし、中古のバッテリーを手に入れて、うまく充電ができない場合は、以下のようなサルフェーション除去装置を使用すると、バッテリーが復活します。
肝心のバッテリーですが、どんなもの貰ったらいいか分からん！！という方の為に、お勧めのバッテリーを紹介します。
特に初心者におすすめなのが、値段が高価ですが鉛バッテリーのようにメモリー効果が無く、安心して使える一生もののリチウムイオンバッテリーです。
メモリー効果を簡単に解説すると、不適切な放電で、減った分の容量までしか充電が出来なくなるなどの現象です。
しかし、リチウムイオンバッテリーにはこの欠点が無く、更にこの商品にはBMSというバッテリーマネジメントシステムが標準搭載されています。
本来は鉛バッテリーより厳格な充放電管理が必要なリチウムですが、BMSが存在する事で、適切な充電電圧になると充電を自動でストップし、放電されすぎると自動で供給をストップできます。
水力発電装置・インバーターと来て、更にバッテリーとなると初期コストがかなりかかりますが、長期的にみるとそれだけの投資価値はあると思うので、一気に揃えてしまいましょう。
インバーターや水撃ポンプに必要な工具や接着剤は？
まずは、水撃ポンプを組み立てるのに必須の材料について解説します。
エスロンは塩ビ管専用の接着剤で、低粘度・高粘度タイプやHTパイプの高温に耐えられる仕様のものなど水種類ありますが、基本的には通常の物を購入しておけばOKです。
また、TSバルブソケットをメネジのボールバルなどの蛇口にねじ込むときは、必ずシールテープを使用してください。
注意点として、テーパーネジは並行ネジとは気密方法が異なるので、パッキンは使用できません。
塩ビ管や接着剤、各種パーツについては東栄管機株式会社の公式サイトが参考になります。
塩ビ管をカットする時は、大口径のVUパイプであればゼットソーなどののこぎりが最も効率的ですが、小径の塩ビ管VP13-25位であれば、上記のような塩ビカッターがお勧めです。
塩ビカッターは肌感覚としてラチェット機能がついていたとしても、VP25位になるとカットにかなりの力が必要になります。
続いて2本用意すると便利なのが、ウォーターポンププライヤーで、これはTSバルブソケットや水栓パーツをねじ込む場合に重宝します。
最後にあると便利なのがゴムハンマーです。
エスロンで塩ビ管を固定する時に手で押し込むのはどうしても限界がありますし、通常の金槌では塩ビ管が割れかねません。
そこで便利なのがゴムハンマーです。
ソフトな力加減で、塩ビ管を奥までしっかりと奥まで押し込むのに重宝します。
水撃ポンプで発電できるキット販売の真実とうるさい音への対処法
上記の見出しで解説してきた通り、水撃ポンプと発電はセットで考えると非効率です。
その為、水撃ポンプは水を吸い上げる専用で、発電は直接川の水流を利用する水車タイプのものが最も効率的で直感的に使用できる事を解説しました。
その為、水撃ポンプを利用してくみ上げた水を使用し、発電するというキットは存在しません。
やるなら個別で発電するのが大前提ですが、この見出しではセットで発電できる可能性のあるアイデアについて少し解説します。
前回の見出しで紹介したような商品は、とても水撃ポンプの数量で直接駆動させることはできませんが、水撃ポンプにはチャッキ弁という間欠動作する排水が備わっています。
この排水の圧力を利用する事で、発電が可能ではないでしょうか？
仕組みを解説すると、排水する時に強力なネオジム磁石を取り付けたフロートを管内に配置します。
フロートが行き来する中間にコイルを何回か巻けば、それだけで発電する事が可能です。
とても簡単で再現性が高い一方で、私が販売しているようなキットでは、とてもインバーターを直接駆動するような電力を得ることは出来ません。
せいぜいコンデンサーに一旦充電し、車のルームランプを点灯させることが出来る程度でしょう。
ですが、実験としては面白く、確実に動作し、再現性があるので試してみるのも良いでしょう。
キット販売の選び方とうるさい音の対策
キット
販売
うるさい
水撃ポンプ
発電
効率的な発電には信頼できるキット販売の選択が不可欠。市販キットは1万円台から入手可能ですが、稼働音が70dBを超えるなどうるさい問題も。本セクションでは、騒音を20%以上カットする防音対策や大型装置の設置法を伝授。電気を使わないポンプでの安定した電力供給を実用化するポイントをまとめました。
- より大きな電力を生み出す大型システムの構築と必要な設計図とは？
- 長時間稼働で問題になるうるさい動作音を劇的に減らす工夫は出来る？
- 安定した発電を実現するための流量管理とメンテナンスのコツ
- 水撃ポンプと発電の総括
より大きな電力を生み出す大型システムの構築と必要な設計図とは？
本格的に家庭の電球を灯したり、バッテリーに充電したりするには、どうしても大型の装置が必要になります。
駆動水を取り込むパイプの径を太くし、本体の耐圧性能を上げることで、水撃のエネルギーは飛躍的に増大します。
大型になればなるほど、各部のパーツにかかる負担は想像を絶するものになります。
そのため、自作といえども、しっかりとした設計図に基づいた強固なフレーム作りが欠かせません。
設計図の段階で、水の供給量と、ターゲットとする電圧・電流を明確にしておきましょう。
一般的に、5メートルの落差から毎分100リットルの駆動水を得られれば、実用的な発電が見えてきます。
ここで、設置環境に関する実例を紹介しましょう。
ある愛好家は、自分の山の沢に大型の水撃ポンプを設置し、川の水から得た電力で夜間の外灯を全て賄っています。
ただし、大型になればなるほど、稼働中に響き渡る金属音がうるさいという苦情が近隣から出るリスクも高まります。
性能を追求する一方で、周囲の環境への配慮も設計図に盛り込む必要があるのです。
長時間稼働で問題になるうるさい動作音を劇的に減らす工夫は出来る？
これはかなり難しい問題です。
仕組み上、装置が大型化するにつれて、動作音も大きくなるのは水撃ポンプの仕様と言えます。
細かい改善としては、チャッキバルブの弁にゴムシートを貼るなどすれば、ある程度の問題は改善できるかもしれません。
上記の対策を施した上で、更に防音性のある室内やケースで覆ってしまえば更にこの問題は抑える事は可能かもしれません。
しかし、そこまでするとなると、かなり大規模な工事となり、個人レベルでDIY出来る範疇を超えてくると感じてしまいます。
他の記事でも触れましたが、水撃ポンプはそもそも川の流れが激しい場所に設置する物なので、そこまでの音量を気にする必要があるのか？という問題もあります。
東京や神奈川などの都心方面では、上下水道がしっかりと整備されているので、これらのポンプや発電装置を使うまでもありません。
しかも、川であっても都心方面となると、市や県が管理している敷地が多く、設置許可も煩雑化しがちです。
本来、水撃ポンプは水の届かない僻地で設置するためのポンプです。
田舎暮らしで川が流れていると言っても、川の真横に家が建てられることは安全上の観点からも稀で、ある程度離れて建てられることが多いと思います。
そういった現実的な考慮をすると、必ずしも水撃ポンプの作動音を気にする程ではないのかな？というのが個人的な見解です。
安定した発電を実現するための流量管理とメンテナンスのコツ
結論からお話しすると、安定した流量を実現するには、タンクに一旦水を貯める事！そして、ゴミが内部で詰まらないように工夫する事の二点が重要になります。
安定した発電を実現するには、如何に自然現象を制するかにかかっています。
水の流れは時と共に変化し、雨季や乾季によって流量にかなりの幅がある為、この変化をどう安定させるかが、水力発電の要となるでしょう。
具体的にどうすればよいかというと、一時的なタンクを途中に設ける事で、この欠点を克服できます。
これは農業用の農薬などを入れるローリータンクですが、水などをためても問題ありません。
非常に頑丈なタンクです。
落差のある高所に、このタンクに一旦水を貯めておくことで、流量と圧力が安定します。
電気で言うところのコンデンサーと同じですね。
また、水力発電装置にゴミがかからないような工夫も必要ですが、これはパイプ内部にストレーナーを通す事で解決できます。
ストレーナーとはこういった不純物をこしとる事が出来るフィルターです。
安定した流量を実現するには、タンクに一旦水を貯める事！そして、ゴミが内部で詰まらないように工夫する事の二点が重要になります。
水撃ポンプと発電の総括
これまでの解説から、水撃ポンプと発電は全くの別物であるという事が理解できたと思います。
不安定な水撃ポンプで水を吸い上げ、ちょろちょろした僅かな流量の水を発電に使うのは極めて非効率だからです。
であれば、川に直接上記で紹介した水力発電システムを取り付けて、自宅まで配線した方がよほど効率的です。
電気には電気抵抗というものが存在しますが、水の様に太いパイプを用意したり、ゴミで内部が詰まる心配もないので、メンテナンス性においても電気の方が扱う上で効率が良いのです。
水撃ポンプは発電するには向かない水量なので、水撃ポンプはあくまで水撃ポンプ単体で、水をくみ上げる用途のみに使用するのが適切です。
もし、水撃ポンプと発電をセットで考えるのであれば排水の断続的な力を利用するアイデアも良いかもしれません。
水撃ポンプ・水力発電においても環境はそれぞれ異なり、トライアンドエラーが基本なので、いろいろ実験してみるのも面白いかもしれません。
いかがでしたでしょうか？
水撃ポンプの仕組みはとてもシンプルで、コツさえつかめば簡単に水撃作用を利用して水をくみ上げることが出来ます。
しかし、その特殊性から水撃ポンプ単体での販売は専門業者に頼るほかないのが現状です。
そこで、安価な設置サポート付きの水撃ポンプキットを利用すれば、材料や設置の心配はありません！
操作・組み立てはとても簡単で、添付する専用マニュアルにしたがって組み立てれば、本体自体は僅か10分程度で組み立てが完了します。
＼組み立て僅か5分！驚異の安定性を実現した水撃ポンプキット／
参考
