自作バーナーで１Ｗ発電を達成しました！

２０１４／０９／３０（火曜日）　晴れ


新しく作った単動式のＶ型４気筒スチームエンジンは一応、目標の０．５Ｗ出力をクリアー
することができて一段落・・・のはずなのだが、何だかちょっと物足りない。
その後もあーでもない、こーでもない、とエンジンをいじくり回してパワーアップを図っていた。
そして、テスト中にボイラーのバーナーの燃焼がおかしくなることに気が付いた。

あれこれ対策を巡らしているなかで、空缶を利用した自作のバーナーを取り付けてテストしてみたところ、
エンジンが今までより力強く回ってくれた。
自作のバーナーを使うとパワーがアップする・・・・これは嬉しいこと発見した。
異常燃焼がなければ、こんなことはしないから、まさか自作の空缶バーナーの方がパワーが出るなんて
気が付きもしなかっただろう。

異常燃焼に感謝・・・・かな・・・・



↓　今までは市販のアウトドアー用小型ガスコンロのバーナーを取り付けていた。（右側のもの）
　　　異常燃焼原因切り分けのために自作空缶バーナー（左側)を取り付けてみた。　



小型ボイラーを作ろうと思ったとき、一番のネックはバーナーをどうしようか？と言うことだった。
バーナーなんて作ったことはないし、ガスを扱うので危険ではないか？と自作は敬遠して市販品を
流用することにした。　その結果がこのバーナーだった。
ただ、この小型ガスコンロ用のバーナーは真下からガスを吹き込むために縦型構造で背が高くなって
ボイラーも背丈が高いものになってしまう。
そこで意を決して自作したのが空き缶バーナーだった。
これは燃焼部にはスチール缶を使い、ガスは横方向から吹き込むので背丈は低くできた。
サイズも穴の大きさも穴の数もみないい加減で見よう見真似で作ったものだが、何とか完全燃焼させる
ことができた。　ただ燃焼試験中に逆火現象が起きて泡をくった苦い経験がある。
そのため、安全第一と背が高くなるのは承知の上でメーカー製のバーナーを使っていた。


メーカー製バーナーと自作バーナーの燃焼状況を比べてみました。
その様子を動画でごらんください。







↓　ボイラーに自作バーナーを取り付けてエンジンのテストを始めた。　



↓　やっぱり自作バーナーはパワーがあるようだ。　無負荷ではエンジンは３２回転／秒近くで回ってくれた。




そのテストの様子を動画でご覧ください。







↓　ハイパワーを期待して発電電力を測定してみた。





↓　右端の電流計は１.０１アンペアを表示している。　発電機の負荷は１Ω抵抗器だ。
　　　消費電力は　Ｐ＝（Ｉ×Ｉ）×Ｒ　（Ｗ）で計算されるそうだから　１.０１×１.０１×１＝１.０２（Ｗ）
　　　１Ｗを超える（ほんの「０．０２」ですが・・・）パワーが得られたわけだ。
　　　圧力計（左下の円形）も１気圧を指し示している。




やっと１Ｗ近いパワーを出すことができた。（ほんの瞬間的ですが・・・・）
ボイラーにも問題があったんだなぁ・・・


そのテストの様子を動画でご覧ください。







この空缶バーナーはガスを横から吹き込むようになっている。
今までの縦型バーナーは背が高くてボイラーも背高のっぽだったが、
この空缶バーナーを取り付ければ４～５ｃｍは背を低くできる。
ボイラーケースを改造しなくてはならないがやるっきゃない。






これでなんとか動力周りの目処は付いた。
さぁ、そろそろ船体の工作に入ろうか・・・・・・

自作バーナーの方がパワーがある・・・・・・

２０１４／０９／２８（日曜日）　晴れ


今日は午前中は用事で工作は午後からになってしまった。
午後からの工作は作業時間も短いので始めようか、止めようかと迷ったが
ちょっと気になっていることがあったので始めることにした。

その気になっていることはボイラーのバーナー燃焼のことだ。
エンジンテストでパワーを上げようとしてガス量を増やして火力を強くしていくと
始めのうちは順調に燃焼して蒸気圧も上がり、エンジンのパワーも強くなっていくが
そのうち燃焼音が小さくなって蒸気圧が下がってしまう。
バーナーの状況を確認すると炎はほとんど見えず、まるで消えてしまったように
見える。　シューっというガスが噴出す音は聞こえる。
急いでガス栓を閉めていくと途中からまた正常に燃焼を始める。
だから火は消えてしまったわけではない。

この状況は必ず発生するわけではないが、ちょっと困った問題だ。
原因はなんだろう？

先ず、バーナーヘッドを交換してみた。
今までは市販のアウトドアー用小型ガスコンロのバーナーを取り付けていたが、
試しに空缶を利用して自作したバーナーに交換してみた。



↓　アウトドアー用コンロのバーナーを取り外して空缶利用の自作バーナーを取り付けた。　



↓　アウトドアー用コンロのバーナー。　メーカー製だからきれいに出来ていて炎も安定している。
　　　しかしガスが真下から供給するので構造上、背が高くなってしまうという問題がある。



↓　空缶利用の自作バーナー。　真横からガスを吹き込むので取り付け位置は低くできるのが利点。



自作バーナーでの燃焼状態はどうだろうか？
異常燃焼が発生しなければいいが・・・・と念じながらバーナーに点火した。
自作バーナーは炎の形はあまり良くない。
バーナー面の中央部は安定した炎の形をしているが、周辺の炎は踊りを踊ったように
飛び跳ねてしまう。
まっ、初めて作ったバーナーだから仕方がないか・・・・・

やがて蒸気圧力が上がってエンジンが回りだした。
かなり力強い。
エンジンは回転数を上げていく。
ついには２９回転を超えて３０回転に到達し、さらに３１・・・　３２回転を記録した。


そのテストの様子を動画でご覧ください。






テストの結果はなんと秒・３０回転以上を記録したではないか。
自作バーナーの方がパワーがでるみたいだ。

問題の燃焼異常はどうだろうか？
何度かテストを繰り返しているとやっぱり異常が発生してしまった。

釜を取り外して燃焼させればガス栓を全開にしても全く問題はない。
釜を取り付けてバーナーの上の方を塞ぐと発生するみたいだ。

もしかして空間が狭過ぎて空気が不足なのかもしれない。
空間を広げるためにはバーナーヘッドの位置を下げればいいのだが、これも
そうはいかない。　ガス燃焼面と釜底までの距離も最適値があるのだ。

もう一度、その間隔を実際の燃焼状況を見ながら確認してみた。


その様子を動画でご覧ください。






今までの実験とは違って、炎の火力の強いところはかなり低い位置にあるようだ。
やっぱり市販のガスコンロのゴトク（五徳）の位置が低いのは正解なんだ。
（当たり前か・・・　市販製品はそれなりにちゃーんと研究してあるのだから）

しかしこれは困ったことになった。
バーナー燃焼面と釜底の距離を狭めるともっと異常燃焼になってしまうだろう。

もし空気不足が原因なら空気穴を開けてやればいいかも・・・・
熱遮蔽に穴を開けてやることにした。
これによって熱遮蔽効果が落ちることは止むを得ない。


↓　熱遮蔽の燃焼ケース側面に小さな穴（直径３.２ｍｍ）を開けた。





ガス栓を大きく開いて燃焼させても大丈夫みたいだ。（まだ良くなったかどうかは時間不足でよくわかりませんが・・・・）






定時間が迫ってきた。　今日の工作はここまでにしよう。

ピストンの溝を太くしてみましたが・・・・・ － 新単動式Ｖ４スチームエンジン工作 －

２０１４／０９／２７（土曜日）　晴れ



新しく作ったＶ型４気筒スチームエンジンは一応動作はしてくれる。
小型ボイラーとの組み合わせでは無負荷では１６００ｒｐｍで回転して
パワーチェックでは０．５Ｗばかりの発電をしてくれる。
でも、もうちょと何とかしたい。
そこでピストンに溝を彫ってオイルが溜まるようにして気密性を良くして
性能を向上させる実験をしてみた。
ところが性能はほとんど変わらず、がっかり・・・・・
これは彫った溝が細くて浅かったからではないかと、今日はその溝を太く
深くして再テストをしてみた。

ピストンに溝を彫るって言ったって、旋盤やフライス盤なんていう高級な
工作機械は持っていない。
彫刻等とか鋸の刃とかで削るしかないのだが、糸鋸の刃は細くて太い溝は
彫れなかった。
それでは金鋸の刃は？
これで彫るとちょっと幅が広すぎるかも・・・　プランジャーに彫った
ことがあるが２ｍｍぐらいの幅になってしまう。


↓　　０．５ｍｍくらいの溝を彫るために金鋸の刃を薄く削ってみた。　グラインダーから火花が散ってちょっと
　　　鉄工所の雰囲気を味わった。（ちょっと大げさかな・・・）




↓　その鋸刃を使って細い溝を太くしていった。　深さもちょっと深くした。



↓　溝の幅は０．５ｍｍぐらい。　深さも０．５ｍｍぐらいかな？




↓　溝が太くなったピストンを取り付けた。
　　　ピストンを何度も外したり取り付けたりしたので大分要領よくできるようになった。




さぁ、どんな具合だろう？
ちょっとわくわくしながらボイラーを点火してエンジンが回りだすのを待った。
蒸気が沸いてエンジンが回りだした。
回転数は徐々に上がっていく。

２５・・・・２６・・・・・２７・・・・・２６・・・・２３・・・・

あれぇ、いつもと同じだよ。


そんなテストの様子を動画でご覧ください。






無負荷回転数は最高で２７回転/秒ぐらい。
発電電力は０．５Ｗがやっと。

これでは前と変わりが無い。
やっぱりピストンとシリンダーの隙間が大きくて蒸気が漏れてパワーが出ないのだ。
作り直しかな？

まっ、その前にボイラーの具合を確認してみよう。
テスト中にどうも気になることが見つかった。
火力を大きくして（ガスを多く送り込むと）ときたま燃焼状態がおかしくなり、
火が消えたみたいになる。（完全に消えているわけではなく、ガスを絞ると
元に戻って完全燃焼する。）
ボイラーに不具合があるかもしれない。
今日は時間がないから原因探索は明日にしよう。
というわけで今日はこれまで。

性能アップを狙ってピストンに溝を彫りましたが・・・・・ － 新単動式Ｖ４スチームエンジン工作 －

２０１４／０９／２４　（水曜日）　曇り


新しく作った単動式Ｖ型４気筒スチームエンジンは初めてのテストでは


使用ボイラー　小型ガス焚煙管付炙釜　
無負荷回転数　　　　　２７回転・秒　（１６００ｒｐｍ）
発電パワーチェック　　０.５Ｗ

と、まずまずの結果だったが、自分としてはもうちょっとパワーが出る、と
思っていたのでちょっとがっかりだった。

そこで今日も同じ構成で再テストをしてみた。
ひょっとしたらもっとパワーが出るのではないかと、密かに期待を込めて・・・
ところが結果は同じようなものだった。

それでは、次はピストンに溝を彫ってみたらどうだろうか・・・・
性能がアップするかもしれない。



↓　ピストンを取り外して傷などがないか調べてみた。　さほど大きな傷は付いていないようだ。





↓　取り外した４つのピストン。　ボアー１２ｍｍ　ピストンの厚み（長さ）は２５ｍｍもある。



↓　糸鋸の刃でピストンの周囲に溝を彫った。　







↓　ピストンの取り付けで新工夫。　今まではピストンの取り付けはコンロッドを指で摘んでビッグエンドを組立てていたが
　　このＶ４ではケースが更に狭くなったのでとてもやり難い作業だった。　今回は細い被覆線（単芯銅線）でコンロッドを
　　結わいて固定して取り付ける工法？を思いついた。　ちょっとした工夫だがピストンの取り付けはとても簡単にできるよ
　　うになった。






↓　溝を彫ったピストンを取り付けてテストしてみた。



溝を彫ったピストンを取り付けてテストしてみた。
これで回転数が上がれば溝の効果も確認できる。
期待を込めてテストを始めたのだが・・・・・・・

その結果は動画でご覧ください。





無負荷回転数も、発電パワーもほとんど変わりがない。
ピストンに彫った溝は効果がないのか？
いや、溝が細かったのかも知れない。
今度はもっと幅の広い溝を彫ってみよう・・・・・・
ハイパワーエンジンを目指してあくなき探求・・・・こんな言葉が頭をよぎった

新Ｖ４スチームエンジンを蒸気で回してみました

２０１４／０９／２２（月曜日）　晴れ


新Ｖ４エンジンの工作を始めてから約半月、やっとエアーチェックをクリアーした。
エアーチェックは（写真のネガの埃や塵を吹き飛ばすブロアーブラシの）ゴム球を
手で押しつぶして圧のかかった空気を送りこんでのいい加減なものだが、エンジンは
軽やかに調子よく回ってくれた。
そんわけで気をよくして今日は小型ボイラーに繋いで蒸気で回してみることにした。
ブンブンと凄い勢いで回ってくれることを期待してボイラーに点火したのだが・・・



↓　配管を終えてバルブタイミングを再調整してスチームテストの準備はＯＫだ。



↓　先ず、無負荷高速回転テスト。　秒３５回転以上がでるかな？




ボイラーに点火して圧力が上昇するのを待つ。
２分ばかりで圧力が上がり始めた。
エンジンは０．１気圧位で回り始めた。
しかし、その回転はゆっくりで何か重そうな感じがする。
テスト前にシリンダ頭部の蒸気口から注入したオイルが粘っこくて
まだ固まっているのかもしれない。
そのうち温まってくれば大丈夫だろう・・・・
ところがあまり回転数は上がらない。　蒸気圧も０．５気圧ぐらいだ。
うーん、シリンダーとピストンの漏れが大きいのかな？


そんな初スチーム運転の状況を動画でご覧ください。





最高回転数は２８回転／秒（瞬間的）、大体２６～２７回転／秒というところだ。
目標より１０回転も少ない。　ちょっとがっかりだ・・・・・
パワーはどうかな？　クランク軸を指で摘んでみた。　
摩擦熱で指先が熱くなってしまうほどきつく摘んでも停止することなく回り続けている。
まぁ。これなら軽いボートなら動かせるかな？



回転数は低くてもパワーがあるかも知れない・・・（希望的観測です）
例の発電電力を測ってみた。





↓　低速・高トルク型かな？　何て希望的観測で発電機回転数は５．１倍（このプーリー組合わせの最大値）にした。



↓　負荷は１Ω。　１Ωだとメーター一つでパワーを計算するのが簡単になる。




かすかな期待を込めてテストを始めた・・・・・


その様子を動画でご覧ください。






目いっぱい火力を上げても発電量は０．５ワットちょっと。
何とかおまけで０．６ワットというところだ。
このエンジンのパワー目標は０．５ワットだったから何とか目標は達成したが
１ワット以上を目論んでいた実習生としてはちょっと残念な結果だ。

まぁ、こんな結果だがエンジンは長時間（１回１０分程度）回しても回転数が
落ちると言うようなこともなく、安定して回ってくれた。
これはシリンダーとピストンの隙間が大きいことの証明かな？
運転中、がっちり噛み合うぐらいの方が良いのかな？
フィールドに出て水上で停止してしまったら大変だし、のろのろ走航では
つまらないし・・・・

安定性と強力パワー・・ちょうど良い設定は素人の手作り工作ではなかなか難しい。

あぁーあ、工作実習のいばらの道はまだまだ続きそうです。