海洋エネルギー利用技術の啓発を目指した波力発電用ツイン衝動型タービンの開発

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本研究は, 海洋エネルギー利用の啓発を目指し, 海洋エネルギー利用技術の一つで多数の開発実績がある振動水柱型波力発電で使用するツイン衝動型タービンの開発を目的として実施した。定常流を用いた実験によりタービン単体の性能を調査した結果, 一方向流に対応する衝動型タービンを使用することで高いエネルギー変換効率が得られるが, ツイン衝動型タービンの平均効率は, 気流が逆方向のタービンで全体の入力パワーの約3割が失われ, 定常流におけるタービン単体の最大効率に比べて大きく低下することが明らかになった。この問題を解決するため流体ダイオードを用いることで, 流れ方向により流路に生ずる差圧の違いを利用し, 往復気流の流量制御を図った。さらに, 流路形状が及ぼす影響を調査し, 好適な流体ダイオード形状を提案した。流体ダイオードは, 後方にくぼみを有する鈍頭物体, ドーナツ状の領域, ノズルの領域によって構成される。本研究では, 流体ダイオードのノズルの領域の角度φとドーナツ状の領域の取付角θを変化させた場合の定常流における整流特性をCFDにより求めた。装置の大型化を避けるためダイオード直径はθの大きさに関わらず一定とし, φは20°, 30°, 40°, θは26°, 33.5°, 48.5°, 63.5°をそれぞれ採用した。調査の結果, 今回考案した流体ダイオードにおいてφが30°のとき大きな整流効果を得られることがわかった。また, θは33.5°以下にすることでタービン性能の改善が期待できることがわかった。好適な流体ダイオードの形状を本校に設置されている円管直径240mmの風洞に合わせ製作・設置し, 定常流を発生させ, 正方向流れと逆方向流れにおける整流効果を調査した。この結果, 流体ダイオードを用いることにより整流効果が得られることがわかった。今後は流体ダイオードの設置により上流下流での圧力差が大きくなるため, タービンと共に流体ダイオードを設置し, タービンへの影響を課題として調査する考えである。