クロスフロー水車における出力特性に与える羽根車形状の影響に関する研究

近年、水力を利用したマイクロ水力発電が非常に注目されている。マイクロ水車の中でも、クロスフロー水車は、過去の研究実績も豊富にあり研究課題として多く用いられている。本研究では自作のクロスフロー水車実験装置を用いて、水車の出力特性を計測し、水車内の羽根車の羽根枚数を変更した際の出力特性の計測を行った。羽根車の羽根枚数による出力特性の影響に関する知見を得ることを主目的とした。具体的に、流量・水圧による水車の基礎的な特性詳細実験と羽根車の羽根形状の相違による水車の特性詳細実験を行い、最適羽根形状に関する技術的知識の取得とクロスフロー水車の特性に関する基礎的知識の取得を行った。実験で羽根車は、12枚と16枚のものを用いた。実験より、水車の羽根枚数が12枚と16枚で比較すると、トルクはポンプ駆動電圧を上昇させると増加することが分かり、回転数を増加させることによりトルクが一次関数的に減少することが明らかになった。また、軸出力もポンプ駆動電圧を上昇させると増加することが分かり、回転数を増加させていくと軸出力は増加する。しかし、ある回転数で最大値を迎え、さらに回転を上昇させると減少していくことが明らかになった。最大出力は、16枚羽で14.29W、12枚羽で12.97Wとなった。クロスフロー水車の実験結果より、以下のような結論を得ることができた。(1)クロスフロー水車実験装置の組み立てを行い、精密な実験装置系を完成させることができた。(2)基本的な回転数・トルク・水圧の測定がポンプ駆動電圧を可変させて実施することができた。(3)羽根車形状相違による影響を調べることができた。その結果、トルク・軸出力ともに16枚羽の方が若干12枚羽より上回ることが分かった。(4)本実験の最高効率は3割程度であったが、今後実験装置の改良を行うことにより効率を上昇させることが可能であると考えられる。また、製作過程において2枚のディスク円板にワイヤー放電加工等で溝を作製し、溝に合うように薄板を曲げて差し込み接着することで、任意曲線形状の羽根車を形成できることを考案した。研究成果は、平成24年3月に木更津工業高等専門学校で開催された「第3回高専技術教育発表会in木更津」と福島工業高等専門学校で開催された「平成23年度モノづくり教育研究支援センター研修会」で口頭発表した。

近年、水力を利用したマイクロ水力発電が非常に注目されている。マイクロ水車の中でも、クロスフロー水車は、過去の研究実績も豊富にあり研究課題として多く用いられている。本研究では自作のクロスフロー水車実験装置を用いて、水車の出力特性を計測し、水車内の羽根車の羽根枚数を変更した際の出力特性の計測を行った。羽根車の羽根枚数による出力特性の影響に関する知見を得ることを主目的とした。具体的に、流量・水圧による水車の基礎的な特性詳細実験と羽根車の羽根形状の相違による水車の特性詳細実験を行い、最適羽根形状に関する技術的知識の取得とクロスフロー水車の特性に関する基礎的知識の取得を行った。実験で羽根車は、12枚と16枚のものを用いた。実験より、水車の羽根枚数が12枚と16枚で比較すると、トルクはポンプ駆動電圧を上昇させると増加することが分かり、回転数を増加させることによりトルクが一次関数的に減少することが明らかになった。また、軸出力もポンプ駆動電圧を上昇させると増加することが分かり、回転数を増加させていくと軸出力は増加する。しかし、ある回転数で最大値を迎え、さらに回転を上昇させると減少していくことが明らかになった。最大出力は、16枚羽で14.29W、12枚羽で12.97Wとなった。クロスフロー水車の実験結果より、以下のような結論を得ることができた。(1)クロスフロー水車実験装置の組み立てを行い、精密な実験装置系を完成させることができた。(2)基本的な回転数・トルク・水圧の測定がポンプ駆動電圧を可変させて実施することができた。(3)羽根車形状相違による影響を調べることができた。その結果、トルク・軸出力ともに16枚羽の方が若干12枚羽より上回ることが分かった。(4)本実験の最高効率は3割程度であったが、今後実験装置の改良を行うことにより効率を上昇させることが可能であると考えられる。また、製作過程において2枚のディスク円板にワイヤー放電加工等で溝を作製し、溝に合うように薄板を曲げて差し込み接着することで、任意曲線形状の羽根車を形成できることを考案した。研究成果は、平成24年3月に木更津工業高等専門学校で開催された「第3回高専技術教育発表会in木更津」と福島工業高等専門学校で開催された「平成23年度モノづくり教育研究支援センター研修会」で口頭発表した。