グリーンエネルギーの活用を可能にするエコ水車発電用開放型貫流ランナに関する研究

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本研究は，極低落差水力エネルギーの有効利用を目指し，流れに置くだけで発電可能な開放型貫流ランナを開発した．本水車は農業用水の落差工を流れ落ちる水流，あるいは斜流工の浅速流などの速度エネルギーにより水車ランナを回転させる衝動式である．これまでに開放型貫流ランナの基礎特性の把握と水車ランナ形状が水車特性に与える影響，曲板を用いる水流制御技術の有効性を室内実験とともにMPS(Moving Particle Semi-implicit)法を用いたCFD(Computational Fluid Dynamics)解析により評価した．本年度は，水車設置位置と水流厚みが水車性能に与える影響について実験とCFD解析より評価した．水流が鉛直真下に流下する場合，水流落下位置と水車ランナの相対位置関係は水車効率に大きく影響を与える．水流とランナ軸中心までの距離がランナ直径に対して水平方向に40～45%の時水車効率は最大となり，40％未満になると水流がランナブレード凸面側へ衝突し，水車効率低下が顕著となる．また，流量増加時における水流厚みの増加によっても水流がランナブレード凸面側へ衝突する．しかしながら水流厚み増加による水車効率の減少は微少であった．水流厚みとランナ直径の関係は水流厚みがランナ直径に対して4％の時最大の水車効率となる．本貫流ランナは水流がランナ内に流入する際にブレードに作用(1段目)し，ランナ内を貫流後再びブレードに作用(2段目)してランナ外部へと放出される．そのため，水流は2度ランナブレードに作用する．水流厚みが薄い時，ほぼ1段目のみでエネルギーを回収するが，水流厚みの増加とともに2段目がエネルギーを回収する割合が増加することが明らかになった．またフィールド試験により水車単体での効率が55％を得た．