| 研究実績の概要 |
研究目的
小規模水力発電は, 設置場所の条件や水量の持続性などにより性能に大きな差が生じる. 小水力発電普及のため, これらの変化に対してどのような出力が得られるのかを調査する必要がある. しかし, 自然が生み出す水量は膨大であり, 人工的にこのような流れを模擬することは莫大な費用がかかるためほとんど調べられていないのが現状である. 本研究では, 200W級のクロスフロー水車を想定し, その最重要部である回転部の形状と性能の関係を明らかにし, 最適な翼形状を明らかにする.
研究方法
3次元CADを用いて設計を行った. 設計時の3次元モデルから汎用流体解析ソフトを用いて性能予測を行う. また, 本体や付属部品はCADCAMを用いて加工した. 特に羽根車と翼型(翼曲線の形状)の枚数や, 長さなどの条件を変え複数枚製作した.
実験装置は流量20L/sを模擬することができる落差工(滝)を製作し, 試験設備等も同時に整備した. また, 水路途中に電磁流量計を取り付け, 正確な水量を計測できるような装置とした.
水車軸にはパウダーブレーキによる一定の負荷トルクをかけ, 発電量やトルク, 回転数などのデータを測定し, 負荷トルクと羽根車の角速度のから水車の出力を計測したのち, 算出し効率等を比較する.
研究成果
負荷トルク0.1Nmから0.5Nmまで0.1Nmごとに設定し, 水量毎秒3.3リットルの下で出力を比較した. 落差1.3mの場合, 最大で2～10W程度の出力が得られた.
今後の課題
水の流れに関して十分に考慮することができておらず, 流路内の損失や羽根車形状の最適化などを行えていない. 現状ではトルク変換器の性能上, 0.5Nmまでの負荷までしか測定できておらず, さらに高い負荷を明らかにする必要がある.
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