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マイクロ水力利用の環境下において水車に流入する木の葉や小枝、砂利等が、羽根車流路を閉塞し、出力低下や運転不能状態を引き起こすため、マイクロ水力利用における大きな課題となり、ブレイクスルーが強く要望されている。ここでは、これまで研究開発し汚水用ポンプとして実績のある、一枚羽根ポンプを逆転水車として利用し、安価でメンテナンスが容易な高効率・高通過性水車を開発することによって、マイクロ水力利用を大いに促進するとともにCO2削減に寄与しようとするものである。平成22年度に実施した研究成果は以下のとおりである。
(1)実験装置の製作および逆転水車特性の調査
現状の一枚羽根汚水用ポンプの試験装置を改良し、逆転水車試験が行えるように装置を改良した。この改良した試験装置により一枚羽根ポンプ逆転水車特性の特性を調査した。
(2)ポンプ仕様点と水車仕様点の関係の調査
上で得られた性能測定結果から、水車運転時の最高効率(η_t)とポンプ運転時の最高効率(η_p)の比がη_t/η_p=0.82、また、最高効率点における流量比がQt/Qp=1.61となり、ポンプ仕様点と水車仕様点の関係を示し鶴また、流量係数φ<0.01では、水車運転時に発電不能となる流量域が存在することが明らかにした。
(3)CFDによる内部流れの解明と水車特性評価
CFDにより、ポンプ逆転水車としての水車特性を求め、上記の実験による性能結果と照らし合わせ、数値解析の妥当性を示した。CFDを用いてケーシングと羽根車のマッチングから羽根車出口角をβ_2=8゜からβ_2=16゜に変更することによって効率が増大することを明らかにした。
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