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本研究は、養殖場水槽や農業用水路から排出される流水の落差エネルギーを利用して、電力を発生させる超小型プロペラ式水力発電装置の開発研究を行うものである。
流水は、水車上部で旋回流を形成され、立軸プロペラを通過して垂直管から排出される。水車上部は自由水面を有しており、旋回流形成時に空気吸込渦が発生しやすくなる。水車上部に頂点を下向きとするコーンを配置すると、空気吸込渦が発生しにくくなり、水車効率が高くなる。空気吸込渦の発生を消滅のしくみを解明するため、実験用水車を製作し、３次元流速計や高速度カメラによる流れの解析を実施した。
その結果、コーン無しの場合、最も速い流速で2.0m/sであり、中心ほど速かった。また、流速のむらが大きく開き、流れの方向が乱れていた。コーン有りの場合では、水面付近の流速は遅いが、コーン下部から徐々に加速され、ランナの直前では２~３m/sに達した。これはコーン無しの約２倍以上だった。流れの方向はコーン無しの場合は乱れていたが、コーン有りでは流れの向きが整っており、水車性能に影響を及ぼしていることが分かった。
小水力発電用水車では、落ち葉や枝のようなゴミによる水車の運転阻害が問題となっている。本水車ではゴミが絡まりにくいプロペラによる性能実験を行った。ランナブレード１枚の面積を一定にして、６枚羽、３枚羽で比較した結果、６枚羽では流量が少なくても水車効率が高くなるが、ゴミの通過はよくなかった。３枚羽の場合、ゴミが通過しやすくなり、回転速度が増加し、発電電圧が上昇するため、発電電力が高くなった。必要とする水量は増加した。このため、水車設置現場の状況を検討し、羽枚数を決定することが求められる。
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