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| 近年，エネルギーの大量消費により資源の枯渇や地球温暖化等が問題となっている。これらの問題を解決するため，太陽光，水力，波力，風力等の再生可能エネルギーの導入が本格化している。本研究室では，我が国日本が広大な海洋を有することから波力エネルギーの利用が将来有望であると考え，この波力エネルギーを利用した新しいタイプの発電装置として，波力とマグナス効果を利用した“浮体式マグナス波力発電装置”を提案し，種々な研究が行われている。 |
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| マグナス効果とは，一様な流れを持つ流体の中に下図の様に回転体を置いたとき，回転体の上部と下部にできる流速差によって回転体に揚力が発生する現象である。 |
図１ マグナス効果概念図 |
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| 図２に提案する浮体式マグナス波力発電装置の概念図を示す。波によって装置自体が上昇すると,相対的な流速がマグナスブレードに作用する。この時，マグナスブレードを図示の方向にモータによって自転させると，マグナス効果による揚力が発生し，タービンが回転することとなる。タービンの回転方向は波の上下運動に対するブレードの自転方向によって決まるため，波の運動が上昇から下降へ切り替わるとともに，ブレードの自転方向も切り替えることにより，揚力を常に同じ方向へ発生させることができる。このことから，浮体式マグナス波力発電装置は波の運動方向に拘らず常に一定方向へタービンを回転させ続けることができる。 |
図２ 浮体式マグナス波力発電装置の概念図 |
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| ガイドベーンを設けた場合，ブレードに流入する水流はガイドベーンに誘導され，流入方向がブレードの斜め後方からとなる。このとき，ガイドベーンの角度θgを適切に選ぶことにより，ブレードに作用するそうたいりゅうそく の流入方向をブレード上部から垂直方向のみとすることができる。これを満たすθgは図２を参考に次式となる。 |
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・・・・・・・・・・・・・・・（１） |
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但し，rt：タービン位置，ωt：タービン角速度，Vw：ガイドベーンへ流入する流速。また，（１）式が成立する場合，ブレードへ流入する相対流速Vw’は次式となる。
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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） |
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ガイドベーンの働きにより相対流速の流入方向が垂直となるため，この場合にはクッタ・ジューコフスキーの定理より，ブレードの周速度を相対流速の２倍とすることにより揚力の発生方向をブレード進行方向へ向けることができる。これを満たすブレード半径Rbは次式となる。
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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） |
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| 但し，ωb：ブレードの角速度。以上の条件で本装置を動作させることにより，ガイドベーンの効果を最大限に活かすことができる。（１）,（３）式より，得られたタービン位置rtに対するブレード半径Rb及びガイドベーン取付角度θgの理論値を図3に示す。 |
図３ タービン位置における適切なブレード半径とガイドベーン取付角度 |
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| 図３より，本稿で提案する条件を満たすブレード形状とは先端にいくほど細く，またその径は，ブレードの自転速度を速くするほど，目標とする周速比の高い装置ほど細くなることが分かる。また，これに合わせたガイドベーンの取付角度は先端にいくほど小さくする必要のあることが明らかとなった。 |
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| マグナス波力発電装置のブレード形状に関する基本的な検討として，ガイドベーンの効果を最大限に発揮させることのできる条件を提示した。また，同条件に合う本装置のブレードとは，周速比やブレードの自転速度を基に設計できることなどが判明した。 |
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