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| 近年日本では，風力や太陽光等の再生可能エネルギーの導入が進められている。しかしながら，現在の日本において用水路の水流や海洋波浪エネルギーの大部分は未だ利用されていない。こうしたエネルギーを利用する新しい発電装置として本研究室では，マグナス効果を利用した水力発電装置と波力発電装置を提案し研究をおこなっている。水力発電装置と波力発電装置の種々な特性を把握するためには，理論的な検討に加え，実験的検討が必要である。本研究の目的はこれら双方の発電装置の実験を可能とする供試実験装置を製作し，実験により供試実験装置の有用性と特性を確認することである。 |
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| 流体中の回転体に，流れに直交する向きの揚力が働く現象をマグナス効果という。図1（a）にマグナス水力発電装置の概念図を示す。同装置は河川等の水流によって発電する。同図（b）にマグナス波力発電装置の概念図を示す。同装置は波の上下運動によって発電する。マグナスブレードはブレード自身の回転方向の切り替えによって揚力の向きを変えることができ，波の上下運動からタービンを一定方向へ回転させることが可能である。 |
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| （a）.水力発電
（b）.波力発電 |
| 図1. マグナス水力／波力発電装置概念図 |
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提案する2つの装置の諸特性を把握するためには，様々な条件で実験を行う必要がある。筆者らはこれら双方の発電装置の実験を可能とする供試装置の開発を行った。図2に供試装置の構成を示す。同図の装置はワイヤーとウィンチを利用し，図示のように水力／波力双方の供試装置として利用することができる。供試装置の容量は以下の様に決定した。実験候補の河川の流速は0.7[m/s]であり，レデューサ／ディフューザの増速比ARDを4倍とすると2.8[m/s]の水流を得ることができる。手持ちの同期発電機（定格300[W]）を用いた場合，出力係数Cpを30[%]と仮定すると，半径0.175[m]のマグナスタービンが必要となる。また，日本近海における一般的な波は，有義波高値H = 1.5[m]，有義波周期T = 8[sec]であり，得られる流速は0.375[m/s]となる。ARD = 4の場合，出力は48.7[W]程度となるがARD を7程度とすることにより300[W] の出力を得ることができる。以上より，本装置は1台で水力／波力双方の実験を行うことができるものと考える。
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| （a）.水力発電 （b）.波力発電 |
| 図2.供試実験装置構成図 |
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製作した供試装置で双方の実験を行うためには装置自体の諸定数を把握する必要がある。そこで各定数を実験で確認した。その結果を表1に示す。なお，駆動トルクTdは発電機の回転数を60[rpm]として計測したものである。同表より，本装置の機械損は比較的大きくなることが判明したため，装置各部を調整し，調整後の値を得た。同表のパラメータ（調整後）を用いることにより，タービンの回転角速度に対する供試装置の機械損を計算することができる。
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| 表1.始動･駆動トルク，摩擦･ギア損の測定結果 |
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| 本研究ではマグナス水力／波力発電装置双方の実験を可能とする供試装置を製作した。また，製作した供試装置の機械損の算出に必要となる諸定数を計測した結果，タービン出力を正確に計測できるようになった。また河川の実験において装置の動作及び供試実験装置として有用性を確認した。 |
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