《電力》〈水力〉[H25:問1]水力発電に用いる水車に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆(易しい)

次の文章は,水力発電に用いる水車に関する記述である。

水をノズルから噴出させ,水の位置エネルギーを運動エネルギーに変えた流水をランナに作用させる構造の水車を\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)水車と呼び,代表的なものに\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)水車がある。また,水の位置エネルギーを圧力エネルギーとして,流水をランナに作用させる構造の代表的な水車に\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)水車がある。さらにランナを軸方向に通過する\( \ \fbox {  (エ)  } \ \)水車もある。近年の地球温暖化防止策として,農業用水・上下水道・工業用水など少水量と低落差での発電が注目されており,代表的なものに\( \ \fbox {  (オ)  } \ \)水車がある。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ),(エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{cccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) & (オ) \\
\hline
(1) & 反 動 & ペルトン & プロペラ & フランシス & クロスフロー \\
\hline
(2) & 衝 動 & フランシス & カプラン & クロスフロー & ポンプ \\
\hline
(3) & 反 動 & 斜 流 & フランシス & ポンプ & プロペラ \\
\hline
(4) & 衝 動 & ペルトン & フランシス & プロペラ & クロスフロー \\
\hline
(5) & 斜 流 & カプラン & クロスフロー & プロペラ & フランシス \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

水力発電所で使用する水車の分類からの出題です。いろいろな形で出題される重要な分野となりますので,内容をよく理解しておくようにしておきましょう。

1.衝動水車
水のもつ位置エネルギーを運動エネルギーに変え,流水をランナに作用させる水車を衝動水車と言います。
代表的なものにペルトン水車があり,下図に示すように主にノズル,ニードル,ランナ等から構成され,ノズルから水を噴射し,ランナを回転させます。水量は主にニードルで調整します。


出典:長野県HP

2.反動水車
水のもつ位置エネルギーを圧力エネルギーに変換し,ランナに作用させる水車を反動水車と言います。
代表的なものにフランシス水車があり,下図のようにガイドベーンとランナの羽根の開度で出力を調整します。他にもランナを通過する流水の方向が斜めのものを斜流水車,流水がランナの軸方向に通過するものをプロペラ水車と言います。高落差のものからフランシス水車→斜流水車→プロペラ水車となります。


出典:長野県HP

【解答】

解答:(4)
(ア)
ワンポイント解説「1.衝動水車」の通り,水の位置エネルギーを運動エネルギーに変えた流水をランナに作用させる構造の水車を衝動水車と言います。

(イ)
ワンポイント解説「1.衝動水車」の通り,衝動水車の代表的なものにペルトン水車があります。

(ウ)
ワンポイント解説「2.反動水車」の通り,フランシス水車が最も代表的なものであり,日本で最も採用されている方式です。

(エ)
ワンポイント解説「2.反動水車」の通り,ランナが軸方向に通過する水車はプロペラ水車となります。

(オ)
小水量と低落差で使用できる水車にクロスフロー水車というものがあり,流水がランナの外周から入り外周から抜けるため,衝動水車と反動水車の中間的な性質を持ちますが,どちらかというと衝動水車に分類されるようです。