問 題
次の文章は、水車に関する記述である。
水圧管の先端がノズルになっていると、有効落差は全て( ア )エネルギーとなり、水は噴流となって噴出し、ランナのバケットにあたってランナを回転させる。このような水の力で回転する水車を( イ )水車という。
代表的なものとして( ウ )水車があり、( エ )で、流量の比較的少ない場所に用いられ、比速度は( オ )。
上記の記述中の空白箇所(ア)～(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。
- (ア) (イ) (ウ) (エ) (オ)
- 運動 衝動 ペルトン 高落差 大きい
- 圧力 反動 フランシス 低落差 大きい
- 位置 反動 カプラン 高落差 大きい
- 圧力 衝動 フランシス 低落差 小さい
- 運動 衝動 ペルトン 高落差 小さい
解 説
( ア )で、水圧管の先端がノズルになっていれば、水はそこから勢いよく噴射されます。つまり、この場合に水が持つエネルギーは、速度の関数である運動エネルギーであると考えることができるので、( ア )には「運動」を入れるのが適切です。
( イ )と( ウ )で、水車は衝動水車と反動水車の2種類に大別されますが、それぞれの特徴と代表例は次の通りです。
【衝動水車】水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換してから発電する
- ペルトン水車
- クロスフロー水車
【反動水車】水の位置エネルギーを圧力エネルギーに変換してから発電する
- フランシス水車
- プロペラ水車(カプラン水車・チューブラ水車)
- 斜流水車
よって、今回は運動エネルギーを利用しているので、( イ )には「衝動」、( ウ )には「ペルトン」が入ります。
( エ )と( オ )で、ペルトン水車は200[m]以上の落差があるときに用いられる水車で、これはほかの水車と比べるとかなり高落差です。200[m]という数字はともかく、落差が大きいときに使われるという特徴は重要知識として押さえておいてください。
また、比速度と落差の関係はおおよそ反比例になります。そのため、落差の大きいペルトン水車は、比速度が小さいです。なお、この関係を知っているだけで、選択肢(1)、(3)、(4)は間違いであると判断できます。
よって、( エ )には「高落差」、( オ )には「小さい」が入ります。
比速度について、もう少し詳細な知識を覚える余裕のある方は、水車の比速度のページの内容をご確認ください。
以上から、( ア )は「運動」、( イ )は「衝動」、( ウ )は「ペルトン」、( エ )は「高落差」、( オ )は「小さい」となるので、正解は(5)です。
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