ペルトン水車

ペルトン水車は、水流の衝撃を利用して回転する衝動水車の一種です。タービンに分類され、特に高落差の水力発電に適しています。その効率の高さから、発電用水車として広く利用されています。

ペルトン水車の機構

ペルトン水車は、主に以下の要素で構成されています。

ランナ：羽根車とも呼ばれ、円周上にスプーン状のバケットが取り付けられています。ノズルから噴射された水流は、このバケットに当たり、その衝撃でランナが回転します。バケットの中央には水切りがあり、水流を左右均等に分割して、ランナにかかる力を均一化します。かつてはバケットを個別にランナディスクに取り付けていましたが、現在ではバケットを含めて一体成形されています。
ノズル：ランナに向けて水流を噴射する部分です。横軸のペルトン水車には1～2本、立軸のものには複数本のノズルが、ランナの周囲に配置されています。
ニードル弁：ノズルから噴射される水量を調整するために使用されます。ニードル弁の先端部分はキャビテーションによる損傷を受けやすいため、交換可能な構造になっています。
デフレクタ：発電機の負荷遮断時に、水流を一時的にそらすための装置です。負荷遮断時には、ランナの回転数が急激に上昇しますが、デフレクタは水流をそらすことで水車への過負荷を防ぎます。その後、ニードル弁を徐々に閉じて、流量を調整します。
ジェットブレーキ：ペルトン水車特有のブレーキ機構です。回転するランナに対し、逆回転方向の水流を当てて制動力を発生させます。ただし、水車が完全に停止する前にジェットブレーキを停止する必要があります。逆回転してしまう恐れがあるためです。

ペルトン水車の歴史

ペルトン水車は、1879年にアメリカの機械技師レスター・アラン・ペルトンによって発明され、1880年に特許を取得しました。ペルトン水車の名称は、彼の名前に由来します。

ペルトンがこの水車を着想するに至った経緯にはいくつかの逸話があります。牛が水を飲む際に鼻から水が跳ね返る様子を見て着想を得たという説や、従来のタービンのノズル調整が不十分な際に、水がバケットの端に当たると速度が上がることに気づいたという説があります。この発見から、ペルトンはバケットを二つに分けるアイデアを得ました。

その後、ペルトン水車は世界各地に広まりました。日本でも琵琶湖疏水を利用した蹴上発電所や、黒部ダムを擁する黒部川第四発電所など、多くの水力発電所で採用されています。

近年では、新規の水力発電所は揚水発電所が主流となっていますが、ペルトン水車は小型化され、マイクロ水力発電の原動機として依然として注目されています。

関連技術

ペルトン水車は、他の水力発電技術と密接な関連があります。以下に主な関連技術を示します。

水車発電機：水車の回転運動を電気エネルギーに変換する発電機。
発電用水車：発電に使用される水車の総称。
衝動水車：水流の運動エネルギーを直接利用する水車。ペルトン水車のほか、クロスフロー水車やターゴインパルス水車などがある。
反動水車：水流の圧力エネルギーを利用する水車。フランシス水車、カプラン水車、斜流水車（デリア水車）などがある。

観光スポット

ペルトン水車は、歴史的な産業遺産としても価値があります。以下の施設では、実物のペルトン水車や関連展示を見学できます。

琵琶湖疏水記念館（京都市上下水道局）：蹴上発電所で使用されていたペルトン水車と発電機が展示されています。
* 黒部ダム（関西電力）：黒部川第四発電所で使用されているペルトン水車が展示されています。

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