ペルトン水車（ペルトン水車またはボーディン水車とも訳される）は、アメリカの発明家レスター・W・アラン・ペルトンが開発した衝撃タービンの一種である。ペルトン水車は、水の流れと水車への衝突によってエネルギーを得るもので、水自体の重量で駆動する従来の上向き噴射水車とは異なる。ペルトンの設計が発表される前は、いくつかの異なるバージョンの衝突タービンが存在したが、それらはペルトンの設計ほど効率が悪かった。水が水車を離れた後も、通常、水はまだ速度を持っているため、水車の運動エネルギーの多くが無駄になる。ペルトンのパドル形状は、羽根車が水流の半分の速度で走行した後、非常に低速で羽根車を離れるようになっているため、ペルトンの設計では水の衝撃エネルギーがほぼ完全に捕捉されるため、高効率水車となっている。
高効率の高速水流がパイプラインに入ると、強力な水柱がニードルバルブを通って動輪のバケツ型ファンブレードに導かれ、動輪を駆動します。これは衝突ファンブレードとも呼ばれ、駆動輪の周囲を取り囲み、総称して駆動輪と呼ばれます。（詳細は写真参照、ヴィンテージペルトン水車）。水流がファンブレードに衝突すると、バケツの形状によって水の流れ方向が変わります。水の衝撃力は水バケツと動輪システムにモーメントを及ぼし、これを利用して動輪を回転させます。水の流れ方向自体は「不可逆」であり、水流出口は水バケツの外側に設定され、水流の流量は非常に低速に低下します。この過程で、流体ジェットの運動量は動輪に伝達され、そこから水車に伝達されます。したがって、「衝撃」は確かに水車に仕事をすることができます。水車作業のパワーと効率を最大限に高めるため、ローターと水車システムは、バケットへの流体ジェットの速度を2倍にするように設計されています。また、流体ジェットの元の運動エネルギーのごく一部が水中に残り、バケットは同じ速度で空になり、満たされます（質量保存を参照）。そのため、高圧の入力流体を中断することなく注入し続けることができます。エネルギーを無駄にする必要はありません。通常、2つのバケットがローターに並べて取り付けられ、水流を2本の等しいパイプに分割して噴射することができます（図を参照）。この構成により、ローターへの横方向の荷重力がバランスされ、スムーズな動作が保証されると同時に、流体ジェットからの運動エネルギーも水車ローターに伝達されます。
水やほとんどの液体はほぼ非圧縮性であるため、利用可能なエネルギーのほぼすべてが、流体がタービンに流入した後の第一段階で回収されます。一方、ペルトン水車は、圧縮性流体で動作するガスタービンとは異なり、可動ホイール部が1つしかありません。
実用例 ペルトン水車は水力発電に最適なタービンの一つであり、利用可能な水源の落差が非常に高く流量が低い環境に最適なタービンです。そのため、高落差・低流量の環境では、ペルトン水車が最も効果的です。たとえ2つの水流に分割したとしても、理論上は同じエネルギーを保持します。また、2つの水流に流す導管は同等の品質である必要があり、一方には細長い管、もう一方には短く幅の広い管が必要です。ペルトン水車はあらゆる規模の敷地に設置できます。既にトン級の垂直軸水力ペルトン水車を備えた水力発電所が存在します。最大設置ユニットは200MWまで可能です。一方、最小のペルトン水車は幅がわずか数インチで、毎分数ガロンしか流れない水流からエネルギーを取り出すのに使用できます。一部の家庭用配管システムでは、給水にペルトン式水車が利用されています。これらの小型ペルトン水車は、大きな発電量を得るために、落差30フィート（9.1メートル）以上で使用することが推奨されています。現在、ペルトン水車の設置場所の落差は、水流と設計に応じて、49～5,905フィート（14.9～1,799.8メートル）の範囲が好ましいとされていますが、理論的な制限は今のところありません。
投稿日時: 2022年4月2日
