ペルトン水車（別名：ペルトン水車、ブルダン水車、英語：ペルトンホイール、ペルトンタービン）は、アメリカの発明家レスター・W・アラン・ペルトンによって開発された衝撃水車の一種です。ペルトン水車は、水の流れを利用して水車に衝突させ、エネルギーを得ます。これは、水の重さで駆動する従来の上向き噴射水車とは異なります。ペルトンの設計が発表される前には、衝突水車のさまざまなバージョンが存在しましたが、それらはペルトンの設計よりも効率が劣っていました。水車から水が流れ出た後、水は通常まだ速度を持っており、水車の運動エネルギーの多くが無駄になっています。ペルトンの羽根の形状は、インペラが水流の半分の速度で回転した後、非常に低い速度でインペラから流れ出るようになっています。そのため、ペルトンの設計は水の衝突エネルギーをほぼ完全に捉え、高効率の水車となっています。
高効率高速水流がパイプラインに入ると、強力な水柱はニードルバルブを介して回転車上のバケツ状のファンブレードに導かれ、回転車を駆動します。これは衝突ファンブレードとも呼ばれ、駆動車の外周を取り囲み、まとめて駆動車と呼ばれます（詳細は写真「ビンテージペルトン水車」を参照）。水流がファンブレードに衝突すると、バケツの形状により水の流れの方向が変わります。水の衝突力はバケツと回転車システムにモーメントを及ぼし、これを利用して回転車を回転させます。水の流れの方向自体は「不可逆」であり、水流出口はバケツの外側に設定されているため、水流の速度は非常に低速になります。この過程で、流体ジェットの運動量が回転車に伝達され、そこから水力タービンに伝達されます。したがって、「衝撃」は実際にタービンに仕事をすることができます。タービンの出力と効率を最大化するために、ローターとタービンシステムは、流体ジェットの速度をバケット上で2倍にするように設計されています。流体ジェットの元の運動エネルギーのごく一部が水に残るため、バケットは空になったり満たされたりする速度が同じになり（質量保存の法則を参照）、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上に並べて取り付けられ、水の流れを2つの等しいパイプに分割してジェット噴射できるようにします（図を参照）。この構成は、ローターにかかる横方向の荷重をバランスさせ、スムーズな動作を確保するのに役立ち、流体ジェットからの運動エネルギーも水力タービンの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、流体がタービンに流れ込んだ後の最初の段階で、利用可能なエネルギーのほぼすべてが回収されます。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、回転するホイール部分が1つしかありません。
実用的な用途 ペルトン水車は、水力発電に最適なタイプの水車の一つであり、利用可能な水源の落差が非常に大きく流量が少ない環境において最も適したタイプの水車です。したがって、高落差・低流量の環境では、ペルトン水車が最も効果的であり、たとえ2つの流れに分かれても、理論上は同じエネルギーを保持します。また、2つの注入流に使用される導管は同等の品質である必要があり、一方は細長い管、もう一方は太い管が必要です。ペルトン水車は、あらゆる規模の場所に設置できます。すでにトンクラスの水力垂直軸ペルトン水車を備えた水力発電所があります。その最大の設置ユニットは最大200MW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流れからエネルギーを抽出するために使用できます。一部の家庭用配管システムでは、給水にペルトン型水車を使用しています。これらの小型ペルトン水車は、十分な発電量を得るために、落差30フィート（9.1メートル）以上の場所での使用が推奨されています。現在、水流と設計に基づき、ペルトン水車の設置場所の落差は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、現時点では理論上の制限はありません。
投稿日時：2022年4月2日
