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Lester Allan Pelton - Wikipedia

ペルトンの発明したペルトン・ホイールは日本では「ペルトン式水車」と呼ばれ、 琵琶湖疎水で発電に使用され、現在は琵琶湖疏水記念館に展示されています。 水力タービンの用語を使用すればペルトン・ホイールは ペルトン・インパルス・タービンで古くからある水車とは違い、ニュートンの法則が使用されたものです。

ペルトンがペルトン・ホイールを発明するのが 1870 年代後半で、 1880 年代後半に自分の会社を作っている。 琵琶湖疎水記念館に展示してある「ペルトン式水車」は第一期蹴上発電所で使用されたものとのことで、 1891 年から発電していたようです。この水力タービンはペルトンの会社で製造されたものと思われます。

レスター・アラン・ペルトン
(Lester Allan Pelton)

レスター・アラン (あるいは アレン (Allen)) ペルトン (1829 年 9 月 5 日 - 1908 年 5 月 14 日) はアメリカの発明家で、古い西洋と、ひいては世界中で、 水力と水力発電の動力を開発することに重大な貢献をした。 1870 年代後半に彼はペルトン水車 (Pelton Water Wheel) を発明した。 これは当時は効率の良いインパルス水力タービンであった。 彼は水力発電の父達の 1 人と認められ、存命中にエリオット・クレソン・メダル (Elliott Cresson Medal) を授与され、最近では米国発明家栄誉殿堂 (National Inventors Hall of Fame) に殿堂入りすることになった。


レスター・アラン・ペルトン
  1. 初期の若い時代
  2. ペルトン・ホイールの発明
  3. ペルトン・ホイールの製造
  4. 彼の死と残されたものとそして報われたこと
初期の若い時代

レスター A. ペルトンはオハイオ州エリー郡のバーミリオン郡区 (Vermilion Township) の丸太小屋で 1829 年の 9 月 5 日に生まれた。 彼の祖父のジョサイア・ペルトン船長 (Captain Josiah Pelton) は 米英戦争 (War of 1812) 中の船長の時に、財産をほとんど失い、 その後まもなく家族をオハイオ州に連れてきた。 レスターの父親はアレン・ペルトン (Allen Pelton) で、母親はファニー・カドバック (Fanny Caddeback) で、 初期の別の開拓者の家族の出身であった。 子供の時はレスターは家族の農場で働き、恐らく近くのカドバック小学校 (Caddeback grade-school) で学んだ。

1850 年にペルトンは他の何人かの地方の男たちと一緒にオハイオ州から移住して カリフォルニアのゴールド・ラッシュに参加した。 彼は金山の坑夫としては成功することがなく、釣りをして近くで魚を売った。 また、彼は製材所で、大工としても働いた。 1860 年に、近くのシエラ・ネバダ (Sierra Nevada) の金山のストライキのあとで、 キャンプトンビル (Camptonville) に移住した。キャンプトンビルはユバ (Yuba) 川の近くで、 カリフォルニア州のマザー・ロウド郡 (Mother Lode county) にある。 そこで彼はミルライト且つ大工として生計を立てた。 ペルトンは本を読み、鉱山活動を観察することに多くの時間を費やした。 仕事と研究により、彼は鉱山装置と工程、および関連する技術的な原理に関しての 重要な知識を身に着けた。

ペルトン・ホイールの発明

タービン水車の改良に関してのペルトンのアイデアはゴールド・ラッシュで沸きかえる カリフォルニアの鉱山装置と操作に関しての彼の研究に由来している。 ここから生じるのが、ペルトンが観察したこの地方の技術の要約であり、 勢いよく流れる山の川から運動エネルギーを抽出することに関しての (彼の) 科学の要約である。

蒸気はこの地方の鉱山活動に動力を提供したが、 燃料のために多くの木材が必要となり、近くの森は日常的に消え失せていた。 タービン水車も動力を供給するのに使用された。 しかし、山の川の運動エネルギーを馬力に変換することが非効率であった。 D. P. スターン (D. P. Stern) は次のように述べている:

スタンフォード大学の機械工学の W. F. デュラン (W. F. Durand) の 1939 年の論文によれば、 ペルトンの発明は 1870 年代のある時期の偶然の観察から始まっている。 ペルトンは回転する水力タービンを見ていた。 その時、ホイールを軸に固定するキーの部分がずれ、 ホイールの配置が不適切になった。 ジェット水流がカップ (椀) の中央部に当たるのではなく、 ずれにより、ジェット水流はカップの縁に当たった。 これにより水流が停止するのではなく、 半円の中に跳ね返されることになり、反対方向から水が外に出た。 驚くべきことにより、タービンは今やもっと速く回転した。.......... これはペルトンの偉大な発明であった。他のタービンではジェット水流はカップの中央部に当たり、 衝突する水はエネルギーを浪費していた。

実験と模型の制作により、ペルトンはナイト・ホイール (これは近くのサター・クリーク (Sutter Creek) のナイト鋳造工場 (Knight Foundry) でこれ以前に開発されていた) の効率に改良を加えた。 ナイト・ホイールはジェット水流を 1 個のタービン・カップで、中心からわずかにずれた点で角度 を持って受け止めた。 この代わりにペルトン・ホイールは -- 2重カップ (実際は 2 つのカップを横に並べたもの) を配置し、衝突するジェット水流を 2 重カップの共通する境界で直接受け止めて分離し -- 水流の運動エネルギーをもっと効率的に捉えた。 ペルトンのデザインには 2 つの重要な結果があった: 一つには水力を開発する古代からの人類の追及に新しい物理科学を導入することの地固めをした。 即ち、反作用タービンに対してのインパルス・タービンの科学である。 もう一つには高水頭 (すなわち高位置エネルギー) の場所に適合したタービンの使用に革命を与えた。 ペルトン以前には、ほとんどすべての水力タービンは水圧あるいは水頭によって 動力を得る反作用タービンであった。一方ペルトンのホイールは高速なジェット水流の 運動エネルギーによって動力を得るものであり、 この動力は小さな山の流れから簡単に開発できるものであった。

(ペルトンのデザインのおよその状況は両方の手のひらを丸めて (指を垂直に立て 両方の手のひらの) 爪を互いに合わせるようにする。この合わせ目が、 丸めた両方の手のひらの分離する境界部である。 分離した 2 重カップ、あるいは分離バケットとも呼ばれ、色々な場所で見ることができる。 写真はペルトンの元々のモデルで、元々の製造場所である (カリフォルニア州ネバダ市の) マイナーズ鋳造所 (Miners Foundry) の中のアランの仕事場 (Alan's Machine Shop) にある。)

  
ペルトンの元々の特許の図    ペルトン・ホイール、1880 年頃
ネバダ市マイナーズ鋳造所で製造
ペルトン・ホイールの製造

1870 年代の後半に、 カリフォルニア州ネバダ市のマイナーズ・ファウンドリー (坑夫の鋳造所、Miners Foundry) で、 ペルトンは彼の最初のタービン・ホイールの雛形を 作り、試験をして、製造をした。その時はタービンのことをペルトン・ランナーと呼んでいたが、 後にはペルトン・ランナーはタービンのブレード (羽根、blade) のことのみを指すようになった。 1878 年に、ネバダ市のメイフラワー鉱山で、ペルトンは最初の可動なペルトン・ホイールを設置した。 この時は、ナイト鋳造所のホイールが業界標準として売られていた。 しかし、1883 年に近くのグラス峡谷 (Grass Valley) のアイダホ鉱山で開催された直接対決で、 ペルトンのデザインがもっと効率が高いことが判明した。 ペルトンのデザインは (水流の運動エネルギーを馬力に変換することにおいて) 90% の 効率を与えた。一方、次に良かった競合相手は 77% 以下しか達成しなかった。 この時代では、現存する大半の水車は典型的には 40% もの効率もなかった。 更に、ペルトン・ホイールは (典型的に) 山の水流が少ない場合にも持続した動力を提供した。 1887 年には、1 人の坑夫がペルトン・ホイールに発電機を取り付け、 シエラ・ネバダで始めて水力発電をした。

1895 年には、ペルトンの生涯の中で、最大のペルトン水車がカリフォルニア州グラス峡谷の ノース・スター鉱山の動力棟に設置された。 装置をデザイン・設置したのは技術者のアーサー・ド・ウィント・フット (Arthur De Wint Foote) で、 直径 30 フィートの特大のホイールであった。 これは成功裏に稼働し、ペルトン・ランナーによって生成される水力を著しく増大し、 鉱山活動のための圧縮空気を製造した。

ペルトンは彼の水車はもとよりのこと、 二重カップ・ランナーの斬新なデザインの特許も取り、 1888 年には、サン・フランシスコにペルトン水車会社 (Pelton Water Wheel Company) を設置し、西洋や世界中で増大し続ける水力や水力発電の需要に応じた。 「ペルトン」は会社の製品の商標名であるが、 この用語は一般的に類似のインパルス・タービンに広く使用された。

彼の死と残されたものとそして報われたこと

ペルトンは 1908 年 3 月 14 日に 78 才でカリフォルニア州で他界した。 彼はオハイオ州バーミリオンの家族墓地に葬られている。 彼のペルトン・ランナーのデザインは今日でもいまだに使用され、 米国で、そして世界中で水力発電に使用されている。 後のデザイン、例えばターゴ・タービン -- 1919 年に特許 -- やバンキ・タービン (Banki turbine) はペルトン・ホイールによってインスピレーションを受けたのである。

1895 年に、米国フィラデルフィアのフランクリン協会 (Franklin Institute) は、 技術分野における発明の功績から、 レスター・ペルトンにエリオット・クレソン・メダル -- 現在は、ベンジャミン・フランクリン・メダルに名称変更 -- を贈呈した。2006 年には米国発明家栄誉殿堂に殿堂入りした。。 ペルトンをたたえる記念碑やモニュメントが随分あり、 カリフォルニア州キャンプトンビル (Camptonville) にはペルトン・ランナーがあり、 カリフォルニア州ネバダ市のマイナーズ鋳造所にもあり、 ワシントン D.C. のスミソニアン博物館にもあり、ディズニー・ランドのカリフォルニア・レゾートにもあり、 その他色々な場所にある。