ポンスレ水車は、メスのエコール・ダプリュプションに在籍していたジャン＝ヴィクトル・ポンスレによって発明された水車の一種です。一連の細部にわたる改良により、既存の下射式水車の効率を約2倍に高めました。最初のポンスレ水車は1838年に製作され、その設計はフランスで急速に普及しました。この設計は既存の設計を大幅に改良したものでしたが、水車設計のさらなる改良により、19世紀半ばにはポンスレ水車は時代遅れとなりました。
デザイン
伝統的な下掛け水車は、車輪の縁に固定された一連の平らな羽根で構成されていました。羽根は通常放射状、つまり車輪の半径に沿って真っ直ぐ外側を向くように取り付けられていました。導水路からの水が車輪を通り過ぎると、羽根に当たり、その運動エネルギーの一部が車輪によって仕事に変換されました。しかし、水の多くは羽根で反射され、結果として生じる乱流で多くのエネルギーが熱に変換されました。このプロセスは効率的ではなく、水の元の速度の多くが水内に残り、運動エネルギーが捕捉されていないことを意味します。運動エネルギーのみを利用する水車の一般的な効率は約30％でした。[ 1 ] これらの水車は水流水車または運動水車と呼ばれています。一方、下掛け水車は1.5メートル未満の低落差の場所で使用され、流れの位置エネルギーも利用し、効率は最大84％です。代表的な例としては、ザゲビエン式水車とツッピンガー式下射水車があります。
ジャン・シャルル・ド・ボルダは、水車に衝突する前後の水流速度を比較することで、水車の効率を直接的に特徴づけた最初の人物です。ポンスレはこの研究に精通しており、設計の改良方法を模索し始めました。彼は次のように述べています。「このことを熟考した結果、通常の水車の直線羽根を湾曲した羽根や円筒形の羽根に置き換え、その凹面を水流に向けることで、この二重の条件を満たすことができるように思えました。」[ 2 ]
彼の設計では、湾曲した羽根が用いられ、水は羽根の側面ではなく端面に接するように配置されました。これにより、一般的な設計では動力を奪っていた「跳ね返り」が排除されました。水は羽根間の溝に上昇し、約15度回転した後、さらに15度回転して再び排出されます。そして、そこで羽根の曲線を越えて溝から落ち、さらなる推進力を与えます。水が排出される頃には、水流の速度はほとんど残っていませんでした。彼は、実用的な水車は、低速水流では80%、バケツがすぐに満水になる高速水流では70%に達すると見積もっていました。[ 3 ]
ポンスレは1823年にこの設計を開発し、1824年に72%の効率を実証した小型モデルを製作した。[ 3 ] その後、メスの大型施設を含むいくつかの商用モデルが製作され、このモデルは設計の一部しか実装していないにもかかわらず、従来の水車より33%も多くの動力を出力した。彼は1826年にこの設計に関するより長い論文を発表し、1827年にはより詳細なバージョンを発表した。この設計はフランス科学アカデミーから機械賞を受賞した。科学アカデミーは水車開発に資金を提供し、また他のいくつかの設計にも同様の賞を与えていた。
ポンスレ水車は、アンダーショット型が主流だったフランスとドイツで普及しました。しかし、蒸気機関と水車の大規模な導入により、ポンスレ水車は使用されなくなりました。
参照
- 水車
- 同じ時代の類似した概念であるSagebienホイール
参考文献
注記
参考文献
- テリー・レイノルズ著『百人より強い：垂直水車の歴史』 JHU Press、2003年
- 「ポンセレデザイン」、ウォーターホイールファクトリー
- JBカルバート、「タービン」、2003年7月23日
- J.J.オコナーとEFロバートソン「ジャン・ヴィクター・ポンスレ」
- Quaranta, E. および Muller, G, [超低落差水力発電用 Sagebien および Zuppinger 水車]、Journal of Hydraulic Research、2017
- Quaranta, E. および Revelli, R. [水車のブレード設計を最適化するための CFD シミュレーション]、飲料水工学および科学、10、27-32、2017 年。https ://www.drink-water-eng-sci.net/10/27/2017/dwes-10-27-2017.pdf
