風車のしくみとは? 水車のしくみと種類とは?

風車

風車の種類にもいろいろあって、羽根の枚数がオランダ風車と言われるものは4枚、
アメリカ風車と言われるものは20~30枚、プロペラ型は2~6枚
ハラディー型は60~70枚の羽根を持っています。

また、材料も、布でできたものや木・金属でできたものがあります。

羽根も開いたものや、真ん中がくぼんだものなどがあります。

ところが、風は私たちの力で起こさせるものでなく、自然の仕業です。
また、風向きもかわったりします。
この場合、風車は、風の向きと垂直になっていないと、うまくまわりません。

そこで、風車は自由に方向がかえられるようなしくみになっています。

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風車の図をごらんなさい。
この風車は、風にあたると、羽根車がまわります。

そして、この力が車軸をまわして、下のポンプを押し
タンクに水をくみ上げる仕組みになっています。

また、方向をかえるために、うしろに大きな羽根がついています。

風車は、風向や風速がかわるので、いつも一定の力でまわることができません。
このため、風車の動力は、ときどき休んでもよいような仕事に使われます。
また、この動力を電気にかえて、蓄電池にためて使う方法もあります。

日本の農家でも、水のくみあげなどに
よく風車が使われましたが、いまでは、あまり使われていません。

オランダでは海面より低い陸地に入ってきた海水や
川の水をくみだすために風車がよく使われました。

また、粉などをひく動力としても、風車が利用されてきました。




水車

風車と同じように、自然の力をうまく利用したものに、水車があります。

田舎の小川のほとりなどで、ときどき水車を見かけることがあります。
この水車は、大きな車のまわりに、たくさんの水うけ板をつけて
ここに水をあててまわす仕組みになっています。

このような水車は、仕組みの違いから、上がけ水車と下がけ水車とにわけられます。

水車には、このほか、水力発電用として広く使われているものがあります。
これは、水タービンとも呼ばれ、ペルトン水車・フランシス水車・カプラン水車
などの種類があります。

上がけ水車

小川の水を、といをつけたりして水車の真上に導きます。
流れ落ちる水は、水車の水うけにたまり、その水の重さで水車がまわります。

上がけ水車は、水の量があまり多くなくても
流れが急で水車までかんたんに水をひけるような場合に、多く使われます。

下がけ水車

この水車は、小川を流れる水の力を
そのまま利用して、水車をまわすようになっています。
そのため、水の量が多いところで使われます。

しかし、このような水車では水の力をうまく使えず
大きい割合に出力が小さいという欠点があります。



ペルトン水車

アメリカのペルトンという人が、1870年に考えた、能率のよい水車です。
この水車は水車のはねが、お椀のような形をしています。

水を細い穴(ノズル)からふきださせ、水を残らず羽根にぶつけます。
すると水車の羽根がお椀のような形をしているので
ぶつかった水が後戻りするように跳ね返され、水の力を無駄なく使うことができます。

ペルトン水車は、水を落とす高さ(落差)が高く
水の量が比較的少ないところで使われます。

フランシス水車

この水車は、図のように、案内ばね(動かない羽根)と
回転ばね(くるくるまわる羽根)の2種の羽根からできています。

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上の図は、羽根のところを横から切った図です。
これを見るとわかるように、水は案内ばねの外から入ります。

そして、案内ばねに導かれた水は、勢いよく回転ばねにぶつかって
水車をまわし、下に落ちるしくみになっています。

また、この水車に水を導くには
うずまきのように曲がったパイプ(うずまきケーシング)が使われます。

水車をまわし終わった水は下においている大きな穴(吸い出し管)から
出ていくようになっています。

この水車は、落差が大きいところでも、小さいところでも使われます。
日本の水力発電所では、この形の水車がいちばん多く使われています。

カプラン水車

この水車は、船のスクリューの形をしていて、効率よく水車をまわすため
回転ばねの角度が、流れる水の量に応じて、かえられるようになっています。

フランシス水車と同じように、うずまきケーシングを通って流れてきた水は
案内ばねを通ってから回転ばねをまわします。

カプラン水車は落差が10~40メートルくらいの小さい落差で
水の量が多いところで使われます。







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