(57)【要約】【課題】ガイドベーンの一枚に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、水車本体の振動や騒音を抑制でき、放流設備の費用を抑えて製造及び建設できる小規模水力向きのクロスフロー水車を提供することにある。【解決手段】導水管と、放流管と、ケーシングと、ランナーと、ガイドベーンと、ケーシングから放流管に連通する流路を有するハウジングとを有するクロスフロー水車であって、ガイドベーンは複数に分割され、少なくとも１つのガイドベーンをリリース弁とし、ガイドベーンの開度により流量が調整される水流を第１の水流とし、リリース弁の開度により流量が調整される水流を第２の水流とし、第１の水流はランナーを回転駆動させ、第２の水流はランナーを回転駆動させず、放流管に放流される。【選択図】図５
2020094546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導水管と、放流管と、前記導水管からの流入水をガイドする内面形状を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に支持され、回転軸を横方向に配されたランナーと、前記ケーシング内の水流の流量を調整するため、開度を変更可能なように、前記ケーシング内に配置されたガイドベーンと、前記ケーシングから前記放流管に連通する流路を有するハウジングとを有するクロスフロー水車であって、
前記ガイドベーンは複数に分割され、
少なくとも１つの前記ガイドベーンをリリース弁とし、
前記ガイドベーンの開度により流量が調整される水流を第１の水流とし、
前記リリース弁の開度により流量が調整される水流を第２の水流とし、
前記第１の水流は前記ランナーを回転駆動させ、
前記第２の水流は前記ランナーを回転駆動させず、前記放流管に放流されることを特徴とするクロスフロー水車。
【請求項２】
前記リリース弁の実際の開度を検出するリリース弁開度センサと、
前記実際の開度に基づいて、制御量を算出するクロスフロー水車駆動制御部と、
前記制御量に基づいて、前記リリース弁を回動するリリース弁駆動用サーボモータとを更に備える請求項１に記載のクロスフロー水車。
【請求項３】
前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、
前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかける請求項１又は２に記載のクロスフロー水車。
【請求項４】
請求項３に記載のクロスフロー水車を使用した発電システムであって、
前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、
負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記ジェットブレーキを制御することを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のクロスフロー水車を使用した発電システムであって、
前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、
負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記リリース弁の開度を制御することを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロスフロー水車に関する。更に詳しくは、複数枚あるガイドベーンの一部（一枚）に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、放流設備の費用を抑えて製造及び建設可能な小規模水力発電向きのクロスフロー水車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーに対する関心が高まり、太陽光発電や風力発電、或いは水力発電が脚光を浴びている。
【０００３】
特に、地球環境保全の１つである温暖化防止の対応として、発電においても二酸化炭素に代表される温室効果ガス排出量の削減が求められており、クリーンエネルギー開発の必要性の高まりとともに、水力発電が再び注目されている。さらに、水力発電は、昼夜、年間を通じて安定した発電が可能であり、設備利用率が５０〜９０％と高く、太陽光発電と比較して５〜８倍の電力量を発電でき、出力変動が少なく、系統安定、電力品質に影響を与えない等、多くのメリットを有する。
【０００４】
そして、水力発電装置としては、ダムを造らずに発電を行うものとして、水路式の小水力発電が注目されている。この小水力発電には、低落差小流量であっても効率よく発電できる構造が求められている。これまでに、水力発電装置は、電力系統の安定を図る上で重要な柱となる可能性がある。このため、様々な形式の水車として、小水力用フランシス水車、ポンプ逆転水車、横軸プロペラ水車、クロスフロー水車など多面的な研究開発が行われている。
【０００５】
特開昭５８−６７９７２号公報（特許文献１）及び特開昭５９−１３８７７６号公報（特許文献２）には、クロスフロー水車において、ガイドベーンを設けてランナーへ流入させる水量を調整し得るような構成が開示されている。
【０００６】
また、特開昭６４−８７８７６号公報（特許文献３）、特開平８−１６５９８１号公報（特許文献４）及び特開平４−３４７３７６号公報（特許文献５）には、クロスフロー水車において、複数に分割されたガイドベーンを用いて流量を制御する技術が開示されている。
【０００７】
また、特開昭５４−１６０９３５号公報（特許文献６）、特開昭６１−２９１７７８号公報（特許文献７）及び特開昭６３−１７３８５３号公報（特許文献８）に開示されているように、一般に、水車は、水車の停止中にも下流側に水を、水車を経て放出する必要がある。特に、水車の停止中には、下流側に所要量の水の放流（放出）を必要とする場合は多い。
【０００８】
そのような場合に対応する、従来の水車の構造を図１を用いて説明する。
【０００９】
図１に示す水車１００は、水流１０１を導く導水管１０２、水流が供給されるケーシング１０３、ケーシング１０３内に配置され、水流１０１によって回転運動するランナー１０４、水流１０１が供給される分岐管１０５、水流１０１を放流しない場合は閉じ、水流１０１を放流する場合は開放される放流弁１０７、放流弁１０７から放流された水流１０１を外部に放流する放流管１０６で構成されている。水車１００が動作している場合には、水流１０１は、導水管１０２内を通過してケーシング１０３内に導かれランナー１０４を回転運動させるが、水車１００が停止している場合には、水流１０１’は停止する。それに代わって、水流１０１は、水流１０１’’として分岐管１０５に導かれる。そして、放流弁１０７が開放されることによって、放流管１０６から放出水（図示せず）として、下流側へ放出される。なお、図１に示す水車としては、主にフランシス水車が挙げられる。
【００１０】
次に、２枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車１１０の外観斜視図を図２に示して説明する。なお、図２は、クロスフロー水車１１０のケーシング１１３及びハウジング１１７の一部を除去してクロスフロー水車１１０の内部が見えるようにしたクロスフロー水車１１０の外観斜視図（全体図）である。
【００１１】
図２に示すように、クロスフロー水車１１０のランナー１１４ａ及び１１４ｂには、両側の端板１１４ｆの間に両端を固着されたブレードであるランナベーン１１４ｄが周方向に配設されている。そして、その水車軸（軸芯）１１４ｃがシャフト１１４ｅに固着されて回転可能に形成される。それとともに、ランナー１１４ａ及び１１４ｂは、ケーシング１１３及びハウジング１１７内に収納されている。また、ガイドベーン１１５ａ及び１１５ｂは仕切板１１９で分割されている。なお、ガイドベーン１１５ａが図中左側、またガイドベーン１１５ｂが図中右側の流量をそれぞれ調整するようになっている（これらのガイドベーン１１５ａ及び１１ｂについては後に詳説する）。かくて、分割ガイドベーン式クロスフロー水車１１０は、それらのランナー１１４ａ及び１１４ｂが導水管（入口管）１１２を介して流入する水により回転される。そして、ランナー１１４ａ及び１１４ｂを回転させた水が、放流管（ドラフト管）１１６を介して排出されるようになっている。なお、図中１２０は空気導入弁、１２１は軸受枠である。
【００１２】
次に、２枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車１１０の主要部平断面の内部構造の模式図を図３に、クロスフロー水車１１０の主要部縦断面の内部構造の模式図を図４に示して説明する。クロスフロー水車１１０における、ケーシング（ランナーカバー）１１３の入口には、導水管（給水管）１１２が連通接続されている。また、ケーシング１１３の出口には、ハウジング１１７の入口が連通接続されている。ハウジング１１７の出口は、放流管１１６の入口に連通接続されている。さらに、２つのランナー１１４ａ及び１１４ｂは、互いにタンデムに（並んだ配置で）結合されている。また、ガイドベーン軸１１５ｃを回転軸として、ガイドベーン１１５ａ及び１１５ｂは、回動する。
【００１３】
そして、図４に示すように、ガイドベーン１１５ａの開度を高くした場合、導水管１１２及びケーシング１１３内における、ガイドベーン１１５ａの上側水路１１１ａ及びガイドベーン１１５ａの下側水路１１１ｂの水流は、ガイドベーン１５ａの開度に応じて、制御される。また、ガイドベーン１１５ｂの開度を低くした場合も同様である。
【００１４】
また、水平方向に延びる水車軸（回転軸）１１４ｃは、ランナー１１４ａ及び１１４ｂの軸芯と同軸で、２つのランナー１１４ａ及び１１４ｂが、回転可能に架設されている。そして、２つのランナー１１４ａ及び１１４ｂは、それぞれ複数個の円弧状ブレードであるランナベーン１１４ｄをランナー１１４ａ及び１１４ｂの円周上に略等ピッチで配列されている。
【００１５】
また、２つのランナー１１４ａ及び１１４ｂにそれぞれ対応するガイドベーン１１５ａ、及びガイドベーン１１５ｂが、導水管１１２側に配設されている。
【００１６】
また、ガイドベーン１１５ａと１１５ｂとの間には、仕切板１１９が設けられている。なお、ガイドべーン１１５ａ及び１１５ｂには、それぞれ対応するレバー（図示せず）及びリンク（図示せず）が連結される。駆動システム（図示せず）を用いて、レバー及びリンクをそれぞれ操作することによって、ガイドベーン１１５ａ及び１１５ｂの開度をそれぞれ独立に制御することができる。このようにして、２つのガイドベーン１１５ａ及び１１５ｂによって、導水管１１２から流入する流水の流量は、調整される。そして、流水は、ランナー１１４ａ及び１１４ｂに衝撃力又は反動力を付与した後、流水は放流管１１６へ放流される。
【００１７】
ここで、ガイドベーン１１５ａの軸方向の長さ（幅）をＬ、ガイドベーン１１５ｂの長さ（幅）をＬ’とする。ガイドベーン１１５ａ及びガイドベーン１１５ｂの全開時における流量は、ランナー１１４ａ及び１１４ｂに流入する最大流量に対して、Ｌ／（Ｌ＋Ｌ’）及びＬ’／（Ｌ＋Ｌ’）となる。
【００１８】
一方、ガイドベーン１１５ａによる流量制御時或いはガイドベーン１１５ｂによる流量制御時において、それぞれ水車運転効率は異なるが、一般的に、所望の流量に応じてガイドベーン１１５ａと１１５ｂとを切り換えことによって、水車運転効率を高くして、水車を運転することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭５８−６７９７２号公報
【特許文献２】特開昭５９−１３８７７６号公報
【特許文献３】特開昭６４−８７８７６号公報
【特許文献４】特開平８−１６５９８１号公報
【特許文献５】特開平４−３４７３７６号公報
【特許文献６】特開昭５４−１６０９３５号公報
【特許文献７】特開昭６１−２９１７７８号公報
【特許文献８】特開昭６３−１７３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来、水力発電所で使用される水車は、水車に流入する管と放水口に流入する管とを分け、導水管の途中に放流用の分岐管を付加したような構成とされていた。
【００２１】
そのような構成では、製作費用や建設費用が増加するばかりでなく、メンテナンス費用も上昇するため、小規模水力発電には不向きであった。
【００２２】
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、複数枚あるガイドベーンの一枚に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、放流設備の費用を抑えて製造及び建設可能な小規模水力発電向きのクロスフロー水車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の上記目的は、導水管と、放流管と、前記導水管からの流入水をガイドする内面形状を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に支持され、回転軸を横方向に配されたランナーと、前記ケーシング内の水流の流量を調整するため、開度を変更可能なように、前記ケーシング内に配置されたガイドベーンと、前記ケーシングから前記放流管に連通する流路を有するハウジングとを有するクロスフロー水車であって、前記ガイドベーンは複数に分割され、少なくとも１つの前記ガイドベーンをリリース弁とし、前記ガイドベーンの開度により流量が調整される水流を第１の水流とし、前記リリース弁の開度により流量が調整される水流を第２の水流とし、前記第１の水流は前記ランナーを回転駆動させ、前記第２の水流は前記ランナーを回転駆動させず、前記放流管に放流されることによって達成される。
【００２４】
また、本発明の上記目的は、前記リリース弁の実際の開度を検出するリリース弁開度センサと、前記実際の開度に基づいて、制御量を算出するクロスフロー水車駆動制御部と、前記制御量に基づいて、前記リリース弁を回動するリリース弁駆動用サーボモータとを更に備えることにより、或いは前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかけることにより、より効果的に達成される。
【００２５】
また、前記ハウジングの表面を貫通してジェットブレーキが配置され、前記ジェットブレーキを用いて、前記ランナーの回転運動にブレーキをかけるクロスフロー水車を使用した発電システムであって、前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記ジェットブレーキを制御することにより、より効果的に達成される。
【００２６】
また、本発明の上記目的は、上記いずれかのクロスフロー水車を使用した発電システムであって、前記クロスフロー水車と連結された発電機を備え、負荷遮断時に起きる前記ランナーの回転速度が、前記発電機の耐力を超えないように前記リリース弁の開度を制御することにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係るクロスフロー水車によれば、複数枚あるガイドベーンの一枚に、放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、水車本体の振動や騒音を抑制させることができ、且つ放流設備の費用を抑えて製造及び建設をすることができる。
【００２８】
さらに、本発明に係るクロスフロー水車に発電機を接続した場合において、負荷遮断時において水車ランナーの回転上昇（無拘束速度）を抑制するジェットブレーキによって、ランナーの回転速度（回転数）が、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えないように保護することができる。
【００２９】
そして、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えない範囲において、ランナーの回転速度を上げることが可能になれば、クロスフロー水車及びクロスフロー水車を使用した発電設備の小型化を図れるばかりではなく、クロスフロー水車の適用範囲を拡大させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】放流弁を有する、従来の水車の構造を示す図である。
【図２】従来の２枚のガイドベーンを有するクロスフロー水車の外観斜視図である。
【図３】図２のクロスフロー水車のＶ方向矢示図（平断面図）であり、当該クロスフロー水車の主要部平断面の内部構造の模式図である。
【図４】図２に示すクロスフロー水車を図３に示す切断線Ａ−Ａに沿って切断した縦断面図であり、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るクロスフロー水車の外観斜視図である。
【図６】図５のクロスフロー水車のＶ方向矢示図（平断面図）であり、当該クロスフロー水車の主要部平断面の内部構造の模式図である。
【図７】図５に示すクロスフロー水車を図６に示す切断線Ａ−Ａに沿って切断した縦断面図であり、リリース弁の開度が低い場合における、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。
【図８】図５に示すクロスフロー水車を図６に示す切断線Ｂ−Ｂに沿って切断した縦断面図であり、当該クロスフロー水車の主要部縦断面の内部構造の模式図である。
【図９】図７に示すクロスフロー水車の模式図において、リリース弁の開度が高い場合における水路の水流の様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るクロスフロー水車についての主要部縦断面の内部構造の一例を示す模式図であって、ハウジングにジェットブレーキが貫入された様子を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るクロスフロー水車の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施形態に係るクロスフロー水車は、複数枚あるガイドベーンの一部（一枚）に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度を制御し、且つランナーの回転に寄与しないように放流することによって、分岐管及び放流弁を廃して、クロスフロー水車本体の振動や騒音を抑制させることができ、且つ放流設備の費用を抑えて製造及び建設をすることができる。
【００３２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０の外観斜視図を図５に示して説明する。なお、図５は、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０のケーシング１３及びハウジング１７の一部を除去してクロスフロー水車１０の内部が見えるようにしたクロスフロー水車１０の外観斜視図（全体図）であり、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０の外観斜視図を、従来例を示す図２に対応させて示す。そして、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０と、図２に示すような従来のクロスフロー水車１１０とで共通する構成要素については説明を省略するが、第１の実施形態に係るクロスフロー水車の構成要素は、従来のクロスフロー水車の構成要素と明確に区別するため、異なる符号を付している。
【００３４】
図２に示す従来のクロスフロー水車１１０に対して、図５に示す第１の実施形態に係るクロスフロー水車では、２枚あるガイドベーンの一枚をリリース弁１５ａとし、リリース弁１５ａの下流側空間には、ランナー１４ｂが水車軸１４ｃに設けられず、リリース弁１５ａに放流弁としての機能を担わせる点で相違するが、その余の点で略同じである。
【００３５】
また、図６は、図５のクロスフロー水車１０のＶ方向矢示図（平断面図）であり、クロスフロー水車１０の主要部平断面の内部構造の模式図を示す。図６が示すように、リリース弁１５ａの下流側空間には、ランナーが水車軸１４ｃに設けられていない。このため、クロスフロー水車１０においては、リリース弁１５ａの開度に基づいて、放流管１６に放流する水量を調整することができる。すなわち、リリース弁１５ａに放流弁としての機能を担わせることができる。なお、図６に示すように、クロスフロー水車１０のガイドベーン１５ｂとリリース弁１５ａは、仕切板１９によって仕切られ、また、ランナー１４ｂには、両側の端板１４ｆの間に両端を固着されたブレードであるランナベーン１１４ｄが周方向に配設されている。また、ガイドベーン軸１５ｃを回転軸として、ガイドベーン１５ａ及びリリース弁１５ａは、回動する。
【００３６】
そして、図７は、クロスフロー水車１０を図６に示す切断線Ａ−Ａに沿って切断した縦断面図であり、クロスフロー水車１０の主要部縦断面の内部構造の模式図を示す。図７に示すように、リリース弁１５ａの開度を小さくし、地平面に対して垂直に近づけた場合、流水路Ｇが狭まる又は閉じる。図７に示すように、リリース弁１５ａの開度を低くした場合、導水管１２及びケーシング１３内において、リリース弁１５ａの上側水路１１ａ及びリリース弁１５ａの下側水路１１ｂの水流は、リリース弁１５ａによって、制限又は停止される。このため、ケーシング１３及びハウジング１７内の領域Ａ及び領域Ａ’には、水流の進入は制限され或いは禁止される。すなわち、リリース弁１５ａの開度を低くすることによって、放流管１６の放流を制限或いは禁止することができる。
【００３７】
また、図８は、クロスフロー水車１０を図６に示す切断線Ｂ−Ｂに沿って切断した縦断面図であり、クロスフロー水車１０の主要部縦断面の内部構造の模式図を示す。また、リリース弁１５ａの開度を高くし、地平面に対してやや水平に近づけた場合、流水路Ｇが広がる。図８に示すように、ガイドベーン１５ｂの開度を高くした場合、導水管１２及びケーシング１３内における、ガイドベーン１５ｂの上側水路１１ａ及びガイドベーン１５ｂの下側水路１１ｂの水流は、ガイドベーン１５ｂの開度に応じて、制御される。このため、水流は、ケーシング１３及びハウジング１７内の領域Ａ及び領域Ａ’に進入することができると同時に、その水流が、ランナー１４ｂのランナベーン１４ｄに衝突するエネルギーによって、ランナー１４ｂが回転する。すなわち、ガイドベーン１５ｂの開度を高くすることによって、ランナー１４ｂが回転して、その水流は放流管１６に放流される。
【００３８】
次に、図９は、図７に示す第１の実施形態に係るクロスフロー水車の模式図において、リリース弁１５ａの開度が高い場合における各水路の水流の様子を示す。
【００３９】
そして、リリース弁１５ａの開度が充分高い場合には、リリース弁１５ａの上側水路１１ｃの水流及びリリース弁１５ａの下側水路１１ｄの水流は、領域Ａ及びＡ’に略抵抗なく進入する。そして、その水流は、ランナー１４ｂを回転させることなく、放流管１６に放流される。
【００４０】
このため、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０を発電機（図示せず）に接続した場合、負荷遮断時において、ランナー１４ｂの回転上昇（無拘束速度）を抑制することができる。この結果、ランナー１４ｂの回転速度が、クロスフロー水車１０に接続された発電機の耐力を超えないように保護することができる。
【００４１】
以上説明したように、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０では、リリース弁１５ａの開度が最も低い場合には、リリース弁１５ａの下側水路１１ａ及びリリース弁１５ａの下側水路１１ｂの水流は、ケーシング１３及びハウジング１７内の領域Ａ及びＡ’に進入できないため、ランナー１４ｂのランナベーン１４ｂに衝突せず、ランナー１４ｂの回転には寄与しない。
【００４２】
そして、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０では、リリース弁１５ａの開度が、最も低い開度と最も高い開度との中間である場合には、リリース弁１５ａの下側水路１１ａ及びリリース弁１５ａの上側水路１１ｂの水流の水量は、ランナー１４ｂの回転に寄与せずに、ケーシング１３及びハウジング１７内の領域Ａ及びＡ’を通過して、水流は放流管１６に放流される。一方、ガイドベーン１５ｂの開度に応じて、ガイドベーン１５ｂの下側水路（図示せず）は、ランナー１４ｂに衝突するエネルギーによって、ランナー１４ｂの回転に寄与することができる。
【００４３】
すなわち、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０は、リリース弁１５ａの開度を制御することによって、ケーシング１３及びハウジング１７で囲まれた領域Ａ及びＡ’における水路１１ｃ及び１１ｄに進入する水流の水量を制御することができる。
【００４４】
このように、リリース弁１５ａ及びガイドベーン１５ｂのそれぞれの開度を独立に調整することによって、ランナー１４ｂの回転に寄与せずに放流する水流の水量と、ランナー１４ｂの回転に寄与する水流の水量を制御することができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るクロスフロー水車２０を図１０に示して説明する。
【００４６】
第２の実施形態に係るクロスフロー水車２０は、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０に対して、屈曲したパイプ（円筒形）状の外観を有するジェットブレーキ２１を備えている点が異なっているが、その他の構成は略同じである。よって、第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図１０は、ジェットブレーキ２１の略中央を横切るようにして切断した縦断面図であり、クロスフロー水車２０の主要部縦断面の内部構造の模式図である。
【００４７】
第２の実施形態に係るクロスフロー水車２０では、ジェットブレーキ２１は、ケーシング１３の面に貫入して、ランナー１４ｂに噴射口を向けて配設される。そして、ジェットブレーキ２１から噴射された流水が、ランナベーン（ランナー羽根）１４ｄに背面に衝突する。その衝突エネルギー（ジェット力）が、ランナー１４ｂの回転にブレーキをかけるようにする。
【００４８】
第２の実施形態に係るクロスフロー水車２０は、負荷遮断時においてランナー１４ｂの回転上昇（無拘束速度）を抑制するジェットブレーキ２１によって、ランナー１４ｂの回転速度が、クロスフロー水車２０の耐力を超えないように保護できる。
【００４９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る水力クロスフロー水車３０のブロック図を図１１に示す。
【００５０】
第３の実施形態に係るクロスフロー水車３０は、第１の実施形態に係るクロスフロー水車１０又は第２の実施形態に係るクロスフロー水車２０に対して、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａを駆動してリリース弁１５ａの開度を調整し、且つガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂを駆動してガイドベーン１５ｂの開度を調整することによって、流水量の制御をするクロスフロー水車駆動制御部３２を備えている点が異なっているが、その他の構成は略同じである。よって、第１及び第２の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
第３の実施形態に係るクロスフロー水車３０は、図１１に示すように、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａと、ガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂと、実際のリリース弁３１ａの開度を検出する開度センサ３５ａと、実際のガイドベーン開度を検出する開度センサ３５ｂと、開度センサ３５ａ及び３５ｂが計測したリリース弁１５ａの開度及びガイドベーン１５ｂの開度に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａ及びガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂが、それぞれ独立にリリース弁１５ａ及びガイドベーン１５ｂの開度を制御するクロスフロー水車駆動制御部３２とを備える。
【００５２】
詳細には、実際のリリース弁１５ａの開度及び実際のガイドベーン１５ｂの開度を検出するための開度センサ３５ａ及び開度センサ３５ｂが、リリース弁１５ａ及びガイドベーン１５ｂにそれぞれ設けられている。
【００５３】
次に、開度センサ３５ａ及び開度センサ３５ｂは、クロスフロー水車駆動制御部３２の制御部３２ａに、それぞれ実際のリリース弁１５ａ及びガイドベーン１５ｂの開度を出力する。
【００５４】
そして、制御部３２ａは、駆動部３２ｂに、実際のリリース弁１５ａ及びガイドベーン１５ｂの開度を用いて演算した制御指令値を駆動部３２ｂに出力する。駆動部３２ｂが、制御指令値に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａ及びガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂに制御信号を出力する。以上のような制御方法により、開度センサ３５ａ及び開度センサ３５ｂが、それぞれ目標のリリース弁１５ａの開度及び目標のカイドベーン１５ｂの開度を検出される時点まで、クロスフロー水車駆動制御部３２は、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａ及びガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂを制御する。そうして、ランナー１４ｂの回転に寄与せずに、放流管１６に流れる水流の水量と、ランナー１４ｂの回転に寄与する水流の水量とを共に制御することができる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の各実施形態に係るクロスフロー水車は、複数枚あるガイドベーンの一枚に放流弁としての機能を担わせたリリース弁の開度により水量が調整される水流によって回転しないように、ランナーを設けることによって、以下のような格別の効果を奏する。
【００５６】
本発明の各実施形態に係るリリース弁１５ａは、従来の放流管又は分岐管に配されるような放流弁の機能を兼ねることができる。
【００５７】
本発明の各実施形態に係るクロスフロー水車及びそれを使用した発電設備は、リリース弁から噴出される水エネルギーを減勢させ、クロスフロー水車本体の振動や騒音を抑制させることができる。また、負荷遮断時に起きるランナーの回転（無拘束速度）が、発電機又は発電設備の耐力を超えないように保護できる。
【００５８】
さらに、本発明の実施形態に係るクロスフロー水車においては、ランナー羽根の裏面に水流を衝突させるジェットブレーキを付加されることによって、ランナーの回転にブレーキをかけることができる。
【００５９】
そして、クロスフロー水車又は発電機の耐力を超えない範囲において、ランナーの回転速度を上げることが可能になれば、水車クロスフロー水車及びクロスフロー水車を使用した発電設備の小型化を図れるばかりではなく、クロスフロー水車を用いた発電設備の適用範囲を拡大させることが可能になる。
【００６０】
以上実施例を用いて本発明の実施形態について説明したが、各実施形態は、好ましい一例を示したものであり、同様な効果と特徴を有する他の構成又は構造は、本発明の範疇である。
【００６１】
そして、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【００６２】
本発明の各実施形態では、２枚のガイドベーンの中から１枚をリリース弁として使用することを示したが、３枚以上のガイドベーンを設けても良い。そのような場合には、Ｎ（Ｎは３以上の整数）枚のガイドベーンの中から１枚をリリース弁として使用しても良い。さらに、一般化して、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚のガイドベーンの中から最大数（Ｎ−１）枚まで、ガイドベーンをリリース弁として使用しても良く、また、ガイドベーンとリリース弁との位置関係は自由に選択して良い。
【００６３】
さらに、本発明の各実施形態では、ガイドベーンの１枚の全面をリリース弁として使用するように示したが、１枚のガイドベーンの一部分を、リリース弁として使用しても良く、そのような場合、該一部分の近傍を通過した流水が、ランナーを回転させず、放流されるようにすれば良い。
【００６４】
また、リリース弁１５ａの形状及び材質は、ガイドベーン１５ｂと略同様である。なお、本発明の実施形態に係るリリース弁及びガイドベーンの材質としては、特に限定されず、金属製でも合成樹脂製でも構わないが、軽量で薄く強度的に優れたもの、例えば、塩ビ板、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック等のＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などの合成樹脂板、アルミニウム又はステンレス等が好適である。
【００６５】
さらに、ガイドベーンの材質として鋼鋳鋼品を選択した場合は、ＪＩＳ（日本工業規格）ＳＣ４５０炭素鋼鋳鋼品、又はＪＩＳ−ＳＣＳ１ステンレス鋼鋳鋼品が好適である。
【００６６】
本発明の第３の実施形態に係るクロスフロー水車３０のガイドベーン１５ｂ及びリリース弁１５ａの開度を制御するクロスフロー水車駆動制御部３２は、目標のガイドベーン及び目標のリリース弁の開度、並びに実際のガイドベーン１５ｂ及び実際のリリース弁１５ａの開度に基づいて、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａ及びガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂを制御するが、ＰＩＤ（比例積分微分）演算制御を用いて、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａ及びガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂを制御しても良い。
【００６７】
例えば、本発明の第３の実施形態に係るクロスフロー水車３０において、クロスフロー水車駆動制御部３２に、ガイドベーン駆動用速度制御部を設け、ガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂにおける制御目標値と、検出された実際の回転速度との偏差を受けて、ガイドベーン駆動用速度制御部において、ガイドベーンの制御目標値をＰＩＤ（比例積分微分）演算制御をし、ガイドベーン駆動用サーボモータ３１ｂを制御しても良い。
【００６８】
同様に、クロスフロー水車駆動制御部３２に、リリース弁駆動用速度制御部を設け、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａにおける制御目標値と、検出された実際の回転速度との偏差を受けて、リリース弁の制御目標値をＰＩＤ（比例積分微分）演算制御をし、リリース弁駆動用サーボモータ３１ａを制御しても良い。なお、本発明の第３の実施形態に係るクロスフロー水車において、上記のＰＩＤ演算制御に代えて、ＰＩ演算制御をしても良く、他の演算制御法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１０、２０、３０、１１０              クロスフロー水車
１１ａ、１１ｃ、１１１ａ              上側水路
１１ｂ、１１ｄ、１１１ｂ              下側水路
１２、１０２、１１２                  導水管
１３、１０３、１１３                  ケーシング
１４ｂ、１０４、１１４ａ、１１４ｂ    ランナー
１４ｃ、１１４ｃ                      水車軸（軸部）
１４ｄ、１１４ｄ                      ランナベーン（ランナー羽根）
１４ｆ、１１４ｆ                      端板
１５ａ                                リリース弁
１５ｂ、１１５ａ、１１５ｂ            ガイドベーン
１５ｃ、１１５ｃ                      ガイドベーン軸
１６、１０６、１１６                  放流管
１７、１１７                          ハウジング
１９、１１９                          仕切板
２１                                  ジェットブレーキ
３１ａ                                リリース弁駆動用サーボモータ
３１ｂ                                ガイドベーン駆動用サーボモータ
３２                                  クロスフロー水車駆動制御部
３２ａ                                制御部
３２ｂ                                駆動部
３５ａ、３５ｂ                        開度センサ
１００                                水車
１０１、１０１’、１０１’’            流水
１０５                                分岐管
１０７                                放流弁
１１４ｅ                              シャフト
１２０                                空気導入弁
１２１                                軸受枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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