(57)【要約】【課題】効率向上を図ることができるフランシス水車を提供する。【解決手段】クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーン３とを備えたフランシス水車を提供する。ランナベーン３は、外縁１１から内縁１２に至る流れ方向断面１３が、上縁１４から下縁１５までのいずれかの位置において、ランナベーン３の回転方向Ｒ１とは反対の方向に凸状となる外側湾曲部１７と、外側湾曲部１７よりも内縁１２側にあって回転方向Ｒ１に凸状となる内側湾曲部１８とを有するＳ字形である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、
前記ランナベーンの前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までのいずれかの位置において、外縁から内縁に至る第１断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となる外側湾曲部と、前記外側湾曲部よりも前記内縁側にあって前記回転方向に凸状となる内側湾曲部とを有するＳ字形である、フランシス水車。
【請求項２】
前記外縁から前記内縁までのいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１に記載のフランシス水車。
【請求項３】
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの距離に対する、前記クラウン側の縁からの距離の比率が０．５以上となる範囲において、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１または２に記載のフランシス水車。
【請求項４】
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの全範囲で、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のフランシス水車。
【請求項５】
クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、
前記ランナベーンの外縁から内縁までの距離に対する、前記外縁からの距離の比率が０．１以上となるいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形である、フランシス水車。
【請求項６】
前記外縁の形状は、直線状、または一方向に湾曲した形状とされている、請求項５に記載のフランシス水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランシス水車に関する。
【背景技術】
【０００２】
フランシス水車は、クラウンと、バンドと、それらの間に配置されたランナベーンとを備えている（例えば、特許文献１を参照）。フランシス水車では、例えばランナベーンの角度（翼角度）、厚み、長さ等は水車効率に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０９４４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フランシス水車は、一般に、水車効率については規定値を満たすことを指標として設計されているため、水車効率が最大化されているとはいえない場合がある。そのため、従来のフランシス水車では、水車効率の向上の余地があった。
本発明の一態様は、上記課題に鑑みなされたものであって、効率向上を図ることができるフランシス水車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、前記ランナベーンの前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までのいずれかの位置において、外縁から内縁に至る第１断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となる外側湾曲部と、前記外側湾曲部よりも前記内縁側にあって前記回転方向に凸状となる内側湾曲部とを有するＳ字形である、フランシス水車を提供する。
前記外縁から前記内縁までのいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形であることが好ましい。
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの距離に対する、前記クラウン側の縁からの距離の比率が０．５以上となる範囲において、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形であることが好ましい。
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの全範囲で、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形であることが好ましい。
【０００６】
本発明の一態様は、クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、前記ランナベーンの外縁から内縁までの距離に対する、前記外縁からの距離の比率が０．１以上となるいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形である、フランシス水車を提供する。
前記外縁の形状は、直線状、または一方向に湾曲した形状とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ランナベーンの第１断面がＳ字形とされているため、水流の乱れ、局所的な高圧領域などを原因とする損失を抑制し、水車効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のフランシス水車のランナベーンの平面図である。
【図２】図１のランナベーンの斜視図である。
【図３】図１のランナベーンの側面図である。
【図４】図１のランナベーンを用いたフランシス水車の側面図である。
【図５】図１のランナベーンを示す斜視図である。
【図６】図１のランナベーンを子午面に投影した図である。
【図７】図１のランナベーンを示す斜視図である。
【図８】（Ａ）図１のランナベーンの作用面における水流を示す図である。（Ｂ）図１のランナベーンの反作用面における水流を示す図である。
【図９】（Ａ）従来のランナベーンの一例の作用面における水流を示す図である。（Ｂ）従来のランナベーンの一例の反作用面における水流を示す図である。
【図１０】図１のランナベーンの表面の水流を示す図である。
【図１１】従来のランナベーンの一例の表面の水流を示す図である。
【図１２】図１のランナベーンの周囲を流れる水の圧力分布を示す図である。
【図１３】従来のランナベーンの一例の周囲を流れる水の圧力分布を示す図である。
【図１４】（Ａ）図１のランナベーンの作用面における水の圧力分布を示す図である。（Ｂ）図１のランナベーンの反作用面における水の圧力分布を示す図である。
【図１５】（Ａ）従来のランナベーンの一例の作用面における水の圧力分布を示す図である。（Ｂ）従来のランナベーンの一例の反作用面における水の圧力分布を示す図である。
【図１６】計算結果を示す図である。
【図１７】第２実施形態のフランシス水車のランナベーンの側面図である。
【図１８】図１７のランナベーンを用いたフランシス水車の側面図である。
【図１９】図１７のランナベーンを示す斜視図である。
【図２０】従来のフランシス水車のランナベーンの一例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のフランシス水車における寸法関係とは異なる場合がある。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のフランシス水車１０のランナベーン３の平面図である。図２は、ランナベーン３の斜視図である。図３は、ランナベーン３の側面図である。図４は、ランナベーン３を用いたフランシス水車１０の側面図である。図５は、ランナベーン３を示す斜視図である。図６は、ランナベーン３を子午面に投影した図である。なお、子午面は回転軸Ａｘを含む面である。
【００１１】
図３および図４に示すように、フランシス水車１０は、クラウン１と、バンド２と、それらの間に配置されて回転軸Ａｘの周りに回転可能な複数のランナベーン３とを備えている。
フランシス水車１０は、渦巻き状のケーシング（図示略）から供給された動力水が導入されることによって、ランナベーン３が回転軸Ａｘの周りに回転し、連結された主軸５を通して駆動機（図示略）を駆動させることができる。
【００１２】
図１および図２に示すように、複数のランナベーン３は、回転軸Ａｘ周りに間隔をおいて配置されている。
ランナベーン３の回転方向をＲ１という。回転軸Ａｘに沿う方向を軸方向Ａ１という。ランナベーン３の回転方向Ｒ１と反対側の面は、動力水が直接、作用する面であるため作用面３ａという。ランナベーン３の回転方向Ｒ１側の面は、作用面３ａとは反対の面であるため反作用面３ｂという。以下、回転軸Ａｘ方向を上下方向とし、ランナベーン３に対してクラウン１側を上側とし、ランナベーン３に対してバンド２側を下側として各部の形状または位置関係を説明する場合がある。
【００１３】
ランナベーン３の形状について、図５および図６を参照して詳しく説明する。
図５に、ランナベーン３の外縁１１から内縁１２に至る流れ方向の断面（流れ方向断面１３）（第１断面）を破線で示す。以下、流れ方向断面１３について説明する。
【００１４】
図６に示すように、点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれランナベーン３の外縁１１および内縁１２において、上縁１４からの距離が同じ比率となる位置にある。すなわち、外縁１１の全長Ｌ１に対する、点Ｐ１の上縁１４からの距離Ｌ２の比率（Ｌ２／Ｌ１）と、内縁１２の全長Ｌ３に対する、点Ｐ２の上縁１４からの距離Ｌ４の比率（Ｌ４／Ｌ３）とは等しい。例えば、図６に示す点Ｐ１，Ｐ２は、比率（Ｌ２／Ｌ１）および比率（Ｌ４／Ｌ３）が０．５である点であり、それぞれ外縁１１および内縁１２の長さ方向の中央に位置する。比率（Ｌ２／Ｌ１），（Ｌ４／Ｌ３）は、０から１の任意の値をとることができる。
線Ｂ１は、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ線である。
【００１５】
点Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ上縁１４および下縁１５において、外縁１１からの距離が同じ比率となる位置にある。すなわち、上縁１４の全長Ｌ５に対する、点Ｐ３の外縁１１からの距離Ｌ６の比率（Ｌ６／Ｌ５）と、下縁１５の全長Ｌ７に対する、点Ｐ４の外縁１１からの距離Ｌ８の比率（Ｌ８／Ｌ７）とは等しい。例えば、図６に示す点Ｐ３，Ｐ４は、比率（Ｌ６／Ｌ５）および比率（Ｌ８／Ｌ７）が０．５である点であり、それぞれ上縁１４および下縁１５の長さ方向の中央に位置する。比率（Ｌ６／Ｌ５），（Ｌ８／Ｌ７）は、０から１の任意の値をとることができる。
【００１６】
線Ｃ１は、点Ｐ３と点Ｐ４とを結ぶ線である。線Ｃ１は、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））に応じて、外縁１１および内縁１２の形状に基づいて作成された線である。
例えば、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））が０のとき、線Ｃ１は外縁１１に一致する。比率（Ｌ６／Ｌ５）が１のとき、線Ｃ１は内縁１２に一致する。比率（Ｌ６／Ｌ５）が０を越え、１未満であるときには、線Ｃ１は、外縁１１および内縁１２に対して、比率（Ｌ６／Ｌ５）に応じた類似度を有する線となる。すなわち、線Ｃ１は、比率（Ｌ６／Ｌ５）が０．５未満なら外縁１１に対する類似度が高い線となり、比率（Ｌ６／Ｌ５）が０．５なら外縁１１と内縁１２との中間の形状をもつ線となり、比率（Ｌ６／Ｌ５）が０．５を越えれば内縁１２に対する類似度が高い線となる。
点Ｐ５は線Ｃ１上の点である。線Ｃ１の全長Ｌ９に対する、上縁１４の点Ｐ３から点Ｐ５までの距離Ｌ１０の比率（Ｌ１０／Ｌ９）は、比率（Ｌ２／Ｌ１）が０から１のいずれの値をとる場合も比率（Ｌ２／Ｌ１）に等しくなる。
【００１７】
外縁１１の点Ｐ１と内縁１２の点Ｐ２とを結ぶ線Ｂ１は、比率（Ｌ６／Ｌ５）を０から１まで変化させたときに、点Ｐ５がたどる軌跡に沿う線である。例えば、図６に示す線Ｂ１は、比率（Ｌ１０／Ｌ９）を一定値０．５として、比率（Ｌ６／Ｌ５）を０から１まで変化させたときの点Ｐ５の軌跡に沿う線である。
流れ方向断面１３は、線Ｂ１に沿う断面である。比率（Ｌ１０／Ｌ９）が０である場合、線Ｂ１は上縁１４と一致する。比率（Ｌ１０／Ｌ９）が１である場合、線Ｂ１は下縁１５と一致する。
【００１８】
図５および図１０に示すように、流れ方向断面１３は、外縁１１と内縁１２とを結ぶ線（基準線１９）に対して、回転方向Ｒ１とは反対の方向に凸状となる外側湾曲部１７と、回転方向Ｒ１に凸状となる内側湾曲部１８とを有するＳ字形とされている。
流れ方向断面１３は、少なくとも上縁１４から下縁１５までのいずれかの位置において（すなわち、比率（Ｌ２／Ｌ１）（＝比率（Ｌ４／Ｌ３））が０から１のいずれかの値をとるときに）前記Ｓ字形であればよい。
【００１９】
流れ方向断面１３における外側湾曲部１７の作用面３ａの形状は湾曲凸状が好ましく、例えば円弧状、楕円弧状、放物線などであってよい。
内側湾曲部１８は、外側湾曲部１７よりも内縁１２側に位置する。流れ方向断面１３における内側湾曲部１８の反作用面３ｂの形状は湾曲凸状が好ましく、例えば円弧状、楕円弧状、放物線などであってよい。
基準線１９は、例えば、流れ方向断面１３の展開図において、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））（図６参照）を０．５として、図６の点Ｐ５に相当する点Ｐ６（図１０参照）と外縁１１とを結ぶ直線１９ａと、点Ｐ６と内縁１２とを結ぶ直線１９ｂとからなる屈曲線である。
【００２０】
ランナベーン３は、少なくとも比率（Ｌ２／Ｌ１）が０．５以上となる範囲において、流れ方向断面１３が外側湾曲部１７と内側湾曲部１８とを有するＳ字形であることが好ましい。
この構成によれば、ランナベーン３のバンド２側の部分（図５の下半分）は流れ方向断面１３がＳ字形となる。動力水の量が少ない場合には、動力水は、主にランナベーン３のバンド２側の部分を流れるため、ランナベーン３のバンド２側の部分（図５の下半分）がＳ字形であると、動力水をＳ字形のランナベーン３に確実に作用させることができる。
【００２１】
ランナベーン３は、上縁１４から下縁１５にかけての全範囲で（すなわち、比率（Ｌ２／Ｌ１）が０から１のすべての値をとるときに）、流れ方向断面１３がＳ字形であることが好ましい。この構成によれば、すべての動力水をＳ字形のランナベーン３に確実に作用させることができる。
【００２２】
図７に、図６の線Ｃ１に沿う断面を破線で示す。この断面は、流れ方向断面１３に交差する方向の断面であるため、交差方向断面２１（第２断面）という。
交差方向断面２１は、上縁１４から下縁１５にかけて、上縁１４と下縁１５とを結ぶ線（基準線２４）に対して、回転方向Ｒ１とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部２２と、回転方向Ｒ１に凸状となるバンド側湾曲部２３とを有するＳ字形とすることができる。
交差方向断面２１は、少なくとも外縁１１から内縁１２までのいずれかの位置において（すなわち、比率（Ｌ６／Ｌ５）（図６参照）が０から１のいずれかの値をとるときに）前記Ｓ字形とすることができる。
【００２３】
交差方向断面２１におけるクラウン側湾曲部２２の作用面３ａの形状は湾曲凸状が好ましく、例えば円弧状、楕円弧状、放物線などであってよい。
バンド側湾曲部２３は、クラウン側湾曲部２２よりもバンド２側に位置する。交差方向断面２１におけるバンド側湾曲部２３の反作用面３ｂの形状は湾曲凸状が好ましく、例えば円弧状、楕円弧状、放物線などであってよい。基準線２４は、例えば、交差方向断面２１の展開図において、上縁１４と下縁１５とを結ぶ直線である。
【００２４】
ランナベーン３は、外縁１１から内縁１２までの全範囲で（すなわち、比率（Ｌ６／Ｌ５）（図６参照）が０から１のすべての値をとるときに）、交差方向断面２１が前記Ｓ字形であることが好ましい。この構成によれば、動力水をＳ字形のランナベーン３に確実に作用させることができる。
【００２５】
図８（Ａ）は、ランナベーン３の作用面３ａにおける水流を示す図である。図８（Ｂ）は、ランナベーン３の反作用面３ｂにおける水流を示す図である。
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、動力水Ｗ１は、作用面３ａおよび反作用面３ｂのいずれにおいても、外縁１１から内縁１２に向けて、水流が過度に集合したり離散することなく、スムーズに流れていることがわかる。
【００２６】
図２０は、従来のフランシス水車のランナベーン３３の一例を示す斜視図である。ランナベーン３３の流れ方向断面は、Ｓ字形ではなく、一方向に湾曲した形状となっている。ランナベーン３３は、交差方向断面もＳ字形ではなく、一方向（回転方向Ｒ１）に湾曲した形状となっている。図２０の符号３４はランナベーン３３の上縁であり、符号３５はランナベーン３３の下縁である。
図９（Ａ）は、従来のランナベーン３３の作用面３３ａにおける水流を示す図である。図９（Ｂ）は、ランナベーン３３の反作用面３３ｂにおける水流を示す図である。
図９（Ａ）に示すように、動力水Ｗ１は、作用面３３ａにおいて、外縁３１から内縁３２に向けて、例えば集中点３６で集中し、次いで広がる流れとなることがわかる。集中点３６においては、損失が大きくなる可能性がある。
【００２７】
このように、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、Ｓ字形の流れ方向断面１３を有するランナベーン３では、動力水Ｗ１の流れが乱れることがないため、損失を抑制し、水車効率を高めることができると考えられる。
【００２８】
図１０は、ランナベーン３の表面の水流を示す図である。図１０には、比率（Ｌ１０／Ｌ９）（図６参照）が０．５であるときのランナベーン３の流れ方向断面１３を示す。図１１は、比較のため、従来のランナベーン３３の表面の水流を示す図である。図１１にはランナベーン３３の流れ方向断面を示す。
図１１に示すように、従来のランナベーン３３では、作用面３３ａにおいて、特に外縁３１に近い領域で動力水Ｗ１の流れに剥離が生じている。これに対し、図１０に示すランナベーン３では、作用面３ａにこのような剥離は生じていない。
これらの結果より、図１０に示すランナベーン３では、水流の剥離を原因とする損失を抑制し、水車効率を高めることができると考えられる。
【００２９】
図１２は、ランナベーン３の周囲を流れる水の圧力分布を示す図である。図１３は、比較のため、従来のランナベーン３３の周囲を流れる水の圧力分布を示す図である。ここでいう圧力とは静圧と動圧を含む全圧である。図１２および図１３では、圧力は濃淡で表されており、高い圧力は濃い色で表されている。
図１３に示すように、従来のランナベーン３３では、作用面３３ａにおいて、特に外縁３１に近い領域で動力水Ｗ１の圧力が局所的に高い領域がある。これに対し、図１２に示すランナベーン３では、作用面３ａにこのような高圧領域は生じていない。
これらの結果より、図１２に示すランナベーン３では、局所的な高圧領域を原因とする損失を抑制し、水車効率を高めることができると考えられる。
【００３０】
図１４（Ａ）は、ランナベーン３の作用面３ａにおける水の圧力分布を示す図である。図１４（Ｂ）は、ランナベーン３の反作用面３ｂにおける水の圧力分布を示す図である。図１５（Ａ）は、比較のため、従来のランナベーン３３の作用面３３ａにおける水の圧力分布を示す図である。図１５（Ｂ）は、ランナベーン３３の反作用面３３ｂにおける水の圧力分布を示す図である。これらの図において、高い圧力は濃い色で表されている。
【００３１】
図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示すように、従来のランナベーン３３では、外縁３１に近い高圧領域３８は下部に偏っている。
これに対し、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、ランナベーン３では、高圧領域３７は上下に広い範囲にわたっている。
これらの結果より、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すランナベーン３では、局所的な高圧領域を原因とする損失を抑制し、水車効率を高めることができると考えられる。
【００３２】
図１６は、ランナベーン３を用いたフランシス水車１０（図４参照）の水車効率Ｅ１と、図２０に示す従来のランナベーン３３を用いたフランシス水車の水車効率Ｅ２との差（Ｅ１−Ｅ２）（効率変化）の計算結果を示すグラフである。
図１６に示すように、高出力（５５ＭＷ）および低出力（３６ＭＷ）のいずれの場合でも、ランナベーン３を用いたフランシス水車１０において効率が高くなるという結果が得られた。特に、高出力（５５ＭＷ）の場合には、ランナベーン３を用いた場合の効率向上の効果が大きいという結果となった。
【００３３】
以上説明したように、フランシス水車１０では、ランナベーン３の流れ方向断面１３がＳ字形とされているため、水流の乱れ、局所的な高圧領域などを原因とする損失を抑制し、水車効率を高めることができる。
また、フランシス水車１０では、ランナベーン３の交差方向断面２１がＳ字形とされていることにより、損失をさらに抑制し、水車効率を高めることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態のフランシス水車４０のランナベーン４３の側面図である。図１８は、ランナベーン４３を用いたフランシス水車４０の側面図である。図１９は、ランナベーン４３を示す斜視図である。
なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
ランナベーン４３の形状について、図１７〜図１９を参照して詳しく説明する。
図１９に示すように、ランナベーン４３の外縁５１は、図５に示すランナベーン３の外縁１１とは異なり、Ｓ字形ではなく、上縁１４から下縁１５にかけて、直線状、または一方向に湾曲した形状とされている。外縁５１が一方向に湾曲した形状である場合には、外縁５１は、例えば回転方向Ｒ１に凸状となる湾曲形状（円弧状、楕円弧状、放物線など）であることが好ましい。
【００３６】
ランナベーン４３は、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））（図６参照）が０．１以上となるいずれかの位置において、交差方向断面６１が、上縁１４から下縁１５にかけて、クラウン側湾曲部６２と、バンド側湾曲部６３とを有するＳ字形となる。クラウン側湾曲部６２は、上縁１４と下縁１５とを結ぶ線（基準線６４）に対して、回転方向Ｒ１とは反対の方向に凸状となる。バンド側湾曲部６３は、基準線６４に対して、回転方向Ｒ１に凸状となる。バンド側湾曲部６３は、クラウン側湾曲部６２よりもバンド２側に位置する。
ランナベーン４３は、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））（図６参照）が０．１以上となるすべての範囲で前記Ｓ字形となるのが好ましい。この構成によれば、動力水を広い範囲でＳ字形のランナベーン４３に作用させることができる。
【００３７】
クラウン側湾曲部６２は、第１実施形態におけるクラウン側湾曲部２２と同様の湾曲形状とすることができる。バンド側湾曲部６３は、第１実施形態におけるバンド側湾曲部２３と同様の湾曲形状とすることができる。
符号４３ａはランナベーン４３の作用面であり、符号４３ｂはランナベーン４３の反作用面である。
【００３８】
交差方向断面６１は、比率（Ｌ６／Ｌ５）（＝比率（Ｌ８／Ｌ７））（図６参照）が、少なくとも０．２以上（好ましくは０．３以上）においてＳ字形であることが好ましい。
【００３９】
ランナベーン４３の流れ方向断面は、第１実施形態におけるランナベーン３と同様に、少なくとも上縁１４から下縁１５までのいずれかの位置において（すなわち、比率（Ｌ２／Ｌ１）（＝比率（Ｌ４／Ｌ３））が０から１のいずれかの値をとるときに）前記Ｓ字形であることが好ましい（図５参照）。
【００４０】
図１９に示すランナベーン４３を用いたフランシス水車４０によれば、ランナベーン４３の交差方向断面６１は、比率（Ｌ６／Ｌ５）が０．１以上となるいずれかの位置でＳ字形とされている。これにより、損失を抑制し、水車効率を高めることができる。
さらに、フランシス水車４０では、外縁５１が直線状または一方向に湾曲した形状であるため、外縁５１がＳ字形である場合に比べて、ランナベーン４３の寸法を精度よく測定できる。よって、寸法検査が正確かつ容易となる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における構成は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、図５に示すランナベーン３は、流れ方向断面１３が外側湾曲部１７と内側湾曲部１８とを有するＳ字形とされ、かつ交差方向断面２１がクラウン側湾曲部２２とバンド側湾曲部２３とを有するＳ字形とされているが、ランナベーンは、流れ方向断面が外側湾曲部と内側湾曲部とを有するＳ字形とされ、かつ交差方向断面がＳ字形ではない形状であってもよい。
また、図１９に示すランナベーン４３は、比率（Ｌ６／Ｌ５）が０．１以上となるいずれかの位置で交差方向断面６１がＳ字形とされていれば、流れ方向断面の形状は特に限定されない。
ランナベーンの流れ方向断面（第１断面）は、ランナベーンの外縁から内縁に至る線であって、上縁からの距離が一定である線に沿う断面であってもよい。「上縁からの距離が一定である線」は、例えば、ランナベーンの上縁に沿う湾曲線である。流れ方向断面は、例えば、図６において、上縁１４からの距離（例えばＬ２，Ｌ１０、Ｌ４）が一定となる線に沿う断面であってよい。また、流れ方向断面は、図６において点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ直線に沿う断面であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…クラウン、２…バンド、３，４３…ランナベーン、１０，４０…フランシス水車、１１，５１…外縁、１２，５２…内縁、１３…流れ方向断面（第１断面）、１４…上縁（クラウン側の縁）、１５…下縁（バンド側の縁）、１７…外側湾曲部、１８…内側湾曲部、２１，６１…交差方向断面（第２断面）、２２，６２…クラウン側湾曲部、２３，６３…バンド側湾曲部、３４…上縁、３５…下縁、Ｌ５…上縁の全長、Ｌ７…下縁の全長、Ｌ６…（上縁における）外縁からの距離、Ｌ８…（下縁における）外縁からの距離、３ａ…作用面、３ｂ…反作用面、Ｒ１…回転方向。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月21日(2017.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、
前記ランナベーンの前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までのいずれかの位置において、外縁から内縁に至る第１断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となる外側湾曲部と、前記外側湾曲部よりも前記内縁側にあって前記回転方向に凸状となる内側湾曲部とを有するＳ字形である、フランシス水車。
【請求項２】
前記外縁から前記内縁までのいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１に記載のフランシス水車。
【請求項３】
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの距離に対する、前記クラウン側の縁からの距離の比率が０．５以上となる範囲において、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１または２に記載のフランシス水車。
【請求項４】
前記第１断面は、少なくとも前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁までの全範囲で、前記外側湾曲部と前記内側湾曲部とを有するＳ字形である、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のフランシス水車。
【請求項５】
クラウンと、バンドと、それらの間に配置されて回転軸の周りに回転可能な複数のランナベーンとを備え、
前記ランナベーンの外縁から内縁までの距離に対する、前記外縁からの距離の比率が０．１以上となるいずれかの位置において、前記クラウン側の縁から前記バンド側の縁に至る第２断面は、前記ランナベーンの回転方向とは反対の方向に凸状となるクラウン側湾曲部と、前記クラウン側湾曲部よりも前記バンド側にあって前記回転方向に凸状となるバンド側湾曲部とを有するＳ字形であり、
前記外縁の形状は、直線状、または一方向に湾曲した形状とされている、フランシス水車。