(57)【要約】【課題】ランナベーンの負圧面の近傍にキャビテーション現象が発生することを抑止することができ、このことによりランナベーンの壊食を抑止することができる水車ランナおよび水車ランナシステムを提供すること。【解決手段】水車ランナ６は、内筒４に取り付けられた中空のランナボス６ｂと、ランナボス６ｂに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーン６ａと、を備えている。各ランナベーン６ａの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔１４ａが設けられている。各ランナベーン６ａの内部に、給気孔１４ａおよびランナボス６ｂの内部空間６ｃに両端が連通する給気路１４が設けられている。ケーシング３の外部の空気がランナボス６ｂの内部空間まで送られ、このランナボス６ｂの内部空間の空気が給気路１４を介して給気孔１４ａから各ランナベーン６ａの流水面上に送られる。【選択図】図３
2007218099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒とを有する水力発電装置に用いられる水車ランナにおいて、
内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、
ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備え、
各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、
ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られることを特徴とする水車ランナ。
【請求項２】
前記給気孔は各ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水車ランナ。
【請求項３】
各ランナベーンの負圧面において、給気孔とランナベーンの回転方向の先頭側端部との間の距離は、このランナベーンの回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の距離の１／１０以下の範囲となっていることを特徴とする請求項２記載の水車ランナ。
【請求項４】
前記給気孔は各ランナベーンの外周端縁に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水車ランナ。
【請求項５】
前記給気孔は各ランナベーンの負圧面における回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の中央近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水車ランナ。
【請求項６】
各ランナベーンの流水面に設けられる給気孔の数は複数であり、
各ランナベーンの内部に設けられた給気路は、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングに向かって延びる主幹通気路と、主幹通気路から分岐して各給気孔に連通する複数の従幹通気路とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水車ランナ。
【請求項７】
主幹通気路は、ランナボスの内部空間からケーシングに向かって延びるにつれてその断面積が小さくなることを特徴とする請求項６記載の水車ランナ。
【請求項８】
流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、
各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、
ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、
内筒の内側に、ランナボスに連結された動力伝達用の主軸が設けられ、
動力伝達用の主軸の内部に、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングの外部から空気が送られる空気連通路が設けられていることを特徴とする水車ランナシステム。
【請求項９】
動力伝達用の主軸の内部にある空気連通路に逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項８記載の水車ランナシステム。
【請求項１０】
ランナボスと動力伝達用の主軸との間に、動力伝達用の主軸の内部にある空気連通路からランナボスの内部空間に向かって放射状外方に延びる複数の導入路を有する導入部材が設けられていることを特徴とする請求項８または９記載の水車ランナシステム。
【請求項１１】
流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、
各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、
ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、
内筒の内部に、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングの外部から空気が送られる空気連通路が設けられていることを特徴とする水車ランナシステム。
【請求項１２】
流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、
各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、
ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、
ケーシングの外部に空気供給装置が設けられ、
ケーシングの外部の空気が空気供給装置により圧縮され、この圧縮された高圧空気が外部接続給気管を介してランナボスの内部空間に送られることを特徴とする水車ランナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車ランナおよび水車ランナシステムに関し、とりわけキャビテーションによるランナベーンの壊食を抑止することができる水車ランナおよび水車ランナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０は、水力発電装置を備えた水路を示す説明図であり、図２１は、従来の水力発電装置の詳細を示す断面図である。
図２０に示すように、水力発電装置を備えた水路において、上池１より上部導水管２を介して送られた水は、水力発電装置の直管型のケーシング３に流入する。そして、このケーシング３内の流路の流れの運動エネルギーが水力発電装置により電気エネルギーに変換される。一方、ケーシング３内の水は吸出し管７から流出し、下部導水管８を介して下池９に送られる。
【０００３】
流路の流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電装置としては、例えば図２１に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来の水力発電装置は、図２１に示すように、水流の流路を形成する前述のケーシング３と、ケーシング３内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒４とを備えており、ケーシング３と内筒４との間には、流路における流れの運動エネルギーを回収するランナベーン６ａおよびランナボス６ｂが設けられている。また、この水力発電設備は、ランナベーン６ａおよびランナボス６ｂにより回収された流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１２を有している。また、内筒４の外周面に、ケーシング３に向かって放射状に延びる複数のガイドベーン５が取り付けられている。このガイドベーン５は、ケーシング３と内筒４との間の流路に送られた流体を整流するものである。
【０００４】
ランナボス６ｂは、各ガイドベーン５の内筒４に対する取付箇所よりも下流側において内筒４に取り付けられており、この内筒４の軸を中心として回転するようになっている。そして、ランナボス６ｂの外周面に、ケーシング３に向かって放射状に延びる複数のランナベーン６ａが取り付けられている。各ランナベーン６ａはガイドベーン５により整流された流路の流れを圧力面（流路の上流側に向く面）で受け、このことにより、各ランナベーン６ａおよびランナボス６ｂは内筒４の軸を中心として回転するようになっている。この複数のランナベーン６ａおよびランナボス６ｂにより、ケーシング３と内筒４との間の流路における流れの運動エネルギーを回収する水車ランナ６が構成されている。
【０００５】
このような水力発電装置において、発電工程の間に流路内のランナベーン６ａの近傍にキャビテーションが発生することがある。キャビテーションとは、高速で流れる水の中の圧力の低い部分が気化して水蒸気の気泡が発生し、この気泡が短時間で破裂して消滅する現象のことをいう。
ケーシング３と内筒４との間の流路に水が流れる際、この水流がランナベーン６ａの圧力面に衝突し、圧力面と反対側の負圧面（流路の下流側に向く面）の近傍に水の中の圧力の低い部分が発生する。このため、ランナベーン６ａの負圧面周辺に水蒸気の気泡が発生し、この気泡が破裂してランナベーン６ａを壊食するという問題が発生する。また、ランナベーン６ａとケーシング３との間に間隙が構成されるが、この間隙部でも同様に負圧面側で圧力低下が生じ、キャビテーションが発生してランナベーン６ａやケーシング３を壊食するという問題がある。
【０００６】
一般的に、キャビテーションの発生の度合いは、上池１の水面レベルと下池９の水面レベルとの差である有効落差Ｈに対する、ランナボス６ｂの回転軸の中心のレベルと下池９の水面レベルとの差である吸出し高さＨｓの割合（キャビテーション係数＝（Ｈａ−Ｈｖ−Ｈｓ）／Ｈ）により決まる（図２０参照）。ここで、Ｈａは大気圧を、Ｈｖは水蒸気圧を表す。水力発電装置におけるキャビテーション係数が小さくなると、ランナベーン６ａに作用する圧力が低下するのでキャビテーションが発生しやすくなる。すなわち、キャビテーションの発生を抑制するためには、吸出し高さＨｓを小さくとる必要がある。
しかしながら、図２０の流路において吸出し高さＨｓを小さくすると標高の低い下池９に近づくため、洪水時など下池９の水位が上昇しても水力発電装置が冠水しないような処置を講ずる必要があり、また、一般に設置性が悪くなる。
【０００７】
また、キャビテーションによる壊食を抑止するために、ランナベーン６ａのキャビテーションによる壊食が発生しがちな部分に耐壊食の硬化部材を用いることやコーティングを行う等の対策が行われている。
また、ランナベーン６ａ近傍におけるキャビテーションの発生を抑止する方法としては、ガイドベーン５の後縁に複数の給気孔を設け、外部からこの給気孔に空気を導入することによりランナベーン６ａに送られる水に空気を含有させる方法（例えば特許文献２）が知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２９５３５８号公報
【特許文献２】実開昭５９−６５９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ランナベーン６ａの圧力面には、ガイドベーン５により整流された水の流れが衝突するため、このランナベーン６ａの圧力面と反対側にある負圧面の一部の領域にかかる圧力が低下しがちである。
とりわけ、ガイドベーン５により整流された水は、ランナベーン６ａの回転方向先頭側の圧力面に衝突し、この回転方向先頭側における圧力面と反対側の負圧面の近傍に水蒸気の気泡が発生することが多い。このため、ランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面の近傍にキャビテーションが発生することを抑止する必要がある。
【００１０】
また、引用文献２記載の水力発電装置においては、ガイドベーンの後縁に複数の給気孔を設け、外部からこの給気孔に空気を導入することによりランナベーンに送られる水に空気を含有させ、当該ランナベーンに発生するキャビテーションを抑止するようになっている。しかしながら、ランナベーンとガイドベーンとの間に距離があるため、ガイドベーンの後縁から排出される空気によりランナベーンに発生するキャビテーションを抑止するためにはガイドベーンの各給気孔に大量の空気を供給する必要がある。また、ガイドベーンはケーシングと内筒との間の流路に送られた流体を整流するものであるため、前述の各給気孔をガイドベーンの後縁以外の場所に設けるとこの給気孔から送られる空気が流路の流れを乱してしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、ケーシングの外部の空気をランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面上に送ることにより、ランナベーンの負圧面の近傍にキャビテーション現象が発生することを抑止することができ、このことによりランナベーンの壊食を抑止することができる水車ランナおよび水車ランナシステム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】
【００１２】
本発明は、流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒とを有する水力発電装置に用いられる水車ランナにおいて、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備え、各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られることを特徴とする水車ランナである。
ここで、ランナベーンの流水面とは流路の上流側に向く圧力面と、流路の下流側に向く負圧面と、ケーシング側に向く外周端縁とを含むランナベーンの外表面であって、流路の流体が流れる面のことをいう。
このような水車ランナによれば、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面上に送られるようになっている。このため、流路の流れがランナベーンの圧力面に衝突することによりこの圧力面と反対側にある負圧面に発生する気泡を、給気孔からランナベーンの流水面上に放出された空気と混合させることにより、発生した気泡がランナベーンの負圧面付近で破裂することが防止され、キャビテーションによるランナベーンの負圧面の壊食を抑止することができる。
【００１３】
本発明の水車ランナにおいては、前記給気孔は各ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面に設けられていることが好ましい。
一般的に水車ランナの各ランナベーンにおいてこれらのランナベーンの回転方向先頭側の負圧面の圧力が大きく低下し、この回転方向先頭側の負圧面付近でキャビテーションが発生しがちであるが、本発明の水車ランナによれば、ランナボスの内部空間の空気が給気孔から各ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面上に送られるようになっているので、ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面付近でキャビテーションが発生することを確実に防止することができる。また、ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面にかかる圧力が大気圧よりも小さくなることを利用して、ケーシングの外部の空気をランナボスの内部空間まで自動的に送ることができる。
【００１４】
本発明の水車ランナにおいては、各ランナベーンの負圧面において、給気孔とランナベーンの回転方向の先頭側端部との間の距離は、このランナベーンの回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の距離の１／１０以下の範囲となっていることが好ましい。
このような水車ランナによれば、給気孔に送られた空気を、ランナベーンの回転方向先頭側の負圧面に発生した圧力低下領域に確実に送ることができる。このため、この圧力低下領域で発生する気泡を、給気孔から放出された空気と確実に混合させることができ、キャビテーションによるランナベーンの負圧面の壊食をより確実に抑止することができる。
【００１５】
本発明の水車ランナにおいては、前記給気孔は各ランナベーンの外周端縁に設けられていることが好ましい。
ここで、ランナベーンの外周端縁とは、前述のようにケーシング側に向くランナベーンの外表面のことであり、この外周端縁は圧力面と負圧面との間に形成されている。
一般的に水車ランナの各ランナベーンとケーシングとの間には間隙が構成されているので、この間隙近傍でも同様にランナベーンの負圧面側で圧力低下が生じてキャビテーションが発生しがちであるが、本発明の水車ランナによれば、ランナボスの内部空間の空気が各ランナベーンの外周端縁にある給気孔から当該ランナベーンとケーシングとの間の間隙に送られるようになっているので、当該間隙近傍でキャビテーションが発生することを防止することができる。
【００１６】
本発明の水車ランナにおいては、前記給気孔は各ランナベーンの負圧面における回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の中央近傍に設けられていることが好ましい。
一般的に水車ランナの各ランナベーンにおいてこれらのランナベーンの負圧面における回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の中央近傍から下流側の領域の圧力が大きく低下し、この負圧面における中央近傍から下流側の領域でキャビテーションが発生しがちであるが、本発明の水車ランナによれば、ランナボスの内部空間の空気が給気孔から各ランナベーンの負圧面における回転方向の先頭側端部と末尾側端部との間の中央近傍に送られるようになっているので、ランナベーンの負圧面における中央近傍から下流側の領域でキャビテーションが発生することを防止することができる。また、ランナベーンの負圧面における中央近傍から下流側の領域にかかる圧力が大気圧よりも小さくなることを利用して、ケーシングの外部の空気をランナボスの内部空間まで自動的に送ることができる。
【００１７】
本発明の水車ランナにおいては、各ランナベーンの流水面に設けられる給気孔の数は複数であり、各ランナベーンの内部に設けられた給気路は、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングに向かって延びる主幹通気路と、主幹通気路から分岐して各給気孔に連通する複数の従幹通気路とを有することが好ましい。
このような水車ランナによれば、ランナボスの内部空間の空気はまず主幹通気路に送られ、この空気はほぼ均等に分岐して各従幹通気路に送られる。このため、各給気孔から放出される空気のそれぞれの量をほぼ同一とすることができ、より効率良くランナベーンの負圧面で発生した気泡を混合させることができるので、キャビテーションによるランナベーンの負圧面の壊食をより確実に抑止することができる。
【００１８】
本発明の水車ランナにおいては、主幹通気路は、ランナボスの内部空間からケーシングに向かって延びるにつれてその断面積が小さくなることが好ましい。
このような水車ランナによれば、主幹通気路内の空気は、各々の従幹通気路に一部の空気が分岐するたびに通過すべき主幹通気路の断面積が小さくなる。このため、主幹通気路に送られた空気をより確実に各従幹通気路に均等に分配することができる。
【００１９】
本発明は、流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、内筒の内側に、ランナボスに連結された動力伝達用の主軸が設けられ、動力伝達用の主軸の内部に、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングの外部から空気が送られる空気連通路が設けられていることを特徴とする水車ランナシステムである。
このような水車ランナシステムによれば、ケーシングと内筒との間に、ケーシングの外部の空気をランナボスの内部空間に送るための外部接続給気管を設置することを省略することができる。
【００２０】
本発明の水車ランナシステムにおいては、動力伝達用の主軸の内部にある空気連通路に逆止弁が設けられていることが好ましい。
このような水車ランナシステムによれば、ケーシングと内筒との間の流路内の水が給気孔から給気路を介してランナボスの内部空間に入った場合であっても、このランナボスの内部空間に送られた水が主軸の内部にある空気連通路を逆流することを抑止することができる。
【００２１】
本発明の水車ランナシステムにおいては、ランナボスと動力伝達用の主軸との間に、動力伝達用の主軸の内部にある空気連通路からランナボスの内部空間に向かって放射状外方に延びる複数の導入路を有する導入部材が設けられていることが好ましい。
このような水車ランナシステムによれば、主軸が回転している場合であっても、空気連通路内の空気をランナボスの内部空間に確実に送ることができる。
【００２２】
本発明は、流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、内筒の内部に、ランナボスの内部空間に連通し、ケーシングの外部から空気が送られる空気連通路が設けられていること特徴とする水車ランナシステムである。
このような水車ランナシステムによれば、ケーシングと内筒との間に、ケーシングの外部の空気をランナボスの内部空間に送るための外部接続給気管を設置することを省略することができる。
【００２３】
本発明は、流路を形成するケーシングと、ケーシング内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒と、内筒に取り付けられ、この内筒の軸を中心として回転する中空のランナボスと、ランナボスからケーシングに向かって放射状に延びるようこのランナボスに固着され、流路の流れを受ける複数のランナベーンと、を備えた水車ランナシステムにおいて、各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面に給気孔が設けられるとともに、各ランナベーンの内部に、給気孔およびランナボスの内部空間に両端が連通する給気路が設けられ、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの流水面上に送られ、ケーシングの外部に空気供給装置が設けられ、ケーシングの外部の空気が空気供給装置により圧縮され、この圧縮された高圧空気が外部接続給気管を介してランナボスの内部空間に送られることを特徴とする水車ランナシステムである。
このような水車ランナシステムによれば、ランナボスの内部空間に安定して高圧の空気を送ることができ、このことによりランナベーンの流水面にかかる圧力が一時的に大気圧よりも大きくなった場合であっても各給気孔からランナベーンの流水面上に安定して一定圧力の空気を送ることができる。このため、流路における流量の変化などの水力発電装置の運転状況が変化した場合であっても、キャビテーションによるランナベーンの負圧面の壊食を確実に抑止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水車ランナおよび水車ランナシステムによれば、ケーシングの外部の空気がランナボスの内部空間まで送られ、このランナボスの内部空間の空気が給気路を介して給気孔から各ランナベーンの回転方向末尾側端部を除く流水面上に送られるようになっている。このため、流路の流れがランナベーンの圧力面に衝突することによりこの圧力面と反対側の負圧面に発生する気泡を、給気孔からランナベーンの流水面に放出された空気と混合させることにより、発生した気泡がランナベーンの負圧面付近で破裂することが防止され、キャビテーションによるランナベーンの負圧面の壊食を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１乃至図８は、本発明の第１の実施の形態による水力発電装置を示す図である。このうち、図１は、本実施の形態による水力発電装置を示す断面図であり、図２は、図１の水力発電装置のランナベーンを示す拡大断面図であり、図３は、図１の水力発電装置のランナベーンを負圧面側から見た平面図である。また、図４は、図３のランナベーンのＡ−Ａ矢視断面図であり、図５は、図３のランナベーンのＢ−Ｂ矢視図である。
また、図６は、図１の水力発電装置のランナベーンの圧力面および負圧面にかかる圧力の分布を示すグラフである。
【００２６】
図１に示すように、水力発電設備は、水流の流路を形成するケーシング３と、ケーシング３内に設けられ流路の流れ方向に延びる内筒４とを備えており、ケーシング３と内筒４との間には、流路における流れの運動エネルギーを回収するランナベーン６ａおよびランナボス６ｂが設けられている。また、この水力発電設備は、ランナベーン６ａおよびランナボス６ｂにより回収された流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１２を有している。この水力発電装置の構成について以下に詳述する。
【００２７】
ケーシング３は、内筒４と同軸の円筒状のものであり、ケーシング３と内筒４との間に流路が形成されるようになっている。
内筒４の外周面に、ケーシング３に向かって放射状に延びる複数のガイドベーン５が取り付けられている。このガイドベーン５は、ケーシング３と内筒４との間の流路に送られた流体を整流するものである。
【００２８】
ランナボス６ｂは、各ガイドベーン５の内筒４に対する取付箇所よりも下流側において当該内筒４に取り付けられており、この内筒４の軸を中心として回転するようになっている。また、このランナボス６ｂ内には内部空間６ｃが設けられている。
ランナボス６ｂの外周面に、ケーシング３に向かって放射状に延びる複数のランナベーン６ａが取り付けられている。各ランナベーン６ａはガイドベーン５により整流された流路の流れを受け、このことにより、各ランナベーン６ａおよびランナボス６ｂは内筒４の軸を中心として回転するようになっている。
この複数のランナベーン６ａおよびランナボス６ｂにより、ケーシング３と内筒４との間の流路における流れの運動エネルギーを回収する水車ランナ６が構成されている。また、ケーシング３と、内筒４と、ランナベーン６ａと、ランナボス６ｂとにより水車ランナシステムが構成されている。
【００２９】
図１および図２に示すように、ケーシング３と内筒４との間には、ケーシング３の外部およびランナボス６ｂの内部空間６ｃに両端が連通し、ケーシング３の外部の空気をランナボス６ｂの内部空間６ｃに送る外部接続給気管１３が設けられている。
なお、図１および図２には、単純に両端がケーシング３の外部およびランナボス６ｂの内部空間６ｃに連通する外部接続給気管１３が概略的に示されているが、実際には、この外部接続給気管１３は、例えばケーシング３と内筒４との間に流路を横切るよう設けられた流路内部分と、内筒４内に設けられた内筒内部分と、ランナボス６ｂ内に設けられ、このランナボス６ｂが回転しても常に内筒内部分に連通するよう主軸１０を中心として略円環状となっているランナボス内部分とから構成されている。
【００３０】
内筒４の内部には、ランナボス６ｂに一端が連結され、このランナボス６ｂと同軸で回転する動力伝達用の主軸１０が設けられている。また、図１に示すように、発電機１２はケーシング３の外部に設置されており、この発電機１２の回転軸１２ａと主軸１０とは平行に延びている。主軸１０および発電機１２の回転軸１２ａにはそれぞれスプロケット１１ａ、１１ａが取り付けられており、この２つのスプロケット１１ａ、１１ａがベルト１１ｂにより接続されている。また、ケーシング３と内筒４との間に、動力伝達手段としてベルト１１ｂを収納する中空のベルト収納部１１ｄが設けられている。さらに、発電機１２の回転軸１２ａの端部には変速機１１ｃが取り付けられている。
これらのスプロケット１１ａ、１１ａ、ベルト１１ｂ、変速機１１ｃおよびベルト収納部１１ｄにより、ベルト伝動型の動力伝達装置１１が構成されている。
【００３１】
動力伝達装置１１は、主軸１０の回転をスプロケット１１ａおよびベルト１１ｂを介して変速機１１ｃへ伝達し、この変速機１１ｃにより所定の変速比で変速した後、発電機１２の回転軸１２ａに伝達するようになっており、このことにより流路の流れによるランナボス６ｂの回転動力が発電機１２により電気エネルギーに変換されるようになる。なお、動力伝達装置１１は例えばＶベルトを用いたベルト伝動型のものに限られず、例えばチェーンを用いたチェーン伝動型のものであってもよい。
また、水力発電装置において、発電機１２をケーシング３の外部に設けて動力伝達装置１１により主軸１０の回転を発電機１２に伝達する代わりに、発電機１２が内筒４の内部に設けられており、動力伝達装置１１が省略されて主軸１０が発電機１２に直列に連結されるものであってもよい。
【００３２】
水車ランナ６の各ランナベーン６ａについて図２乃至図５を用いて更に詳しく説明する。
ランナベーン６ａにおいて、複数の給気孔１４ａが回転方向の末尾側端部６ｅを除く流水面に設けられている。ランナベーン６ａの流水面とは、流路の上流側に向く圧力面と、流路の下流側に向く負圧面と、ケーシング３側に向く外周端縁とを含むランナベーン６ａの外表面であって、流路の流体が流れる面のことをいう。
【００３３】
ここで、複数（例えば４つ）の給気孔１４ａは、図３に示すようにランナベーン６ａの入口側、すなわち回転方向先頭側の負圧面に設けられることがより好ましい。
図３および図４に示すように、各ランナベーン６ａの負圧面において、給気孔１４ａとランナベーン６ａの回転方向の先頭側端部６ｄとの間の距離Ｌｈは、ランナベーン６ａの回転方向の先頭側端部６ｄと末尾側端部６ｅとの間の距離Ｌｒの１／１０以下の範囲となっている。
【００３４】
また、ランナベーン６ａの内部には、各給気孔１４ａおよびランナボス６ｂの内部空間６ｃに両端が連通する給気路１４が設けられている。図２乃至図４に示すように、この給気路１４は、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに連通し、ケーシング３に向かって延びる１本の主幹通気路１４ｃと、主幹通気路１４ｃから分岐し、流れ方向上流側に向かって延びて各給気孔１４ａに連通する複数（例えば４本）の従幹通気路１４ｄとを有している。従幹通気路１４ｄの個数は給気孔１４ａの個数と同数となっており、各給気孔１４ａに対応して各従幹通気路１４ｄが主幹通気路１４ｃから分岐している。
また、図３および図５に示すように、主幹通気路１４ｃは、ランナボス６ｂの内部空間６ｃからケーシング３に向かって延びるにつれてその断面積が小さくなっている。
【００３５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まず、ケーシング３と内筒４との間の流路に送られた流体は各ガイドベーン５により整流され、各ランナベーン６ａの圧力面に送られる。そして、この水流が各ランナベーン６ａの圧力面に衝突することにより、各ランナベーン６ａおよびランナボス６ｂからなるランナ水車６が当該ランナボス６ｂの軸を中心として図３の矢印方向に回転する。
【００３６】
ランナボス６ｂの回転により、このランナボス６ｂに同軸で連結している主軸１０が回転し、この主軸１０の回転動力が動力伝達装置１１のベルト１１ｂを介して発電機１２の回転軸１２ａに伝達される。このことにより、発電機１２内において発電が行われる。
【００３７】
このような水力発電装置による発電工程が行われているときのランナベーン６ａの圧力面および負圧面にかかる圧力の分布を図６に示す。図６において、横軸はランナベーン６ａにおける回転方向の先頭側端部６ｄ（ランナベーン６ａの入口側）から末尾側端部６ｅ（ランナベーン６ａの出口側）までの圧力測定位置を示し、縦軸はこの位置にかかる圧力の大きさを圧力係数で示している。
ここで、圧力係数とは、大気圧に対する相対的な圧力の大きさのことをいい、ランナベーン６ａのある領域面にかかる圧力が大気圧と同一の大きさであるときに、この圧力係数の大きさが０となるよう規定されている。
【００３８】
各ガイドベーン５により整流された水流は、ランナベーン６ａの圧力面における回転方向の先頭側端部６ｄ付近に衝突する。このことにより、図６に示すように、ランナベーン６ａの圧力面と反対側の負圧面にかかる圧力の分布において先頭側端部６ｄ付近に圧力低下領域（図６の部分Ａ）が発生し、この圧力低下領域にかかる圧力が大気圧よりも小さくなる。
この圧力低下領域は、図６に示すように、ランナベーン６ａの負圧面の先頭側端部６ｄから、回転方向と逆方向に距離Ｌｒの１／１０の距離Ｌｈにある位置までの範囲内に発生する。
【００３９】
一方、ケーシング３の外部の空気が外部接続給気管１３を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃ内に送られるが、前述のように、ランナベーン６ａの負圧面における先頭側端部６ｄ付近にかかる圧力が大気圧よりも小さくなっているので、ランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面に設けられた給気孔１４ａに、ランナボス６ｂの内部空間６ｃ内の空気が給気路１４を介して自動的に送られ（図６の自然給気可能領域参照）、この給気孔１４ａに送られた空気が当該給気孔１４ａからランナベーン６ａの負圧面における先頭側端部６ｄ付近に放出される。
このことにより、各ガイドベーン５により整流された水流がランナベーン６ａの圧力面における回転方向の先頭側端部６ｄ付近に衝突することによりこのランナベーン６ａの負圧面に発生する気泡（水蒸気の泡）を、給気孔１４ａから放出された空気と混合させることができ、発生した気泡がランナベーン６ａの負圧面付近で破裂することを防止することができる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の水車ランナ６によれば、ランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面にかかる圧力が大気圧よりも小さくなることを利用して、ケーシング３の外部の空気がランナボス６ｂの内部空間６ｃまで自動的に送られ、このランナボス６ｂの内部空間６ｃの空気が給気路１４を介して給気孔１４ａから各ランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面上に送られるようになっている。このため、流路の流れがランナベーン６ａの圧力面における回転方向の先頭側端部６ｄ付近に衝突することによりこの圧力面と反対側の負圧面に発生する気泡を、給気孔１４ａから放出された空気と混合させることにより、発生した気泡がランナベーン６ａの負圧面付近で破裂することが防止され、キャビテーションによるランナベーン６ａの負圧面の壊食を抑止することができる。
【００４１】
また、各ランナベーン６ａの負圧面において、給気孔１４ａとランナベーン６ａの回転方向の先頭側端部６ｄとの間の距離は、このランナベーン６ａの回転方向の先頭側端部６ｄと末尾側端部６ｅとの間の距離の１／１０以下の範囲となっているので、給気孔１４ａに送られた空気を、ランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面に発生した圧力低下領域に確実に送ることができる。このため、この圧力低下領域で発生する気泡を、給気孔１４ａから放出された空気と確実に混合させることができ、キャビテーションによるランナベーン６ａの負圧面の壊食をより確実に抑止することができる。
【００４２】
また、各ランナベーン６ａの内部に設けられた給気路１４は、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに連通し、ケーシング３に向かって延びる主幹通気路１４ｃと、主幹通気路１４ｃから分岐して各給気孔１４ａに連通する複数の従幹通気路１４ｄとを有しているので、ランナボス６ｂの内部空間６ｃの空気はまず主幹通気路１４ｃに送られ、この空気はほぼ均等に分岐して各従幹通気路１４ｄに送られる。このため、各給気孔１４ａから放出される空気のそれぞれの量をほぼ同一とすることができ、より効率良くランナベーン６ａの負圧面で発生した気泡を混合させることができるので、キャビテーションによるランナベーン６ａの負圧面の壊食をより確実に抑止することができる。
【００４３】
また、主幹通気路１４ｃは、ランナボス６ｂの内部空間６ｃからケーシング３に向かって延びるにつれてその断面積が小さくなるので、主幹通気路１４ｃ内の空気は、各々の従幹通気路１４ｄに一部の空気が分岐するたびに通過すべき主幹通気路１４ｃの断面積が小さくなる。このため、主幹通気路１４ｃに送られた空気をより確実に各従幹通気路１４ｄに均等に分配することができる。
【００４４】
本実施の形態による水車ランナ６は、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。
次に本実施の形態による水車ランナ６の変形例について、図７および図８を用いて説明する。図７および図８において、図１乃至図５に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４５】
図７および図８に示すように、各ランナベーン６ａの内部に設けられた通気路は、主幹通気路６ｃおよび複数の従幹通気路６ｄからなるものに限られず、例えば各々の給気孔１４ａおよびランナボス６ｂ内の内部空間６ｃに両端が連通する複数（例えば４本）の部分通気路１４ｅからなるものであってもよい。
このような水車ランナ６においては、ランナボス６ｂ内の内部空間６ｃから空気が均等に各部分通気路１４ｅに配分され、この部分通気路６ｅに送られた空気が給気孔１４ａからランナベーン６ａの回転方向先頭側の負圧面上に送られるようになっている。
【００４６】
他の変形例としては、図９に示すように、給気孔１４ａをランナベーン６ａの外周端縁に設けてもよい。図９は、本形態による水力発電装置のランナベーン６ａの他の変形例を示す平面図である。ここで、ランナベーン６ａの外周端縁とは、前述のようにケーシング３側に向くランナベーンの外表面のことであり、この外周端縁は圧力面と負圧面との間に形成されている。
【００４７】
一般的には水車ランナ６の各ランナベーン６ａとケーシング３との間には間隙が構成されているので、この間隙近傍でも同様にランナベーン６ａの負圧面側で圧力低下が生じてキャビテーションが発生しがちである。
しかしながら、図９に示すランナベーン６ａを有する水車ランナ６を用いることにより、ランナボス６ｂの中空部分６ｃの空気が各ランナベーン６ａの外周端縁にある給気孔１４ａから当該ランナベーン６ａとケーシング３との間の間隙に送られるので、当該間隙近傍でキャビテーションが発生することを防止することができる。
【００４８】
更に他の変形例としては、図１０および図１１に示すように、給気孔１４ａをランナベーン６ａの負圧面における回転方向先頭側端部６ｄと末尾側端部６ｅとの間の中央近傍に設けてもよい。図１０は、本形態による水力発電装置のランナベーン６ａの更に他の変形例を示す平面図であり、図１１は、図１０のランナベーンのＤ−Ｄ矢視断面図である。
【００４９】
図６に示すように、ランナベーン６ａの圧力面と反対側の負圧面にかかる圧力の分布において先頭側端部６ｄと末尾側端部６ｅとの間の中央近傍から下流側でも圧力低下領域が発生し、この圧力低下領域にかかる圧力が大気圧よりも小さくなり、この圧力低下領域でキャビテーションが発生しがちである。
しかしながら、図１０および図１１に示すランナベーン６ａを有する水車ランナ６を用いることにより、ランナボス６ｂの中空部分６ｃの空気が給気孔１４ａから各ランナベーン６ａの負圧面における回転方向の先頭側端部６ｄと末尾側端部６ｅとの間の中央近傍に送られるので、ランナベーン６ａの負圧面における中央近傍から下流側の領域でキャビテーションが発生することを防止することができる。
また、ランナベーン６ａの負圧面における中央近傍から下流側の領域にかかる圧力が大気圧よりも小さくなることを利用して、ケーシング３の外部の空気をランナボス６ｂの中空部分６ｃまで自動的に送ることができる（図６の自然給気可能領域参照）。
【００５０】
第２の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２は、第２の実施の形態による水力発電装置を示す断面図であり、図１３は、図１２の水力発電装置の主軸および動力伝達装置を示す拡大断面図であり、図１４は、図１２の水力発電装置のランナボスおよびランナベーンを示す拡大断面図であり、図１５は、図１４のランナボスおよびランナベーンのＣ−Ｃ矢視断面図である。
図１２乃至図１５に示す第２の実施の形態おいて、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態による水車ランナシステムは、ケーシング３の外部からランナボス６ｂの内部空間６ｃに空気を送るために、ケーシング３と内筒４との間に外部接続給気管１３を設ける代わりに動力伝達用の主軸１０の内部に空気連通路１５ａを設けた点が異なるのみであり、他は実質的に図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同様のものとなっている。
この水車ランナシステムについて図１２乃至図１５を用いて以下に説明する。
【００５２】
図１２乃至図１４に示すように、内筒４内にある主軸１０の内部に空気連通路１５ａが設けられており、この空気連通路１５ａは、その一端がランナボス６ｂ内の内部空間６ｃに連通している。また、この空気連通路１５ａの他端は動力伝達装置１１のベルト収納部１１ｄの内部に連通している。
【００５３】
また、図１３に示すように、空気連通路１５ａのベルト収納部１１ｄ側の他端に逆止弁１６が設けられている。この逆止弁１６は、ベルト収納部１１ｄの内部からランナボス６ｂの内部空間６ｃへの一方向のみに空気を送ることができ、ランナボス６ｂの内部空間６ｃからベルト収納部１１ｄの内部へは水等の液体を送ることができないよう構成されている。
【００５４】
さらに、図１５に示すように、ランナボス６ｂと主軸１０との間には、空気の導入部材１７が設けられており、この導入部材１７は、主軸１０の内部にある空気連通路１５ａからランナボス６ｂの内部空間６ｃに向かって放射状外方に延びる複数の導入路１７ａを有している。
【００５５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明するが、第１の実施の形態と同様の作用については説明を省略する。
本実施の形態では、ケーシング３の外部の空気が外部接続給気管１３を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃ内に送られる代わりに、図１３に示すように、このケーシング３の外部の空気はベルト収納部１１ｄ内の中空部分を通って逆止弁１６を介して主軸１０内の空気連通路１５ａに送られる。この空気連通路１５ａに送られた空気は、さらに図１４の矢印に示すようにランナボス６ｂ側に送られ、空気連通路１５ａのランナボス６ｂ側の端部に送られた空気は、図１５に示すように導入部材１７の複数の導入路１７ａを通ってランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態の水車ランナシステムによれば、動力伝達用の主軸１０の内部に、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに連通し、ケーシング３の外部から空気が送られる空気連通路１５ａが設けられており、ケーシング３の外部の空気が空気連通路１５ａを介してランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られるようになっている。このため、ケーシング３と内筒４との間に、ケーシング３の外部の空気をランナボス６ｂの内部空間６ｃに送るための外部接続給気管１３を設置することを省略することができる。
【００５７】
また、動力伝達用の主軸１０の内部にある空気連通路１５ａに逆止弁１６が設けられているので、例えばランナベーン６ａの給気孔１４ａ近傍における流水面にかかる圧力が大気圧よりも大きくなることにより、ケーシング３と内筒４との間の流路内の流体が給気孔１４ａから給気路１４を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃ内に入った場合であっても、このランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られた流体が空気連通路１５ａを逆流してベルト収納部１１ｄ内に浸入することを抑止することができ、動力伝達装置１１が逆流水により故障することを抑止することができる。
【００５８】
また、ランナボス６ｂと動力伝達用の主軸１０との間に、この主軸１０の内部にある空気連通路１５ａからランナボス６ｂの内部空間６ｃに向かって放射状外方に延びる複数の導入路１７ａを有する導入部材１７が設けられているので、主軸１０が回転している場合であっても、空気連通路１５ａ内の空気をランナボス６ｂの内部空間６ｃに確実に送ることができる。
【００５９】
第３の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。図１６は、第３の実施の形態による水力発電装置を示す断面図であり、図１７は、図１６の水力発電装置のランナボスおよびランナベーンを示す拡大断面図である。
図１６および図１７に示す第３の実施の形態おいて、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態による水車ランナシステムは、ケーシング３の外部からランナボス６ｂの内部空間６ｃに空気を送るために、ケーシング３と内筒４との間に外部接続給気管１３を設ける代わりに内筒４の内部に空気連通路１５ｂを設けた点が異なるのみであり、他は実質的に図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同様のものとなっている。
この水車ランナシステムについて図１６および図１７を用いて以下に説明する。
【００６１】
図１６および図１７に示すように、内筒４内に空気連通路１５ｂが設けられており、この空気連通路１５ｂは、その一端がランナボス６ｂ内の内部空間６ｃに連通している。この空気連通路１５ｂは、図１７に示すように内筒４の外周面付近に設けられている。
また、空気連通路１５ｂの他端は動力伝達装置１１のベルト収納部１１ｄの内部に連通している。
【００６２】
また、空気連通路１５ｂのベルト収納部１１ｄ側の他端に逆止弁（図示せず）が設けられており、この逆止弁は、ベルト収納部１１ｄの内部からランナボス６ｂの内部空間６ｃへの一方向のみに空気を送ることができ、ランナボス６ｂの内部空間６ｃからベルト収納部１１ｄの内部へは水等の流体を送ることができないよう構成されている。
【００６３】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明するが、第１の実施の形態と同様の作用については説明を省略する。
本実施の形態では、ケーシング３の外部の空気が外部接続給気管１３を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃ内に送られる代わりに、図１６および図１７に示すように、このケーシング３の外部の空気はベルト収納部１１ｄ内の中空部分を通って逆止弁を介して内筒４内の空気連通路１５ｂに送られる。この空気連通路１５ｂに送られた空気は、さらに図１７の矢印に示すようにランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態の水車ランナシステムによれば、内筒４の内部に、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに連通し、ケーシング３の外部から空気が送られる空気連通路１５ｂが設けられており、ケーシング３の外部の空気が空気連通路１５ｂを介してランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られるようになっている。このため、ケーシング３と内筒４との間に、ケーシング３の外部の空気をランナボス６ｂの内部空間６ｃに送るための外部接続給気管１３を設置することを省略することができる。
【００６５】
第４の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。図１８は、第４の実施の形態による水力発電装置を示す断面図である。
図１８に示す第４の実施の形態おいて、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態による水車ランナシステムは、ケーシング３の外部からランナボス６ｂの内部空間６ｃに空気を送るために、ケーシング３と内筒４との間に外部接続給気管１３を設けるとともに、この外部接続給気管１３に空気供給装置１８を取り付けた点が異なるのみであり、他は実質的に図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同様のものとなっている。
この水車ランナシステムについて図１８を用いて以下に説明する。
【００６７】
図１８に示すように、ケーシング３の外周上に、このケーシング３の外部の空気を圧縮する空気供給装置１８が取り付けられており、この空気供給装置１８により圧縮された高圧空気が外部接続給気管１３を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃに送られるようになっている。
【００６８】
本実施の形態の水車ランナシステムによれば、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに安定して高圧の空気を送ることができ、このことによりランナベーン６ａの給気孔１４ａ近傍における流水面にかかる圧力が一時的に大気圧よりも大きくなった場合であっても各給気孔１４ａからランナベーン６ａの流水面上に安定して空気を送ることができる。このため、流路における流量の変化などの水力発電装置の運転状況が変化した場合であっても、キャビテーションによるランナベーン６ａの負圧面の壊食を確実に抑止することができる。
【００６９】
本実施の形態による水車ランナシステムは、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。
次に本実施の形態による水車ランナシステムの変形例につき、図１９により説明する。図１９において、図１８に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７０】
図１９に示すように、発電機１２には例えばファンからなる冷却装置１２ｂが設けられており、空気供給装置１８はこの冷却装置１２ｂに取り付けられている。そして、冷却装置１２ｂが発電機１２を冷却するために用いた高圧空気が空気供給装置１８に送られ、この空気供給装置１８は外部接続給気管１３を介してランナボス６ｂの内部空間６ｃにこの高圧空気を送るようになっている。
【００７１】
このような水車ランナシステムによれば、ランナボス６ｂの内部空間６ｃに安定して高圧の空気を送ることができ、このことによりランナベーン６ａの給気孔１４ａ近傍における流水面にかかる圧力が一時的に大気圧よりも大きくなった場合であっても各給気孔１４ａからランナベーン６ａの流水面上に安定して空気を送ることができることに加えて、冷却装置１２ａが発電機１２を冷却するために用いた高圧空気を再利用することができるので、水力発電装置全体の運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施の形態による水力発電装置を示す断面図である。
【図２】図１の水力発電装置のランナベーンを示す拡大断面図である。
【図３】図１の水力発電装置のランナベーンを負圧面側から見た平面図である。
【図４】図３のランナベーンのＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図３のランナベーンのＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】図１の水力発電装置のランナベーンの圧力面および負圧面にかかる圧力の分布を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態による水力発電設備のランナベーンの変形例を示す拡大断面図である。
【図８】図７のランナベーンを負圧面側から見た平面図である。
【図９】第１の実施の形態による水力発電装置のランナベーンの他の変形例を示す平面図である。
【図１０】第１の実施の形態による水力発電装置のランナベーンの更に他の変形例を示す平面図である。
【図１１】図１０のランナベーンのＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図１２】第２の実施の形態による水力発電装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の水力発電装置の主軸および動力伝達装置を示す拡大断面図である。
【図１４】図１２の水力発電装置のランナボスおよびランナベーンを示す拡大断面図である。
【図１５】図１４のランナボスおよび主軸のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１６】第３の実施の形態による水力発電装置を示す断面図である。
【図１７】図１６の水力発電装置のランナボスおよびランナベーンを示す拡大断面図である。
【図１８】第４の実施の形態による水力発電装置を示す断面図である。
【図１９】第４の実施の形態による水力発電装置の変形例を示す断面図である。
【図２０】水力発電装置を備えた水路を示す説明図である。
【図２１】従来の水力発電装置の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    上池
２    上部導水管
３    ケーシング
４    内筒
５    ガイドベーン
６    水車ランナ
６ａ  ランナベーン
６ｂ  ランナボス
６ｃ  中空部分
６ｄ  先頭側端部
６ｅ  末尾側端部
７    吸出し管
８    下部導水管
９    下池
１０  主軸
１１  動力伝達装置
１１ａ  スプロケット
１１ｂ  ベルト（またはチェーン）
１１ｃ  変速機
１１ｄ  ベルト収納部
１２    発電機
１２ａ  回転軸
１２ｂ  冷却装置
１３    外部接続給気管
１４    給気路
１４ａ  給気孔
１４ｃ  主幹通気路
１４ｄ  従幹通気路
１４ｅ  部分通気路
１５ａ  空気連通路
１５ｂ  空気連通路
１６    逆止弁
１７    導入部材
１７ａ  導入路
１８    空気供給装置
【図１】
2007218099.tif 000003
【図２】
2007218099.tif 000004
【図３】
2007218099.tif 000005
【図４】
2007218099.tif 000006
【図５】
2007218099.tif 000007
【図６】
2007218099.tif 000008
【図７】
2007218099.tif 000009
【図８】
2007218099.tif 000010
【図９】
2007218099.tif 000011
【図１０】
2007218099.tif 000012
【図１１】
2007218099.tif 000013
【図１２】
2007218099.tif 000014
【図１３】
2007218099.tif 000015
【図１４】
2007218099.tif 000016
【図１５】
2007218099.tif 000017
【図１６】
2007218099.tif 000018
【図１７】
2007218099.tif 000019
【図１８】
2007218099.tif 000020
【図１９】
2007218099.tif 000021
【図２０】
2007218099.tif 000022
【図２１】
2007218099.tif 000023