(57)【要約】【課題】ボルテックスジェネレータを備える風車翼の表面に生じる汚れを抑制する。【解決手段】ボルテックスジェネレータは、風車翼の表面に取り付けられる基部と、風車翼の前縁側から後縁側に向けて互いの間隔が広がるように、前記基部上に翼長方向に沿って配列された第１フィン及び第２フィンを少なくとも一対含むフィン部と、を備える。基部は、凸状の断面形状を有する。この断面形状は翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車翼に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
前記風車翼の表面に取り付けられる基部と、
前記風車翼の前縁側から後縁側に向けて互いの間隔が広がるように、前記基部上に翼長方向に沿って配列された第１フィン及び第２フィンを少なくとも一対含むフィン部と、
を備え、
前記基部は、凸状の断面形状を有し、
前記断面形状は翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上である、ボルテックスジェネレータ。
【請求項２】
前記基部は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側から流入する風に対向する対向面を有する、請求項１に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項３】
前記対向面は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記表面に対する傾斜角度が３ｄｅｇ以上である、請求項２に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項４】
前記基部は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側において、前記風車翼の後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が広くなる平面形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項５】
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して対称である、請求項４に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項６】
前記平面形状の外輪郭は、前記前縁側に設けられた円弧部と、前記円弧部より前記後縁側において連結点を介して前記円弧部に接続された直線部と、を含み、
前記円弧部の接線及び前記直線部の接線は前記連結点において同じ傾きを有する、請求項５に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項７】
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して非対称である、請求項４に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項８】
前記フィン部は、一対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項９】
前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きい、請求項８に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１０】
前記フィン部は、複数対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１１】
前記基部は、前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きくなるように、前記基部の表面に形成された段差部を有する、請求項１０に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１２】
前記第１領域は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記前縁側から前記後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が大きくなる平面形状を有する、請求項１１に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１３】
前記第１フィン及び前記第２フィンは、流入方向を基準としたフィンコードの角度が８度以上、且つ、２２度以下であるように設定される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１４】
前記基部及び前記フィン部は、ＡＳＡ又はＡＥＳなどの熱可塑性プラスチックから形成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１５】
翼本体と、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータと、
を備え、
前記ボルテックスジェネレータは、前記翼本体の負圧面上に、前記翼長方向に沿って少なくとも一つ設けられる、風車翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ボルテックスジェネレータ及び風車翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、風車の運転効率を向上させる観点から、風車翼の空力的性能を改善する試みがなされている。その試みの一つは、風車翼の表面にボルテックスジェネレータを設け、風車翼の表面に沿った流れの剥離を抑制することである。
【０００３】
特許文献１〜特許文献８には、風車翼の表面に取り付けられる基部と該基部上に立設されたフィンとを有するボルテックスジェネレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２４８４８９８号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１５／０３０５７３号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０／２０１３／２０１８７１号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１４／１９８３５３号
【特許文献５】欧州特許出願公開２８２４３２０号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開２７３９５２９号明細書
【特許文献７】国際公開第２００６／１２２５４７号
【特許文献８】欧州特許出願公開２７３６８０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜８のようなボルテックスジェネレータでは、風車の運転中に、風車翼の表面に設置されたボルテックスジェネレータに導入される空気流れに渦（ボルテックス）を形成することで剥離の抑制が行われる。このとき形成される渦には、風車翼の表面に向かって押し付ける流れが含まれることから、空気中に汚れ成分が含まれていると、翼表面に汚れを生じさせる要因となる。
【０００６】
ボルテックスジェネレータに導入される空気には、空気中に含まれる水分やほこり、天候によって雨水などの水などが含まれることがある。このような水には、一般的な空気中のほこりや汚れ、また、大気汚染成分であるＳＯｘやＮＯｘが含まれることがあり、これらの大気汚染成分は光化学反応などによって酸性物質（例えば、硝酸や硫酸など）に変化し、雨水に溶け込むことで酸性雨となる。また火山活動のような自然要因によって放出されたガスが雨水に溶け込むことでも酸性雨が発生することがある。
【０００７】
このような水が空気流れとともにボルテックスジェネレータに取り込まれて表面に押し付けられると、風車翼の表面に汚れを生じさせる要因となる。風車翼の汚れは、外観上好ましくないだけでなく、風車性能への悪影響を与えるおそれもある。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、翼表面に生じる汚れを抑制可能なボルテックスジェネレータ及びこれを備えた風車翼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】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼のボルテックスジェネレータは上記課題を解決するために、
風車翼に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
前記風車翼の表面に取り付けられる基部と、
前記風車翼の前縁側から後縁側に向けて互いの間隔が広がるように、前記基部上に翼長方向に沿って配列された第１フィン及び第２フィンを少なくとも一対含むフィン部と、
を備え、
前記基部は、凸状の断面形状を有し、
前記断面形状は翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上である。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、ボルテックスジェネレータの基部は凸状の断面形状を有し、その翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上となる。そのため、ボルテックスジェネレータに導入される風に含まれる水は、基部の高さによってフィン部への導入が抑制される。その結果、フィン部を通過した空気流れに含まれる水が風車翼の表面に押し付けられることが抑制され、風車翼の表面における汚れ発生を効果的に抑制できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記基部は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側から流入する風に対向する対向面を有する。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、風車翼の前縁側からボルテックスジェネレータに流入する風は、基部が有する対向面に導かれる。風に含まれる水は対向面によって偏向されることでフィン部への侵入が抑制される。その結果、フィン部を通過した空気流れに含まれる水が風車翼の表面に押し付けられることが、より効果的に抑制される。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、
前記対向面は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記表面に対する傾斜角度が３ｄｅｇ以上である。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、翼本体の表面に対する対向面の傾斜角度を当該範囲に設定することで、フィン部への水の侵入抑制効果を効果的に享受できる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記基部は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側において、前記風車翼の後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が広くなる平面形状を有する。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、基部の平面形状は、前縁側において後縁側にむけて幅が広くなるように形成される。これにより、風車翼の前縁側からボルテックスジェネレータに流入する風に含まれる水は、当該平面形状に沿ってフィン部の外側に導かれるため、フィン部への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して対称である。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、基部の平面形状を対称にすることで、左右対称な空気流れがボルテックスジェネレータに導かれた際に、当該流れに含まれる水をフィン部の外側によりスムーズに流すことができる。これにより、フィン部への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、
前記平面形状の外輪郭は、前記前縁側に設けられた円弧部と、前記円弧部より前記後縁側において連結点を介して前記円弧部に接続された直線部と、を含み、
前記円弧部の接線及び前記直線部の接線は前記連結点において同じ傾きを有する。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、前縁側の円弧部と後縁側の直線部とかなめらかに連結した平面形状を有するため、フィン部を避けるようにスムーズに水を導くことができる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して非対称である。
【００２２】
上記（７）の構成によれば、基部の平面形状を非対称にすることによって、左右対称な空気流れがボルテックスジェネレータに導かれた際に、空気流れに含まれる水をフィン部の片側に積極的に流すことで、フィン部への水侵入を効果的に抑制できる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、
前記フィン部は、一対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含む。
【００２４】
上記（８）の構成によれば、基部上に一対の第１フィン及び第２フィンを有するボルテックスジェネレータにおいて、フィン部への水の侵入を効果的に抑制できる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では上記（８）の構成において、
前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きい。
【００２６】
上記（９）の構成によれば、フィン部を構成する第１フィン及び第２フィンの内側が外側に比べて高さが大きくなるので、フィン部への水の侵入を効果的に抑制できる。
【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、
前記フィン部は、複数対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含む。
【００２８】
上記（１０）の構成によれば、基部上に複数対のフィン部が設けられるボルテックスジェネレータにおいて、各フィン部への水の侵入を効果的に抑制できる。
【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では上記（１０）の構成において、
前記基部は、前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きくなるように、前記基部の表面に形成された段差部を有する。
【００３０】
上記（１１）の構成によれば、複数対の第１フィン及び第２フィンが設けられた基部では、各対の第１フィン及び第２フィンにおいて、第１フィン及び第２フィンの内側が外側に比べて高さが大きくなるように段差部を表面に有することで、フィン部への水の侵入を効果的に抑制できる。
【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では上記（１１）の構成において、
前記第１領域は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記前縁側から前記後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が大きくなる平面形状を有する。
【００３２】
上記（１２）の構成によれば、段差部の平面形状は、前縁側において後縁側にむけて幅が広くなるように形成される。これにより、風車翼の前縁側からボルテックスジェネレータに流入する風に含まれる水は、当該平面形状に沿ってフィン部の外側に導かれるため、フィン部への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００３３】
（１３）幾つかの実施形態では上記（１）から（１２）のいずれか一構成において、
前記第１フィン及び前記第２フィンは、流入方向を基準としたフィンコードの角度が８度以上、且つ、２２度以下であるように設定される。
【００３４】
上記（１３）の構成によれば、第１フィン及び第２フィンの傾斜角度を当該範囲に設定することで、ボルテックスジェネレータが本来有する剥離抑制効果と、上述のフィン部への水侵入抑制効果とを、より効果的に得ることができる。
【００３５】
（１４）幾つかの実施形態では上記（１）から（１３）のいずれか一構成において、
前記基部及び前記フィン部は、ＡＳＡ又はＡＥＳなどの熱可塑性プラスチックから形成される。
【００３６】
上記（１４）の構成によれば、ＡＳＡ又はＡＥＳなどの熱可塑性プラスチックから形成されるボルテックスジェネレータにおいて、上述のフィン部への水侵入抑制効果が好適に得られる。
【００３７】
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は上記課題を解決するために、
翼本体と、
上記（１）から（１４）のいずれか一構成のボルテックスジェネレータと、
を備え、
前記ボルテックスジェネレータは、前記翼本体の負圧面上に、前記翼長方向に沿って少なくとも一つ設けられる。
【００３８】
上記（１５）の構成によれば、上記構成を有するボルテックスジェネレータを翼本体上に有することで、空気流れに含まれる水が風車翼の表面に押し付けられることが抑制され、風車翼の表面における汚れ発生を効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、翼表面に生じる汚れを抑制可能なボルテックスジェネレータ及びこれを備えた風車翼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係るボルテックスジェネレータを備える風車翼の斜視図である。
【図２】図１のボルテックスジェネレータの斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】風車翼の表面上に配置された従来のボルテックスジェネレータを示す平面図である。
【図６】ボルテックスジェネレータに導入される空気流れと、空気流れに含まれる水の流れを簡易的に示す模式図である。
【図７】基部の平面形状の他の例を示す平面図である。
【図８】基部の平面形状の他の例を示す平面図である。
【図９】基部の平面形状の他の例を示す平面図である。
【図１０】基部の平面形状の他の例を示す平面図である。
【図１１】他の実施形態に係るボルテックスジェネレータを備える風車翼の斜視図である。
【図１２】図１１のボルテックスジェネレータの平面図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１４】図１３の変形例である。
【図１５】円形の段差部を有するボルテックスジェネレータの平面図である。
【図１６】他の平面形状の段差部を有するボルテックスジェネレータの平面図である。
【図１７】他の平面形状の段差部を有するボルテックスジェネレータの平面図である。
【図１８】他の平面形状の段差部を有するボルテックスジェネレータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４２】
まず図１を参照して、本発明の少なくとも一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０を備える風車翼１の全体構成について説明する。図１は本発明の少なくとも一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０を備える風車翼１の斜視図である。
【００４３】
風車翼１の翼本体２は、翼根３において風車のハブ（不図示）に取り付けられる。風車のハブには、図１に示す風車翼１が少なくとも一つ設けられる。ハブに複数の風車翼１が設けられる場合には、それらは放射状に配置される。ハブは、風車翼１によって風を受けることによって回転する。風車が風力発電装置である場合には、ハブと共に回転するロータに連結された発電機が駆動されることにより、発電が行われる。
【００４４】
翼本体２は、翼長方向に沿って延びており、ハブに取り付けられる翼根３と、翼根３と反対側の翼先端４とを有する。また翼本体２は、翼根３から翼先端４にかけて、前縁６と後縁７とを有する。また、翼本体２の外形は、圧力面（腹面）８と、圧力面８と反対側の負圧面（背面）９とを有する。
【００４５】
尚、以下の説明では、翼根３から翼先端４に向かう方向を「翼長方向」と称し、前縁６と後縁７とを結ぶ線（コード）に沿った方向を「コード方向」と称する。
【００４６】
翼本体２の表面には、少なくとも一つのボルテックスジェネレータ１０が設置される。図１では、翼本体２の負圧面９上に、翼長方向に沿って複数のボルテックスジェネレータ１０が設置されている場合が例示されている。これにより、ボルテックスジェネレータ１０による後述の剥離抑制効果を広い翼長方向範囲にて享受することができる。
【００４７】
続いてボルテックスジェネレータ１０の具体的構成について説明する。図２は図１のボルテックスジェネレータ１０の斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。尚、図２に示す二点鎖線は仮想線であり、図３及び図４に示す断面構造を図２の斜視図上で対応付けて示している。
【００４８】
ボルテックスジェネレータ１０は、風車翼１の表面（より具体的には翼本体２の表面）に取り付けられる基部１１と、基部１１上に設けられるフィン部２１と、を備える。基部１１は、フィン部２１が設けられるとともに外部に露出する表面１２と、翼本体２の表面（負圧面９）に取り付けられる表面１２とは反対側の裏面１３と、を有する。
尚、基部１１及びフィン部２１は、例えばＡＳＡ又はＡＥＳなどの熱可塑性プラスチックから形成される。
【００４９】
基部１１は、図３及び図４に示すように、風車翼１の翼長方向及びコード方向に沿った断面１８，１９が凸形状を有する。ここで、「凸形状」とは、ボルテックスジェネレータ１０が翼本体２に取り付けられた際に、翼本体２の表面から離れる方向に隆起するとともに、隆起した部分の輪郭（基部１１の表面１２の形状）が円弧形状となる。隆起した部分の輪郭は、図３及び図４に示すように単一に近い曲率半径の円弧によって形成されていてもよいし、図示は省略するが他の実施形態として複数の曲率半径の円弧の組合せによって形成されていてもよいし、円弧と直線との組合せによって形成されていてもよい。
【００５０】
風車の運転中、空力荷重に起因した曲げ変形によって翼本体２が少なからず撓むため、翼本体２の表面に取り付けられる基部１１には応力が作用する。この点、基部１１は、風車翼１の翼長方向に沿った凸形状の断面１８，１９を有するので、翼本体２の撓みに対して十分な強度があり、また、接着剤を介しているためこの弾力もあり、基部１１に作用する応力を分散させることができる。
【００５１】
尚、ボルテックスジェネレータ１０は、基部１１と翼本体２の表面（負圧面９）との間に設けられた接着剤層２９を介して取り付けられる。このように、基部１１の裏面１３と翼本体２の表面との間の空隙に接着剤層２９を形成することで、翼本体２の表面への基部１１の密着力を向上させるとともに、接着剤層２９による更なる応力緩和効果を期待できる。
【００５２】
基部１１上に設けられるフィン部２１は、一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂを含む。第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂは、略三角形状の板部材として形成されており、基部１１から離れる方向に突出した先端部２２と、基部１１に取付けられる根本部２３と、を含む。また第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂは、先端部２２が前縁６側に位置し、後縁７側に向けて先端部２２から高さが低くなるように傾斜した形状を有している。
【００５３】
一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂは互いの面が所定の角度（０度以上の角度）を有するように傾斜させる。本実施形態では、一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの間の隙間が風車翼１の前縁６側から後縁７側に向けて、広がるように配置されている。この傾斜角度は、例えば、一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの中間線Ｃを基準として８度以上、且つ、２２度以下であるように設定される。
【００５４】
ボルテックスジェネレータ１０は、風車の運転中において、風車翼１の負圧面９上に設置されることで、負圧面９に沿った風の流れＦ（図２及び図４を参照）の剥離が起こる前の層流域内に設置される。ボルテックスジェネレータ１０を備えない風車翼１の表面（負圧面９）上では、前縁６近傍の層流域からその下流側の乱流域に向かって境界層が徐々に厚くなり、後縁７に到達する前に流れが早めに剥がれてしまうことで流れの剥離が生じる。この点、上記構成のボルテックスジェネレータ１０を備える風車翼１では、図２及び図３に示すように、一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂによって前縁６側から流入する空気流れが外側から内側に向かう渦Ｖを生じさせ、風車翼１の表面（負圧面９）に向かって空気が押し付けられる流れを形成する。ボルテックスジェネレータ１０は、このような流れを形成することや、渦Ｖによって翼表面から離れた位置の風のエネルギーを翼表面近くに導入することで、剥離位置を後縁７側にずらし、流れの剥離を抑制できる。
【００５５】
ここでボルテックスジェネレータ１０に導入される空気には、空気中に含まれる水分やほこり、天候によって雨水などの水などが含まれることがある。このような水には、一般的な空気中のほこりや汚れ、また、大気汚染成分であるＳＯｘやＮＯｘが含まれることがあり、これらの大気汚染成分は光化学反応などによって酸性物質（例えば、硝酸や硫酸など）に変化し、雨水に溶け込むことで酸性雨となる。また火山活動のような自然要因によって放出されたガスが雨水に溶け込むことでも酸性雨が発生することがある。
【００５６】
このような酸性雨を含む空気流れがボルテックスジェネレータ１０に取り込まれると、翼本体２に汚れを生じさせる要因となる。図５は風車翼１の表面上に配置された従来のボルテックスジェネレータ１０´を示す平面図である（図５に示す従来のボルテックスジェネレータ１０´では、前述のボルテックスジェネレータ１０´に対応する構成に対して共通の符号が付されている）。
【００５７】
従来のボルテックスジェネレータ１０´もまた、上述のように第１フィン２１Ａと第２フィン２１Ｂの間で、前縁６側から流入する空気流れＦを風車翼１の表面（負圧面９）に向けて押し付ける作用があるため、当該空気流れＦに含まれる雨水もまた風車翼１の表面（負圧面９）に導かれる。その結果、図５に示すように、ボルテックスジェネレータ１０´の下流側領域Ｇ（すなわち後縁７側）には、空気流れ方向（典型的にはコード方向）に沿った筋状の汚れ３１が生じる可能性がある（汚れ３１の形状はこの限りではない）。
【００５８】
本実施形態のボルテックスジェネレータ１０は、このような汚れ３１の発生を抑制するために、断面１８、１９における翼厚方向の最大高さＨが十分大きく確保される（図３及び図４を参照）。具体的には、最大高さＨは２ｍｍ以上であることが好ましい。図６はボルテックスジェネレータ１０に導入される空気流れＦと、空気流れＦに含まれる水の流れＩを簡易的に示す模式図である。上述のようにボルテックスジェネレータ１０の基部１１の断面形状は凸形状を有しており、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの間に頂部を有する。そのため、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの内側は、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの外側に比べて高さが大きくなる。本実施形態では、断面１８、１９における翼厚方向の最大高さＨを十分大きく確保することで、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの内側及び外側間の高低差を十分大きくできる。これにより、空気流れＦに含まれる比重の大きな水は、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの外側に導かれ、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの内側への水の侵入が抑制される。また、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの外側（領域Ｇの隣合う間の領域）は、逆に翼表面から離れる流れが生じるために汚れにくい。その結果、ボルテックスジェネレータ１０の下流側領域Ｇや、領域Ｇの隣り合う間の領域、における汚れ３１が効果的に低減される。
【００５９】
このようなフィン部２１への水の侵入抑制効果は、断面１８、１９における基部の最大高さＨに依存する。本発明者の検証によれば、一つの目安として、断面１８、１９における翼厚方向の最大高さＨを２ｍｍ以上に設定することで、効果的に享受できた。また断面１８、１９における基部の最大高さＨは適宜変更することも可能であるが、ボルテックスジェネレータ１０の本質的な剥離抑制効果とのバランスによって決定されるとよい。
【００６０】
また基部１１は、ボルテックスジェネレータ１０が風車翼１に取り付けられた際に、風車翼１の前縁６側から流入する空気流れＦに対向する対向面１１ａを有する。本実施形態では対向面１１ａは、基部１１のうち第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂ間にある頂部より前縁６側の曲面として形成されているが、平面であってもよい。風車の運転中に前縁６側からの空気流れＦは、基部１１の対向面１１ａに導かれ、風に含まれる比重が大きな水は、対向面１１ａによって流路が規制されることにより、フィン部２１への侵入が抑制される。
このようなフィン部２１への水の侵入抑制効果を効果的に享受するために、翼本体２の表面に対する対向面１１ａの傾斜角度は、例えば、３ｄｅｇ以上であるとよい。尚、本実施形態では当該傾斜角度が鋭角である場合を例示しているが、直角であってもよいし、鈍角であってもよい。
【００６１】
また基部１１は、風車翼１に取り付けられた際に、風車翼１の前縁６側において、風車翼１の後縁７側に向けて翼長方向に沿った幅が広くなる平面形状を有するとよい。本実施形態では、このような平面形状の一例として、円形の平面形状を有する基部１１が示されている。このような平面形状を有する基部１１を用いることにより、風車翼１の前縁６側からボルテックスジェネレータ１０に流入する風に含まれる水は、当該平面形状に沿ってフィン部２１の外側に導かれるため、フィン部２１への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００６２】
図７〜図１０は、基部１１の平面形状の他の例を示す平面図である。
図７に示す例では、基部１１の平面形状は、前縁６側に設けられた円弧部１１Ａと、円弧部１１Ａより後縁７側において連結点１１Ｃを介して円弧部１１Ａに接続された直線部１１Ｂと、を含む外輪郭を有する。すなわち、基部１１は、半円形状の前縁６側と、矩形状の後縁７側とが一体的に結合した平面形状を有する。この場合、円弧部１１Ａの接線及び直線部１１Ｂの接線は、連結点１１Ｃにおいて同じ傾きを有することで、円弧部１１Ａと直線部１１Ｂとが滑らかに接続されるとよい。これにより、フィン部２１を避けるように導かれる水の流れをスムーズにすることができ、より効果的にフィン部２１への水の侵入を抑制できる。
【００６３】
図８に示す例では、図７において互いに平行であった２つの直線部１１Ｂが互いに傾斜している点で異なる。この例では特に、２つの直線部１１Ｂは前縁６側から後縁７側に向けて広がるように互いに傾斜している。
【００６４】
図９に示す例では、図７と比較して、基部１１の後縁７側の角部に大きなＲを取った形状（Ｒ形状）を有するように構成されている。
【００６５】
前述の基部１１の各平面形状は、翼長方向に交差する基準ラインＤ（例えば空気流れＦの方向）に対して対称形状であるため、左右対称な空気流れＦがボルテックスジェネレータ１０に導かれた際に、当該流れＦに含まれる水をフィン部２１の外側によりスムーズに流すことができる。これにより、フィン部２１への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００６６】
また基部１１の平面形状は、図１０に示すように、翼長方向に交差する基準ラインＤ（例えば空気流れＦの方向）に対して非対称形状であってもよい。この例では、基部１１の平面形状が、基準ラインＤの一方側では円弧部１１Ａと直線部１１Ｂとが連結点１１Ｃを介して滑らかに接続されているが、他方側では、円弧部１１Ａに対して直線部１１Ｄが不連続的に接続されている。このように基部１１の平面形状を非対称にすることによって、左右対称な空気流れがボルテックスジェネレータ１０に導かれた際に、空気流れに含まれる水をフィン部２１の片側に積極的に流すこともできる（図１０の例では、直線部１１Ｄ側における水の流れＩ１が、直線部１１Ｃ側における水の流れＩ２に比べて少なくなっている）。
【００６７】
上述の実施形態では、一つの基部１１に対して一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂからなるフィン部２１が設けられたボルテックスジェネレータ１０であるが、以下のように、一つの基部１１に対して複数対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂからなるフィン部２１が設けられたボルテックスジェネレータ３０であってもよい。
【００６８】
図１１は他の実施形態に係るボルテックスジェネレータ３０を備える風車翼１の斜視図であり、図１２は図１１のボルテックスジェネレータ３０の平面図であり、図１３は図１２のＤ−Ｄ線断面図である。
【００６９】
ボルテックスジェネレータ３０は、翼長方向に沿って延在する長手形状の基部１１を有しており、基部１１上には、翼長方向に沿って複数対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂを含むフィン部２１が設けられている。そのためボルテックスジェネレータ３０が設けられた風車翼では、上述のボルテックスジェネレータ１０を複数設けた風車翼（図１を参照）と同様に、剥離抑制効果を広い翼長方向範囲にて享受することができる。
【００７０】
尚、本実施形態のボルテックスジェネレータ３０は翼長方向に沿って複数のフィンが配列されるが、このうち「一対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂ」とは、互いに隣り合うように配置され、且つ、風車翼１の前縁６側から後縁７側に向けて互いの間隔が広がるように、基部１１上に翼長方向に沿って配列された２つのフィンからなる対を意味する。
【００７１】
ここで基部１１は、図１２及び図１３に示すように、第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂを含む第１領域３３と、第１領域３３に隣接する第２領域３４との境界を規定する段差部３２を有する。第１領域３３は、上述の断面１８，１９と同様に第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの間に頂部を有する凸状の断面形状（翼軸方向の横断面では凸でなくても良く、前縁から後縁方向で凸）を有し、第２領域３４に比べて翼厚方向の高さＨが大きくなるように形成されている。このようにボルテックスジェネレータ３０では、第１領域３３は第２領域３４に比べて高さが大きくなるように段差部３２を構成することで、第１領域３３と第２領域３４との間に高低差を形成する。これにより、空気流れＦに含まれる水Ｉは、図１１に示すように、高さが小さい第２領域３４に向けて優先的に流れ、第１領域３３に対する水の侵入が抑制される。
【００７２】
ここで第１領域３３における凸状の断面形状は、翼厚方向の最大高さ（第２領域を基準とする第１領域の頂部の高さ）を２ｍｍ以上に設定することで、各対における第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂの内側に対する水の侵入を効果的に抑制できる。
【００７３】
尚、図１４に示すように、基部１１は段差部３２を有さずに、複数対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂにわたって凸状の断面形状を有してもよい。図１４は図１３の変形例である。この場合もまた、凸状の断面形状において翼厚方向の最大高さＨを２ｍｍ以上に設定することで、複数対の第１フィン２１Ａ及び第２フィン２１Ｂを含むフィン部２１全体への水の侵入が抑制される。
【００７４】
上記例では、段差部３２はコード方向に沿った直線状に形成されているが（図１２を参照）、第１領域３３の平面形状が、前縁６側から後縁７側に向けて翼長方向に沿った幅が大きくなるように形成されてもよい。図１５では、このような平面形状の一例として、円形の段差部３２を有するボルテックスジェネレータ３０が示されている。このような段差部３２を有するボルテックスジェネレータ３０を用いることにより、風車翼１の前縁６側からボルテックスジェネレータ３０に流入する風に含まれる水は、当該段差部３２に沿ってフィン部２１の外側に導かれるため、フィン部２１への水の侵入をより効果的に抑制できる。
【００７５】
図１６〜図１８は、他の形状の段差部３２を有するボルテックスジェネレータ３０の平面図である。
図１６に示す例では、段差部３２の平面形状は、前縁６側に設けられた円弧部３２Ａと、円弧部３２Ａより後縁７側において連結点３２Ｃを介して円弧部３２Ａに接続された直線部３２Ｂと、を含む。すなわち、段差部３２によって規定される第１領域３３は、半円形状の前縁６側と、矩形状の後縁７側とが一体的に結合した平面形状を有する。この場合、円弧部３２Ａの接線及び直線部３２Ｂの接線は、連結点３２Ｃにおいて同じ傾きを有することで、円弧部３２Ａと直線部３２Ｂとが滑らかに接続されるとよい。これにより、フィン部２１を避けるように導かれる水の流れをスムーズにすることができ、より効果的にフィン部２１への水の侵入を抑制できる。
【００７６】
図１７に示す例では、図１６において互いに平行であった２つの直線部３２Ｂが互いに傾斜している点で異なる。この例では特に、２つの直線部３２Ｂは前縁６側から後縁７側に向けて広がるように互いに傾斜している。
【００７７】
図１８に示す例では、図１６において段差部３２の後縁７側の角部Ｒが形状（Ｒ形状）を有するように構成されている。
【００７８】
尚、上述の各実施形態では風車翼１の表面上にボルテックスジェネレータ１０，３０を配置することでフィン部２１への水の侵入抑制効果を実現しているが、ボルテックスジェネレータ１０，３０は風車翼１と一体的に形成されていてもよい。また上述の各実施形態ではボルテックスジェネレータ１０，３０は、風車翼１の平坦な表面上に配置されているが、風車翼１の表面上に凹状の切り欠き部が形成されており、切り欠き部の内部にボルテックスジェネレータの一部がはめ込まれた際に、表面上において同様の構成が実現されるように形成されてもよい。
【００７９】
以上説明したように上述の実施形態によれば、ボルテックスジェネレータ１０，３０に導入される風に含まれる水は、基部１１の高さＨによってフィン部２１への導入が抑制される。その結果、フィン部２１を通過した空気流れＦに含まれる水が風車翼１の表面に押し付けられることが抑制され、風車翼１の表面における汚れ発生を効果的に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の少なくとも一実施形態は、ボルテックスジェネレータ及び風車翼に利用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  風車翼
２  翼本体
３  翼根
４  翼先端
６  前縁
７  後縁
８  圧力面
９  負圧面
１０  ボルテックスジェネレータ
１１  基部
１１ａ  対向面
１２  表面
１３  裏面
１８，１９  断面
２１  フィン部
２１Ａ  第１フィン
２１Ｂ  第２フィン
２２  先端部
２３  根本部
２９  接着剤層
３０  ボルテックスジェネレータ
３２  段差部
３３  第１領域
３４  第２領域
【図１】
2020105998.tif 000003
【図２】
2020105998.tif 000004
【図３】
2020105998.tif 000005
【図４】
2020105998.tif 000006
【図５】
2020105998.tif 000007
【図６】
2020105998.tif 000008
【図７】
2020105998.tif 000009
【図８】
2020105998.tif 000010
【図９】
2020105998.tif 000011
【図１０】
2020105998.tif 000012
【図１１】
2020105998.tif 000013
【図１２】
2020105998.tif 000014
【図１３】
2020105998.tif 000015
【図１４】
2020105998.tif 000016
【図１５】
2020105998.tif 000017
【図１６】
2020105998.tif 000018
【図１７】
2020105998.tif 000019
【図１８】
2020105998.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月4日(2020.3.4)
【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】
風車翼に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
前記風車翼の表面に取り付けられる基部と、
前記風車翼の前縁側から後縁側に向けて互いの間隔が広がるように、前記基部上に翼長方向に沿って配列された第１フィン及び第２フィンを少なくとも一対含むフィン部と、
を備え、
前記基部は、凸状の断面形状を有し、
前記断面形状は翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上であり、
前記基部は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側において、前記風車翼の後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が広くなる平面形状を有し、
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して非対称であり、
前記基準ラインの一方側では円弧部と直線部とが連結点を介して接続され、前記基準ラインの他方側では円弧部に対して直線部が不連続的に接続されている、ボルテックスジェネレータ。
【請求項２】
風車翼に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
前記風車翼の表面に取り付けられる基部と、
前記風車翼の前縁側から後縁側に向けて互いの間隔が広がるように、前記基部上に翼長方向に沿って配列された第１フィン及び第２フィンを少なくとも一対含むフィン部と、
を備え、
前記基部は、凸状の断面形状を有し、
前記断面形状は翼厚方向の最大高さが２ｍｍ以上であり、
前記フィン部は、複数対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含み、
前記基部は、前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きくなるように、前記基部の表面に形成された段差部を有する、ボルテックスジェネレータ。
【請求項３】
前記基部は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側から流入する風に対向する対向面を有する、請求項１又は２に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項４】
前記対向面は、前記基部が前記風車翼に取り付けられた際に、前記表面に対する傾斜角度が３ｄｅｇ以上である、請求項３に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項５】
前記基部は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記風車翼の前縁側において、前記風車翼の後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が広くなる平面形状を有する、請求項２に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項６】
前記平面形状は、前記翼長方向に交差する基準ラインに対して対称である、請求項５に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項７】
前記平面形状の外輪郭は、前記前縁側に設けられた円弧部と、前記円弧部より前記後縁側において連結点を介して前記円弧部に接続された直線部と、を含み、
前記円弧部の接線及び前記直線部の接線は前記連結点において同じ傾きを有する、請求項６に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項８】
前記フィン部は、一対の前記第１フィン及び前記第２フィンを含む、請求項１に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項９】
前記断面形状において、前記第１フィン及び前記第２フィンの内側が前記第１フィン及び前記第２フィンの外側に比べて前記翼厚方向における高さが大きい、請求項８に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１０】
前記第１フィン及び前記第２フィンの内側である第１領域は、前記風車翼に取り付けられた際に、前記前縁側から前記後縁側に向けて前記翼長方向に沿った幅が大きくなる平面形状を有する、請求項２に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１１】
前記第１フィン及び前記第２フィンは、流入方向を基準としたフィンコードの角度が８度以上、且つ、２２度以下であるように設定される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１２】
前記基部及び前記フィン部は、ＡＳＡ又はＡＥＳなどの熱可塑性プラスチックから形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータ。
【請求項１３】
翼本体と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のボルテックスジェネレータと、
を備え、
前記ボルテックスジェネレータは、前記翼本体の負圧面上に、前記翼長方向に沿って少なくとも一つ設けられる、風車翼。