(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転横軸に放射状に設置される風力発電用ブレードにおいて、
前記ブレードの根部側であって該ブレードが前記回転横軸に設置された際に後縁側または負圧面となる位置に設けられた排気口と、前記ブレードの先端部側であって該ブレードが前記回転横軸に設置された際に前縁側または正圧面となる位置に設けられた吸入口と、前記排気口と前記吸入口とを連通させる気体流路と、前記吸入口から前記気体流路を通して前記排気口に至る気体の流れを調整する気流調整部とを有することを特徴とする風力発電用ブレード。
【請求項２】
前記気流調整部は、前記気体の流れの流量を調整する流量調整部を有することを特徴とする請求項１記載の風力発電用ブレード。
【請求項３】
前記排気口は、複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用ブレード。
【請求項４】
前記複数の排気口は、前記ブレードの長手方向に沿って並んで設けられていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電用ブレード。
【請求項５】
前記排気口は、複数設けられており、前記気流調整部は、前記気体流路を流れる気体を前記複数の排気口のうちの一部から選択的に排気させる排気口選択部を有することを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
【請求項６】
前記吸入口は、前記ブレードの長手方向において、前記回転横軸の回転中心から、該回転中心と前記ブレードの先端位置との間の距離の７０〜１００％の距離の位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
【請求項７】
前記排気口は、前記ブレードの長手方向において、前記回転横軸の回転中心から、該回転中心と前記ブレードの先端位置との間の距離の４０％以下の距離の位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
【請求項８】
前記排気口は、前記ブレードの長手方向において、前記ブレードの前記前縁と前記後縁との間の幅が最大である最大幅位置または該最大幅位置よりも前記先端部側の位置に設けられていることを特徴とする請求項７記載の風力発電用ブレード。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の風力発電用ブレードと、前記風力発電用ブレードが設置される回転横軸と、前記風力発電用ブレードに備える気流調整部を通して前記風力発電用ブレードの吸入口から気体流路を通して排気口に至る気体の流れを制御する気流制御部とを有することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
前記風力発電用ブレードに前記排気口が複数設けられており、前記気流制御部は、前記複数の排気口毎に前記気流を個別に制御可能であることを特徴とする請求項９に記載の風力発電装置。
【請求項１１】
前記風力発電用ブレードに対する風力を測定する風力測定部を備え、前記気流制御部は、前記風力測定部の測定結果を受けて前記気体の流れを制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の風力発電装置。
【請求項１２】
前記気流制御部は、前記風力発電用ブレードに対する停止要因に応じて、前記回転横軸の回転を停止するとともに、前記気体の流れを制御することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用ブレードおよび該風力発電用ブレードを用いた風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水平軸プロペラ式の風車を備える風力発電装置は、ハブに対して放射状に取り付けられた複数本のブレードが風車を構成し、流入風に対して各ブレードが回転方向に荷重を発生することにより風車が回転する機構となっている。ブレードは、それぞれ長手方向に直交する断面が翼型断面となっている。ブレードの翼型断面は、断面に流入する流入風の風向および風速に応じて設計されている。一般的に、ブレードの翼型断面の設計では、均一な流入風が基準とされており、流入風の風向や風速の変動による影響は、一般的に設計後の解析により評価されるにとどまっている。
【０００３】
実際の風車においては、風車の回転面に対して流入する流入風の風向が時間とともに絶えず変動する。また、風車の回転面に流入する流入風の風速も時間とともに絶えず変動する。したがって、風車を構成するブレードの翼型断面に流入する流入風の風向および風速は、絶えず変動している。このような傾向は、日本国内のような乱流強度の高い地域において顕著になっている。
【０００４】
上記流入風の風向や風速の変動は、翼面における境界層の剥離を引き起こす一因となることが知られている。そこで、従来技術として、ボルテックスジェネレータやトリッピングワイヤ、スリットなどの構造体を翼面の負圧面上に設け、これらの構造体により乱流遷移を誘発して境界層の剥離を抑制することが行われている。
また、境界層の制御に関し、固定翼機の翼について、翼面に沿って圧縮空気を吹き出すことにより境界層を制御することが行われ（例えば特許文献１〜３参照）、また、回転翼航空機のローターブレードについても同様のことが行われている（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−７９４９９号公報
【特許文献２】特開昭５７−８０９９８号公報
【特許文献３】特開昭５４−１５１２９８号公報
【特許文献４】特開平５−３１９３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記乱流遷移を誘発する構造体を負圧面上に設けて境界層の剥離を抑制する従来の技術には、特定の風速域、乱流域のみで境界層の剥離を抑制する効果があるにすぎないという問題がある。また、乱流遷移を誘発する構造体は、ブレードの空気抵抗を増大させることになり、空気力学的に不利であるという問題もある。
【０００７】
また、風向や風速が変動する流入風を想定した場合、迎角の変動量は、風車を構成するブレードの先端部である翼端部よりも根部である翼根部において大きくなる。これは、翼根部においては、風車の回転による流入風に対して自然風の風速が大きく、自然風による影響が大きいためである。
また、風車を構成するブレードが発生する力は、風車が受ける風の風速の２乗に比例する。このため、風車の回転数が低い低風速時の場合、風車全体の発電量に対するブレードの翼根部が発生するトルクの寄与率は、風車の回転数が高い高風速時と比較して大きい。
したがって、翼根部の性能を改善することが、低風速時における発電効率の向上に重要であるといえる。
【０００８】
ここで、翼型断面の性能について図７を用いて説明する。図７は、迎角αに対する揚力係数ＣＬの変化を模式的に示すグラフである。なお、図７には、翼型断面に対する流体の流れを矢印で模式的に示した図をあわせて示している。
図７に示すように、迎角αが失速迎角αｓｔａｌｌよりも小さい領域では、迎角αが増大するに従って揚力係数ＣＬも増大する。他方、迎角αが失速迎角αｓｔａｌｌよりも大きい領域では、迎角αが増大するに従って揚力係数ＣＬは減少する。このように、迎角αが失速迎角αｓｔａｌｌを超えて大きくなると失速が起こるため、風車は、α＜αｓｔａｌｌの領域で運転されることになる。
しかしながら、流入風の風向などの変動により迎角αが大きく変動する場合には、迎角αが失速迎角αｓｔａｌｌよりも大きくなることがあり、その結果、揚力係数ＣＬが減少して翼性能が著しく低下することがある。α＞αｓｔａｌｌでは、翼の負圧面の後縁側から順に、翼面上に付着していた流体が剥離して渦が形成される剥離領域が生じるため、翼の負圧面と正圧面との間に圧力差が生じず、翼性能が低下することになる。
なお、迎角αは、図８に示すように、翼弦線と流入風Ｕとの角度を示すものである。翼弦線は、翼の前縁（一番前方の位置）と後縁（一番後方の位置）を結んだ線を示す。
【０００９】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、風向もしくは風速の変動が大きい状況下または風速の低い状況下においても、風力による高効率の発電を実現することができる風力発電用ブレードおよび該風力発電用ブレードを用いた風力発電装置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】
【００１０】
すなわち、本発明の風力発電用ブレードのうち、第１の本発明は、回転横軸に放射状に設置される風力発電用ブレードにおいて、
前記ブレードの根部側であって該ブレードが前記回転横軸に設置された際に後縁側または負圧面となる位置に設けられた排気口と、前記ブレードの先端部側であって該ブレードが前記回転横軸に設置された際に前縁側または正圧面となる位置に設けられた吸入口と、前記排気口と前記吸入口とを連通させる気体流路と、前記吸入口から前記気体流路を通して前記排気口に至る気体の流れを調整する気流調整部とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１の本発明において、前記気流調整部は、前記気体の流れの流量を調整する流量調整部を有することを特徴とする。
【００１３】
第３の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１または第２の本発明において、前記排気口は、複数設けられていることを特徴とする。
【００１４】
第４の本発明の風力発電用ブレードは、前記第３の本発明において、前記複数の排気口は、前記ブレードの長手方向に沿って並んで設けられていることを特徴とする。
【００１５】
第５の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１、第２、第４の本発明のいずれかにおいて、前記排気口は、複数設けられており、前記気流調整部は、前記気体流路を流れる気体を前記複数の排気口のうちの一部から選択的に排気させる排気口選択部を有することを特徴とする。
【００１６】
第６の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記吸入口は、前記ブレードの長手方向において、前記回転横軸の回転中心から、該回転中心と前記ブレードの先端位置との間の距離の７０〜１００％の距離の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
第７の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記排気口は、前記ブレードの長手方向において、前記回転横軸の回転中心から、該回転中心と前記ブレードの先端位置との間の距離の４０％以下の距離の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
第８の本発明の風力発電用ブレードは、前記第７の本発明において、前記排気口は、前記ブレードの長手方向において、前記ブレードの前記前縁と前記後縁との間の幅が最大である最大幅位置または該最大幅位置よりも前記先端部側の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
第９の本発明の風力発電装置は、前記第１〜第８の本発明の風力発電用ブレードのいずれかと、前記風力発電用ブレードが設置される回転横軸と、前記風力発電用ブレードに備える気流調整部を通して前記風力発電用ブレードの吸入口から気体流路を通して排気口に至る気体の流れを制御する気流制御部とを有することを特徴とする。
【００２０】
第１０の本発明の風力発電装置は、前記第９の本発明において、前記風力発電用ブレードに前記排気口が複数設けられており、前記気流制御部は、前記複数の排気口毎に前記気流を個別に制御可能であることを特徴とする。
【００２１】
第１１の本発明の風力発電装置は、前記第９または第１０の本発明において、前記風力発電用ブレードに対する風力を測定する風力測定部を備え、前記気流制御部は、前記風力測定部の測定結果を受けて前記気体の流れを制御することを特徴とする。
【００２２】
第１２の本発明の風力発電装置は、前記第９〜第１１の本発明のいずれかにおいて、前記気流制御部は、前記風力発電用ブレードに対する停止要因に応じて、前記回転横軸の回転を停止するとともに、前記気体の流れを制御することを特徴とする。
【００２３】
すなわち、本発明によれば、回転横軸に放射状に設置された風力発電用ブレードが回転すると、ブレードの先端部側であって該ブレードが回転横軸に設置された際に前縁または正圧面となる位置に設けられた吸入口から気体が吸入される。吸入口から吸入された高圧の気体は、気体流路を介して、ブレードの根部側であって該ブレードが回転横軸に設置された際に後縁側または負圧面となる位置に設けられた排気口から排気される。こうして、ブレードの根部と比較して周速の速いブレードの先端部側に設けられた吸入口から吸入された気体が、流入風の迎角の変動が大きく境界層の剥離が生じやすいブレードの根部側に設けられた排気口から排気されるので、境界層の剥離を抑制することができる。したがって、本発明によれば、風向もしくは風速の変動が大きい状況下または風速の低い状況下においても、翼効率の低下を回避し、風力による高効率の発電を実現することができる。
【００２４】
また、強風などによる風力発電用ブレードの過回転時に緊急停止を必要とする場合には、吸入口から取り入れられて排気口に至って排気される気体流量を増加することにより、翼面上の圧力を開放でき、安全に風車出力を低下させることができる。
また、吸入口における風の圧力を測定することにより、翼発生力を推定することができ、回転横軸に対する風力発電用ブレードの角度を制御したり、風力発電用ブレードの性能を評価することができる。
【００２５】
なお、ブレードの形状は、特定の形状に限定されるものではないが、長手方向に直交する断面が翼型断面である翼形状とすることができる。また、ブレードは、中空形状のものとすることができ、内部には、吸入口と排気口とを連通する気体流路や、ブレードの強度を補強する補強部材などを設置することができる。
また、ブレードの材質も、特定の材質に限定されるものではないが、例えば、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）を用いることができ、また、ＦＲＰを主成分とし、一部に木材や発泡体などを用いた複合体を用いることもできる。
【００２６】
吸入口は、ブレードの先端部側であって該ブレードが回転横軸に設置された際に前縁側または正圧面となる位置に設けられる。吸入口の開口形状は、特定の形状に限定されるものではないが、例えば、円形状、楕円形状、スリット形状などである。また、吸入口の開口面積は、ブレードの形状、大きさなどに応じて適宜設定することができる。
【００２７】
また、吸入口は、ブレードの長手方向において、回転横軸の回転中心から、該回転中心とブレードの先端位置との間の距離Ｒの７０〜１００％の距離の位置に設けることが好ましく、距離Ｒの９０〜１００％の距離の位置に設けることがより好ましい。これは、ブレードは、先端側ほどトルクの発生に対する寄与率が小さくなっており、また、先端側ほど周速が速いため動圧を容易に取得することができるためである。
【００２８】
排気口は、ブレードの根部側であって該ブレードが回転横軸に設置された際に後縁または負圧面となる位置に設けられる。排気口の開口形状は、特定の形状に限定されるものではないが、例えば、円形状、楕円形状、スリット形状などである。また、排気口の開口面積は、ブレードの形状、大きさなどに応じて適宜設定することができる。
【００２９】
また、排気口は、ブレードの長手方向において、回転横軸の回転中心から、該回転中心とブレードの先端位置との間の距離Ｒの４０％以下の距離の位置に設けることが好ましい。これは、回転横軸の回転中心から距離Ｒの４０％以下の距離の位置では、周速が遅いため流入風の風速の影響が相対的に大きく、迎角の変動が大きいため、かかる位置に排気口を設けることにより、境界層の剥離を効果的に抑制することができるためである。
【００３０】
なお、排気口は、ブレードの長手方向において、ブレードの前縁と後縁との間の幅が最大である最大幅位置または該最大幅位置よりも先端部側の位置に設けることが好ましい。
これは、最大幅位置よりも回転横軸の回転中心側では、ブレードの形状が崩れており、排気口からの排気により境界層の剥離を抑制する効果が小さくなるためである。
【００３１】
また、排気口は、１つだけであってもよいが、複数設けることもできる。排気口を複数設ける場合、排気口は、あらゆる態様の配置で設けることができる。例えば、複数の排気口は、ブレードの長手方向に沿って並んで設けることができる。排気口を設ける数、および配置の態様を適宜設定することにより、ブレードの形状などに応じて、境界層の剥離を確実に抑制することができる。
【００３２】
吸入口と排気口とを連通させる気体流路は、ブレード内に設置することができる。気体流路としては、特定の材質のものに限定されるものではないが、例えば、銅、ステンレスなどの金属製の配管、プラスチック製の配管などを用いることができる。腐食防止の観点からは、気体流路として、ステンレス製の配管やプラスチック製の配管を好ましく用いることができる。
なお、ブレードは、通常、回転時には大きく反ることになる。このため、気体流路は、ブレードの反りにより破損することがないように、ブレード内面に対して遊びをもって設置することが好ましい。また、気体流路として、ブレードの反りに追従して曲がることができる柔軟性な材質のものを用いることもでき、例えばゴムチューブなどを用いることもできる。
【００３３】
ブレードには、吸入口から気体流路を流れて排気口に至る気体の流れを調整する気流調整部を設ける。気流調整部は、通常、気体流路に介設するように設けられる。
気流調整部は、例えば、流量調整部、電磁弁などにより構成することができる。気流調整部により吸入口から気体流路を流れて排気口に至る気体の流量を調整でき、ひいては排気口から排気される気体の圧力を調整することができる。
なお、気流調整部は、適宜手動によって設定されるものであってもよいが、その動作は、後述の気流制御部により制御することができる。
【００３４】
また、排気口が複数設けられている場合、気体流路には、該気体流路を流れる気体を複数の排気口のうちの一部から選択的に排気させる排気口選択部を気流調整部として設けることができる。排気口選択部は、例えば、複数の排気口にそれぞれ対応して設けられた電磁弁その他の弁などにより構成することができ、各弁の開閉状態を適宜設定することにより、複数の排気口のうちの一部からの選択的な排気を実現することができる。排気口選択部により複数の排気口のうちの一部から選択的に排気させることにより、風速や風向などの状況に応じて効果的に境界層の剥離を抑制することができる。なお、排気口の選択に際し、気流調整部によって、各排気口に応じて流量を調整することも可能である。
なお、排気口選択部による排気口の選択は、後述の気流制御部により制御することができる。
【００３５】
風力発電装置は、上記風力発電用ブレードと、前記風力発電用ブレードに備える気流調整部を通して前記風力発電用ブレードの吸入口から気体流路を通して排気口に至る気体の流れを制御する気流制御部とを有するものとすることができる。
気流制御部は、上記気流調整部を通して吸入口から気体流路を通して排気口に至る気体の流れを制御する。
また、風力発電用ブレードに排気口が複数設けられている場合、気流制御部は、複数の排気口からの排気を個別に制御可能なものとすることができる。この場合、気流制御部は、上記排気口選択部による排気口の選択を制御することにより、複数の排気口からの排気を個別に制御することができる。
【００３６】
なお、風力発電装置は、風力発電用ブレードに対する風力を測定する風力測定部を備えるものとすることができる。この場合、気流制御部は、風力測定部の測定結果を受けて前記気体の流れを制御するものとすることができる。これにより、風力発電用ブレードに対する風力に応じて、排気口からの排気を適切に行うことができる。風力は、例えば、吸入口で測定することができる。
【００３７】
さらに、気流制御部は、風力発電用ブレードに対する停止要因に応じて、回転横軸の回転を停止するとともに、前記気体の流れを制御するものとすることができる。回転横軸の回転を停止する際に前記気体の流れを制御することにより、回転横軸の回転を安全に停止することができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上のとおり、本発明によれば、ブレードの根部と比較して周速の速いブレードの先端部側に設けられた吸入口から気体を吸入し、流入風の迎角の変動が大きく境界層の剥離が生じやすいブレードの根部側に設けられた排気口から排気することができるので、境界層の剥離を抑制することができる。したがって、本発明によれば、風向もしくは風速の変動が大きい状況下または風速の低い状況下においても、風力による高効率の発電を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態の風力発電装置を示す概略図である。
【図２】同じく、風力発電用ブレードの全体を示す概略平面図である。
【図３】同じく、風力発電用ブレードにおける吸入口付近を示す拡大した一部概略図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII−III線断面図である。
【図４】同じく、風力発電用ブレードにおける排気口付近を示す示す拡大した一部概略図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図５】同じく、風力発電用ブレードにおける吸入口および排気口の分布範囲を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施形態の風力発電用ブレードを示す概略図である。
【図７】迎角αに対する揚力係数ＣＬの変化を模式的に示すグラフと翼面流れ状態を併記した図である。
【図８】迎角αと翼弦線と流入風との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（実施形態１）
本発明の一実施形態の風力発電用ブレードおよび該風力発電用ブレードを用いた風力発電装置を図１〜図５に基づいて説明する。
【００４１】
図１に示すように、風力発電装置１は、地上に垂直に設置されたタワー２と、タワー２の上端部に水平回転可能に設置されたナセル３と、ナセル３に略水平方向に配置したローター軸６によって回転可能に軸支されたローターハブ４と、ローターハブ４の外周に放射状に取り付けられた３本の風力発電用ブレード５とを有している。風力発電用ブレード５は略垂直な面に沿って回転方向に等間隔に取り付けられている。
【００４２】
ナセル３内には、ローター軸６の回転をギアなどにより増速してシャフト７に伝達する増速機８、シャフト７の回転により発電する発電機９、風力発電装置１の動作制御を行う制御装置１０などが設置されている。制御装置１０は、本発明の気流制御部として機能する。
また、ナセル３上には、風力発電用ブレード５に流入する流入風の風向および風速を測定する風向・風速計１１が設置されている。風向・風速計１１は、本発明の風力測定部に相当する。
【００４３】
風力発電用ブレード５は、図２〜図４に示すように、例えばＦＲＰで構成されて全体形状を形成する中空のブレード本体１２を有している。ブレード本体１２は、ブレード本体１２がローターハブ４に設置された際における前縁１３と後縁１４とが長手方向に沿って両側に位置し、負圧面１５と正圧面１６とが表裏に連なる翼形状を有している。
【００４４】
ブレード本体１２内には、その長手方向に沿って幹配管１７が設けられている。
ブレード本体１２の先端部である翼端部１２ａには、図２、図３（ａ）（ｂ）に示すように、前縁１３側の部分に、例えば１つの吸入口１８が設けられている。吸入口１８は、吸入用枝配管１９を介して幹配管１７に連通している。
また、ブレード本体１２の根部である翼根部１２ｂには、図２、図４（ａ）（ｂ）に示すように、負圧面１５の後縁１４側の部分に、例えば複数の排気口２０が設けられている。複数の排気口２０は、それぞれ排気用枝配管２１を介して幹配管１７に連通している。
幹配管１７、吸入用枝配管１９、および複数の排気用枝配管２１は、吸入口１８と複数の排気口２０とを連通させるものであり、本発明の気体流路を構成する。
なおブレード本体１２の長手方向で相対的に先端に近い側が翼端部１２ａ側であり、相対的に基端に近い側が翼根部１２ｂ側である。
【００４５】
幹配管１７、吸入用枝配管１９、および排気用枝配管２１としては、例えば、銅、ステンレスなどの金属製の配管、プラスチック製の配管などが用いられている。なお、腐食防止の観点からは、ステンレス製の配管やプラスチック製の配管を用いることが好ましい。
【００４６】
また、ブレード本体１２は、回転時には大きく反り、例えば翼端部１２ａで１ｍ程度前後方向に反ることになる。このため、幹配管１７、吸入用枝配管１９、および排気用枝配管２１は、ブレード本体１２の反りにより破損しないように、ブレード本体１２に対して遊びをもって設置されている。なお、これら幹配管１７、吸入用枝配管１９、および排気用枝配管２１として、ブレード本体１２の反りに追従して曲がることができる柔軟な材質のものを用いることもでき、例えばゴムチューブを用いることもできる。
【００４７】
また、幹配管１７には、幹配管１７を流れる気体の流量を調整する流量調整器２２が介設されており、流量調整器２２による流量調整により、排気口２０から排気される気体の排気圧力が調整されるように構成されている。流量調整器２２による流量調整は、ナセル３内に設置された制御装置１０により制御される。制御装置１０は、本発明の気流制御部に相当する。
【００４８】
次に、風力発電用ブレード５における吸入口１８および排気口２０の設置分布範囲を図５に基づいて説明する。
ローターハブ４の回転中心Ｏとブレード本体１２の先端との間の距離Ｒは、風力発電装置１の出力規模などにより異なるが、例えば４１ｍである。
【００４９】
吸入口１８は、ブレード本体１２の長手方向において、ローターハブ４の回転中心Ｏから例えば距離Ｒの７０〜１００％の距離の位置に設けられている。ブレード本体１２は、先端側ほどトルクの発生に対する寄与率が小さくなっており、また、先端側ほど周速が速いため動圧を容易に取得することができる。したがって、吸入口１８は、上記のように、回転中心Ｏから距離Ｒの７０〜１００％の距離の位置に設けることが好ましく、回転中心Ｏから距離Ｒの９０〜１００％の距離の位置に設けることがより好ましい。
なお、吸入口１８は、複数設けられていてもよい。吸入口１８の開口形状は、特定の形状に限定されるものではないが、例えば、円形状、楕円形状、またはスリット形状である。
【００５０】
また、排気口２０は、ブレード本体１２の長手方向において、ローターハブ４の回転中心Ｏから例えば距離Ｒの４０％以下の距離の位置に複数設けられている。回転中心Ｏから距離Ｒの４０％以下の距離の位置では、周速が遅いため流入風の風速の影響が相対的に大きくなり、翼型断面に対する風の迎角の変動が大きくなる。したがって、上記のように回転中心Ｏから距離Ｒの４０％以下の距離の位置に排気口２０を設けて気体を排気することにより、境界層の剥離を効果的に防止することができる。
複数の排気口２０は、例えば、ブレード本体１２の長手方向に沿って並んで設けられている。なお、排気口２０は、１つだけ設けられていてもよい。排気口２０の開口形状は、特定の形状に限定されるものではないが、例えば、円形状、楕円形状、またはスリット形状である。
【００５１】
なお、ブレード本体１２には、ブレード本体１２の前縁１３と後縁１４との間の幅が最大である最大幅位置Ｐｗが翼根部１２ｂに存在している。排気口２０は、ブレード本体１２の長手方向において、最大幅位置Ｐｗまたは該最大幅位置Ｐｗよりも翼端部１２ａ側の位置に設けられていることが好ましい。これは、最大幅位置Ｐｗよりも回転中心Ｏ側では、ブレード本体１２の翼形状が崩れているため、排気口２０により境界層の剥離を抑制する効果が小さくなるためである。
【００５２】
次に、上記風力発電用ブレード５および風力発電装置１の動作について説明する。
風力発電用ブレード５は、前縁１３側から所定の迎角で風を受けて回転する。この際、ブレード本体１２の回転により、吸入口１８から気体が吸入される。また、風力発電用ブレード５に流入する流入風の風向および風速は、風向・風速計１１により継続的に測定される。風向・風速計１１による測定結果は、制御装置１０に送られる。
【００５３】
吸入口１８から吸入された気体は、吸入用枝配管１９、幹配管１７、および排気用枝配管２１を流れて排気口２０から排気される。この際、流量調整器２２により幹配管１７を流れる気体の流量が調整されて、排気口２０から排気される気体の排気圧力が調整される。流量調整器２２による流量調整は、風向・風速計１１による流入風の風向や風速の測定結果に応じて、制御装置１０により制御される。
こうして、排気圧力が調整されつつ排気口２０から気体が排気されることにより、ブレード本体１２の翼根部１２ｂにおいて、境界層の剥離が抑制される。
【００５４】
上記風力発電用ブレード５の回転に伴いローター軸６が回転すると、ローター軸６の回転は、増速機８を介して増速されてシャフト７に伝達される。発電機９では、シャフト７の回転により発電が行われる。発電機９において得られた電力は、タワー２内に敷設された電線（不図示）などを介して変電所（不図示）に送電される。
【００５５】
また、風力発電用ブレード５の回転の通常停止時や緊急停止時など、風力発電用ブレード５の回転を停止する必要が生じた際には、制御装置１０は、その停止要因に応じて、ローター軸６の回転をブレーキなどにより停止する制御を行うとともに、排気口２０から排気される気体の排気圧力を制御する。こうして、風力発電用ブレード５の回転を減速して風力発電用ブレード５の回転を安全かつ確実に停止することができる。
【００５６】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態の風力発電用ブレードおよび該風力発電用ブレードを用いた風力発電装置を図６に基づいて説明する。図６は本実施形態の風力発電用ブレードを示す概略図である。なお、上記実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
本実施形態の風力発電用ブレード２５は、流量調整器２２による排気圧力の調整に加えて、複数の排気口２０のうちの一部から選択的に排気させて、境界層の剥離を効果的に抑制するものである。本実施形態の風力発電用ブレード２５も、上記実施形態１と同様に、風力発電装置１において、ローターハブ４に放射状に取り付けられる。
【００５７】
図６は、本実施形態の風力発電用ブレード２５を示している。図６（ａ）は本実施形態の風力発電用ブレード２５の全体を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるVI−VI線断面図である。
図６（ａ）に示すように、本実施形態の風力発電用ブレード２５は、上記実施形態１と同様に、ブレード本体１２に吸入口１８と排気口２０とが設けられている。ブレード本体１２内には、上記実施形態１と同様に、吸入口１８と複数の排気口２０とを連通する吸入用枝配管１９、幹配管１７、および複数の排気用枝配管２１が設置されており、幹配管１７に流量調整器２２が介設されている。
【００５８】
さらに、複数の排気用枝配管２１には、図６（ｂ）に示すように、それぞれ電磁弁２３が介設されている。各電磁弁２３の開閉は、ナセル３内に設置された制御装置１０により制御される。複数の電磁弁２３は、本発明の排気口選択部に相当する。
【００５９】
次に、上記風力発電用ブレード２５および風力発電装置１の動作について説明する。
風力発電用ブレード２５は、前縁１３側から所定の迎角で風を受けて回転する。この際、ブレード本体１２の回転により、吸入口１８から気体が吸入される。また、風力発電用ブレード２５に流入する流入風の風向および風速は、上記実施形態１と同様に、風向・風速計１１により継続的に測定され、該測定結果が制御装置１０に送られる。
【００６０】
一方、制御装置１０は、風向・風速計１１による流入風の風向や風速の測定結果に応じて、複数の排気口２０のうちから一部を、気体を排気する排気口２０として選択する。次いで、制御装置１０は、複数の電磁弁２３の開閉を制御して、選択した排気口２０に接続する排気用枝配管２１の電磁弁２３を開放し、他の排気用枝配管２１の電磁弁２３を閉止する。
【００６１】
吸入口１８から吸入された気体は、吸入用枝配管１９、幹配管１７、および電磁弁２３が開放状態の排気用枝配管２１を流れて、一部の排気口２０から選択的に排気される。この際、上記実施形態１と同様に制御装置１０による制御を受けつつ、流量調整器２２により幹配管１７を流れる気体の流量が調整されて、排気口２０から排気される気体の排気圧力が調整される。
こうして、流入風の風向や風速に応じて複数の排気口２０のうちの一部から選択的に気体が排気されるため、ブレード本体１２の翼根部１２ｂにおいて、境界層の剥離がより効果的に抑制される。
【００６２】
風力発電装置１では、上記実施形態１と同様に、上記風力発電用ブレード２５の回転により発電が行われ、必要に応じて、風力発電用ブレード２５の回転が停止される。
【００６３】
なお、上記実施形態では、幹配管１７から分岐する排気用枝配管２１にそれぞれ電磁弁２３を設けたが、流量調整器２２からそれぞれの排気口２０に応じて排気用枝配管を分岐し、流量調整器２２で排気口の選択および各排気用枝配管に対する流量調整を行うようにしてもよい。
【００６４】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１    風力発電装置
２    タワー
３    ナセル
４    ローターハブ
５    風力発電用ブレード
６    ローター軸
７    シャフト
８    増速機
９    発電機
１０    制御装置
１１    風向・風速計
１２    ブレード本体
１２ａ  翼端部
１２ｂ  翼根部
１３    前縁
１４    後縁
１５    負圧面
１６    正圧面
１７    幹配管
１８    吸入口
１９    吸入用枝配管
２０    排気口
２１    排気用枝配管
２２    流量調整器
２３    電磁弁
２５    風力発電用ブレード
【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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