JP2017133425A - 垂直軸型風車の整流板及び整流板の位置調整装置並びにこれらを用いる風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直軸型風車の周囲の風の流れを制御する複数の導風板等を必要とせずに、風力発電装置の小型化と発電効率を向上させる。【解決手段】垂直軸型風車ＶＷＴに単一の整流板ＳＲを設け、回転軸Ｃの周りを回転するブレードの回転面の直径をＤとした場合に、幅Ｌが０．５Ｄ＜Ｌ＜Ｄの範囲内にある整流板ＳＲの前縁Ｈ１を、風車の回転軸Ｃから見て風車に流入する風の風上方向から風車の回転方向に９０°の方位上であって前記風車の回転直径Ｄから僅かな距離Ｗだけ離れた位置Ｐ０から、さらに０＜ｄ＜０．１Ｄの範囲内にあるｄだけ風下の前側位置ＦＰに配置し、整流板ＳＲの後縁Ｈ２を前記前縁Ｈ１の前側位置ＦＰから風上から風下方向を結ぶ線に対して前記回転軸Ｃとは外側に前記風上から風下方向に、１５度＜θ＜２５度の範囲内にあるθ方向に配置することによって、垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風量乃至流れの速度を増加させる。【選択図】図３

Description

本発明は、垂直軸型風車又はこれを用いた風力発電装置の効率を向上させるために用いられる整流板及び整流板の位置調整装置並びにこれらを用いる風力発電装置に関するものであり、更に詳細には、前記整流板を前記垂直軸型風車の側面に前記垂直軸型風車に流入する風の方向と前記垂直軸型風車とに対して所定の角度を採ることができるように配置し、この配置を風向きに応じて調整し、これを通じて前記垂直軸型風車の効率を向上させる垂直軸型風車の整流板及び整流板の位置調整装置並びにこれらを用いる風力発電装置に関するものである。

従来から、風力を利用して風車を回転させ、その回転を上記風車に接続された発電機により電気に変換する事で発電を行う風力発電装置が用いられている。そして、上記風力発電装置等に用いられる風車には、一般的には、上記風車の回転軸が風の流れる方向に対して平行に構成されているもの（水平軸型風車）と、上記風の流れる方向に対して垂直に構成されるもの（垂直軸型風車）とが知られている。

このうち、上記垂直軸型風車は、風の流入方向に追随する手段を格段設けなくとも、風の流入方向に関わらずに風車を回転させる事が可能であることから、近年、小型風力発電装置の駆動源として用いられることが多くなっている。

そして、上記のような風力発電用の風車では、発電効率を向上させること等を目的として、集風板や導風板等を用いることにより、風が弱い場合であっても、風況に応じて、上記風車に流入する風の量を増加させたり、風速を増加させたりする技術が用いられる場合が有る。また、こうした技術としては、例えば、特開２０１０−１９６６００号公報（特許文献１）や特開２００９−２８７５１６号公報（特許文献２）に記載されたような先行技術が開示されている。

上記先行技術のうち、特許文献１では、「垂直軸風車のエネルギー変換効率を向上させる」ことを課題として、「垂直軸風車の周囲で林立し、翼面が該垂直軸風車から放射状に広がるように配置される板状の集風翼により、該垂直軸風車の周囲を通過する風を該垂直軸風車へ案内する流路を形成する集風部と、風が前記垂直軸風車の回転軸方向へ拡散するのを防ぐ拡散防止面を、前記集風部が該垂直軸風車へ案内する風の流路の上下に形成する拡散防止部と、を備える、集風装置」が開示されている。

また、上記先行技術のうち、特許文献２では、「小型化ができ、かつ大電力を発生可能な縦軸型風車発電機を提供」することを課題として、「垂直に設置される軸と、複数の羽根を前記軸に平行にかつ環状に配置した円筒状羽根車と、前記円筒状羽根車の外側に、複数の導風板を軸方向に平行にかつ一定の角度に傾け配置して円筒状に形成してなるガイドベーンとを備えた縦軸型風車において、前記円筒状羽根車は、前記軸回りに回転可能に固定されて、複数の羽根は、回転方向側前端を半円形状に、後端側を平坦にしてバケットに形成するとともに、一つの羽根の回転方向側前端が当該羽根の一つ前の羽根の後端にそれぞれ連接され、前記ガイドベーンは、一対の導風板支持部の斜面に設けられた複数の導風板の取り付け角度が、前記円筒状羽根車のバケットの後端側羽根板の角度と一致するように配置され、かつ、導風板の数を前記円筒状羽根車の羽根の数と一致させて設けられ、前記軸には固定子捲線を備えたステータが複数、固定され、前記円筒状回転羽根の内周面には磁極を備えたロータが固定されることを特徴とする縦軸型風車発電機」が開示されている。

特開２０１０−１９６６００号公報 特開２００９−２８７５１６号公報

上記のような先行技術文献に記載された技術では、上記風車の廻りに上記風車を取り囲むように複数の集風部や導風板を配置する必要が有り、装置全体が大型化するという課題があった。

すなわち、上記特許文献１に開示された技術では、垂直軸型風車の周囲に林立する集風部と、上記垂直軸型風車の上下に配置され上記垂直軸型風車の回転軸と略直交する板状の拡散防止部を備える構成を採用している。そのため、上記集風部と拡散防止部とが風車自体を取り囲むことになるため、装置全体が大きくなってしまうという課題があった。

また、上記特許文献２に開示された技術では、上記のように円筒状羽根車の外側に、複数の導風板を軸方向に平行にかつ一定の角度に傾け配置して円筒状に形成してなるガイドベーンを備える構成を採用している。そのため、上記各複数の導風板が上記円筒状羽根車の周囲を取り囲む構成となっているため、上記特許文献１の場合と同様に、装置全体が大きくなってしまうという課題があった。

その一方、本発明の発明者は、抗力及び揚力の両方を利用する型（ハイブリット型）の垂直軸型風車の周囲の風の流れを解析する基礎研究を行っていたところ、図１を用いて後述するように、垂直軸型風車の羽根（ブレード）の回転面の特定の位置の周囲において、流線が密になっており、こうした密になった流線の方向を操作すると、上記各特許文献に記載されたように複数の集風部や導風板を用いなくとも、上記垂直軸型風車のトルクを発生している（ブレード）部分への風量及乃至流れの速度を増加させることが可能であるという新たな知見を見出した。そして、上記の様な流線の操作は、単一の整流板を用いることで可能であり、そのような整流板を用いて流線の操作をした垂直軸型風車へ発電機を接続して風力発電装置を構成した場合には、上記風力発電装置の効率を格段に向上できるという新たな知見を見出した。

そこで本発明は、上記新たな知見に基づいて、上記課題を解決することを目的としており、上記のように大がかりな複数の導風板乃至集風板を必要とせずに、上記垂直軸型風車の周囲の風の流れを制御する単一の整流板を設けることにより、上記垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風量乃至流れの速度を増加させ、これを風力発電装置として用いた場合に、発電効率を一段と向上させることを目的とする。

本発明は、垂直に設けられた回転軸の周りを回転するブレードを有する垂直軸型風車の整流板であって、上記課題の解決は、前記整流板は、長方形状の平板状に構成され、前記整流板の風上側となる垂直側の辺の一辺は、前記回転軸から見た場合に、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向に略９０度の方位上の前記ブレードの回転面の外縁から僅かに離れた位置からｄだけ風下方向の前側位置に、前記回転軸の方向と平行に前記ブレードの側面側に設けられると共に、前記ｄは、前記ブレードの回転面の直径をＤとした場合に０＜ｄ＜０．１Ｄの範囲内にあり、前記整流板の風下側となる垂直側の辺の他の一辺は、前記前側位置から、前記風上方向と前記風下方向とを結ぶ線に対して、前記回転軸とは外側に、前記風上側から前記風下方向へ略１５度から２５度の範囲内の方向に設けられ、前記整流板の垂直側の辺の長さは、前記回転軸に沿った前記ブレードの前記回転軸方向の長さと略同等であり、前記整流板の水平側の辺は、前記回転軸と垂直の方向に形成され、前記整流板の水平側の辺の長さＬは、０．５Ｄ＜Ｌ＜Ｄの範囲内にあることを特徴とする垂直軸型風車の整流板により、効果的に達成される。

更に、上記課題の解決は、前記整流板を備える垂直軸型風車により、或いは、前記垂直軸型風車を用いる風力発電装置により、一層効果的に達成される。

また、本発明は、前記整流板の位置調整装置であって、上記課題の解決は、前記位置調整装置は、少なくとも尾翼と複数のフレームと前記整流板とから構成され、前記複数のフレームは、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、前記垂直軸型風車の回転軸周りに前記尾翼と前記整流板とを回転可能に支持し、前記複数のフレームは、少なくとも前記整流板の前縁を支持する前縁支持フレームと、前記整流板の後縁を支持する後縁支持フレームと、前記尾翼を支持する尾翼支持フレームと、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとに接続する補助フレームとにより構成され、前記補助フレームは、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとを接続して、前記整流板を前記尾翼支持フレームの軸方向に対して、前記整流板の前縁から後縁にかけて略２０度の角度を採るように支持し、前記垂直軸型風車の周辺の風況に応じて、前記尾翼に掛かる前記回転軸周りの回転モーメントと前記整流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントとにより、前記整流板の前縁が、前記前側位置に配置される上記整流板の位置調整装置により効果的に達成される。

更に、上記課題の解決は、前記整流板の位置調整装置を備える垂直軸型風車により、或いは、前記垂直軸型風車を用いる風力発電装置より、一層効果的に達成される。

また、本発明は、前記整流板を備える垂直軸型風車に用いる遮流板であって、上記課題の解決は、前記遮流板は、水平側の辺が前記ブレードの回転面と同心の円弧状に形成された、全体的には長方形状の形態であって、前記遮流板の垂直側の辺は、前記回転軸に沿った前記ブレードの前記回転軸方向の長さと略同等の長さに構成されると共に、前記回転軸と平行に前記ブレードの外縁側に配置され、上記遮流板の水平側の辺は、前記ブレードの回転面の外縁に沿って、前記回転面の外縁から僅かに離れた位置に配置され、前記遮流板の水平側の辺の長さは、前記回転軸から見て、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような大きさである、前記整流板を備える垂直軸型風車に用いる遮流板により効果的に達成される。

更に、上記課題の解決は、前記遮流板を備える垂直軸型風車により、或いは、前記遮流板を備える垂直軸型風車を用いる風力発電装置により、一層効果的に達成される。

また、本発明は、前記整流板と前記遮流板との位置調整装置であって、上記課題の解決は、前記位置調整装置は、少なくとも尾翼と複数のフレームと前記整流板とから構成され、前記複数のフレームは、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、前記垂直軸型風車の回転軸周りに前記尾翼と前記整流板と前記遮流板とを回転可能に支持し、前記複数のフレームは、少なくとも前記整流板の前縁を支持する前縁支持フレームと、前記整流板の後縁を支持する後縁支持フレームと、前記尾翼を支持する尾翼支持フレームと、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとに接続する補助フレームと、前記遮流板を支持する遮流板支持フレームとにより構成され、前記補助フレームは、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとを接続して、前記整流板を前記尾翼支持フレームの軸方向に対して、前記整流板の前縁から後縁にかけて略２０度の角度を採るように支持し、前記垂直軸型風車の周辺の風況に応じて、前記尾翼に掛かる前記回転軸周りの回転モーメントと前記整流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントと前記遮流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントとにより、前記整流板の前縁が、前記前側位置に配置され、前記遮流板の板面を、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような位置に保持する前記整流板と前記遮流板との位置調整装置により効果的に達成される。

更に、上記課題の解決は、前記整流板と前記遮流板との位置調整装置を備える垂直軸型風車により、或いは、前記整流板と前記遮流板との位置調整装置を備える垂直軸型風車を用いる風力発電装置により、一層効果的に達成される。

本発明では、上記のように、整流板を垂直軸型風車の外縁の一か所に、特定の方向を向けて特定の位置に配置することにより、上記垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風量乃至風速を増加させることが可能である。

そのため、本発明によれば、大がかりな複数の導風板乃至集風板を必要とせずに、上記垂直軸型風車の周囲の風の流れを制御する整流板を設けることにより、上記垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風量乃至風速を増加させ、これを風力発電装置として用いた場合には、発電効率を一段と向上させることが可能である。

そして、上記整流板を用いた風力発電装置によれば、上記整流板を用いない場合に比べて１．５〜１．６倍の出力を得ることが可能である。

また、上記本発明による上記整流板の位置調整装置によれば、上記整流板の配置を上記垂直軸型風車の周囲の風の方向に応じて上記特定の方向と上記特定の位置に配置することが可能であり、上記整流板を容易に上記垂直軸型風車に組み合わせて、風力発電装置等に用いる場合の効率の向上を図ることが可能である。

また、上記本発明と併せて使用される遮流板によれば、上記垂直軸型風車の効率的な回転を阻害する風の流入を遮り、遮った流れの一部を風車のトルクを発生している部分（上記風車のブレード等）へ誘導し、その部分への風量乃至流れの速度（風速）を増加させることが可能であるため、上記整流板の機能を一層効果的に発揮させることが可能である。

また、上記遮流板を、更に、上記整流板の位置調整装置と組み合わせた場合には、上記整流板の配置と併せて上記遮流板の配置を上記垂直軸型風車の周囲の風の方向に応じて、所定の方向と位置とに配置することが可能であり、上記整流板と上記遮流板とを容易に上記垂直軸型風車に組み合わせて、風力発電装置等に用いる場合の一層の効率の向上を図ることが可能である。

本発明に係る整流板の基本的概念と作用とを説明する図であり、図１（Ａ）は整流板を配置しない場合の風車周りの流線の概要を示す上面図、図１（Ｂ）は整流板を配置した場合の風車周りの流線の概要を示す上面図、図１（Ｃ）は整流板を配置しない場合の風車内に流入する風の流線の概要を示す上面図、図１（Ｄ）は整流板を配置することにより風車のブレードへ向かう風の流線の概要を示す上面図である。 図２（Ａ）は本発明に係る整流板の外形例を図示したものであり、図２（Ａ１）は上面図、図２（Ａ２）は正面図であり、図２（Ｂ）は本発明に係る整流板をダリウス型風車に適用する場合の外形例を図示したものであり、図２（Ｂ１）は上面図、図２（Ｂ２）は正面図、図２（Ｂ３）は側面図である。 本発明に係る整流板を垂直軸型風車のブレードの外縁側に配置する場合の位置関係を表す上面図である。 垂直軸型風車に配置される本発明に係る整流板の位置調整装置４００の概要を図示したものであり、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は正面図であり、図４（Ｃ）から（Ｅ）は、上記尾翼ＴＡの配置例を模式的に示した側面図である。 本発明に係る遮流板の外形を図示した斜視図である。 図６（Ａ）は本発明に係る遮流板を垂直軸型風車のブレードの外縁側に配置する場合の位置関係と大きさとを表す上面図であり、図６（Ｂ）は、本発明の遮流板の作用の概要を示す上面図である。 図７は本発明に係る整流板と遮流板との位置調整装置７００の概要を図示したものであり、図７（Ａ）は上面図であり、図７（Ｂ）は正面図である。 本発明の整流板の効果についての風洞実験による結果を示したものである。 図９は垂直軸型風車に風力発電装置を接続したものを用いて、整流板が無い場合と整流板付きの場合について、風洞実験を行い、出力を実測した結果を示したものである。 図１０は、整流板に加えて遮流板を用いた場合の出力増加を風洞実験による結果により示したものである。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、同一の構成要素については、他の形態を採り得るものについても同一の記号を用い、重複する説明や構成については、一部省略する場合がある。また、本発明の理解を容易にするために、図面中に記載した各構成要素の大きさ又はその比率や図面の縮尺等は、実際のものとは適宜変更して表現する場合が有る。

最初に本発明の整流板の基本的概念と作用とについて、図１を参照して説明する。

上記図１は、本発明に係る整流板ＳＲの基本的概念と作用とを説明する図であり、図１（Ａ）は整流板ＳＲを配置しない場合の風車周りの流線ｆｌの概要を示す上面図、図１（Ｂ）は整流板ＳＲを配置した場合の風車周りの流線ｆｌの概要を示す上面図、図１（Ｃ）は整流板ＳＲを配置しない場合の風車内に流入する風の流線ｆｌの概要を示す上面図、図１（Ｄ）は整流板ＳＲを配置することにより風車のブレードへ向かう風の流線ｆｌの概要を示す上面図である。

また、上記図１において、実線で示した円は、垂直軸型風車ＶＷＴの上面から見た、上記垂直軸型風車の羽根（ブレード）外縁の回転面の軌跡を示したものであり、その回転方向は、実線で示した矢印のように（ここでは時計回り）になっている。また、上記図１中で、白抜きの矢印は上記垂直軸型風車への風の流入方向を示しており、実線乃至曲線で示した太線は上記風の流線ｆｌの概要を示している。

本発明の発明者は、抗力及び揚力の両方を利用する型（ハイブリット型）の垂直軸型風車の周囲の風の流れを解析する基礎研究を行っていたところ、図１（Ａ）に示したように上記垂直軸型風車の周りの、鎖線により表示した楕円で示す領域Ａで、流線ｆｌが密になっており、下流側に進行するにつれて、上記流線ｆｌが上記垂直軸型風車ＶＷＴの後方に巻き込まれていくことを見出した。

そこで、本発明者は、図１（Ｂ）に示したように、上記領域Ａの風上側から風下側にかけて整流板ＳＲを設けて、上記領域Ａでの流れが上記垂直軸型風車の後方にかけて、外側へ大きく曲げられるように配置した。

その結果、上記整流板ＳＲを配置しない場合には、上記図１（Ｃ）の鎖線により表示した楕円で示す領域Ｂで示すように、上記垂直軸型風車内へ、周囲の風の方向と平行に直線的に流入していた風が、上記整流板ＳＲを取付けることにより、上記図１（Ｄ）に鎖線により表示した楕円で示す領域Ｃで示すように、上記垂直軸型風車のブレードの回転方向に曲げられ、整流板方向への流入量が増加した。

そのため、上記のように上記領域Ｂから上記領域Ｃにかけて、上記垂直軸型風車のブレードの回転方向への流れの速度が増すことにより、この部分で抗力によるトルクが増加するという結果を得た。

そこで、本発明では、上記のような新たな知見に基づいて、後述するように上記垂直軸型風車の整流板ＳＲ及び整流板ＳＲの位置調整装置並びにこれらを用いる風力発電装置を構成し、上記整流板を設けた風力発電装置の機能の向上を図っている。

次に、本発明の垂直軸型風車の整流板ＳＲの構成と配置について説明する。

本発明の垂直軸型風車の整流板ＳＲは、基本的には、図２（Ａ）に外観形状の例（外形例）を記載するように、長方形状の平板状に構成されている。ここで、上記図２のうち図２（Ａ１）は上記整流板ＳＲの上面図、図２（Ａ２）は正面図を示している。

そして、上記長方形状のうち水平側を構成する辺の長さ（整流板幅と言う場合もある）Ｌについては、上記垂直軸型風車のブレードの回転面の直径をＤとした場合には、後述する図８（Ａ）に関連して説明する試験結果に基づいて、０．５Ｄ＜Ｌ＜Ｄの範囲内にあることが望ましく、このうち０．７５Ｄであることが最も望ましい。

また、上記長方形状のうち垂直側を構成する辺の長さＨについては、上記整流板ＳＲは上記垂直軸型風車への風の流入を整えるものであるため、上記垂直軸型風車のブレードの回転軸Ｃ方向に沿った長さと略同様であることが望ましい。

また、上記整流板ＳＲを構成する長方形状の平板の厚さｔについては特に限定を設けるものではないが、本発明の上記整流板ＳＲは、風の誘導を目的とするため、上記整流板ＳＲの厚さｔが風の円滑な流れを阻害しないように薄いものが望ましく、上記厚さｔが上記垂直軸型風車の構成に合わせて大きくなる場合には、上記整流板の垂直側を構成する辺の部分は、風の抵抗にならないように、風の流入に対して滑らかに形成することが望ましい。

また、上記整流板ＳＲの材質については、上記同様に特に限定を設けるものではないが、本発明の上記整流板ＳＲは、本発明の目的に沿って、風の誘導を円滑に行い、風速が増加しても一定の形態を維持できる程度の強度を有し、後述する位置調整装置等と併せて稼働するものでもあるため、軽量であることが望ましい。そのため、アルミパネルなどをハニカム構造により組み合わせた、例えばメタウェル（登録商標）パネルなどを用いたものであっても良い。

なお、本発明の整流板ＳＲは基本的には上記のように長方形状を有しており、上述したような垂直軸型風車の回転軸から適当な距離（回転半径）をおいて上記回転軸とは平行に鉛直（垂直）方向に形成された複数の長方形状のブレードの形態に合わせて、垂直側の辺が水平側の辺よりも長く構成されている。しかし、こうした各辺の長さは、上記垂直軸型風車のブレードの垂直側（或いは縦方向）の長さや上記ブレードの回転半径等に応じて、垂直側の辺が水平側（或いはたて横方向）の辺よりも短く構成される場合もある。また、例えば、上記垂直軸型風車としてダリウス型のものを用いる場合には、そのブレードの側面形態に合わせて、図２（Ｂ１）から（Ｂ３）に３面図を例示したように、回転軸に平行な長さ方向で前記長方形状の整流板を湾曲させる等、形態を適宜変更して用いることも可能である。なお、ここで、上記図２（Ｂ）はダリウス型風車に対応する本発明の整流板ＳＲの概略を示したものであり、図２（Ｂ１）は上面図、（Ｂ２）は正面図、（Ｂ３）は側面図を示している。

次に、図３を用いて、本発明の上記整流板ＳＲを上記垂直軸型風車ＶＷＴの外縁側に配置する位置について説明する。

ここで上記図３は、上記整流板ＳＲを垂直軸型風車ＶＷＴのブレードの外縁側に配置する場合の位置関係を表す上面図である。上記図３において、実線で示す円は、上記図１の場合と同様に、上記垂直軸型風車ＶＷＴのブレードの回転面の外縁を表すものであり、その回転方向も同様に時計回りとなっている。又、同様に白抜きの矢印は上記垂直軸型風車への風の流入方向を示している。また、ここでは、上記ブレードの回転面の中心（回転軸）をＣで表しており、上記ブレードの回転面の直径をＤで表している。

そして、上記図３において、本発明の整流板ＳＲを構成する長方形状のうち風上側となる垂直側の辺のうちの一辺（前縁）Ｈ１は、上記ブレードの回転面の中心の回転軸Ｃから見た場合に、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向（方位０°の方向）から前記垂直軸型風車の回転方向に略９０°の方位上の前記ブレードの回転面の外縁からＷだけ離れた位置Ｐ０から、ｄだけ風下方向の前側位置ＦＰに設けられる。

ここで、上記前側位置ＦＰを特定する要素の一つであるＷは、言い換えれば、前記整流板前縁Ｈ１の横位置（整流板前縁横位置）を表すものであり、上記整流板前縁横位置Ｗは、後述する図８（Ｄ）に示すように、前記ブレードの回転面になるべく近いことが望ましい。そのため、上記整流板前縁横位置Ｗは、なるべく小さくして、上記ブレードの回転面から僅かに離れた大きさに設定することが望ましい。但し、風車の回転数の増加や経年変化などによる回転面の外縁の拡大による接触事象の防止も考慮する必要があるため、上記ブレードの回転面の直径Ｄを基準にした場合に、Ｗ＝０．０５Ｄ程度の大きさに設定しておくことも可能である。

また、同じく上記前側位置ＦＰを特定する要素の一つであるｄは、上記整流板前縁Ｈ１の前後位置（整流板前縁前後位置）を表すものであり、上記前後の基準は、上記垂直軸型風車の回転軸Ｃを通る上記風の流入方向に垂直な線から見て風上方向を＋とし、風上方向を−としている。そして、上記整流板前縁前後位置ｄの大きさについては、後述の図８（Ｃ）に関連して説明する試験結果に基づいて、上記ブレードの回転面の直径Ｄを基準にした場合に、０＜ｄ＜０．１Ｄ程度の大きさが望ましく、このうちｄ＝０．０５Ｄであることが最も望ましい。

また、上記整流板ＳＲのうち風下側となる垂直側の辺のうちの他の一辺（後縁）Ｈ２は、前記前縁Ｈ１の前側位置ＦＰから、前記風上方向と前記風下方向とを結ぶ線に対して、前記回転軸Ｃから見て外側の風下側に、風上側から前記風下方向へ角度θの大きさを採るように設けられる。

ここで、上記θは、上記整流板ＳＲの板面が上記垂直軸型風車に流入する風に対して設けられる角度であり、上記図３のように風上方向と風下方向とを結ぶ線を基準にした場合には、風上側から風下方向に風の流れが偏向される角度を示している。また、上記θの符号は、上記整流板ＳＲの後縁Ｈ２が上記回転軸Ｃの後方から見て外側に離れる方向を＋とし、内側方向を−としている。そして、上記整流板ＳＲの板面の角度θは、後述の図８（Ｂ）に関連して説明する試験結果に基づいて、略２０±５度の範囲が望ましく、このうちθ＝２０度であることが最も望ましい。

以上のように構成される本発明の整流板によれば、上記垂直軸型風車の周辺を通流する風の整流を行うことにより、上記垂直軸型風車のブレードのトルクを発生している部分に向かう風量乃至風速を増加させ、上記垂直軸型風車の効率的な回転が可能となる。そのため、上記整流板を備える垂直軸型風車を風力発電装置に用いた場合には、後述の図９に関連して説明する試験結果に示すように、上記整流板を用いない場合に比較して１．５〜１．６倍の出力を得ることが可能である。なお、本発明は抗力型垂直軸型風車或いは抗力及び揚力両方を利用する型（ハイブリット型）の垂直軸型風車（例えば、特許第３９９６９４５号に記載されたような、ジャイロミル効果とサボニウス効果の双方を利用するものなど）を想定しているが、本発明を揚力型垂直軸型風車に適用した場合には、起動性能を改善する効果が期待できるものとなっている。

また、本発明の上記整流板を上記のように特定の位置に配置する手段については、特に限定を設けるものではないため、後述する整流板の位置調整装置に限らずに、どのような手段を用いることも可能である。

そのため、例えば、上記垂直軸型風車の周囲に円形のレールを配し、上記円形のレール上に上記整流板と上記整流板を移送するキャリアを設け、上記垂直軸型風車に流入する風の方向を検出して、上記キャリアにより上記整流板を所定の位置に配置するようなもの等であっても良い。

次に、上記整流板の位置調整装置について説明する。

本発明に係る整流板の位置調整装置は、上述した整流板の位置を、上記垂直軸型風車の周囲で尾翼に掛かるトルクを利用して調整するためのものである。

そして、上記位置調整装置４００は、図４に示すように、少なくとも尾翼ＴＡと複数のフレームＦと前記整流板ＳＲとから構成され、前記複数のフレームＦは、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、前記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃ周りに前記尾翼ＴＡと前記整流板ＳＲとを回転可能に保持し、前記尾翼ＴＡと前記整流板ＳＲとは前記複数のフレームＦを介して、前記整流板ＳＲの前縁を前記前側位置ＦＰに保持できるように接続されて形成されている。なお、ここで上記図４は、垂直軸型風車ＶＷＴに配置される本発明に係る整流板ＳＲの位置調整装置４００の概要を図示したものであり、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は正面図であり、図４（Ｃ）から（Ｅ）は、上記尾翼ＴＡの配置例を模式的に示した側面図である。また、上記図４（Ａ）で白抜きの矢印は上記垂直軸型風車への風の流入方向を図示したものであり、太字の曲線で示した矢印は上記垂直軸型風車ＶＷＴのブレードＢＬの回転方向（ここでは反時計回り）を示したものである。

また、本発明の上記位置調整装置４００の上記複数のフレームＦは、更に詳細には、前記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を支持する前縁支持フレームＦ１０と、前記整流板ＳＲの後縁Ｈ２を支持する後縁支持フレームＦ３０と、後述する尾翼を支持する尾翼支持フレームＦ５０と、上記後縁支持フレームと上記尾翼支持フレームとを接続する補助フレームＦ７０とから構成されている。

上記のうち、前縁支持フレームＦ１０は、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃの周りに回転可能に支持するものである。そして、上記前縁支持フレームＦ１０は、上記図４（Ｂ）に示すように、上記整流板ＳＲを構成する長方形状の垂直側の辺の前縁Ｈ１側を、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、上記垂直軸型風車の回転軸Ｃに沿った方向から見て上下から支持するように、上下に配置された上側フレームＦ１０Ｕと下側フレームＦ１０Ｄとの対から構成されている。

また、上記上側フレームＦ１０Ｕの一端は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに上側軸受けＵＢを介して回転可能に接続されており、他の一端側は、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１の上側に接続されている。そして同様に、上記下側フレームＦ１０Ｄの一端は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに、下側軸受けＤＢを介して回転可能に接続されており、他の一端側は、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１の下側に接続されている。

次に、上記のうち後縁支持フレームＦ３０は、上記整流板ＳＲの後縁Ｈ２を上記垂直軸型風車の回転軸の周りに回転可能に支持するものである。そして、上記後縁支持フレームＦ３０は、上記前縁支持フレームＦ１０の場合と同様に、上記整流板ＳＲを構成する長方形状の垂直側の辺の後縁Ｈ２側を、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、上記垂直軸型風車の回転軸に沿った方向から見て上下から支持するように、上下に配置された上側フレームＦ３０Ｕと下側フレームＦ３０Ｄとの対から構成されている。

また、上記上側フレームＦ３０Ｕの一端は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに上側軸受けＵＢを介して回転可能に接続されており、他の一端側は、上記整流板ＳＲの後縁Ｈ２の上側に接続されている。そして同様に、上記下側フレームＦ３０Ｄの一端は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに、下側軸受けＤＢを介して回転可能に接続されており、他の一端側は、上記整流板ＳＲの後縁の下側に接続されている。

次に、上記のうち尾翼支持フレームＦ５０は、上記尾翼ＴＡを上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃの周りに回転可能に支持するものである。ここで、上記尾翼ＴＡは、後述するように、概ね長方形状の外形を有する薄厚の板状体であり、基本的には上記整流板ＳＲと同様の材料により形成されるが、特に限定を設けるものではない。

そして、上記尾翼支持フレームＦ５０は、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、上記垂直軸型風車の回転軸Ｃに沿った方向から見て上下に配置された上側フレームＦ５０Ｕと下側フレームＦ５０Ｄの対とこれらの一端を上記ブレードの外周側で接続する垂直な接続フレームＦ５０Ｖ（図４（Ｃ）等参照）とから構成されていて、上側フレームＦ５０Ｕと下側フレームＦ５０Ｄの他の一端は、上記上側フレームＦ５０Ｕについては、上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに、上側軸受けＵＢを介して回転可能に接続されており、上記下側フレームＦ５０Ｄについては、上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに、下側軸受けＤＢを介して回転可能に接続されている。また、ここで、上記尾翼支持フレームＦ５０Ｕ及びＦ５０Ｄの長さについては、特に限定を設けるものではないが、実験的には、上述したようにブレードの回転面の直径をＤとした場合には、回転軸Ｃに垂直な方向へ０．７５Ｄ程度の位置に上記実施形態における尾翼ＴＡを支持できるくらいの長さが望ましいことを確認している。また、接続フレームＦ５０Ｖの長さは、上述のように上側と下側の尾翼支持フレーム（Ｆ５０Ｕ，Ｆ５０Ｄ）をブレードの外周側で接続する目的のため、少なくとも上記ブレードの垂直方向の長さよりも大きいことが必要である。なお、上記尾翼支持フレームＦ５０のうち、下側フレームＦ５０Ｄ及び接続フレームＦ５０Ｖは、上記実施形態のように、上記尾翼ＴＡが上記垂直軸型風車のブレードの外縁の後方（風下方向）であってその上部方向に支持されるようになっている場合には、上側フレームＦ５０Ｕにより上記尾翼ＴＡの支持が十分に可能であれば、省略することも可能である。

また、上記尾翼ＴＡは、上述したような薄型の板状体であり、上記垂直軸型風車のブレードの外縁の後方であってその上部方向に、上記上側フレームＦ５０Ｕの末端寄りで支持されるようになっている。そして、本発明では、上記尾翼ＴＡは、上記回転軸Ｃの周りで上記尾翼支持フレームＦ５０と上記尾翼ＴＡによる回転モーメントと前記整流板ＳＲに基づく回転モーメントとの釣り合いにより、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を前記垂直軸型風車の外縁の所定の上記前側位置ＦＰに配置するような機能を有している。そのため上記尾翼ＴＡの板面は、上記上側支持フレームＦ５０Ｕの軸線に対して、角度ψを採るように構成され、上記角度ψと、上記尾翼ＴＡの長方形状の垂直側の辺及び水平側の辺の長さを予め調整して上記尾翼ＴＡの面積とを決定しておき、上記回転軸Ｃの周りで上記尾翼ＴＡと上記尾翼支持フレームＦ５０による回転モーメントと前記整流板ＳＲに基づく回転モーメントとの釣り合いにより、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を前記垂直軸型風車の外縁の上記前側位置ＦＰに配置できるように構成されている。なお、上記実施形態では、上記尾翼ＴＡは、上記図４（Ａ）から（Ｃ）に示すように上記垂直軸型風車のブレードの外縁の後方であってその上部方向に支持されるようになっているが、その構成は、これに限られるものではない。そのため、例えば、上記垂直軸型風車を設置する位置などに応じて、図４（Ｄ）に示すように上記垂直軸型風車のブレードの外縁の後方であってその下部方向に支持されるようなものや、或いは、図４（Ｅ）に示すようにブレードの外縁の後方であってその上部方向と下部方向の双方に設けて支持されるものであっても構わない。また、上記実施形態では、上記尾翼ＴＡは、垂直側の辺の長さが水平側の辺の長さのおよそ２倍になるように構成しているが、特に限定を設けるものではない。そのため、上記尾翼支持フレーム（Ｆ５０Ｕ、Ｆ５０Ｄ）の長さ又は上述したように角度ψとの組み合わせ、又は、上述のように上記尾翼ＴＡを図４（Ｅ）に示すようにブレードの外縁の後方であってその上部方向と下部方向の２か所に設けるか否か等により、適宜調整し、面積やこれによるモーメントの調整を行うことも可能である。

次に、上記のうち補助フレームＦ７０は、前記後縁支持フレームＦ３０と前記尾翼支持フレームＦ５０とを接続して、前記整流板ＳＲを前記尾翼支持フレームＦ５０の軸方向に対して、前記整流板ＳＲの前縁Ｈ１から後縁Ｈ２にかけて略２０度の角度を採って支持するように構成されている。そのため、上記補助フレームＦ７０は、上記後縁支持フレームＦ３０の上側支持フレームＦ３０Ｕと上記尾翼支持フレームＦ５０の上側支持フレームＦ５０Ｕとを接続する上側支持フレームＦ７０Ｕと、上記後縁支持フレームＦ３０の下側支持フレームＦ３０Ｄと上記尾翼支持フレームＦ５０の下側支持フレームＦ５０Ｄとを接続する下側支持フレームＦ７０Ｄとから構成されて、上記支持を行っている。

したがって、以上のような構成による整流板ＳＲの位置調整装置４００によれば、上記垂直軸型風車の周囲の風の状況（風況）に応じて、上記尾翼ＴＡが風を受けて、上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃから見て風下の方向に回動し、上記尾翼ＴＡと上記尾翼支持フレームＦ５０による回転モーメントと前記整流板ＳＲに基づく回転モーメントとの釣り合いにより、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を前記垂直軸型風車ＶＷＴの外縁の上記前側位置ＦＰに配置する。そして、上記補助フレームＦ７０は、前記後縁支持フレームＦ３０と前記尾翼支持フレームＦ５０とを接続して、前記整流板ＳＲを前記尾翼支持フレームＦ５０の軸方向に対して、前記整流板ＳＲの前縁Ｈ１から後縁Ｈ２にかけて略２０度の角度を採るように支持している結果、上記整流板ＳＲの前縁Ｈ１を上記所定の前側位置ＦＰに誘導することで、上記整流板ＳＲの位置を調整することが可能である。

そのため、上記整流板ＳＲの位置調整装置４００によれば、上記整流板ＳＲを垂直軸型風車ＶＷＴの周りで、適切な位置に調整することが可能であり、上記整流板ＳＲを備える垂直軸型風車ＶＷＴを用いた風力発電装置によれば、上記整流板ＳＲを適切な位置に配置することを通じて、発電効率を一層向上させることが可能である。

次に、上記整流板ＳＲと共に用いる遮流板ＡＯについて説明する。

本発明の上記遮流板ＡＯは、上記整流板ＳＲと共に用いることによって、上記垂直軸型風車ＶＷＴ周りで風車の効率的な回転を阻害する風の流入の一部を遮り、上記整流板ＳＲを通じて、遮った流れの一部を風車のトルクを発生している部分に誘導することにより、上記垂直軸型風車ＶＷＴに流入する風の状況を改善することを目的としている。

そのため、上記遮流板ＡＯは、図５に斜視図で示したように、上記遮流板の設置位置における水平側の辺Ｌ’の曲率中心が前記ブレードＢＬの回転面と同心であって、上記水平側の辺Ｌ’の中心から上記回転軸Ｃまでの距離を半径とする円弧状に形成された、全体的には長方形状の板状の形態を有しており、その厚さｔ’は薄く形成されている。そして、上記遮流板ＡＯは、基本的には、前記整流板ＳＲや尾翼ＴＡと同様の素材により形成されるが、特に限定を設けるものではない。

また、前記遮流板ＡＯの垂直側の辺Ｈ’側は、前記回転軸Ｃに沿った前記ブレードＢＬの前記回転軸Ｃ方向の長さと略同等の長さに構成されると共に、図６（Ａ）に示すように、前記回転軸Ｃと平行に前記ブレードＢＬの外縁側に配置される。なお、ここで、上記図６（Ａ）は、本発明に係る遮流板ＡＯを垂直軸型風車のブレードＢＬの外縁側に配置する場合の位置関係と大きさとを表す上面図である。そして、上記図６中で、円の外縁は垂直軸型風車ＶＷＴのブレードＢＬの回転面の外縁を示し、Ｄはその直径、Ｃは回転軸を示す。また、上記円の周りの太線による矢印は回転方向を示しており、ここでは時計回りに回転した場合を表現している。また、同じくφは、後述する図１０に関連して説明する試験において、上記遮流板ＡＯが上記回転軸Ｃ周りで、上記ブレードＢＬの回転面の一部を遮蔽する領域を角度で示したもの（遮流角）であり、本実施形態の場合には次に記載するように、上記水平側の辺Ｌ’の長さを調整することにより、上記遮流角は風上側から上記ブレードの回転方向とは逆方向に４５°迄の領域となるように設けている。

また、上記遮流板ＡＯの上記水平側の辺Ｌ’は、上記遮流板ＡＯの前記ブレードＢＬの回転面の外縁に沿って、前記回転面の外縁から僅かに離れた位置に配置され、前記遮流板ＡＯの水平側の辺Ｌ’の長さは、前記回転軸Ｃから見て、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向（図中で０°の方向）から前記垂直軸型風車ＶＷＴの回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような大きさに形成されている。なお、ここで、上記回転面の外縁から僅かに離れた位置については特に限定を設けるものではないが、上記風車の大きさなどに応じた、上記遮流板ＡＯと上記ブレードＢＬとが上記ブレードＢＬの回転や経年変化などにより相互に干渉しない程度に離れており、上記垂直軸型風車ＶＷＴへ流入する風を遮ることによりブレードの回転に寄与する風の状況を改善できる程度に近い距離を示している。

以上のように構成される遮流板によれば、図６（Ｂ）に示すように、整流板と組み合わせることにより、次の効果が得られる。なおここで、上記図６（Ｂ）は、本発明の遮流板の作用の概要を示す上面図である。

すなわち、本発明の遮流板ＡＯを配置することにより、図６（Ｂ）の鎖線で示した楕円で示すＡの領域において、上記図中で、上記垂直軸型風車の中心Ｃより下側からの流れが上側に流れ、上記垂直軸型風車の上側の流れの流入量が増加している。この結果、上記図６（Ｂ）の鎖線で示した楕円で示すＢの領域における前記垂直軸型風車の回転方向の流れの速度が増し、これによって、この部分で抗力により得るトルクが増加することになる。そして、この効果は、後述する図１０に関連して説明する試験結果に示すように、上記整流板ＳＲと組み合わせることにより一層大きなものとなる。

そのため、上記遮流板を上記整流板と共に配置した場合には、上記垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風の状況（風況）を改善し、上記整流板を一層効果的に機能させることが可能であり、上記整流板と遮流板とを配置した垂直軸型風車を用いた風力発電装置によれば、上記風力発電装置の発電効率を一層向上させることが可能である。

次に、上記整流板と上記遮流板との位置調整装置について説明する。

本発明に係る整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００は、上述した整流板ＳＲの位置と遮流板ＡＯの位置とを上記垂直軸型風車ＶＷＴの周囲の所定の位置に配置するために調整するものであり、基本的な構造は、上述した整流板ＳＲの位置調整装置４００と同様なものとなっている。

ただし、本発明に係る整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００では、上述した整流板ＳＲの位置調整装置４００に加えて、図７に示したように、上記遮流板ＡＯと遮流板支持フレームＦ９０とが追加されている。なお、ここで、上記図７は、本発明に係る整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００の概要を図示したものであり、図７（Ａ）は上面図であり、図７（Ｂ）は正面図である。

すなわち、本発明に係る整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００では、上記遮流板支持フレームＦ９０が、上記遮流板ＡＯを上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃの周りに回転可能に支持している。そして、上記遮流板支持フレームＦ９０は、上記遮流板ＡＯの上側の水平側の辺を一端側で支持する上側支持フレームＦ９０Ｕと、上記遮流板ＡＯの下側の水平側の辺を一端側で支持する下側支持フレームＦ９０Ｄの対から構成されており、上記上側支持フレームＦ９０Ｕの他の一端側は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに上側軸受ＵＢに回転可能に接続され、上記下側支持フレームＦ９０Ｄの他の一端側は上記垂直軸型風車ＶＷＴの回転軸Ｃに下側軸受ＤＢに回転可能に接続されている。

また併せて、上記遮流板支持フレームＦ９０は、上記遮流板ＡＯの水平側の辺Ｌ’の一端側を前記尾翼ＴＡとは前記回転軸Ｃを挟んだ反対側で前記尾翼支持フレームＦ５０の軸に沿った延長線上に来るように配置し、上記遮流板ＡＯの水平側の辺Ｌ’の他の一端側が、上記水平側の辺Ｌ’の一端側から前記整流板の設けられた側から離れる方向に上記回転軸Ｃ周りに４５°の方向に位置するように配置している。

そのため、上記のように構成される本発明に係る整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００では、上記尾翼ＴＡの面積と角度ψを調整することにより、前記垂直軸型風車ＶＷＴの周辺の風況に応じて、前記尾翼ＴＡに掛かる前記回転軸Ｃの周りの回転モーメントと前記整流板ＳＲに掛かる前記回転軸Ｃの周りのモーメントと前記遮流板ＳＲに掛かる前記回転軸Ｃの周りのモーメントとの釣り合い位置の調整により、前記整流板ＳＲの前縁Ｈ１が、前記前側位置ＦＰに配置され、前記遮流板ＡＯの板面を、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような位置に保持することが可能である。

したがって、上記整流板ＳＲと遮流板ＡＯとの位置調整装置７００によれば、上記整流板ＳＲと遮流板ＡＯとを垂直軸型風車の周りで、適切な位置に調整することが可能であり、上記整流板ＳＲと遮流板ＡＯとを備える垂直軸型風車を用いた風力発電装置によれば、上記整流板ＳＲと遮流板ＡＯとを適切な位置に配置することを通じて、発電効率を一層向上させることが可能である。

次に本発明の試験結果について図８から図１０を参照して説明する。

図８は、本発明の整流板ＳＲの効果についての風洞実験による結果を示したものである。このうち、図８（Ａ）は整流板幅Ｌと出力増加の関係を示したものであり、図８（Ｂ）は整流板角度θと出力増加の関係を示したものであり、図８（Ｃ）は整流板前縁前後位置ｄと出力増加の関係を示したものであり、図８（Ｄ）は整流板前縁横位置Ｗと出力増加の関係を示している。なお、ここで、上記出力比は整流板が無い場合の出力と整流板を配置した場合の出力比であり、上記の各記号は上述した図３に関連して示したものとも対応している。

上記図８（Ａ）で示されるように、整流板幅Ｌは０．７５Ｄで出力比は極大となっている。（なお、その後整流板幅が大きくなるほど出力比が大きくなる傾向の可能性がうかがえる。）また、上記図８（Ｂ）で示されるように、整流板角度θは＋２０°で出力比は最大となっている。また、上記図８（Ｃ）で示されるように、整流板前縁前後位置ｄは＋０．０５Ｄで出力比は極大となっている。また、上記図８（Ｄ）で示されるように、整流板前縁横位置Ｗは風車に近づくほど出力比が大きくなることが実験的に確認された。

また、図９は上記垂直軸型風車に風力発電装置を接続したものを用いて、整流板が無い場合と整流板付きの場合について風洞実験を行い、出力を実測した結果を示したものである。その結果、上記図９に示したように、上記出力は、整流板を用いることにより整流板が無しの場合に対し１．５〜１．６倍となった。

また、図１０は、整流板に加えて遮流板を用いた場合の出力増加を風洞実験による結果により示したものである。なお、上記図１０における遮流角φは、図６（Ａ）に関連して示したパラメータに対応しており、整流板の幅Ｌと角度θは図３に関連して示したものと対応している。またここで出力比は整流板、遮流板無しにおける出力と、整流板、遮流板付の出力の比、Ｄは風車の直径（ブレードの回転面の直径）を表している。そして、上記図１０に記載されたように、整流板（幅Ｌ＝１．０Ｄ、角度θ＝２０度）との組合せで、遮流板の上記遮流角φがφ＝［０度‐４５度］、すなわち、風上方向から上記ブレードの回転方向とは逆方向に４５度迄の領域を覆うことにより、出力比最大となっている。

以上のように、本発明によれば、従来のように、大がかりな複数の導風板乃至集風板を必要とせずに、上記垂直軸型風車の周囲の風の流れを制御する整流板を設けることにより、上記垂直軸型風車のトルクを発生している部分に流入する風量乃至流れの速度を増加させ、これを風力発電装置として用いた場合に、発電効率を一段と向上させることが可能である。

また、上記の整流板に併せて、上記整流板の位置制御装置や、遮流板、若しくは、上記整流板と上記遮流板との位置制御装置を用いることにより、更に効果的に風力発電装置等を機能させることが可能である。

Ｄ 垂直軸型風車のブレードの回転面の直径
ＢＬ 垂直軸型風車のブレード
ＶＷＴ 垂直軸型風車
Ｃ 垂直軸型風車の回転軸
ｆｌ 流線
ＳＲ 整流板
Ｈ 整流板の垂直側の辺（又はその長さ）
Ｈ’ 遮流板の垂直側の辺（又はその長さ）
Ｈ１ 整流板の前縁
Ｈ２ 整流板の後縁
Ｌ 整流板の水平側の辺（又はその長さ） 整流板幅
Ｌ’ 遮流板の水平側の辺（又はその長さ）
ｔ 整流板の厚さ
ｔ’ 遮流板の厚さ
θ 整流板の板面の角度
φ 遮流板の角度幅（遮流角）
ψ 尾翼の板面の角度
ｄ 整流板前縁の前後方向位置（整流板前縁前後位置）
Ｗ 整流板前縁の横方向位置（整流板前縁横位置）
ＦＰ 整流板の前側位置
Ｆ フレーム
Ｆ１０ 前縁支持フレーム
Ｆ３０ 後縁支持フレーム
Ｆ５０ 尾翼支持フレーム
Ｆ７０ 補助フレーム
Ｆ９０ 遮流板支持フレーム
ＴＡ 尾翼
ＡＯ 遮流板
ＵＢ 上側軸受
ＤＢ 下側軸受
４００ 整流板の位置調整装置
７００ 遮流板の位置調整装置

Claims (12)

1. 垂直に設けられた回転軸の周りを回転するブレードを有する垂直軸型風車の整流板であって、
   前記整流板は、長方形状の平板状に構成され、
   前記整流板の風上側となる垂直側の辺の一辺は、前記回転軸から見た場合に、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向に略９０度の方位上の前記ブレードの回転面の外縁から僅かに離れた位置からｄだけ風下方向の前側位置に、前記回転軸の方向と平行に前記ブレードの側面側に設けられると共に、前記ｄは、前記ブレードの回転面の直径をＤとした場合に０＜ｄ＜０．１Ｄの範囲内にあり、
   前記整流板の風下側となる垂直側の辺の他の一辺は、前記前側位置から、前記風上方向と前記風下方向とを結ぶ線に対して、前記回転軸とは外側に、前記風上側から前記風下方向へ略１５度から２５度の範囲内の方向に設けられ、
   前記整流板の垂直側の辺の長さは、前記回転軸に沿った前記ブレードの前記回転軸方向の長さと略同等であり、
   前記整流板の水平側の辺は、前記回転軸と垂直の方向に形成され、
   前記整流板の水平側の辺の長さＬは、０．５Ｄ＜Ｌ＜Ｄの範囲内にあることを特徴とする垂直軸型風車の整流板。
2. 請求項１に記載する整流板を備える垂直軸型風車。
3. 請求項２に記載する垂直軸型風車を用いる風力発電装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載する整流板の位置調整装置であって、
   前記位置調整装置は、少なくとも尾翼と複数のフレームと前記整流板とから構成され、
   前記複数のフレームは、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、前記垂直軸型風車の回転軸周りに前記尾翼と前記整流板とを回転可能に支持し、
   前記複数のフレームは、少なくとも前記整流板の前縁を支持する前縁支持フレームと、前記整流板の後縁を支持する後縁支持フレームと、前記尾翼を支持する尾翼支持フレームと、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとに接続する補助フレームとにより構成され、
   前記補助フレームは、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとを接続して、前記整流板を前記尾翼支持フレームの軸方向に対して、前記整流板の前縁から後縁にかけて略２０度の角度を採るように支持し、
   前記垂直軸型風車の周辺の風況に応じて、前記尾翼に掛かる前記回転軸周りの回転モーメントと前記整流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントとにより、前記整流板の前縁が、前記前側位置に配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載する整流板の位置調整装置。
5. 請求項４に記載の整流板の位置調整装置を備える垂直軸型風車。
6. 請求項５に記載の垂直軸型風車を用いる風力発電装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載する整流板を備える垂直軸型風車に用いる遮流板であって、
   前記遮流板は、水平側の辺が前記ブレードの回転面と同心の円弧状に形成された、全体的には長方形状の形態であって、
   前記遮流板の垂直側の辺は、前記回転軸に沿った前記ブレードの前記回転軸方向の長さと略同等の長さに構成されると共に、前記回転軸と平行に前記ブレードの外縁側に配置され、
   上記遮流板の水平側の辺は、前記ブレードの回転面の外縁に沿って、前記回転面の外縁から僅かに離れた位置に配置され、前記遮流板の水平側の辺の長さは、前記回転軸から見て、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような大きさである請求項１乃至６のいずれか１項に記載する整流板を備える垂直軸型風車に用いる遮流板。
8. 請求項７に記載する遮流板を備える垂直軸型風車。
9. 請求項８に記載する垂直軸型風車を用いる風力発電装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の整流板と請求項７乃至９のいずれか１項に記載の遮流板との位置調整装置であって、
    前記位置調整装置は、少なくとも尾翼と複数のフレームと前記整流板とから構成され、
    前記複数のフレームは、前記垂直軸型風車のブレードの外縁側で、前記垂直軸型風車の回転軸周りに前記尾翼と前記整流板と前記遮流板とを回転可能に支持し、
    前記複数のフレームは、少なくとも前記整流板の前縁を支持する前縁支持フレームと、前記整流板の後縁を支持する後縁支持フレームと、前記尾翼を支持する尾翼支持フレームと、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとに接続する補助フレームと、前記遮流板を支持する遮流板支持フレームとにより構成され、
    前記補助フレームは、前記後縁支持フレームと前記尾翼支持フレームとを接続して、前記整流板を前記尾翼支持フレームの軸方向に対して、前記整流板の前縁から後縁にかけて略２０度の角度を採るように支持し、
    前記垂直軸型風車の周辺の風況に応じて、前記尾翼に掛かる前記回転軸周りの回転モーメントと前記整流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントと前記遮流板に掛かる前記回転軸周りのモーメントとにより、前記整流板の前縁が、前記前側位置に配置され、前記遮流板の板面を、前記垂直軸型風車へ流入する風の風上方向から前記垂直軸型風車の回転方向とは逆方向に略４５度の方位上迄を覆うような位置に保持する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の整流板と請求項７乃至９のいずれか１項に記載の遮流板との位置調整装置。
11. 請求項１０に記載の位置調整装置を備える垂直軸型風車。
12. 請求項１１に記載の垂直軸型風車を用いる風力発電装置。