JP2017150447A - 風車翼用ボルテックスジェネレータ、風車翼、風力発電装置、及びボルテックスジェネレータの取付方法 - Google Patents

風車翼用ボルテックスジェネレータ、風車翼、風力発電装置、及びボルテックスジェネレータの取付方法 Download PDF

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Abstract

【課題】風流入方向に対して適切な取付方向で風車翼に取付け可能なボルテックスジェネレータを提供する。
【解決手段】風車翼のためのボルテックスジェネレータは、前記風車翼の表面に固定される基部と、前記基部上に立設される少なくとも１本のフィンと、を備え、前記基部は、前記基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、前記ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有する。
【選択図】 図３Ａ

Description

本開示は、風車翼用ボルテックスジェネレータ、風車翼、風力発電装置、及びボルテックスジェネレータの取付方法に関する。
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。
特許文献１〜特許文献１０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。
米国特許出願公開第２０１４／０１４０８５６号明細書 欧州特許出願公開第２５４８８００号明細書 欧州特許出願公開第２７９９７０９号明細書 国際公開第２００７／１４０７７１号 欧州特許出願公開第２４８４８９５号明細書 欧州特許出願公開第２４８４８９６号明細書 欧州特許出願公開第２４８４８９７号明細書 欧州特許出願公開第２４８４８９８号明細書 国際公開第２０１５／０３０５７３号 欧州特許出願公開第２５９７３００号明細書
ところで、風流入方向に対するボルテックスジェネレータの取付方向が適切な方向からずれていると、ボルテックスジェネレータによる渦の生成が不安定となり、風車翼の空力的性能の改善が十分でない場合や、却って風車翼の空力的性能が低下する場合がある。よって、風車翼に対して規定の取付角度でボルテックスジェネレータを取り付けることが望まれる。
しかしながら、特許文献１〜１０には、ボルテックスジェネレータを規定の取付角度で精度良く風車翼に取り付けるための具体的なボルテックスジェネレータの構成は開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、風流入方向に対して適切な取付方向で風車翼に取付け可能なボルテックスジェネレータを提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼用ボルテックスジェネレータは、
前記風車翼の表面に固定される基部と、
前記基部上に立設される少なくとも１本のフィンと、
を備え、
前記基部は、前記基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、前記ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有する。
上記（１）の構成では、ボルテックスジェネレータは、基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、該ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有する。よって、風車翼における基準方向に対してボルテックスジェネレータのマークを所定角度になるようにボルテックスジェネレータの取付角度を調節することで、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータを取付けることができる。
（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、平面視にて円形を有し、
前記一対の対向位置を結ぶ直線が、前記基部の前記円形の中心を通る。
上記（２）の構成によれば、ボルテックスジェネレータの基部は平面視にて円形を有し、マークがそれぞれ形成されている一対の対向位置を結ぶ直線が基部の円形の中心を通るので、風車翼面上で該直線に直交する方向における基部の円形の中心位置を特定することができる。よって、基部のマークを利用して、ボルテックスジェネレータの風車翼における取付位置への位置決めをすることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に隣り合って設けられ、且つ、互いのコード方向が交差するように配向された２本のフィンを含み、
前記マークは、
前記基部の前記円形の中心を通る前記一対の対向位置を結ぶ直線であって、前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線に直交する直線上に配置される第１基準マークと、
前記基部の前記円形の中心を通る前記一対の対向位置を結ぶ直線であって、前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線と平行な直線上に配置される第２基準マークと、を含む。
上記（３）の構成によれば、第１基準マーク及び第２基準マークは、基部の円形の中心を通り互いに直交する直線上に配置されるので、これらの直線の交点である基部の円形の中心位置を、ボルテックスジェネレータの取付位置に精度良く合わせることができる。よって、ボルテックスジェネレータの風車翼における取付位置への位置決めを精度良く行うことができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に隣り合って設けられ、且つ、互いのコード方向が交差するように配向された２本のフィンを含み、
前記マークは、
前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線に直交する基準線に沿って形成された基準マークと、
前記基準線に対して規定角度をなす直線に沿って形成された角度指示マークと、
を含む。
上記（４）の構成では、ボルテックスジェネレータは、基準マークの示す方向を規定する基準線に対して規定角度αをなす直線に沿って形成された角度指示マークを有するので、風車翼における基準方向に該角度指示マークを沿わせることで、風車翼に対して取付角度αでボルテックスジェネレータを高精度に取付けることができる。よって、上記（４）の構成によれば、基準線に対して所望の角度αをなすように角度指示マークを設けておけば、風車翼における基準方向に角度指示マークを沿わせるだけで、風流入方向に対して適切な取付方向（取付角度α）でボルテックスジェネレータを高精度に取付けることができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記角度指示マークは、前記基準線に対してなす角度が異なる複数の直線に沿ってそれぞれ形成された複数の角度指示マークを含み、
前記複数の角度指示マークのうち一部は、前記基準マーク及び残りの前記角度指示マークと長さ又は太さが異なる。
上記（５）の構成では、ボルテックスジェネレータは、基準マークの示す方向を規定する基準線に対してなす角度が異なる複数の直線に沿ってそれぞれ形成された複数の角度指示マークを含む。よって、複数の角度指示マークのうち、基準線に対して所望の角度αをなす角度指示マークを選択して、この角度指示マークを風車翼における基準方向に沿わせることで、風流入方向に対して適切な取付方向（取付角度α）でボルテックスジェネレータを高精度に取付けることができる。
また、上記（５）の構成では、複数の角度指示マークのうち一部は、基準マーク及び残りの角度指示マークと長さ又は太さが異なるので、それぞれの角度指示マークが示す角度を正確に読み取ることが容易となる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れかの構成において、前記マークは、前記基部のうち前記マークの周辺の部位に対して凹んでいる。
上記（６）の構成によれば、ボルテックスジェネレータのマークは、基部において、マーク周辺の部位に対して凹んでいるので、凹んだ部分をボルテックスジェネレータ取付け時に他の物体（例えば、シーラントやパテ）で埋めたり、風車の運転中において凹んだ部分に他の物体（例えば大気中の浮遊物等）が堆積することで、ボルテックスジェネレータの基部の表面が平滑化される。このため、ボルテックスジェネレータが風車翼に取り付けられた風車の運転時に、マークにより風車翼が受ける風の流れに与える影響を抑えることができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの構成において、前記フィンの圧力面及び負圧面は、前記基部を基準とした高さ方向において抜き勾配を有する。
上記（７）の構成によれば、フィンの圧力面及び負圧面は、基部を基準とした高さ方向において抜き勾配を有するので、型を用いてボルテックスジェネレータを製造するときに、離型が容易となる。
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は、
翼本体と、
前記翼本体の表面に取り付けられた上記（１）〜（７）の何れかに記載のボルテックスジェネレータと、
を備える。
上記（８）の構成では、ボルテックスジェネレータは、基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、該ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有する。よって、風車翼における基準方向に対してボルテックスジェネレータのマークを所定角度になるようにボルテックスジェネレータの取付角度を調節することで、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータを取付けることができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記ボルテックスジェネレータは、前記翼本体の負圧面において、該負圧面に沿った風の流れの乱流域内に設置される。
風車翼の負圧面における流れの剥離は、前縁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、後縁に到達する前に流れが剥がれてしまうことで生じる。
この点、上記（９）の構成によれば、負圧面に沿った風の流れの乱流域内にボルテックスジェネレータを設置することで、負圧面からの流れの剥離を抑制することができる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、上記（８）又は（９）に記載の風車翼を備える。
上記（１０）の構成では、ボルテックスジェネレータは、基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、該ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有する。よって、風車翼に対してボルテックスジェネレータのマークを所定角度になるようにボルテックスジェネレータの取付け角度を調節することで、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータを風車翼に取り付けることができる。
（１１）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の取付方法は、
前記風車翼において少なくとも２つの基準点の位置を前記風車翼に対して特定するステップと、
上記（１）乃至（７）の何れかに記載のボルテックスジェネレータの前記マークが前記基準点を結ぶ直線上に配置されるように前記ボルテックスジェネレータを前記風車翼に取り付けるステップと、
を備える。
上記（１１）の方法では、風車翼において特定された少なくとも２つの基準点を結ぶ直線上に、ボルテックスジェネレータの配向を示すマークが配置されるようにボルテックスジェネレータを風車翼に取り付ける。これにより、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータを風車翼に取り付けることができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風流入方向に対して適切な取付方向で風車翼に取付け可能なボルテックスジェネレータが提供される。
一実施形態に係る風力発電装置の概略構成図である。 一実施形態に係る風車翼の斜視図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。 図３Ａに示すボルテックスジェネレータの平面図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。 図４Ａに示すボルテックスジェネレータの平面図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの平面図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの平面図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの平面図である。 図３Ｂに示すボルテックスジェネレータのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。 ボルテックスジェネレータの取付方法を説明するための図である。 ボルテックスジェネレータの取付方法を説明するための図である。 ボルテックスジェネレータの取付方法を説明するための図である。 ボルテックスジェネレータの取付方法を説明するための図である。 ボルテックスジェネレータの取付方法を説明するための図である。
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。
まず、図１及び図２を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータが適用される風車翼及び風力発電装置の全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係る風力発電装置の概略構成図であり、図２は、一実施形態に係る風車翼の斜視図である。
図１に示すように、風力発電装置９０は、少なくとも一本（例えば３本）の風車翼１及びハブ９４で構成されるロータ９３を備える。風車翼１は放射状にハブ９４に取り付けられており、風車翼１で風を受けることによってロータ９３が回転し、ロータ９３に連結された発電機（不図示）で発電を行うように構成されている。
なお、図１に示す実施形態において、ロータ９３は、タワー９６の上方に設けられたナセル９５によって支持されている。また、タワー９６は、水上又は陸上に設けられた土台構造９７（基礎構造又は浮体構造等）に立設されている。
以下に説明するように、風力発電装置９０の風車翼１には、一実施形態に係るボルテックスジェネレータが取り付けられている。
図２に示すように、風車翼１は、翼本体２と、翼本体２の表面（翼面）に取り付けられたボルテックスジェネレータ１０と、を備える。
翼本体２は、風力発電装置９０のハブ９４に取り付けられる翼根３と、ハブ９４から最も遠くに位置する翼先端４と、翼根３と翼先端４の間に延在する翼型部５と、を含む。また、風車翼１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、風車翼１の外形は、圧力面（腹面）８と、圧力面８に対向する負圧面（背面）９とによって形成される。
図２に示す風車翼１においては、複数のボルテックスジェネレータ１０が翼本体２の負圧面９に取り付けられている。また、複数のボルテックスジェネレータ１０は、翼本体２の負圧面９において翼長方向に複数配列されている。
なお、本明細書において、「翼長方向」とは、翼根３と翼先端４とを結ぶ方向であり、「翼コード方向」とは、翼本体２の前縁６と後縁７とを結ぶ線（コード）に沿った方向である。
次に、図３Ａ〜図７を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータについて具体的に説明する。
図３Ａ及び図４Ａは、それぞれ、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の斜視図であり、図３Ｂ及び図４Ｂは、それぞれ、図３Ａ及び図４Ａに示すボルテックスジェネレータ１０の平面図である。図５〜図７は、それぞれ、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の平面図である。
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）に固定される基部１１と、基部１１上に立設される少なくとも一本のフィン１２と、を備えている。図３Ａ〜図５及び図７に示す実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０は、基部１１上において隣り合うように設けられた一対（合計２本）のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）を有している。また、図６に示す実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０は、基部１１上において隣り合うように設けられた一対のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）を２組（合計４本）有している。
図３Ａ〜図３Ｂ、図５及び図７に示す実施形態では、基部１１は平面視において円形形状を有している。また、図４Ａ〜図４Ｂに示す実施形態では、基部１１は平面視において台形形状を有している。
幾つかの実施形態では、基部１１は、円形や台形以外の形状を有していてもよい。基部１１は、例えば、図６に示すような楕円形状を有していてもよく、あるいは、長方形等の多角形の形状や、他の形状を有していてもよい。
図３Ａ〜図７に示す実施形態では、フィン１２は翼型を有している。フィン１２は、風の流入方向の上流側に位置する前縁１３と、風の流入方向の下流側に位置する後縁１４と、風の流入方向における上流側を向くフィン１２の腹面（圧力面）１５と、風の流入方向における下流側を向くフィン１２の背面（負圧面）１６と、を有する。フィン１２において、前縁１３と後縁１４とを結ぶ直線の方向が、フィン１２のコード方向である。
幾つかの実施形態において、フィン１２は、風流入方向に対して所定の角度をなすように傾斜して設けられている。
例えば、図３Ａ〜図７に示すボルテックスジェネレータ１０においては、風流入方向の上流側から下流側に向けて（すなわち、風車翼１（図２参照）の前縁６側から後縁７側に向けて）、一対のフィン１２Ａ，１２Ｂの間の隙間が広がるように各々のフィン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。
幾つかの実施形態では、風流入方向の下流側から上流側に向けて（すなわち、風車翼１（図２参照）の後縁７側から前縁６側に向けて）、一対のフィン１２Ａ，１２Ｂの間の隙間が広がるように各々のフィン１２Ａ，１２Ｂが設けられていてもよい。
ここで、ボルテックスジェネレータ１０の作用について簡単に説明する。
風車翼１の負圧面９における流れの剥離は、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剥がれてしまうことで生じる。
風車翼１に取り付けられたボルテックスジェネレータ１０は、フィン１２が生み出す揚力によって、フィン１２の背面１６側に縦渦を形成する。また、フィン１２に流入した流れによって、フィン１２の前縁１３の最上流側位置１３ａから頂部１３ｂに向かうエッジに沿った縦渦が形成される。このようにフィン１２により生成される縦渦によって、ボルテックスジェネレータ１０の後流側において、風車翼１面上の境界層内外でのフィン１２の高さ方向における運動量交換が促進される。これにより、風車翼１の表面における境界相が薄くなり、風車翼１の後縁剥離が抑制されるようになっている。
幾つかの実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０は、翼本体２の負圧面９において、負圧面９に沿った風の流れの乱流域内に設置される。このように、負圧面９に沿った風の流れの乱流域内にボルテックスジェネレータ１０を設置することで、負圧面９からの流れの剥離を抑制することができる。
図３Ａ〜図７に示す実施形態において、基部１１は、基部１１の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、前記ボルテックスジェネレータの配向を示すマーク２０を有する。
基部１１の外縁領域とは、平面視における基部１１の輪郭の周辺領域のことである。例えば、図３Ａ〜図３Ｂに示す例では、基部１１の円形形状の輪郭の周辺領域のことであり、図４Ａ〜図４Ｂに示す例では、基部１１の台形形状の輪郭の周辺領域のことである。
また、基部１１の外縁領域における一対の対向位置とは、基部１１の外縁領域において、該外縁領域に囲まれる内側領域を挟んで互いに向き合う一対の位置のことである。例えば、図３Ａ〜図７において、マーク２０Ａとマーク２０Ａ’、又は、マーク２０Ｂとマーク２０Ｂ’は、それぞれ、基部１１の外縁領域における一対の対向位置に設けられたマークである。
基部１１の外縁領域における一対の対向位置に設けられたマーク２０により示される方向（すなわち、一対の対向位置を相互に結ぶ直線の方向）は、基部１１におけるフィン１２の向き（配設方向）と特定の角度をなす。よって、基部１１の外縁領域における一対の対向位置に設けられたマーク２０は、基部１１におけるフィン１２の向きを間接的に示すものであり、すなわちボルテックスジェネレータ１０の配向を示すものである。
風力発電装置９０は、通常、運転時には、風車翼１の前縁６から後縁７に向かって風が流入されるようになっている。よって、風車翼１において、ボルテックスジェネレータ１０の取付方向の基準となる基準方向を予め定義しておき、該基準方向に対してボルテックスジェネレータ１０のマーク２０が示す方向が所定角度となるようにボルテックスジェネレータ１０の取付角度を調節することで、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けることができる。
風車翼１に対するボルテックスジェネレータ１０の適切な取付方向は、例えば流体解析に基づいて決定することができる。また、風車翼１における基準方向に対する各ボルテックスジェネレータ１０のマーク２０の所定角度は、風車翼１において定義された基準方向と、予め流体解析等により決定された適切な取付方向とに基づいて決定することができる。
なお、マーク２０は、図３Ａ〜図４Ｂ、図６及び図７に示すように、基部１１の外縁領域における一対の対向位置のそれぞれに形成された一対のマークであってもよい。あるいは、マーク２０は、例えば図５に示すように、基部１１の外縁領域における一対の対向位置のマーク２０Ａ，２０Ａ’を結ぶ直線状のマーク２０として設けられてもよい。
幾つかの実施形態では、基部１１は、平面視にて円形を有しており、マーク２０が形成されている一対の対向位置を結ぶ直線が、基部１１の円形の中心を通る。
例えば、図３Ａ〜図３Ｂ、及び図７に示す実施形態では、マーク２０Ａ及びマーク２０Ａ’がそれぞれ設けられた一対の対向位置を結ぶ直線ＬＡは、基部１１の円形の中心Ｃを通る。また、同実施形態では、マーク２０Ｂ及びマーク２０Ｂ’がそれぞれ設けられた一対の対向位置を結ぶ直線ＬＢは、基部１１の円形の中心Ｃを通る。
このように、平面視円形を有する基部１１においてマーク２０がそれぞれ形成されている一対の対向位置を結ぶ直線（例えば図３Ｂ及び図７に示されるＬＡ又はＬＢ）が、基部１１の中心Ｃを通るようにすることで、風車翼１の翼面上で該直線に直交する方向における基部１１の円形の中心位置を特定することができる。よって、基部１１のマーク２０を利用して、ボルテックスジェネレータ１０の風車翼１における取付位置への位置決めをすることができる。
図３Ａ〜図７に示す実施形態では、基部１１上において隣り合うように設けられた一対のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、互いのコード方向が交差するように配向されている。例えば、図３Ｂを参照すると、基部１１上に設けられた一対のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、各フィン１２Ａ，１２Ｂの前縁１３と後縁１４とを結ぶ直線（各コード方向に伸びる直線ＬＣ１，ＬＣ２）が交点Ｉで交差している。
図３Ａ〜図３Ｂ及び図７に示す実施形態では、基部１１に設けられたマーク２０は、基準マーク（第１基準マーク）２４と、基準マーク（第２基準マーク）２６とを含む。
ここで、基準マーク（第１基準マーク）２４は、基部１１の円形の中心Ｃを通る一対の対向位置（対向する一対のマーク２０が設けられた位置）を結ぶ直線であって、２本のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）のコード方向がなす角度の二等分線ＬＨ（図３Ｂ参照）に直交する直線上に配置されるマーク２０である。また、基準マーク（第２基準マーク）２６は、基部１１の円形の中心Ｃを通る一対の対向位置（対向する一対のマーク２０が設けられた位置）を結ぶ直線であって、２本のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）のコード方向がなす角度の二等分線ＬＨと平行な直線上に配置されるマーク２０である。
図３Ｂを参照して説明すると、マーク２０Ａ及びマーク２０Ａ’がそれぞれ設けられた一対の対向位置を結ぶ直線ＬＡは、基部１１の円形の中心Ｃを通る直線であり、２本のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）のコード方向がなす角度（各コード方向に伸びる直線ＬＣ１，ＬＣ２がなす角度）の二等分線ＬＨに直交する直線である。そして、マーク２０Ａ及びマーク２０Ａ’は、それぞれ、該直線ＬＡ上に配置される基準マーク（第１基準マーク）２４である。
また、マーク２０Ｂ及びマーク２０Ｂ’がそれぞれ設けられた一対の対向位置を結ぶ直線ＬＢは、基部１１の円形の中心Ｃを通る直線であり、２本のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）のコード方向がなす角度（各コード方向に伸びる直線ＬＣ１，ＬＣ２がなす角度）の二等分線ＬＨと平行な直線である。そして、マーク２０Ｂ及びマーク２０Ｂ’は、それぞれ、該直線ＬＢ上に配置される基準マーク（第２基準マーク）２６である。
また、図７に示す実施形態においても、図３Ａ〜図３Ｂに示す実施形態と同様に、円形の基部１１は、基準マーク（第１基準マーク）２４と基準マーク（第２基準マーク）２６とを有する。
基準マーク（第１基準マーク）２４及び基準マーク（第２基準マーク）２６は、基部１１の円形の中心Ｃを通り互いに直交する直線（図３Ｂの直線ＬＡ，ＬＢ）上に配置されるので、これらの直線ＬＡ，ＬＢの交点である基部１１の円形の中心Ｃの位置を、ボルテックスジェネレータ１０の取付位置に精度良く合わせることができる。よって、基部１１が基準マーク（第１基準マーク）２４及び基準マーク（第２基準マーク）２６を有することにより、ボルテックスジェネレータ１０の風車翼１における取付位置への位置決めを精度良く行うことができる。
図７に示す実施形態では、基部１１は、基準マーク２４と、角度指示マーク２５（２５Ａ，２５Ｂ）と、を有する。
基準マーク２４は、２本のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）のコード方向がなす角度の二等分線ＬＨに直交する基準線ＬＲに沿って形成されたマーク２０である。
なお、図７に示す実施形態において、基準線ＬＲは、基部１１の円形の中心Ｃを通る直線であり、マーク２０Ａ及びマーク２０Ａ’がそれぞれ設けられた一対の対向位置を結ぶ直線ＬＡと同一の直線である。また、図７の実施形態では、基部１１が円形であることから、該基準マーク２４は、上述の第１基準マーク２４と等価のマークであるため、同一の符号で示している。
角度指示マーク２５は、基準線ＬＲに対して既定角度αを成す直線に沿って形成されたマーク２０である。
基部１１において、基準線ＬＲに対して規定角度αをなす直線に沿った角度指示マーク２５が形成されていれば、風車翼１における基準方向に該角度指示マーク２５を沿わせることで、風車翼１に対して取付角度αでボルテックスジェネレータ１０を高精度に取付けることができる。
図７に示す実施形態では、基部１１には、基準線ＬＲに対してなす角度（ここでは、基部１１の円形の中心Ｃ回りの角度）が異なる複数の直線にそれぞれ沿った複数の角度指示マーク２５が形成されている。すなわち、基部１１には、複数の規定角度αに対応した角度指示マーク２５が形成されている。
図７に示す実施形態では、複数の角度指示マーク２５は、それぞれ、等しい角度間隔で配置されている。すなわち、複数の角度指示マーク２５は、それぞれ、規定角度α（基準線ＬＲに対してなす角度（基部１１の円形の中心Ｃ回りの角度））がｎ×ａ（ただし、ｎは整数であり、ａ＞０°である。）である直線に沿ってそれぞれ形成されている。例えば、ａ＝１°の場合、複数の角度指示マーク２５の角度間隔は１°となる。
なお、図７に示す実施形態における基準マーク２４は、規定角度α（基準線ＬＲに対してなす角度）が０°（すなわち、上述の式におけるｎ＝０の場合の角度）の直線に沿った角度指示マーク２５でもある。
このように、基部１１において複数の角度指示マーク２５を設けることで、複数の角度指示マーク２５のうち、基準線ＬＲに対して所望の角度αをなす角度指示マーク２５を選択して、この角度指示マーク２５を風車翼１における基準方向に沿わせることで、風流入方向に対して適切な取付方向（取付角度α）でボルテックスジェネレータ１０を高精度に取付けることができる。
幾つかの実施形態では、複数の角度指示マーク２５のうち一部は、基準マーク２４及び残りの角度指示マーク２５と長さ又は太さが異なる。
例えば、図７に示す実施形態では、基準マーク２４の近傍に形成された複数の角度指示マーク２５において、比較的長い角度指示マーク２５Ａ（基準マーク２４を含む）が５つおきに（例えば、ａ＝１°であれば５°毎に）設けられているとともに、隣り合う長い角度指示マーク２５Ａの間には、それぞれ４つの比較的短い角度指示マーク２５Ｂがａ°おき（例えばａ＝１°であれば１°毎に）設けられている。
他の実施形態では、例えば、比較的長い角度指示マーク２５と比較的短い角度指示マーク２５とが交互に配列されていてもよい。
このように、複数の角度指示マーク２５のうち一部の角度指示マーク２５（図７では角度指示マーク２５Ｂ）と、基準マーク２４及び残りの角度指示マーク２５（図７では角度指示マーク２５Ａ）とで、長さ又は太さを異ならせることで、それぞれの角度指示マーク２５が示す角度を正確に読み取ることが容易となる。
幾つかの実施形態では、マーク２０（基準マーク２４，２６又は角度指示マーク２５等）は、基部１１のうちマーク２０の周辺の部位に対して凹んでいる。例えば、図３Ａに示すように、マーク２０は基部１１の表面よりも凹んだ溝として基部１１に形成されていてもよい。
この場合、基部１１において凹んだマーク２０の部分をボルテックスジェネレータ１０の取付け時に他の物体（例えば、シーラントやパテ）で埋めたり、風力発電装置９０の運転中において凹んだマーク２０の部分に他の物体（例えば大気中の浮遊物等）が堆積することで、ボルテックスジェネレータ１０の基部１１の表面が平滑化される。このため、ボルテックスジェネレータ１０が風車翼１に取り付けられた風力発電装置９０の運転時に、マーク２０により風車翼１が受ける風の流れに与える影響を抑えることができる。
なお、角度指示マーク２５は、図７に示すように、一対の基準マーク（第１基準マーク）２４（マーク２０Ａ，２０Ａ’）の近傍に設けてもよい。あるいは、角度指示マーク２５は、一対の基準マーク（第２基準マーク）２６（２０Ｂ，２０Ｂ’）の近傍に設けてもよい。
また、角度指示マーク２５は、一対の対向する基準マーク２４（マーク２０Ａ，２０Ａ’）又は一対の対向する基準マーク２６（２０Ｂ，２０Ｂ’）のうち、一方のマーク２０の近傍にのみ設けてもよい。
幾つかの実施形態では、フィン１２の圧力面１５及び負圧面１６は、基部１１を基準とした高さ方向において抜き勾配を有する。
ここで、図８は、図３Ｂに示すボルテックスジェネレータ１０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。例えば、図８に示す例では、フィン１２の後縁１４において、フィン１２の厚さが、フィン１２の基部１７から頂部１８に向かって徐々に減少するように、圧力面１５及び負圧面１６の角度が、基部１１を基準とする高さ方向（基部１１に対する垂直方向）に対してそれぞれ角度θ１，θ２だけ傾斜している。
このように、フィン１２の圧力面１５及び負圧面１６は、基部１１を基準とした高さ方向において抜き勾配を有するので、型を用いてボルテックスジェネレータ１０を製造する場合に、離型が容易となる。
次に、図９〜図１２を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の風車翼１（翼本体２）への取付け方法について説明する。図９〜図１２は、それぞれ、ボルテックスジェネレータ１０の取付方法を説明するための図である。
なお、ここでは、ボルテックスジェネレータ１０を、風車翼１（翼本体２）の負圧面９に取り付ける場合を例として説明するが、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１の圧力面８に取り付ける場合も同様の方法で取り付けることができる。
（風車翼面における基準点の特定）
一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の取付方法では、まず、基準点Ｐ１及びＰ２の風車翼１の翼面（負圧面９）上における位置を特定する。
基準点は、ボルテックスジェネレータ１０の取付方向の基準となる基準方向を決める点である。２つの基準点Ｐ１，Ｐ２の風車翼１の翼面上での位置は、例えば、流体解析等により予め決定されたボルテックスジェネレータ１０の取付位置に基づいて決定される。
基準点は、例えば、風車翼１の翼面における翼長方向及びコード方向の座標（ｚ，ｌ）で表すことができる。該座標系を用いて、予め決定される基準点Ｐ１及びＰ２の座標は、それぞれＰ１（ｚ１，ｌ１）及びＰ２（ｚ２，ｌ２）で表される。
図９に示すように、基準点Ｐ１及びＰ２のコード方向における位置については、例えば、翼長方向に沿った翼長方向線Ｌｓからの翼面における長さを計測することにより、基準点Ｐ１及びＰ２のｌ座標（すなわちｌ１及びｌ２）に該当する位置を翼面上において特定することができる。
なお、図９における翼長方向線Ｌｓは、翼面（負圧面９）上にて、コード方向における前縁６と後縁７の間の位置にて翼長方向に延びる直線である。このような直線Ｌｓは、例えば、翼面において特定の位置に取り付けられた部材（例えば、受雷器（レセプタ）等）の位置を基準として引くことができる。他の実施形態では、翼長方向線Ｌｓとして、風車翼１の後縁７を用いてもよい。
あるいは、基準点Ｐ１及びＰ２の翼長方向における位置については、例えば、翼根３を基準とし、翼根３からの距離をレーザ計測等の手段で計測することにより、基準点Ｐ１及びＰ２のｚ座標（すなわちｚ１及びｚ２）に該当する位置を翼面上において特定することができる。
（ボルテックスジェネレータの取付け）
次に、ボルテックスジェネレータ１０の配向を示すマーク２０が、基準点Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線Ｌｒｅｆ上に配置されるように、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付ける。
ここで、基準点Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線Ｌｒｅｆは、風車翼１へのボルテックスジェネレータ１０の取付け時における基準方向を示す直線である。直線Ｌｒｅｆは、風車翼１の翼面において、例えば、テープ又はペン等を用いて、あるいはケガキ等により視覚可能に表示してもよい。
また、ボルテックスジェネレータ１０の取付け時に直線Ｌｒｅｆ上に配置されるマーク２０は、基準マーク２４であってもよく、角度指示マーク２５であってもよい。
図１０〜図１１Ｂでは、基準マーク２４及び角度指示マーク２５を有するボルテックスジェネレータ１０を、角度指示マーク２５が直線Ｌｒｅｆ上に配置されるように風車翼１に取り付ける場合について図示している。
図１０に示すように、ボルテックスジェネレータ１０の一対の基準マーク２４が直線Ｌｒｅｆ上に沿うようにして、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１の表面に配置する。この際、ボルテックスジェネレータ１０の基準点（例えば円形の基部１１の中心Ｃ）が、翼長方向における規定の取付位置となるように配置する。なお、ボルテックスジェネレータ１０の翼長方向における取付位置は、例えば流体解析等に基づいて予め決定されていてもよい。また、ボルテックスジェネレータ１０の翼長方向における取付位置は、基準点Ｐ１又は基準点Ｐ２と同一であってもよい。
図１１Ａには、上述のようにして風車翼１の翼面上に配置されたボルテックスジェネレータ１０が図示されている。
次に、図１１Ｂに示すように、ボルテックスジェネレータ１０を、中心Ｃの回りに、規定の取付角度αだけ回転させることで、ボルテックスジェネレータ１０の取付角度を調節する。この際、基準マーク２４が示す方向との角度がαである角度指示マーク２５が直線Ｌｒｅｆに沿うように、ボルテックスジェネレータ１０を中心Ｃ回りに回転させる。
なお、規定の取付角度αは、例えば流体解析等に基づいて予め決定されていてもよい。
上述のようにしてボルテックスジェネレータ１０の風車翼１における取付位置及び取付角度を調整したら、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に固定させる。この際、接着剤又は両面テープを用いて、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に固定させてもよい。
また、図１２に示すように、風車翼１上に引いた１本の直線Ｌｒｅｆを基準として、複数のボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けてもよい。このように、１本の直線Ｌｒｅｆを基準として複数のボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けることで、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に効率的に取り付けることができる。
以上に説明したように、風車翼１において特定された基準点Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線Ｌｒｅｆ上に、ボルテックスジェネレータ１０の配向を示すマーク２０が配置されるようにボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けることにより、風流入方向に対して適切な取付方向でボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１ 風車翼
２ 翼本体
３ 翼根
４ 翼先端
５ 翼型部
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
１２ フィン
１３ 前縁
１３ａ 最上流側位置
１３ｂ 頂部
１４ 後縁
１５ 圧力面
１６ 負圧面
１７ 基部
１８ 頂部
２０ マーク
２４ 基準マーク（第１基準マーク）
２５ 角度指示マーク
２６ 基準マーク（第２基準マーク）
９０ 風力発電装置
９３ ロータ
９４ ハブ
９５ ナセル
９６ タワー
９７ 土台構造
Ｃ 中心
Ｉ 交点
ＬＨ 二等分線
ＬＲ 基準線
Ｌｓ 翼長方向線
Ｐ１ 基準点
Ｐ２ 基準点

Claims (11)

  1. 風車翼のための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固定される基部と、
    前記基部上に立設される少なくとも１本のフィンと、
    を備え、
    前記基部は、前記基部の外縁領域における少なくとも一対の対向位置に、前記ボルテックスジェネレータの配向を示すマークを有することを特徴とする風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  2. 前記基部は、平面視にて円形を有し、
    前記一対の対向位置を結ぶ直線が、前記基部の前記円形の中心を通ることを特徴とする請求項１に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  3. 前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に隣り合って設けられ、且つ、互いのコード方向が交差するように配向された２本のフィンを含み、
    前記マークは、
    前記基部の前記円形の中心を通る前記一対の対向位置を結ぶ直線であって、前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線に直交する直線上に配置される第１基準マークと、
    前記基部の前記円形の中心を通る前記一対の対向位置を結ぶ直線であって、前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線と平行な直線上に配置される第２基準マークと、を含む
    ことを特徴とする請求項２に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  4. 前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に隣り合って設けられ、且つ、互いのコード方向が交差するように配向された２本のフィンを含み、
    前記マークは、
    前記２本のフィンの前記コード方向がなす角度の二等分線に直交する基準線に沿って形成された基準マークと、
    前記基準線に対して規定角度をなす直線に沿って形成された角度指示マークと、
    を含むことを特徴とする１乃至３の何れか一項に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  5. 前記角度指示マークは、前記基準線に対してなす角度が異なる複数の直線に沿ってそれぞれ形成された複数の角度指示マークを含み、
    前記複数の角度指示マークのうち一部は、前記基準マーク及び残りの前記角度指示マークと長さ又は太さが異なることを特徴とする請求項４に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  6. 前記マークは、前記基部のうち前記マークの周辺の部位に対して凹んでいることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  7. 前記フィンの圧力面及び負圧面は、前記基部を基準とした高さ方向において抜き勾配を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
  8. 翼本体と、
    前記翼本体の表面に取り付けられた請求項１乃至７の何れか一項に記載のボルテックスジェネレータと、
    を備えることを特徴とする風車翼。
  9. 前記ボルテックスジェネレータは、前記翼本体の負圧面において、該負圧面に沿った風の流れの乱流域内に設置されることを特徴とする請求項８に記載の風車翼。
  10. 請求項８又は９に記載の風車翼を備えることを特徴とする風力発電装置。
  11. 風車翼において少なくとも２つの基準点の位置を前記風車翼に対して特定するステップと、
    請求項１乃至７の何れか一項に記載のボルテックスジェネレータの前記マークが前記基準点を結ぶ直線上に配置されるように前記ボルテックスジェネレータを前記風車翼に取り付けるステップと、
    を備えることを特徴とするボルテックスジェネレータの取付方法。
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