WO2020161819A1 - 整流装置 - Google Patents

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WO2020161819A1
WO2020161819A1 PCT/JP2019/004207 JP2019004207W WO2020161819A1 WO 2020161819 A1 WO2020161819 A1 WO 2020161819A1 JP 2019004207 W JP2019004207 W JP 2019004207W WO 2020161819 A1 WO2020161819 A1 WO 2020161819A1
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flow
frame
suppressor
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泰孝 和田
博昭 谷川
優 大内
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Chugoku Electric Power Co Inc
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Chugoku Electric Power Co Inc
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a rectifying device.
  • the energy of fluid such as wind and tidal current is used to generate rotational force to generate power.
  • a vertical axis type rotating device such as a Darrieus type in which a rotation axis is provided perpendicular to a fluid is generally used.
  • the vertical shaft type rotating device is provided with a blade for receiving a fluid at the tip of an arm extending radially from the rotating shaft. Therefore, the vertical shaft type rotating device is provided with a blade having a shape that efficiently generates a lift force in order to efficiently transmit the rotating force from the fluid to the rotating shaft (for example, Patent Document 1).
  • the frame manufacturing cost may increase, the frame weight may increase, the transportation cost may increase, and the frame installing cost may increase.
  • the main invention for solving the above-mentioned problems is a rotating device which is attached to a rotating shaft and includes a blade for receiving a fluid flow to rotate the rotating shaft, wherein the rotating device is rotatably supported by the rotating shaft. It is characterized by comprising a resistance suppressing body that rotates along the flow of the fluid so as to suppress the resistance given to the rotating shaft due to the fluid flowing from the upstream side of the shaft.
  • the present invention it is possible to suppress the turbulence of the flow of the fluid and the generation of vortices such as Karman vortices that occur in the region on the downstream side of the rotation axis of the rotating device placed in the fluid.
  • the power generation efficiency can be improved.
  • the frame even in a situation in which the frame is provided so as to surround the rotating device, it is possible to suppress the occurrence of turbulence of the flow and vortices such as the Karman vortex that occur in the region on the downstream side of the frame.
  • the viscous pressure resistance generated in the frame can be suppressed.
  • the frame can be manufactured with low strength, so that the manufacturing cost of the frame can be reduced.
  • the weight of the frame can be reduced and the method of fixing the frame to the harbor structure can be simplified, the installation cost of the frame can be reduced.
  • the flow turbulence can be suppressed by rectifying the flow of the fluid, the power generation efficiency can be improved.
  • the frame can be manufactured with low strength, so that the manufacturing cost of the frame can be reduced. Further, since the weight of the frame can be reduced and the method of fixing the frame to the harbor structure can be simplified, the installation cost of the frame can be reduced. Further, since the flow turbulence can be suppressed by rectifying the flow of the fluid, the power generation efficiency can be improved.
  • FIG. 1 It is a top view which shows an example which looked at the frame resistance suppression body arrange
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a flow turbulence and a Karman vortex generation situation occurring in the rotation axis of a vertical axis type rotating device, as viewed from the +Y direction.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state of flow turbulence and Karman vortex generation occurring on a rotation axis of a vertical axis type rotating device.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a turbulence of a flow, a Karman vortex, or a wave generated in a frame surrounding a vertical-axis type rotating device. It is a block diagram which shows an example of a power generation device.
  • the Y axis is the direction along the rotation axis 100A
  • the X axis and the Z axis are axes that intersect perpendicularly to the Y axis.
  • FIGS. 1 to 19 the same members will be described with the same numerals.
  • the side in the fluid flow direction may be referred to as “downstream side”, and the side in the fluid flow direction may be referred to as “upstream side”.
  • the direction along the X axis may be referred to as “X direction”
  • the direction along the Y axis may be referred to as “Y direction”
  • the direction along the Z axis may be referred to as “Z direction”.
  • the + side may be indicated by “+”
  • the ⁇ side may be indicated by “ ⁇ ”.
  • a section of the rectifying device which is sectioned by a plane including the X axis and the Z axis may be referred to as an “XZ section”.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of a vertical axis type rotating device 200.
  • FIG. 15 is a perspective view showing an example in which the frame 130 is provided in the vertical axis type rotation device 200.
  • FIG. 19 is a configuration diagram showing an example of the power generation device 1000.
  • the rotating device 200 is a device that transmits a rotational force to the speed increasing gear 300 of the power generating device 1000 via the rotating shaft 100, for example.
  • the speed increaser 300 is a device that increases the rotation speed of the rotating shaft 100 and transmits it to the generator 400.
  • the power generation device 1000 is, for example, a wind power generation device or a hydraulic power generation device.
  • the wind power generation device is a power generation device that uses wind pressure energy generated by the wind
  • the hydraulic power generation device uses water pressure energy generated by a water flow to rotate a turbine to generate electricity.
  • the rotating device 200 in which the rectifying device according to the present embodiment is arranged refers to, for example, a rotating device of a vertical axis type power generating device such as a Darrieus type. Note that the present embodiment will be described by using a tidal current power generator as an example of the hydraulic power generators, but the present embodiment can be similarly applied to other hydraulic power generators and wind turbine generators.
  • the rotating device 200 of the tidal current power generator is configured to include a rotating shaft 100 and a blade 120.
  • a rotating shaft 100 For example, one end of the rotary shaft 100 in the X direction is connected to the speed increaser 300.
  • the rotating shaft 100 transmits the rotational force to the speed increaser 300.
  • the rotating shaft 100 rotates, for example, in a clockwise direction (hereinafter, referred to as “rotating direction”) when the blade 120 described below is viewed from the +Y direction.
  • rotating direction a clockwise direction
  • the blade 120 is a member that obtains a lift force in the rotation direction by the flow of fluid.
  • the blade 120 is rotating around the rotating shaft 100.
  • the blade 120 is configured to include an arm 110 provided on the +Y direction side of the blade 120 and an arm 111 provided on the ⁇ Y direction side.
  • the main body of the blade 120 transmits the lift force in the rotation direction to the rotation shaft 100 as the rotation force in the rotation direction via the arms (110, 111).
  • the arms (110, 111) are, for example, radially extended from the rotary shaft 100, and the ends on the opposite side of the rotary shaft 100 are connected to the blade 120.
  • the rotating device 200 of the tidal power generator is fixed to the frame 130 underwater.
  • the frame member 131 is fixed to a concrete structure such as a gulf structure or a pier foundation.
  • the frame 130 may be fixed on a foundation such as concrete installed on the sea floor, or may be fixed on a floating body installed on the sea surface.
  • the frame 130 supports the rotating shaft 100 via bearings (140A, 140B) so that the rotating shaft 100 can rotate, for example.
  • the rotating device 200 is described as a vertical shaft type, but for example, the rotating device 200 in which the rotating shaft 100 is provided horizontally (for example, in the Z direction) or the rotating device 200 provided obliquely with respect to the horizontal.
  • the manner in which the rotary shaft 100 is installed is not limited.
  • the blade 120 of the rotating device 200 may have a curved portion, and may be directly attached to the rotating shaft 100 without using the arms (110, 111).
  • the rotary device 100 in which the rotary shaft 100 is provided vertically (Y direction) will be described.
  • FIG. 16 is a plan view showing an example of the flow turbulence and the Karman vortex generation situation occurring on the rotating shaft 100 of the vertical shaft type rotating device 200 as viewed from the +Y direction.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a state of flow turbulence and Karman vortex generation occurring on the rotating shaft 100 of the vertical shaft type rotating device 200.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a turbulence of a flow, a Karman vortex, or a wave generated in a frame surrounding a vertical axis type rotating device.
  • a fluid such as wind or water flows from the ⁇ X direction toward the +X direction.
  • the flow turbulence and vortex of the rotating shaft 100 shows the flow turbulence and vortex of the rotating shaft 100, the flow turbulence and vortex also occur in the frame 130.
  • the turbulence of the flow is turbulence due to a change in the direction of the flow or separation of the fluid caused by an effect such as the shape of an object placed in the fluid.
  • the vortex is a vortex that occurs alternately on the downstream side (the +X direction side) of the obstacle when the obstacle is arranged in the fluid.
  • the above-described flow of the flow is provided on the downstream side of the frame member 131 provided in parallel (Y direction) and the frame member 132 provided vertically (Z direction) with respect to the rotating shaft 100.
  • Vortex resistance occurs due to turbulence and vortices.
  • waves are generated due to turbulence of the flow and vortices.
  • wave-making resistance due to waves is generated in the frame members (131, 132).
  • the flow turbulence and the vortex are generated when the fluid reaches the rotary shaft 100 from the upstream side of the rotary shaft 100 and the fluid flows downstream along the circumferential surface of the rotary shaft 100. It occurs in the area downstream of 100.
  • the turbulence or vortex of the flow reaches the blade 120 rotating around the rotating shaft 100 on the downstream side of the rotating shaft 100.
  • the tidal current around the blade 120 is disturbed, which hinders its rotation.
  • the flow of the fluid is disturbed due to the influence of the waves generated by the rotating shaft 100 and the frame 130, and the rotation of the blade 120 is hindered.
  • the flow turbulence and the vortex are such that the fluid reaches the frame members (131, 132) from the upstream side of the frame 130, and the fluid reaches the downstream side along the peripheral surface of the frame member (131, 132). Occurs in the region on the downstream side of the frame members (131, 132) when flowing to the.
  • the turbulence or vortex of the flow reaches the blade 120 rotating around the rotating shaft 100 on the downstream side of the frame member (131, 132), and the blade 120 disturbs the tidal current around the blade 120 to hinder the rotation.
  • the rotation of the blade 120 is hindered because the fluid flow is disturbed by the influence of the waves generated by the frame members (131, 132).
  • the turbulence or vortex of the flow disturbs the flow around the blade 120 and reduces the efficiency with which the blade 120 converts the kinetic energy of the fluid into the rotational power of the shaft. , 30).
  • the rectifying device (10, 20, 30) will be described in detail.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rectifying device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an enlarged example of the rectifying device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the rectifying device 10 according to the first embodiment viewed from the +Y direction.
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of a situation where the rectifying device 10 according to the first embodiment is rotated, viewed from the +Y direction.
  • the rectifying device 10 is a device that suppresses turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotating shaft 100 arranged in the fluid. Further, the rectifying device 10 can suppress the generation of waves near the water surface.
  • the rectifying device 10 is not only used for the rotating shaft 100 in the present embodiment, but in a situation where a fluid flows in the X direction, for example, an object provided in the fluid in the substantially Y direction or the substantially Z direction is used. It can also be applied to.
  • the rectification device 10 is a device that suppresses turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotating shaft 100 by rotating a resistance suppressing body 11 described later along a direction in which a fluid flows. ..
  • the rectifying device 10 is configured such that a resistance suppressing body 11 is rotatably supported by a rotating shaft 100 via a bearing 12 described later.
  • the rectifying device 10 is arranged between the +Y-direction side arm 110 and the ⁇ Y-direction side arm 111 that extend on the rotating shaft 100. As a result, as shown in FIG.
  • the rectifying device 10 can suppress the turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotary shaft 100 between the arm 110 on the +Y direction side and the arm 111 on the ⁇ Y direction side.
  • the rectifying device 10 may be installed between the bearing 140A and the arm 110, between the arm 111 and the bearing 140B, or on the ⁇ Y direction side of the bearing 140B in the rotating shaft 100. good.
  • the resistance suppressor 11 may be installed on the rotating shaft 100 near the water surface. Accordingly, the rectifying device 10 can suppress the generation of waves generated on the water surface on the downstream side of the rotating shaft 100.
  • the rectifying device 10 is configured to include, for example, a resistance suppressor 11 and a bearing 12.
  • a resistance suppressor 11 and a bearing 12.
  • the resistance suppressor 11 and the bearing 12 will be described in detail.
  • the resistance suppressor 11 is a member that suppresses flow turbulence and vortex on the downstream side of the rotating shaft 100.
  • the resistance suppressor 11 is provided on the rotating shaft 100 via a bearing 12 described below.
  • the resistance suppressor 11 is made of, for example, a stainless material, and as shown in FIG. 3, is formed so that the thickness in the Z direction becomes thinner from the rotary shaft 100 toward the downstream side.
  • the width in the Z direction is called the blade thickness, and the length in the X direction is called the chord length.
  • the resistance suppressor 11 has a blade thickness that is not damaged by a force generated by rotation.
  • the resistance suppressor 11 has a chord length that does not contact the blade 120 when the resistance suppressor 11 is arranged on the rotating shaft 100.
  • the resistance suppressor 11 has a blade thickness that increases from one end in the -X direction (a leading edge described below) to the rotating shaft 100 and that decreases from the rotating shaft 100 to the other end in the +X direction (a trailing edge described below). Is formed in.
  • the XZ section has a streamlined shape.
  • the streamlined shape refers to a shape in which one end on the upstream side ( ⁇ X direction side) is rounded and the other end on the downstream side (+X direction side) is sharp in the state where the resistance suppressor 11 is along the flow direction.
  • the resistance suppressor 11 is formed symmetrically in the Z direction about the X direction (chordline described later).
  • the resistance suppressor 11 is continuously provided, for example, seamlessly from below the joint of the arm 110 on the +Y direction side of the rotating shaft 100 to above the joint of the arm 111 on the ⁇ Y direction side. .. Since the resistance suppressor 11 has a symmetrical streamline shape, the resistance received from the fluid passing from one end to the other end can be reduced, and thus the flow turbulence and vortex can be suppressed. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • one end of the resistance suppressor 11 in the ⁇ X direction is the leading edge
  • the other end of the +X direction is the trailing edge
  • the leading edge and the trailing edge are
  • the phantom line connecting the straight lines is shown as the chord line.
  • the resistance suppressor 11 is arranged so that the center line of the rotating shaft 100 and the chord line intersect.
  • the resistance suppressor 11 is arranged so that the aerodynamic center is located on the downstream side (+X direction side) of the rotating shaft 100. Thereby, as shown in FIG. 4, the resistance suppressor 11 can swivel quickly so that the chord line follows the fluid flow when the fluid flow changes.
  • the bearing 12 is provided so as to be interposed between the rotating shaft 100 and the resistance suppressor 11.
  • the bearing 12 is a member that suppresses friction of the rotation shaft 100 on the resistance suppression body 11 when the resistance suppression body 11 rotates on the peripheral surface of the rotation shaft 100. That is, the bearing 12 is a member that suppresses energy loss and heat generation that occur in the resistance suppressor 11 and the rotating shaft 100.
  • the bearing 12 is a ball bearing made of, for example, a stainless material.
  • the bearing 12 is provided at least at one end in the +Y direction and at the other end in the ⁇ Y direction of the resistance suppressor 11 so that the resistance suppressor 11 can rotate without contacting the rotating shaft 100, for example.
  • the bearing 12 is preferably provided with, for example, a thrust collar so that the resistance suppressor 11 does not move in the Y direction with respect to the rotating shaft 100.
  • the leading edge is arranged in the ⁇ X direction and the trailing edge is in the +X direction when the fluid is flowing from the ⁇ X direction to the +X direction.
  • Rotate to be placed in That is, the resistance suppressor 11 rotates so that its chord line is along the direction of fluid flow. Since the resistance suppressor 11 has a streamlined shape, turbulence and vortices of the flow are suppressed on the +X direction side. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the resistance suppressor 11 rotates so that when the fluid flow is tilted in the ⁇ Z direction with respect to the X direction, the leading edge is arranged in the fluid flow direction. Move. That is, the resistance suppressor 11 rotates so that its chord line is along the direction of fluid flow. Specifically, the chord line of the resistance suppressor 11 shown by the solid line rotates along the flow direction of the fluid shown by the broken line to become the resistance suppressor 11 shown by the broken line.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an enlarged example of the rectifying device 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view showing an example of the rectifying device 20 according to the second embodiment viewed from the +Y direction.
  • FIG. 7: is a perspective view which shows an example which provided the collar part in the resistance suppression body 21 of the rectifier 20 which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an example of a variation of the resistance suppressor 21 of the rectifying device 20 according to the second embodiment. Note that the parts not shown in FIGS. 5 to 8 are the same as those in FIG.
  • the rectifying device 20 according to the second embodiment is a device that suppresses the turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotating shaft 100 by rotating the resistance suppressing body 21 described later along the flow direction of the fluid. .. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the resistance suppressor 21 of the rectifying device 20 is rotatably supported by the rotating shaft 100 via the bearing 22, so that friction in the rotating direction is indirectly generated from the rotating shaft 100 via the bearing 22. It receives a force (hereinafter referred to as "rotational friction force"). Due to the rotational frictional force, the rectifying device 20 is tilted in the rotating direction to some extent. Therefore, the rectifying device 20 according to the second embodiment is configured to correct the inclination of the resistance suppressor 21 in a shape that takes into consideration the rotational frictional force.
  • the rectifying device 20 is arranged between the arm 110 on the +Y direction side and the arm 111 on the ⁇ Y direction side, which are provided on the rotary shaft 100. As a result, the rectifying device 20 can suppress the turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotating shaft 100 between the arm 110 on the +Y direction side and the arm 111 on the ⁇ Y direction side. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the rectifier 20 is configured to include, for example, a resistance suppressor 21 and a bearing 22. Since the bearing 22 is the same as the bearing 12 of the rectifying device 10 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the resistance suppressor 21 is a member that suppresses turbulence and vortex of the flow on the downstream side of the rotating shaft 100. It is a member that suppresses the generation of waves near the water surface.
  • the resistance suppressor 21 is provided on the rotating shaft 100 via a bearing 22.
  • the resistance suppressor 21 is made of, for example, a stainless material, and is formed so that the thickness in the Z direction becomes thinner from the rotary shaft 100 toward the downstream side.
  • the shape of the resistance suppressor 21 will be specifically described as follows.
  • the width in the Z direction is called the blade thickness
  • the length in the X direction is called the chord length.
  • the resistance suppressor 21 has a blade thickness that is not damaged by a force generated by rotation.
  • the resistance suppressor 21 has a chord length that does not contact the blade 120 when the resistance suppressor 21 is arranged on the rotating shaft 100.
  • the resistance suppressor 21 has a blade thickness that increases from one end in the -X direction (a leading edge described below) to the rotating shaft 100, and that decreases from the rotating shaft 100 to the other end in the +X direction (a trailing edge described below). Is formed in.
  • the XZ section has a wing shape.
  • the wing shape is a shape in which one end on the upstream side (-X direction side) is rounded and the other end on the downstream side (+X direction side) is sharp in the state where the resistance suppressor 21 is along the flow direction. Further, in the airfoil, the peripheral surface on the ⁇ Z direction side is rounded with respect to the X axis as compared to the peripheral surface on the +Z direction side. That is, the resistance suppressor 21 is formed asymmetrically in the Z direction with the X direction (the chord line described later) as the center.
  • the airfoil is, for example, NACA63A016 defined by the predecessor NACA of NASA.
  • the flow velocity in the ⁇ Z direction side is faster than the flow velocity in the +Z direction side of the resistance suppressor 21, so the pressure in the ⁇ Z direction side becomes smaller than the pressure in the +Z direction side, and the lift force becomes ⁇ Z. Occurs towards the direction. That is, the resistance suppressor 21 is formed such that the rotational frictional force and the lift force are equal to each other in order to suppress the turbulence and vortex of the flow.
  • the resistance suppressor 21 rotates in the ⁇ Z direction side due to lift force or the like to cause a state in which the fluid flow is blocked, the lift angle decreases because the angle of attack of the resistance suppressor 21 decreases. In this case, the resistance suppressor 21 blocks the flow of the fluid, so that the pressure on the circumferential surface of the resistance suppressor 21 on the ⁇ Z direction side increases. Therefore, the resistance suppressor 21 does not rotate at a certain angle or more with respect to the flow direction, and therefore turbulence or vortex of the flow is not generated on the downstream side of the resistance suppressor 21.
  • the resistance suppressor 21 rotates in the +Z direction side due to a rotational frictional force and a state of blocking the flow is generated, the angle of attack of the resistance suppressor 21 increases, so that the lift force increases. In this case, the resistance suppressor 21 blocks the flow of the fluid, so that the pressure on the circumferential surface of the resistance suppressor 21 on the +Z direction side increases. Therefore, the resistance suppressor 21 does not rotate at a certain angle or more with respect to the flow direction, and therefore turbulence or vortex of the flow is not generated on the downstream side of the resistance suppressor 21.
  • the resistance suppressor 21 is continuously provided, for example, without a break from below the joint of the arm 110 on the +Y direction side of the rotary shaft 100 to above the joint of the arm 111 on the ⁇ Y direction side. ..
  • one end of the resistance suppressor 21 in the ⁇ X direction is a leading edge
  • the other end in the +X direction is a trailing edge
  • the leading edge and the trailing edge are A phantom line connecting a straight line
  • a phantom line indicating the middle of the distance along the Z axis between the ⁇ Z side peripheral surface and the +Z side peripheral surface is shown as the intermediate line. ..
  • the resistance suppressor 21 is arranged so that the center line of the rotating shaft 100 and the chord line intersect.
  • the resistance suppressor 21 is arranged so that the aerodynamic center is located on the downstream side (+X direction side) of the rotating shaft 100. Accordingly, the resistance suppressor 21 can rotate so that the chord line follows the fluid flow when the fluid flow changes. At this time, as described above, the lifting force and the rotational friction force are rotated so as to be equal to each other.
  • the resistance suppressor 21 may be provided with flange portions (21A, 21B) in order to suppress the resistance due to the vortex generated at both ends.
  • the flange portions (21A, 21B) are configured by, for example, a first flange portion 21A on the +Y direction side and a second flange portion 21B on the ⁇ Y direction side.
  • the flange portions (21A, 21B) are provided at both ends of the resistance suppressing body 21 in the Y direction in a flange shape with respect to the resistance suppressing body 21.
  • the resistance suppressor 21 has been described so that the XZ section has a wing shape, but the present invention is not limited to this.
  • the end surface on the +Y direction side is formed symmetrically in the Z direction with the X direction as the center (first resistance suppressor), and the intermediate portion in the Y direction is centered in the X direction.
  • both end faces of the resistance suppressor 21 in the Y direction are formed symmetrically, it is possible to suppress the generation of blade tip vortices without causing a flow in the Z direction at both end faces, and to suppress the induced resistance. Further, since the resistance suppressing body 21C has an asymmetrical intermediate portion, it can be rotated so that the rotational friction force and the lift force are balanced.
  • the leading edge is arranged in the ⁇ X direction and the trailing edge is in the +X direction when the fluid is flowing from the ⁇ X direction to the +X direction.
  • Rotate to be placed in Furthermore, the rotation is performed so that the lift force and the rotational friction force become equal. That is, the resistance suppressor 21 rotates so that its chord line is along the direction of fluid flow. Since the resistance suppressor 21 has a wing shape, turbulence and vortex of the flow are suppressed on the +X direction side thereof.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface. Note that, when the flow of the fluid changes, the resistance suppressor 21 moves in the same manner as the resistance suppressor 11 according to the first embodiment, and therefore its description is omitted.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the rectifying device 30 according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an enlarged example of the frame resistance suppressing body 33 of the rectifying device 30 according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of the frame resistance suppressing body 33B arranged on the frame member 132 provided horizontally of the rectifying device 30 according to the third embodiment as viewed from the +Z direction.
  • the rectifying device 30 is a device that suppresses turbulence and vortex of the flow generated on the downstream side of the rotating shaft 100 and the frame 130 arranged in the fluid. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the rectifying device 30 is not used only for the rotating shaft 100 and the frame 130, but is also applied to an object provided in the fluid in the substantially Y direction or the substantially Z direction in a situation where the fluid flows in the X direction. it can.
  • the rectifying device 30 according to the third embodiment is configured by adding a frame resistance suppressing body 33 described below to the rectifying device (10, 20) according to the first embodiment or the second embodiment.
  • the resistance suppressor 31 and a frame resistance suppressor 33 which will be described later, rotate in the fluid flow direction to suppress flow turbulence and vortices generated on the downstream side of the rotating shaft 100 and the frame 130. It is a device.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the frame 130 is provided, for example, with a frame member 131 provided along the Y direction with respect to the flow of the fluid, and along a Z direction with respect to the fluid flow.
  • the frame member 132 provided is included. Further, a description will be given below with a provisional line passing through the centers of the frame members 131 and 132 as a center line.
  • the frame resistance suppressor 33 is a member that suppresses turbulence and vortex of the flow on the downstream side of the frame member 131 and the frame member 132.
  • the frame resistance suppressing body 33 includes a frame resistance suppressing body 33A arranged on the frame member 131 and a frame resistance suppressing body 33B arranged on the frame member 132.
  • the frame resistance suppressor 33 is provided on the frame member 131 and the frame member 132 via the bearing 32.
  • the frame resistance suppressing body 33 is made of, for example, a stainless material, and is formed such that the thickness in the Z direction becomes thinner from the frame member 131 and the frame member 132 toward the downstream side.
  • the shapes of the frame resistance suppression body 11A and the frame resistance suppression body 11B will be specifically described as follows.
  • the frame resistance suppressor 33A according to the third embodiment has a shape similar to the resistance suppressor 11 according to the first embodiment. Therefore, the leading edge, the trailing edge, the chord line, and the aerodynamic center of the frame resistance suppression body 33A according to the third embodiment are as shown in FIG.
  • the width in the Z direction is called the blade thickness
  • the length in the X direction is called the chord length.
  • the frame resistance suppressing body 33A has a blade thickness that is not damaged by a force generated by rotation.
  • the frame resistance suppressing member 33A has a chord length that does not contact the blade 120 when it is arranged on the frame member 131.
  • the frame resistance suppressing member 33A is formed such that the blade thickness increases from the front edge to the frame member 131 and decreases from the frame member 131 to the trailing edge.
  • the XZ section has a streamlined shape.
  • the frame resistance suppressor 33A is formed symmetrically in the Z direction about the chord line.
  • the frame resistance suppressing body 33A is continuously provided, for example, without a break, over both ends of the frame member 131 in the long axis direction (Y direction). Since the frame resistance suppressing body 33A has a symmetrical streamlined shape, the resistance received from the fluid passing from the leading edge to the trailing edge can be reduced, so that flow turbulence and vortex can be suppressed. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the frame resistance suppressing body 33A is arranged so that the center line of the frame member 131 and the chord line intersect.
  • the frame resistance suppressing body 33A is arranged so that the aerodynamic center is located on the downstream side (+X direction) of the frame member 131. As a result, the frame resistance suppressing member 33A can rotate so that the chord line follows the fluid flow when the fluid flow changes.
  • the frame resistance suppressing body 33B may have the same shape as the frame resistance suppressing body 33A described above. However, since the frame resistance suppressing body 33B is arranged on the frame member 132 provided perpendicularly to the rotating shaft 100, it receives a force in the ⁇ Y direction due to gravity and a force in the +Y direction due to buoyancy and lift from the fluid. Therefore, in the frame resistance suppressing body 33B, as a more preferable shape, as shown in FIG. 11, a fluid passing through the axis of the frame member 132 such that the resultant force of buoyancy and lift and the gravity cancel each other out. It is formed asymmetrically with respect to the direction of flow. More specifically, the XY cross section exhibits a wing shape.
  • the operation of the rectifying device 30 will be described with reference to FIG. 10.
  • the resistance suppressor 31 of the rectifying device 30 according to the third embodiment is the same as the resistance suppressors (11, 21) of the rectifying devices (10, 20) according to the first and second embodiments. , The description is omitted.
  • the frame resistance suppressing body 33 of the rectifying device 30 will be described.
  • the leading edge is arranged in the ⁇ X direction and the trailing edge is +X in the state where the fluid flows from the ⁇ X direction to the +X direction.
  • the frame resistance suppression body 33 rotates so that the front edge is arranged in the direction in which the fluid flows when the fluid flow is tilted in the ⁇ Z direction with respect to the X direction. That is, the frame resistance suppression body 33 rotates so that the chord line thereof is along the direction of fluid flow.
  • the resistance suppressors (11, 21, 31) are described as exhibiting a streamlined shape or a wing shape, but the invention is not limited thereto.
  • it may be rotatably supported by the rotary shaft 100, and a flat plate-shaped member may extend from the rotary shaft 100.
  • the rotary shaft 100 may be rotatably supported by the rotary shaft 100, and may have a triangular shape whose width becomes narrower as it goes downstream from the rotary shaft 100.
  • the resistance suppressor (11, 21, 31) is, for example, a cut from below the joint of the arm 110 on the +Y direction side of the rotating shaft 100 to above the joint of the arm 111 on the ⁇ Y direction side.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plurality of resistance suppressors (11, 21, 31) may be provided intermittently.
  • the resistance suppressors (11, 21) are illustrated so as to cover the peripheral surface of the rotating shaft 100 via the bearings (12, 22), but the invention is not limited thereto.
  • the resistance suppressors 41 and 51 are partially attached to the bearings 42 and 52 provided on the rotary shaft 100, and the blade thickness becomes thinner as the distance from the rotary shaft 100 increases.
  • they may be formed symmetrically with respect to the direction of the fluid flow passing through the rotating shaft 100.
  • the resistance suppressor 41 shown in FIG. 12 is concavely curved so that its upstream side ( ⁇ X direction side) end extends along the peripheral surface of the rotating shaft 100.
  • the resistance suppressor 51 shown in FIG. 13 has a rounded convex end.
  • the resistance suppressors 41 and 51 are attached at their ends to the bearings 42 and 52 so as to rotate in the direction of the fluid flow.
  • the resistance suppressors (41, 51) may be formed asymmetrically with respect to the direction of the flow of the fluid passing through the rotating shaft 100.
  • the rectifying device (10, 20, 30) is described as including the bearings (12, 22, 32), but the present invention is not limited thereto.
  • the rectifier (10, 20, 30) may not be provided with the bearings (12, 22, 32), and the resistance suppressors (11, 21, 31) are suppressed from moving in the long axis direction, In addition, it may be provided so as to be rotatable.
  • the frame resistance suppressor 33 is described as a streamlined type, but is not limited to this.
  • it may be rotatably supported by the frame member 131, and a flat plate-shaped member may extend from the frame member 131.
  • it may be rotatably supported by the frame member 131 and may have a triangular shape whose width becomes narrower as it goes downstream from the frame member 131.
  • the frame resistance suppressing body 33 is described as being continuously provided over both ends of the frame member 131 in the long axis direction (Y direction), for example, but is not limited thereto.
  • a plurality of frame resistance suppressing bodies 33 may be provided intermittently.
  • both ends of the frame resistance suppressing body 33 and other frame members different from the frame member 131 on which the frame resistance suppressing body 33 is pivotally supported may be provided so as to be sufficiently separated from each other. ..
  • the frame resistance suppressing body 33 may be provided at the center of the frame member 131 in the Y direction so as to be sufficiently separated from both ends of the frame member 131.
  • the bearing 32 is not limited to being attached, and it is sufficient that the frame resistance suppressing body 33 is provided so as to be restrained from moving in the long axis direction and rotatable.
  • the rectification device (10, 20, 30) is configured to include the blade 120 that is attached to the rotating shaft 100 and that receives the flow of fluid and rotates the rotating shaft 100.
  • the fluid is rotatably supported by the rotating shaft 100 and is rotated along the flow of the fluid so as to suppress the resistance given to the rotating shaft 100 due to the fluid flowing from the upstream side of the rotating shaft 100.
  • a moving resistance suppressor (11, 21, 31) is provided. According to the present embodiment, the flow turbulence, the vortex, and the generation of waves near the water surface can be suppressed, so that the flow turbulence and the vortex around the blade 120 are reduced and the power conversion efficiency is improved.
  • the resistance suppressing bodies (11, 21, 31) are pivotally supported by the rotary shaft 100 so as to cover the rotary shaft 100. According to the present embodiment, the flow turbulence in the fluid reaching the rotating shaft 100 and the generation of waves near the vortex water surface can be suppressed, so that the flow turbulence and vortices around the blade 120 are reduced and the power conversion efficiency is improved. To do.
  • the resistance suppressor (41, 51) is pivotally supported by the rotary shaft 100 so as to be adjacent to the rotary shaft 100.
  • the resistance suppressor (41, 51) can be downsized as compared with the resistance suppressor (11, 21, 31), so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the resistance suppressor 11 is formed symmetrically with the direction of the fluid flow passing through the rotating shaft 100 as a boundary. According to the present embodiment, the turbulence and vortex of the flow can be efficiently suppressed on the downstream side of the rotating shaft 100. Further, if the rotary shaft 100 near the water surface is provided with the resistance suppressor (11, 31), generation of waves can be suppressed.
  • the resistance suppressor 21 includes a rotational frictional force transmitted to the resistance suppressor 21 and a lift force in a direction opposite to the rotation direction that the resistance suppressor 21 receives from the fluid. So as to cancel each other, they are formed asymmetrically with respect to the flow direction of the fluid passing through the rotating shaft 100. According to the present embodiment, since the rotational frictional force and the lift force cancel each other, the resistance suppressor 21 can be arranged along the flow direction of the fluid, so that the turbulence and vortex of the flow can be suppressed more efficiently. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the resistance suppressor 21 is provided on the first end face in the +Y direction in the direction along the rotation axis 100 so as to suppress vortices generated from both ends of the resistance suppressor 21. It further includes a first flange portion 21A having a flange shape and a second flange portion 21B having a flange shape provided on a second end surface opposite to the first end surface in the direction along the rotating shaft 100. According to the present embodiment, it is possible to suppress the induced resistance due to the blade tip vortex occurring at both ends of the resistance suppressor 21.
  • both ends of the resistance suppressor 21C in the direction along the rotation axis 100 are formed symmetrically with respect to the direction of the fluid flow passing through the rotation axis 100.
  • the induced friction is suppressed at both ends of the resistance suppressor 21C in the Y direction without generating a blade tip vortex, and the rotational friction force and the lift force cancel each other in the middle part, so that the flow efficiency is improved. Disturbances and vortices can be suppressed.
  • the resistance suppressor (11, 21, 31) moves from the upstream side to the downstream side of the fluid in a state of being rotated along the flow direction of the fluid. It is formed so that the thickness in the direction along the rotation axis 100 and the direction (Z direction) orthogonal to the direction of fluid flow becomes thinner as it goes. According to the present embodiment, the turbulence and vortex of the flow can be efficiently suppressed on the downstream side of the rotating shaft 100. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the frame member (131, 132) constituting the frame 130 is pivotally supported and is upstream of the frame member (131, 132).
  • a frame resistance suppressing body 33 that rotates along the flow of the fluid so as to suppress the resistance given to the frame members (131, 132) due to the fluid flowing from the side.
  • the frame resistance suppressing body 33 has a combined force of a buoyancy generated in the frame resistance suppressing body 33 and a lift force received by the frame resistance suppressing body 33, and a gravity applied to the frame resistance suppressing body 33. , Are formed asymmetrically with respect to the direction of the flow of fluid through the frame member 132 so as to cancel each other. According to the present embodiment, it is possible to effectively suppress the occurrence of turbulence in the flow and the generation of vortices that may occur particularly on the downstream side of the horizontally provided frame member 132. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the frame resistance suppressing body 33 is formed symmetrically with respect to the flow direction (X direction) of the fluid passing through the axis of the frame member 132. According to the present embodiment, the turbulence and vortex of the flow can be efficiently suppressed on the downstream side of the rotating shaft 100. Further, if the frame resistance suppressing body 33 is provided in the frame 130 near the water surface, generation of waves can be suppressed.
  • the frame resistance suppressing body 33 of the frame members 131 and 132 moves from the upstream side to the downstream side of the fluid in a state of being rotated along the direction of the fluid flow. It is formed so that the thickness in the direction (Z direction) orthogonal to the direction along the axis (Y direction) and the direction of fluid flow (X direction) is thin. According to this embodiment, turbulence and vortices in the flow can be efficiently suppressed on the downstream side of the frame members 131 and 132. In addition, the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the resistance suppressor (11, 21, 31, 41, 51) rotates so as to rotate along the fluid flow.
  • the bearing (12,22,32,42,52) provided between the suppressor (11,21,31,41,51) and the rotating shaft 100 is further provided. According to this embodiment, the resistance suppressors (11, 21, 31, 41, 51) can smoothly rotate in accordance with the direction of fluid flow.
  • the fluid is wind
  • the rotating shaft 100 is connected to the turbine of the wind power generator. According to the present embodiment, it is possible to suppress flow turbulence and vortices in the wind power generator.
  • the fluid is water
  • the rotating shaft 100 is connected to a turbine of a hydroelectric generator such as a tidal current generator.
  • a hydroelectric generator such as a tidal current generator.

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Abstract

【解決手段】　回転軸に取り付けられ、流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードを含んで構成される回転装置において、前記回転軸に軸支され、前記回転軸の上流側から流れてくる前記流体に起因して、前記回転軸に与えられる抵抗を抑制するように、前記流体の流れに沿って回動する抵抗抑制体を備えることを特徴とする。

Description

整流装置
　本発明は、整流装置に関する。
　例えば、風力発電や潮流発電などは、風や潮流などの流体のエネルギーを利用して回転力を起こして発電している。風力発電および潮流発電においては、流体に対して回転軸が垂直に設けられるダリウス式などの垂直軸式の回転装置が一般的に用いられている。垂直軸式の回転装置には、回転軸から放射状に延びるアームの先端に流体を受けるブレードが設けられている。よって、垂直軸式の回転装置には、流体から回転軸に回転力を効率よく伝達するために、効率よく揚力を生じる形状のブレードが設けられる（例えば特許文献１）。
特開２０１３－２４５５６４号公報
　しかし、風力発電や潮流発電におけるフレームおよび回転装置の回転軸の周囲を流体が通過するときに、フレームおよび回転軸の形状に起因して流体の流れが乱れることにより、フレームおよび回転軸と流体との間で所謂剥離が生じる。また、流体が通過していく方向における、フレームおよび回転軸の下流側の領域において、カルマン渦などの渦が生じる。このようなフレームおよび回転軸と流体との間で生じる剥離や渦により、フレームおよび回転軸の下流側では圧力低下が生じる。そして、フレームおよび回転軸には、圧力低下により所謂粘性圧力抵抗が加わる。さらに、剥離により生じる流れの乱れやカルマン渦がフレームおよび回転軸の下流側で回転しているブレードに到達することにより、ブレードの周囲の流れを乱すため、回転動力への変換効率を大幅に低下させる。
　つまり、風力発電や潮流発電では、流体による粘性圧力抵抗によりフレームに過度な抵抗がかかるため、フレーム自体の強度やフレームを港湾構造物などに固定するときの強度を増大させる必要が生じることから、フレーム製造コストの増大、フレーム重量の増大による輸送コストの増大、フレーム設置コストの増大などを引き起こす虞があった。また、流れの乱れやカルマン渦などの渦により、ブレードの周囲の流れが乱されることで発電効率の低下を引き起こす虞があった。
　また、流れの乱れやカルマン渦などの渦が水面の近くで生じると、水面に波を生じさせるため、フレームや回転軸に対して所謂造波抵抗を与えることとなる。これにより、上述したように、フレーム製造コストの増大、フレーム重量の増大による輸送コストの増大、フレーム設置コストの増大などを引き起こす虞があった。
　前述した課題を解決する主たる本発明は、回転軸に取り付けられ、流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードを含んで構成される回転装置において、前記回転軸に軸支され、前記回転軸の上流側から流れてくる前記流体に起因して、前記回転軸に与えられる抵抗を抑制するように、前記流体の流れに沿って回動する抵抗抑制体を備えることを特徴とする。
　本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
　本発明によれば、流体中に置かれた回転装置の回転軸の下流側の領域に生じる流体の流れの乱れやカルマン渦などの渦の発生を抑制することができるため、回転軸に起因する潮流の乱れを抑制するとともに流れを整流することにより、発電効率の向上が図れる。
　さらに、本発明によれば、回転装置を取り囲むようにフレームが設けられる状況においても同様に、フレームの下流側の領域に生じる流れの乱れやカルマン渦などの渦の発生を抑制することができるため、フレームに生じる粘性圧力抵抗を抑制できる。これにより、フレームを低強度で製造できるため、フレームの製造コストの低減が図れる。また、フレームの軽量化やフレームの港湾構造物などへの固定方法を簡素化できるため、フレームの設置コストの低減が図れる。また、流体の流れを整流することにより流れの乱れを抑制できるため、発電効率の向上が図れる。
　また、水面の近くで流れの乱れやカルマン渦などの渦が生じることに起因して水面に生じうる波を抑制することができる。これにより、フレームを低強度で製造できるため、フレームの製造コストの低減が図れる。また、フレームの軽量化やフレームの港湾構造物などへの固定方法を簡素化できるため、フレームの設置コストの低減が図れる。また、流体の流れを整流することにより流れの乱れを抑制できるため、発電効率の向上が図れる。
第１実施形態に係る整流装置の一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る整流装置を拡大した一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る整流装置を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。 第１実施形態に係る整流装置の回動する状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。 第２実施形態に係る整流装置を拡大した一例を示す斜視図である。 第２実施形態に係る整流装置を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。 第２実施形態に係る整流装置の抵抗抑制体に鍔部を設けた一例を示す斜視図である。 第２実施形態に係る整流装置の抵抗抑制体のバリエーションの一例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る整流装置の一例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る整流装置のフレーム抵抗抑制体を拡大した一例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る整流装置の水平に設けられるフレーム部材に配置されるフレーム抵抗抑制体を＋Ｚ方向から見た一例を示す平面図である。 その他の実施形態に係る整流装置の抵抗抑制体のバリエーションの一例を示す斜視図である。 その他の実施形態に係る整流装置の抵抗抑制体のバリエーションの一例を示す斜視図である。 垂直軸式の回転装置の一例を示す斜視図である。 垂直軸式の回転装置にフレームが設けられている一例を示す斜視図である。 垂直軸式の回転装置の回転軸に生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。 垂直軸式の回転装置の回転軸に生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を示す斜視図である。 垂直軸式の回転装置を取り囲むフレームに生じる流れの乱れやカルマン渦や波の発生状況を示す斜視図である。 発電装置の一例を示す構成図である。
　本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
　尚、以下説明において、Ｙ軸は回転軸１００Ａに沿う方向であり、Ｘ軸及びＺ軸はＹ軸に垂直に交わる軸である。なお、図１～図１９において、同一の部材については同一の数字を付して説明する。また、以下説明において、特に条件を明示していなければ、流体はＸ軸に沿う－側から＋側に向かって流れているものとする。また、回転軸１００およびフレーム１３０において流体の流れる方向の側を「下流側」と示し、流体の流れてくる方向の側を「上流側」と示すことがある。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」と示し、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」と示し、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」と示すこともある。また、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、「Ｚ方向」のそれぞれにおける＋側には「＋」を付けて示し、－側には「－」を付けて示すこともある。また、整流装置におけるＸ軸とＺ軸とを含む平面で区切った断面を「ＸＺ断面」と示すこともある。
＝＝＝整流装置を配置する回転装置２００＝＝＝
＜＜回転装置２００＞＞
　図１４、図１５、図１９を参照しつつ、本実施形態に係る整流装置が設置される、例えば、発電装置１０００に係る回転装置２００の構成について説明をする。なお本発明は発電装置に限らず、回転動力を利用する装置一般に広く適用できる。
　図１４は、垂直軸式の回転装置２００の一例を示す斜視図である。図１５は、垂直軸式の回転装置２００にフレーム１３０が設けられている一例を示す斜視図である。図１９は、発電装置１０００の一例を示す構成図である。
　図１９に示すように、回転装置２００は、例えば発電装置１０００の増速機３００に回転軸１００を介して回転力を伝達する装置である。また、増速機３００は、回転軸１００の回転速度を増速して発電機４００に伝達する装置である。発電装置１０００は、例えば風力発電装置または水力発電装置である。風力発電装置は、風により生じる風圧エネルギーを利用して、また、水力発電装置は、水流により生じる水圧エネルギーを利用して、それぞれタービンを回転させることにより発電する発電装置である。本実施形態に係る整流装置が配置される回転装置２００とは、例えばダリウス式などの垂直軸式の発電装置の回転装置をいう。なお、本実施形態は水力発電装置のうち潮流発電装置を例に用いて説明するが、他の水力発電装置や風直発電装置においても同様に適用できる。
　図１４に示すように、潮流発電装置の回転装置２００は、回転軸１００と、ブレード１２０と、を含んで構成されている。回転軸１００は、例えばＸ方向における一方の端部が増速機３００に接続されている。回転軸１００は、増速機３００に回転力を伝達する。回転軸１００は、後述するブレード１２０を＋Ｙ方向から見たときに、例えば時計周り方向（以下、「回転方向」と称する。）へ回転する。なお、回転軸１００の中心を通る仮線を中心線として、以下説明をする。ブレード１２０は、流体の流れにより、回転方向への揚力を得る部材である。ブレード１２０は、回転軸１００を中心に回転している。なお、ブレード１２０は、ブレード１２０の＋Ｙ方向側に設けられるアーム１１０と、－Ｙ方向側に設けられるアーム１１１と、を含んで構成されている。ブレード１２０は、その本体がアーム（１１０，１１１）を介して回転方向への揚力を、回転方向への回転力として回転軸１００に伝達する。アーム（１１０，１１１）は、例えば回転軸１００から放射状に延設され、回転軸１００と反対側の端部がブレード１２０に接続されている。
　図１５に示すように、潮流発電装置の回転装置２００は、水中でフレーム１３０に固定される。フレーム１３０は、例えばフレーム部材１３１が湾岸構造物や橋脚基礎などのコンクリート構造物に固定される。なお、フレーム１３０は、海底に設置されたコンクリートなどの基礎上に固定されることや、海面に設置される浮体に固定されてもよい。フレーム１３０は、例えば回転軸１００が回動できるように、軸受（１４０Ａ，１４０Ｂ）を介して回転軸１００を軸支している。
　なお、上記において、回転装置２００は垂直軸式であるとして説明したが、例えば回転軸１００が水平（例えばＺ方向）に設けられる回転装置２００や、水平に対して斜めに設けられる回転装置２００でもよく、回転軸１００の設置される態様が限定されるものではない。また、回転装置２００のブレード１２０が曲部を持ち、アーム（１１０，１１１）を介さずに回転軸１００に直接取り付けられる回転装置２００でもよい。以下の説明では、回転装置２００の回転軸１００が垂直（Ｙ方向）に設けられているものについて説明する。
＜＜流体による抵抗＞＞
　図１６、図１７、図１８を参照しつつ、回転軸１００およびフレーム１３０に生じる流れの乱れやカルマン渦などの渦について説明する。図１６は、垂直軸式の回転装置２００の回転軸１００に生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。図１７は、垂直軸式の回転装置２００の回転軸１００に生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を示す斜視図である。図１８は、垂直軸式の回転装置を取り囲むフレームに生じる流れの乱れやカルマン渦や波の発生状況を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、風や水などの流体は－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって流れることとする。
　図１６に示すように、流体が回転軸１００を通過するときに、回転軸１００の下流側に圧力低下部を生じる。回転軸１００には、圧力低下部により粘性圧力抵抗が加わる。また、回転軸１００には、圧力低下部に起因して生じる流れの乱れやカルマン渦などの渦（以下、「渦」と称する。）により造渦抵抗が生じる。さらに、水面の近くの回転軸１００やフレーム１３０に起因する流れの乱れや渦により水面の近くに波が生じるため、回転軸１００やフレーム１３０に造波抵抗が生じる。なお、図１６は、回転軸１００の流れの乱れや渦を示しているが、フレーム１３０においても同様に流れの乱れや渦が生じる。なお、流れの乱れとは、流体中に配置される物体の形状などの効果によって生じる流れの方向変化や流体の剥離による乱れである。また、渦とは、流体中に障害物を配置したときに障害物の下流側（＋Ｘ方向の側）において交互に生じる渦である。
　また、フレーム１３０を流体中に配置したとき、回転軸１００に対して平行（Ｙ方向）に設けられるフレーム部材１３１および垂直（Ｚ方向）に設けられるフレーム部材１３２の下流側では、上述した流れの乱れや渦による造渦抵抗が生じる。さらに、フレーム部材（１３１，１３２）の水面の近くでは、流れの乱れや渦により波が生じる。これにより、フレーム部材（１３１，１３２）には波による造波抵抗が生じる。
　図１７に示すように、流れの乱れや渦は、回転軸１００の上流側から流体が回転軸１００に到達し、流体が回転軸１００の周面に沿って下流側に流れるときに、回転軸１００の下流側の領域で生じる。流れの乱れや渦は、回転軸１００の下流側において、回転軸１００を中心に回転しているブレード１２０に到達する。ブレード１２０は、その周りの潮流が乱されて回転に支障をきたす。また、ブレード１２０が水面の近くにある場合には、回転軸１００やフレーム１３０によって生じる波の影響により、流体の流れが乱れ、ブレード１２０の回転に支障をきたす。
　図１８に示すように、流れの乱れや渦は、流体がフレーム１３０の上流側からフレーム部材（１３１，１３２）に到達し、流体がフレーム部材（１３１，１３２）の周面に沿って下流側に流れるときに、フレーム部材（１３１，１３２）の下流側の領域で生じる。流れの乱れや渦が、フレーム部材（１３１，１３２）の下流側において、回転軸１００を中心に回転しているブレード１２０に到達し、ブレード１２０は、その周りの潮流が乱されて回転に支障をきたす。また、ブレード１２０が水面の近くにある場合には、フレーム部材（１３１，１３２）によって生じる波の影響により、流体の流れが乱れるためブレード１２０の回転に支障をきたす。
　上述したように、流れの乱れや渦は、ブレード１２０の周りの流れを乱して、ブレード１２０が流体の運動エネルギーを軸の回転動力へ変換する効率を低下させるため、整流装置（１０，２０，３０）を配置する。以下、整流装置（１０，２０，３０）について詳細に説明する。
＝＝＝第１実施形態に係る整流装置１０＝＝＝
　図１～図４を参照しつつ、第１実施形態に係る整流装置１０について説明をする。図１は、第１実施形態に係る整流装置１０の一例を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る整流装置１０を拡大した一例を示す斜視図である。図３は、第１実施形態に係る整流装置１０を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。図４は、第１実施形態に係る整流装置１０が回動する状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。
　整流装置１０は、流体中に配置される回転軸１００において、その下流側で生じる流れの乱れや渦を抑制する装置である。また、整流装置１０は、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。なお、整流装置１０は、本実施形態における回転軸１００に対してのみに用いられるものではなく、Ｘ方向に流体が流れる状況において、例えば流体中に略Ｙ方向や略Ｚ方向に設けられる物体に対しても適用できる。
　＝＝構成＝＝
　第１実施形態に係る整流装置１０は、後述する抵抗抑制体１１が流体の流れる方向に沿って回動することにより、回転軸１００の下流側で生じる流れの乱れや渦を抑制する装置である。整流装置１０は、図１に示すように、抵抗抑制体１１が後述する軸受１２を介して回転軸１００に回動可能に軸支されて構成されている。整流装置１０は、回転軸１００に延設される＋Ｙ方向側のアーム１１０および－Ｙ方向側のアーム１１１の間に配置される。これにより、整流装置１０は、図２に示すように、＋Ｙ方向側のアーム１１０および－Ｙ方向側のアーム１１１の間において、回転軸１００の下流側に生じる流れの乱れや渦を抑制できる。また、整流装置１０は、図示していないが、軸受１４０Ａとアーム１１０との間や、アーム１１１と軸受１４０Ｂとの間や、回転軸１００における軸受１４０Ｂの－Ｙ方向側などに設置されても良い。なお、抵抗抑制体１１は、水面の近くにおける回転軸１００に設置されてもよい。これにより、整流装置１０は、回転軸１００の下流側の水面に生じる波の発生を抑制することができる。
　整流装置１０は、例えば、抵抗抑制体１１と、軸受１２と、を含んで構成されている。以下、抵抗抑制体１１と、軸受１２と、について詳細に説明する。
＜＜抵抗抑制体１１＞＞
　抵抗抑制体１１は、回転軸１００の下流側における流れの乱れや渦を抑制する部材である。抵抗抑制体１１は、後述する軸受１２を介して、回転軸１００に設けられている。抵抗抑制体１１は、例えばステンレス材料で形成され、図３で示すように、回転軸１００から下流側に向かうにつれてＺ方向の厚みが薄くなるように形成されている。
　抵抗抑制体１１では、Ｚ方向の幅を翼厚といい、Ｘ方向の長さを翼弦長という。抵抗抑制体１１は、回動で生じる力により損傷しない程度の翼厚を有する。抵抗抑制体１１は、回転軸１００に配置された状態において、ブレード１２０に接触しない程度の翼弦長を有する。抵抗抑制体１１は、－Ｘ方向の一端（後述する前縁）から回転軸１００にかけて翼厚が大きくなり、回転軸１００から＋Ｘ方向の他端（後述する後縁）にかけて翼厚が小さくなるように形成されている。具体的には、例えばＸＺ断面が流線型を呈する。流線型とは、抵抗抑制体１１が流れ方向に沿う状態において、上流側（－Ｘ方向側）の一端が丸く、下流側（＋Ｘ方向側）の他端が尖っている形状をいう。抵抗抑制体１１は、Ｘ方向（後述する翼弦線）を中心としてＺ方向において対称に形成されている。抵抗抑制体１１は、回転軸１００における＋Ｙ方向側のアーム１１０における接合部分の下近傍から－Ｙ方向側のアーム１１１における接合部分の上近傍に亘って、例えば切れ目なく連続的に設けられている。抵抗抑制体１１は、対称な流線型を呈することにより、一端から他端にかけて通過する流体から受ける抵抗を小さくできるため流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　図３では、抵抗抑制体１１が流体の流れ方向に沿う状態において、抵抗抑制体１１における、－Ｘ方向の一端を前縁とし、＋Ｘ方向の他端を後縁とし、前縁および後縁を直線で結ぶ仮線を翼弦線として示す。抵抗抑制体１１は、回転軸１００の中心線と翼弦線とが交わるように配置されている。抵抗抑制体１１は、回転軸１００よりも下流側（＋Ｘ方向側）に空力中心がくるように配置されている。これにより、抵抗抑制体１１は、図４に示すように、流体の流れが変化したときに翼弦線が流体の流れに沿うように、速やかに回動できる。
＜＜軸受１２＞＞
　軸受１２は、回転軸１００と抵抗抑制体１１とに介在して設けられている。軸受１２は、回転軸１００の周面を抵抗抑制体１１が回動するときに、回転軸１００による抵抗抑制体１１への摩擦を抑制する部材である。つまり、軸受１２は、抵抗抑制体１１および回転軸１００に生じるエネルギー損失や発熱を抑制する部材である。軸受１２は、例えばステンレス材料で形成されるボールベアリングである。軸受１２は、例えば抵抗抑制体１１が回転軸１００に接触することなく回動できるように、抵抗抑制体１１の少なくとも＋Ｙ方向の一端および－Ｙ方向の他端に設けられている。なお、軸受１２は、回転軸１００に対して抵抗抑制体１１がＹ方向に移動しないように、例えばスラストカラーを備えていることが好ましい。
　＝＝動作＝＝
　図３、図４を参照しつつ、整流装置１０の動作について説明する。
　図３に示すように、整流装置１０の抵抗抑制体１１は、流体が－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって流れている状態において、前縁が－Ｘ方向に配されて、後縁が＋Ｘ方向に配されるように回動する。つまり、抵抗抑制体１１は、その翼弦線が流体の流れの方向に沿うように回動する。そして、抵抗抑制体１１は、流線型を呈するため、その＋Ｘ方向側において流れの乱れや渦が抑制される。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　図４に示すように、抵抗抑制体１１は、流体の流れがＸ方向を基準して、例えば－Ｚ方向に傾いたときに、前縁が流体の流れてくる方向に配されるように回動する。つまり、抵抗抑制体１１は、その翼弦線が流体の流れの方向に沿うように回動する。具体的には、実線で示される抵抗抑制体１１の翼弦線が、破線で示される流体の流れる方向に沿って、破線で示される抵抗抑制体１１になるように回動する。
＝＝＝第２実施形態に係る整流装置２０＝＝＝
　図５、図６、図７、図８を参照しつつ、第２実施形態に係る整流装置２０について説明をする。図５は、第２実施形態に係る整流装置２０を拡大した一例を示す斜視図である。図６は、第２実施形態に係る整流装置２０を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。図７は、第２実施形態に係る整流装置２０の抵抗抑制体２１に鍔部を設けた一例を示す斜視図である。図８は、第２実施形態に係る整流装置２０の抵抗抑制体２１のバリエーションの一例を示す斜視図である。なお、図５～図８に示されていない部分については、図１と同じものであるため、その説明を省略する。
　＝＝構成＝＝
　第２実施形態に係る整流装置２０は、後述する抵抗抑制体２１が流体の流れる方向に沿って回動することにより、回転軸１００の下流側で生じる流れの乱れや渦を抑制する装置である。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　図５に示すように、整流装置２０の抵抗抑制体２１は、軸受２２を介して回転軸１００に軸支されているため、回転軸１００から軸受２２を介して間接的に回転方向への摩擦力（以下、「回転摩擦力」と称する。）を受ける。整流装置２０は、回転摩擦力により、少なからず回転方向への傾きが生じる。そこで、第２実施形態に係る整流装置２０では、回転摩擦力を考慮した形状として抵抗抑制体２１の傾きを是正するように構成される。
　整流装置２０は、回転軸１００に延設される＋Ｙ方向側のアーム１１０および－Ｙ方向側のアーム１１１の間に配置される。これにより、整流装置２０は、＋Ｙ方向側のアーム１１０および－Ｙ方向側のアーム１１１の間において回転軸１００の下流側に生じる流れの乱れや渦を抑制することができる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　整流装置２０は、例えば、抵抗抑制体２１と、軸受２２と、を含んで構成されている。なお、軸受２２については、第１実施形態に係る整流装置１０の軸受１２と同じものであるため、その説明を省略する。
＜＜抵抗抑制体２１＞＞
　抵抗抑制体２１は、回転軸１００の下流側における流れの乱れや渦を抑制する部材である。また、水面の近くでは波の発生を抑制する部材である。抵抗抑制体２１は、軸受２２を介して、回転軸１００に設けられている。抵抗抑制体２１は、例えば、ステンレス材料で形成され、回転軸１００から下流側に向かうにつれてＺ方向の厚みが薄くなるように形成される。抵抗抑制体２１の形状について、以下のとおり具体的に説明する。
　図６に示すように、抵抗抑制体２１では、Ｚ方向の幅を翼厚といい、Ｘ方向の長さを翼弦長という。抵抗抑制体２１は、回動で生じる力により損傷しない程度の翼厚を有する。抵抗抑制体２１は、回転軸１００に配置された状態において、ブレード１２０に接触しない程度の翼弦長を有する。抵抗抑制体２１は、－Ｘ方向の一端（後述する前縁）から回転軸１００にかけて翼厚が大きくなり、回転軸１００から＋Ｘ方向の他端（後述する後縁）にかけて翼厚が小さくなるように形成されている。具体的には、例えばＸＺ断面が翼型を呈する。
　翼型とは、抵抗抑制体２１が流れ方向に沿う状態において、上流側（－Ｘ方向側）の一端が丸く、下流側（＋Ｘ方向側）の他端が尖っている形状をいう。さらに、翼型では、Ｘ軸を境にして、－Ｚ方向側の周面の方が＋Ｚ方向側の周面に比べて丸みを帯びるように形成されている。つまり、抵抗抑制体２１は、Ｘ方向（後述する翼弦線）を中心としてＺ方向において非対称に形成されている。翼型は、ＮＡＳＡの前身たるＮＡＣＡが定義している例えばＮＡＣＡ６３Ａ０１６である。これにより、抵抗抑制体２１の＋Ｚ方向側の流速よりも－Ｚ方向側の流速の方が速いため、－Ｚ方向側の圧力が＋Ｚ方向側の圧力よりも小さくなることにより、揚力が－Ｚ方向に向かって生じる。つまり、抵抗抑制体２１は、流れの乱れや渦を抑制するために、回転摩擦力と揚力とが等しくなるように形成される。
　なお、揚力などによって－Ｚ方向側へ抵抗抑制体２１が回転することで流体の流れを遮るような状態を生じたとき、抵抗抑制体２１の迎角が小さくなるため揚力が低下する。この場合、抵抗抑制体２１が流体の流れを遮ることにより、抵抗抑制体２１の－Ｚ方向側の周面上の圧力が増大する。そのため、抵抗抑制体２１は、流れ方向に対して一定の角度以上には回転しないため、抵抗抑制体２１の下流側に流れの乱れや渦を発生させない。また、回転摩擦力などによって＋Ｚ方向側へ抵抗抑制体２１が回転して流れを遮るような状態を生じたとき、抵抗抑制体２１の迎角が大きくなるため揚力が増大する。この場合、抵抗抑制体２１が流体の流れを遮ることにより、抵抗抑制体２１の＋Ｚ方向側の周面上の圧力が増大する。そのため、抵抗抑制体２１は、流れ方向に対して一定の角度以上には回転しないため、抵抗抑制体２１の下流側に流れの乱れや渦を発生させない。
　抵抗抑制体２１は、回転軸１００における＋Ｙ方向側のアーム１１０における接合部分の下近傍から－Ｙ方向側のアーム１１１における接合部分の上近傍に亘って、例えば切れ目なく連続的に設けられている。
　図６では、抵抗抑制体２１が流体の流れ方向に沿う状態において、抵抗抑制体２１における、－Ｘ方向の一端を前縁とし、＋Ｘ方向の他端を後縁とし、前縁および後縁を直線で結ぶ仮線を翼弦線とし、翼弦線を境にして－Ｚ側の周面と＋Ｚ側の周面とのＺ軸に沿う方向の距離の中間を示す仮線を中間線として示す。抵抗抑制体２１は、回転軸１００の中心線と翼弦線とが交わるように配置されている。抵抗抑制体２１は、回転軸１００よりも下流側（＋Ｘ方向側）に空力中心がくるように配置されている。これにより、抵抗抑制体２１は、流体の流れが変化したときに翼弦線が流体の流れに沿うように、回動できる。このときには、上述したように揚力と回転摩擦力とが等しくなるように回動する。
　また、抵抗抑制体２１では、上述したように－Ｚ方向側の圧力が＋Ｚ方向側の圧力よりも小さくなるため、Ｙ方向の両端部において＋Ｚ方向側から－Ｚ方向側に向かって流れが生じる。これにより、抵抗抑制体２１のＹ方向の両端部に渦を生じる。そこで、抵抗抑制体２１は、図７に示すように、両端部で生じる渦による抵抗を抑制するために、鍔部（２１Ａ，２１Ｂ）を備えていてもよい。鍔部（２１Ａ，２１Ｂ）は、例えば、＋Ｙ方向側を第１鍔部２１Ａと、－Ｙ方向側を第２鍔部２１Ｂと、で構成されている。鍔部（２１Ａ，２１Ｂ）は、抵抗抑制体２１のＹ方向における両端部に、抵抗抑制体２１に対して鍔状に設けられている。
　また、上述したように、抵抗抑制体２１は、ＸＺ断面が翼型を呈するように説明したが、これに限定されない。例えば、図８に示すような抵抗抑制体２１Ｃでは、＋Ｙ方向側の端面がＸ方向を中心としてＺ方向において対称に形成され（第１抵抗抑制体）、Ｙ方向における中間部がＸ方向を中心としてＺ方向において非対称に形成され（第２抵抗抑制体）、－Ｙ方向側の端面がＸ方向を中心としてＺ方向において対称に形成されていてもよい。これにより、抵抗抑制体２１は、Ｙ方向における両端面が対称に形成されているため、両端面においてＺ方向への流れを生じさせず翼端渦の発生を抑制し、誘導抵抗を抑制できる。また、抵抗抑制体２１Ｃは、中間部が非対称に形成されているため、回転摩擦力と揚力とが釣り合うように回動できる。
　＝＝動作＝＝
　図６を参照しつつ、整流装置２０の動作について説明する。
　図６に示すように、整流装置２０の抵抗抑制体２１は、流体が－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって流れている状態において、前縁が－Ｘ方向に配されて、後縁が＋Ｘ方向に配されるように回動する。さらに、揚力と回転摩擦力とが等しくなるように回動する。つまり、抵抗抑制体２１は、その翼弦線が流体の流れの方向に沿うように回動する。そして、抵抗抑制体２１は、翼型を呈するため、その＋Ｘ方向側において流れの乱れや渦が抑制される。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。なお、流体の流れが変化したとき、抵抗抑制体２１は、第１実施形態に係る抵抗抑制体１１と同様の動きをするため、その説明を省略する。
＝＝＝第３実施形態に係る整流装置３０＝＝＝
　図９、図１０、図１１を参照しつつ、第３実施形態に係る整流装置３０について説明をする。図９は、第３実施形態に係る整流装置３０の一例を示す斜視図である。図１０は、第３実施形態に係る整流装置３０のフレーム抵抗抑制体３３を拡大した一例を示す斜視図である。図１１は、第３実施形態に係る整流装置３０の水平に設けられるフレーム部材１３２に配置されるフレーム抵抗抑制体３３Ｂを＋Ｚ方向から見た一例を示す平面図である。
　整流装置３０は、流体中に配置される回転軸１００およびフレーム１３０において、その下流側で生じる流れの乱れや渦を抑制する装置である。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。なお、整流装置３０は、回転軸１００およびフレーム１３０にのみ用いられるものではなく、Ｘ方向に流体が流れる状況では、例えば流体中に略Ｙ方向や略Ｚ方向に設けられる物体に対しても適用できる。
　＝＝構成＝＝
　第３実施形態に係る整流装置３０は、第１実施形態または第２実施形態に係る整流装置（１０，２０）に後述するフレーム抵抗抑制体３３を追加して構成されたものである。整流装置３０は、抵抗抑制体３１および後述するフレーム抵抗抑制体３３が流体の流れる方向に沿って回動することにより、回転軸１００およびフレーム１３０の下流側で生じる流れの乱れや渦を抑制する装置である。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。なお、フレーム１３０は、流体がＸ方向に流れているときに、例えば、流体の流れに対して略Ｙ方向に沿って設けられるフレーム部材１３１と、流体の流れに対して略Ｚ方向に沿って設けられるフレーム部材１３２と、を含んで構成されている。また、フレーム部材１３１，１３２の中心を通る仮線を中心線として以下説明する。
＜＜フレーム抵抗抑制体３３＞＞
　フレーム抵抗抑制体３３は、フレーム部材１３１およびフレーム部材１３２の下流側における流れの乱れや渦を抑制する部材である。フレーム抵抗抑制体３３は、フレーム部材１３１に配置されるフレーム抵抗抑制体３３Ａと、フレーム部材１３２に配置されるフレーム抵抗抑制体３３Ｂと、で構成されている。
　フレーム抵抗抑制体３３は、軸受３２を介して、フレーム部材１３１およびフレーム部材１３２に設けられている。フレーム抵抗抑制体３３は、例えばステンレス材料で形成され、フレーム部材１３１およびフレーム部材１３２から下流側に向かうにつれてＺ方向の厚みが薄くなるように形成されている。フレーム抵抗抑制体１１Ａとフレーム抵抗抑制体１１Ｂの形状について、以下のとおり具体的に説明する。なお、第３実施形態に係るフレーム抵抗抑制体３３Ａは、第１実施形態に係る抵抗抑制体１１と相似する形状を呈する。したがって、第３実施形態に係るフレーム抵抗抑制体３３Ａにおける前縁、後縁、翼弦線および空力中心については、図３に示すとおりとして、その説明を省略する。
　フレーム抵抗抑制体３３Ａでは、Ｚ方向の幅を翼厚といい、Ｘ方向の長さを翼弦長という。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、回動で生じる力により損傷しない程度の翼厚を有する。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、フレーム部材１３１に配置された状態において、ブレード１２０に接触しない程度の翼弦長を有する。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、前縁からフレーム部材１３１にかけて翼厚が大きくなり、フレーム部材１３１から後縁にかけて翼厚が小さくなるように形成されている。具体的には、例えばＸＺ断面が流線型を呈する。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、翼弦線を中心としてＺ方向において対称に形成されている。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、フレーム部材１３１における長軸方向（Ｙ方向）の両端部に亘って、例えば切れ目なく連続的に設けられている。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、対称な流線型を呈することにより、前縁から後縁にかけて通過する流体から受ける抵抗を小さくできるため流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　フレーム抵抗抑制体３３Ａは、フレーム部材１３１の中心線と翼弦線とが交わるように配置されている。フレーム抵抗抑制体３３Ａは、フレーム部材１３１よりも下流側（＋Ｘ方向）に空力中心がくるように配置されている。これにより、フレーム抵抗抑制体３３Ａは、流体の流れが変化したときに翼弦線が流体の流れに沿うように回動できる。
　フレーム抵抗抑制体３３Ｂは、上述したフレーム抵抗抑制体３３Ａと同じ形状のものでもよい。しかし、フレーム抵抗抑制体３３Ｂは、回転軸１００と垂直に設けられるフレーム部材１３２に配置されるため、重力による－Ｙ方向の力を受け、流体から浮力と揚力による＋Ｙ方向の力を受ける。したがって、フレーム抵抗抑制体３３Ｂでは、より好ましい形状として、図１１に示すように、そのＸＹ断面が、浮力および揚力の合力と、重力と、が打ち消し合うように、フレーム部材１３２の軸を通る流体の流れの方向を境として非対称に形成される。より具体的には、ＸＹ断面が翼型を呈する。
　＝＝動作＝＝
　図１０を参照しつつ、整流装置３０の動作について説明する。なお、第３実施形態に係る整流装置３０の抵抗抑制体３１は、第１実施形態および第２実施形態に係る整流装置（１０，２０）の抵抗抑制体（１１，２１）と同じであるため、その説明を省略する。以下では、整流装置３０のフレーム抵抗抑制体３３について説明をする。
　図１０に示すように、整流装置３０のフレーム抵抗抑制体３３は、流体が－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって流れている状態において、前縁が－Ｘ方向に配されて、後縁が＋Ｘ方向に配されるように回動する。つまり、フレーム抵抗抑制体３３は、その翼弦線が流体の流れの方向に沿うように回動する。そして、フレーム抵抗抑制体３３は、流線型を呈するため、その＋Ｘ方向側において流れの乱れや渦が抑制される。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　フレーム抵抗抑制体３３は、流体の流れがＸ方向を基準にして例えば－Ｚ方向に傾いたときに、前縁が流体の流れてくる方向に配されるように回動する。つまり、フレーム抵抗抑制体３３は、その翼弦線が流体の流れの方向に沿うように回動する。
　尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、例えば、本発明には以下のようなものも含まれる。
＝＝＝他の実施形態＝＝＝
＜＜抵抗抑制体（１１，２１，３１）＞＞
　上記において、抵抗抑制体（１１，２１，３１）は流線型または翼型を呈するとして説明したが、これに限定されない。例えば、回転軸１００に回動可能に軸支されるものであって、回転軸１００から平板状のものが延設されていてもよい。また、例えば回転軸１００に回動可能に軸支されるものであって、回転軸１００から下流に向かうに従って幅が狭くなるような三角形状を呈するようなものでもよい。
　上記において、抵抗抑制体（１１，２１，３１）は回転軸１００における＋Ｙ方向側のアーム１１０における接合部分の下近傍から－Ｙ方向側のアーム１１１における接合部分の上近傍に亘って、例えば切れ目なく連続的に設けられているとして説明したが、これに限定されない。例えば、抵抗抑制体（１１，２１，３１）は複数個が断続的に設けられていてもよい。
　図１～図８では、抵抗抑制体（１１，２１）が、軸受（１２，２２）を介して、回転軸１００の周面を覆うように図示したが、これに限定されない。例えば、図１２、図１３に示すように、抵抗抑制体４１，５１は、回転軸１００に設けられる軸受４２，５２に、その一部が取り付けられ、回転軸１００から遠ざかるにつれて翼厚が薄くなり、回転軸１００を通る流体の流れの方向を境として対称に形成されていてもよい。具体的に述べると、図１２に示す抵抗抑制体４１は、その上流側（－Ｘ方向側）の端部が回転軸１００の周面に沿うように凹状に湾曲している。また、図１３に示す抵抗抑制体５１は、その端部が凸状に丸みを有している。夫々の抵抗抑制体４１，５１は、流体の流れの方向に沿って回動するように、その端部が軸受４２，５２に取り付けられている。なお、抵抗抑制体（４１，５１）は、回転軸１００を通る流体の流れの方向を境として非対称に形成されていてもよい。
＜＜軸受（１２，２２，３２）＞＞
　上記において、整流装置（１０，２０，３０）には軸受（１２，２２，３２）が含まれて構成されるように説明したが、これに限定されない。例えば、整流装置（１０，２０，３０）に軸受（１２，２２，３２）は設けられていなくてもよく、抵抗抑制体（１１，２１，３１）が長軸方向への移動が抑制され、かつ、回動可能に設けられていればよい。
＜＜フレーム抵抗抑制体３３＞＞
　上記において、フレーム抵抗抑制体３３は流線型を呈するとして説明したが、これに限定されない。例えば、フレーム部材１３１に回動可能に軸支されるものであって、フレーム部材１３１から平板状のものが延設されていてもよい。また、例えばフレーム部材１３１に回動可能に軸支されるものであって、フレーム部材１３１から下流に向かうに従って幅が狭くなるような三角形状を呈するようなものでもよい。
　上記において、フレーム抵抗抑制体３３はフレーム部材１３１における長軸方向（Ｙ方向）の両端部に亘って、例えば切れ目なく連続的に設けられているとして説明したが、これに限定されない。例えば、フレーム抵抗抑制体３３は複数個が断続的に設けられていてもよい。また、フレーム抵抗抑制体３３の夫々の両端部と、そのフレーム抵抗抑制体３３が軸支されているフレーム部材１３１とは異なる他のフレーム部材と、が十分に離れるように設けられていてもよい。言い換えると、フレーム抵抗抑制体３３は、フレーム部材１３１のＹ方向における中央部にフレーム部材１３１の両端部から十分に離れるように設けられてもよい。なお、軸受３２が付属することは限定されず，フレーム抵抗抑制体３３が長軸方向への移動が抑制され、かつ、回動可能に設けられていればよい。
＝＝＝まとめ＝＝＝
　以上説明したように、本実施形態に係る整流装置（１０，２０，３０）は、回転軸１００に取り付けられ、流体の流れを受けて回転軸１００を回転させるブレード１２０と、を含んで構成される回転装置２００において、回転軸１００に軸支され、回転軸１００の上流側から流れてくる流体に起因して、回転軸１００に与えられる抵抗を抑制するように、流体の流れに沿って回動する抵抗抑制体（１１，２１，３１）を備える。本実施形態によれば、流れの乱れや渦や水面の近くにおける波の発生を抑制できるため、ブレード１２０周りの流れの乱れや渦を軽減して動力変換効率が向上する。
　また、本実施形態に係る整流装置（１０，２０，３０）において、抵抗抑制体（１１，２１，３１）は、回転軸１００を覆うように、回転軸１００に軸支されている。本実施形態によれば、回転軸１００に到達する流体における流れの乱れや渦水面の近くにおける波の発生を抑制できるため、ブレード１２０周りの流れの乱れや渦を軽減して動力変換効率が向上する。
　また、本実施形態に係る整流装置（４０，５０）において、抵抗抑制体（４１，５１）は、回転軸１００と隣接するように、回転軸１００に軸支されている。本実施形態によれば、抵抗抑制体（４１，５１）は、抵抗抑制体（１１，２１，３１）と比較して小型化できるため、製作コストを縮減できる。
　また、本実施形態に係る整流装置（１０，３０）において、抵抗抑制体１１は、回転軸１００を通る流体の流れの方向を境として対称に形成される。本実施形態によれば、回転軸１００の下流側において効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くの回転軸１００に抵抗抑制体（１１，３１）を備えていれば、波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置２０において、抵抗抑制体２１は、抵抗抑制体２１に伝達される回転摩擦力と、流体から抵抗抑制体２１が受ける回転方向と反対の方向への揚力と、が打ち消し合うように、回転軸１００を通る流体の流れの方向を境として非対称に形成される。本実施形態によれば、回転摩擦力と揚力とが打ち消し合うことにより抵抗抑制体２１を流体の流れの方向に沿って配置できるため、より効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置２０において、抵抗抑制体２１は、抵抗抑制体２１の両端部から発生する渦を抑制するように、回転軸１００に沿う方向における＋Ｙ方向の第１端面に設けられる鍔形状を呈する第１鍔部２１Ａと、回転軸１００に沿う方向における第１端面とは反対側の第２端面に設けられる鍔形状を呈する第２鍔部２１Ｂと、をさらに備える。本実施形態によれば、抵抗抑制体２１の両端部で生じる翼端渦による誘導抵抗を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置２０において、抵抗抑制体２１Ｃの回転軸１００に沿う方向における両端部は、回転軸１００を通る流体の流れの方向を境として対称に形成される。本実施形態によれば、抵抗抑制体２１ＣのＹ方向における両端部で翼端渦を生じさせず誘導抵抗を抑制するため、中間部では回転摩擦力と揚力とが打ち消し合うため、効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。
　また、本実施形態に係る（１０，２０，３０）において、抵抗抑制体（１１，２１，３１）は、流体の流れの方向に沿って回動した状態において、流体の上流側から下流側に向かうにつれて、回転軸１００に沿う方向と流体の流れの方向とに直交する方向（Ｚ方向）の厚みが薄くなるように形成される。本実施形態によれば、回転軸１００の下流側において効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置３０において、回転軸１００とブレード１２０を支えるフレーム１３０において、フレーム１３０を構成するフレーム部材（１３１，１３２）に軸支され、フレーム部材（１３１，１３２）の上流側から流れてくる流体に起因してフレーム部材（１３１，１３２）に与えられる抵抗を抑制するように、流体の流れに沿って回動するフレーム抵抗抑制体３３と、をさらに備える。本実施形態によれば、フレーム１３０で生じる流れの乱れや渦を抑制できるため、ブレード１２０周りの流れの乱れや渦を軽減し、回転装置の動力変換効率が向上する。
　また、本実施形態に係る整流装置３０において、フレーム抵抗抑制体３３は、フレーム抵抗抑制体３３に生じる浮力とフレーム抵抗抑制体３３が受ける揚力との合力と、フレーム抵抗抑制体３３にかかる重力と、が打ち消し合うように、フレーム部材１３２を通る流体の流れの方向を境として非対称に形成される。本実施形態によれば、特に水平に設けられるフレーム部材１３２の下流側に生じうる流れの乱れや渦の発生を効果的に抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置３０において、フレーム抵抗抑制体３３は、フレーム部材１３２の軸を通る流体の流れの方向（Ｘ方向）を境として対称に形成される。本実施形態によれば、回転軸１００の下流側において効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くのフレーム１３０にフレーム抵抗抑制体３３を備えていれば、波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置３０において、フレーム抵抗抑制体３３は、流体の流れの方向に沿って回動した状態において、流体の上流側から下流側に向かうにつれて、フレーム部材１３１，１３２の軸に沿う方向（Ｙ方向）と流体の流れの方向（Ｘ方向）とに直交する方向（Ｚ方向）の厚みが薄くなるように形成される。本実施形態によれば、フレーム部材１３１，１３２の下流側において効率よく流れの乱れや渦を抑制できる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係る整流装置（１０，２０，３０，４０，５０）において、流体の流れに沿って抵抗抑制体（１１，２１，３１，４１，５１）が回動するように、抵抗抑制体（１１，２１，３１，４１，５１）と回転軸１００との間に設けられる軸受（１２，２２，３２，４２，５２）と、をさらに備える。本実施形態によれば、流体の流れの方向に合わせてスムーズに抵抗抑制体（１１，２１，３１，４１，５１）が回動できる。
　また、本実施形態に係る整流装置（１０，２０，３０，４０，５０）において、流体は、風であり、回転軸１００は、風力発電機のタービンに接続される。本実施形態によれば、風力発電機において流れの乱れや渦を抑制することができる。
　また、本実施形態に係る整流装置（１０，２０，３０，４０，５０）において、流体は、水であり、回転軸１００は、潮流発電機などの水力発電機のタービンに接続される。本実施形態によれば、水力発電機において流れの乱れや渦を抑制することができる。また、水面の近くでは波の発生を抑制できる。
１０，２０，３０，４０，５０　　整流装置
１１，２１，３１，４１，５１　　抵抗抑制体
１２，２２，３２，４２，５２　　軸受
２１Ａ　第１鍔部
２１Ｂ　第２鍔部
２１Ｃ　抵抗抑制体
３３　　フレーム抵抗抑制体
１００　回転軸
１２０　　ブレード
１３０　　フレーム
１３１，１３２　　フレーム部材
２００　　回転装置
 

Claims (15)

  1. 　回転軸に取り付けられ、流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードを含んで構成される回転装置において、前記回転軸に軸支され、前記回転軸の上流側から流れてくる前記流体に起因して、前記回転軸に与えられる抵抗を抑制するように、前記流体の流れに沿って回動する抵抗抑制体
    　を備えることを特徴とする整流装置。
  2. 　前記抵抗抑制体は、前記回転軸を覆うように、前記回転軸に軸支されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
  3. 　前記抵抗抑制体は、前記回転軸と隣接するように、前記回転軸に軸支されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
  4. 　前記抵抗抑制体は、前記回転軸を通る前記流体の流れの方向を境として対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の整流装置。
  5. 　前記抵抗抑制体は、前記回転軸から前記抵抗抑制体に伝達される前記回転軸の回転方向への摩擦力と、前記流体から前記抵抗抑制体が受ける前記回転方向と反対の方向への揚力と、が打ち消し合うように、前記回転軸を通る前記流体の流れの方向を境として非対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の整流装置。
  6. 　前記抵抗抑制体は、前記抵抗抑制体に与えられる渦を抑制するように、
    　前記回転軸に沿う方向における第１端面に設けられる鍔形状を呈する第１鍔部と、
    　前記回転軸に沿う方向における前記第１端面とは反対側の第２端面に設けられる鍔形状を呈する第２鍔部と、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の整流装置
  7. 　前記抵抗抑制体の前記回転軸に沿う方向における両端部は、前記回転軸を通る前記流体の流れの方向を境として対称に形成される
    ことを特徴とする請求項５に記載の整流装置。
  8. 　前記抵抗抑制体は、前記流体の流れの方向に沿って回動した状態において、前記流体の上流側から前記下流側に向かうにつれて、前記回転軸に沿う方向と前記流体の流れの方向とに直交する方向の厚みが薄くなるように形成される
    　ことを特徴とする請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の整流装置。
  9. 　前記回転軸と前記ブレードを支えるフレームにおいて、前記フレームを構成するフレーム部材に軸支され、前記フレーム部材の上流側から流れてくる前記流体に起因して前記フレーム部材に与えられる抵抗を抑制するように、前記流体の流れに沿って回動するフレーム抵抗抑制体と、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の整流装置。
  10. 　前記フレーム抵抗抑制体は、前記フレーム抵抗抑制体に生じる浮力と前記フレーム抵抗抑制体が受ける揚力との合力と、前記フレーム抵抗抑制体にかかる重力と、が打ち消し合うように、前記フレーム部材の軸を通る前記流体の流れの方向を境として非対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項９に記載の整流装置。
  11. 　前記フレーム抵抗抑制体は、前記フレーム部材の軸を通る前記流体の流れの方向を境として対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の整流装置。
  12. 　前記フレーム抵抗抑制体は、前記流体の流れの方向に沿って回動した状態において、前記流体の上流側から前記下流側に向かうにつれて、前記フレーム部材の軸に沿う方向と前記流体の流れの方向とに直交する方向の厚みが薄くなるように形成される
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の整流装置。
  13. 　前記流体の流れに沿って前記抵抗抑制体が回動するように、前記抵抗抑制体と前記回転軸との間に設けられる軸受と、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の整流装置。
  14. 　前記流体は、風であり、
    　前記回転軸は、風力発電機のタービンに接続される
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の整流装置。
  15. 　前記流体は、水であり、
    　前記回転軸は、水力発電機のタービンに接続される
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の整流装置。
     
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