JP6632553B2 - ボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置に関する。

従来、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（ＶＧ）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複数のフィン（ＶＧ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。

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ところで、典型的なボルテックスジェネレータは、特許文献１〜１０に記載されているように、複数のＶＧフィンによって形成されるフィン列を含む。ここで、本発明者らの鋭意検討の結果、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部においては剥離抑制効果を十分に得られないばかりか、フィン列端部に位置する幾つかのＶＧフィンによって形成される風車翼表面から離れる方向の渦に起因してかえって剥離が助長され得ることが明らかになった。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離抑制効果を向上させることができるボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置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ボルテックスジェネレータは、
風車翼の表面上に設けられた複数のメインフィンと、
各々の前記メインフィンよりもフィンコード長及びフィン高さが小さく、前記風車翼の翼先端側又は翼根側における前記メインフィン列の第１端部から延長した第１仮想線に沿って、前記風車翼の前記表面上に設けられる少なくとも一つの第１サブフィンと、
を備え、
前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列の前記第１端部の隣に位置する第１サブフィンと前記メインフィン列との間の間隔ｄが、前記メインフィン列内における隣り合う一対の前記メインフィン間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たす。

ボルテックスジェネレータのフィン列の端部では、フィンによって形成される風車翼表面から離れる方向の渦の影響によって、剥離抑制効果を十分に得ることが難しい。
この点、上記（１）の構成によれば、メインフィン列に近接させて、メインフィンに比べて小型の第１サブフィンを配置したので（ｄ≦ｄ_ｍａｘ）、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができる。すなわち、第１サブフィンを設けることで、メインフィン列の端部に位置する幾つかのメインフィンによって形成される風車翼表面から離れる方向の渦に起因した剥離助長効果を、第１サブフィンによって形成される渦によって、風車翼表面に境界層の外側の比較的速い流れを押し付けることで少なくとも部分的に打ち消すことができる。また、第１サブフィン自体によって、風車翼表面から離れる方向の渦が形成されることも考えられるが、第１サブフィンのフィンコード長及びフィン高さはメインフィンに比べて小さいので、第１サブフィンにより形成される渦の影響はメインフィンが形成する渦による影響に比べて小さい。このため、上記（１）の構成により、ボルテックスジェネレータ全体として、フィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができるのである。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列から最も遠い第１サブフィンのフィンコード方向が、前記風車翼の前縁に近づくほど前記メインフィン列から離れるよう前記第１仮想線に対して斜めである。

上記（２）の構成によれば、メインフィン列から続く第１仮想線上に配設される第１サブフィンのうちメインフィン列から最も遠い第１サブフィンが、前縁側ほどメインフィン列から離れるように設けられる。すなわち、メインフィンと第１サブフィンとで構成されるボルテックスジェネレータの列の端部に配置されるフィン（第１サブフィン）が、前縁側ほどメインフィン列から離れるように配置される。これにより、ボルテックスジェネレータの端部では、第１サブフィンの存在によって生じる渦により、境界層の外側の比較的速い流れを翼表面に押し付けて剥離を抑制することができる。

（３）いくつかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
前記少なくとも一つの第１サブフィンは、前記メインフィン列から離れるほど前記フィンコード長及び前記フィン高さが小さくなる複数の第１サブフィンを含む。

上記（３）の構成によれば、第１サブフィンが複数設けられ、これら複数の第１サブフィンは、メインフィンから離れるに従ってフィンコード長及びフィン高さが徐々に小さくなるように形成される。つまり、メインフィン列の端部においてフィンの存在が急に途切れてしまうことがなく、フィンの存在に起因した空力的影響が徐々に小さくなるため、ボルテックスジェネレータ全体として、フィン列の端部において剥離抑制効果を適切に享受することができる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の構成において、
前記風車翼の前記表面に固定される第１ベースプレートをさらに備え、
前記少なくとも一つの第１サブフィンは、前記第１ベースプレート上に立設された複数の前記第１サブフィンを含む。

上記（４）の構成によれば、複数の第１サブフィンが第１ベースプレート上に立設されることにより、該第１サブフィンを風車翼に取り付ける際には、第１ベースプレートを風車翼に取り付けるだけの簡易な作業で足りる。したがって、複数の第１サブフィンを風車翼に取り付ける際の作業性を向上させることができる。また、メインフィン列から離れるほど小さく形成される第１サブフィンを第１ベースプレートと一体に形成することができるため、小さなフィンの紛失防止や取り扱いに際する労力を低減することができる。

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載の構成において、
前記風車翼の前記表面に固定される第１ベースプレートを備え、
前記メインフィン列の前記第１端部を形成する１以上の前記メインフィンと、１以上の前記第１サブフィンとが、前記第１ベースプレート上に立設される。

上記（５）の構成によれば、１以上の第１サブフィンと１以上のメインフィンとが第１ベースプレート上に立設される。つまり、１以上の第１サブフィンと１以上のメインフィンとが第１ベースプレートを介して一体に形成されるため、ボルテックスジェネレータを風車翼に取り付ける際の作業工数を低減して取り付け作業を簡易化することができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１つに記載の構成において、
前記第１端部は前記風車翼の前記翼先端側における前記メインフィンの端部である。

上記（６）の構成によれば、上記（１）で述べた原理により、風車翼のうち空力的性能に大きく影響する部位（翼根部よりも先端側の部位）において、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離助長効果を第１サブフィンによって抑制可能となる。よって、風車翼の空力的性能を向上させることができる。

（７）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１つに記載の構成において、
前記少なくとも一つの第１サブフィンは、各々の前記第１サブフィンのフィンコード長方向の中心が、前記複数のメインフィンの各々のフィンコード長方向の中心を結んだ直線上に位置するように配設される。

上記（７）の構成によれば、メインフィン列の延長線上に並んだ少なくとも一つの第１サブフィンによる空力的作用をメインフィン列の端部に効果的に及ぼすことができ、風車翼の空力特性を効果的に改善することができる。

（８）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載の構成において、
隣り合う一対の前記メインフィンの前縁側の距離をＳ１とし、隣り合う一対の前記メインフィンの後縁側の距離をＳ２としたとき、Ｓ１／Ｓ２が０．８以上１．２以下である。

上記（８）の構成によれば、メインフィンの基本ユニット同士が離れすぎたり近すぎたりすることなく、ほぼ一定の間隔で配置されるため、ボルテックスジェネレータの設置範囲の全体に亘って概ね一様に剥離抑制効果を享受することができる。

（９）本発明の少なくとも幾つかの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）乃至（８）の何れかの構成のボルテックスジェネレータと、
を備える。

上記（９）の構成によれば、上記（１）で述べたように、メインフィン列に近接させて、メインフィンに比べて小型の第１サブフィンを配置することで（ｄ≦ｄ_ｍａｘ）、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができる。よって、空力特性が改善された風車翼を得ることができる。

（１０）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、
上記（９）の構成の風車翼を備える。

上記（１０）の構成によれば、上記（９）の構成の風車翼を備えるので、空力特性が改善された風力発電装置を得ることができる。

（１１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータの設置方法は、
風車翼へのボルテックスジェネレータの設置方法であって、
前記風車翼の表面上に複数のメインフィンを取り付けるステップと、
前記風車翼の翼先端側又は翼根側における前記メインフィン列の第１端部から延長した第１仮想線に沿って、各々の前記メインフィンよりもフィンコード長及びフィン高さが小さい少なくとも一つの第１サブフィンを前記風車翼の前記表面上に取り付けるステップと、
前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列の前記第１端部の隣に位置する第１サブフィンと前記メインフィン列との間の間隔ｄが、前記メインフィン列内における隣り合う一対の前記メインフィン間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たすように、前記第１サブフィンの取付け位置を決定するステップと、
を備える。

上記（１１）の方法によれば、上記（１）で述べたように、メインフィン列に近接させて、メインフィンに比べて小型の第１サブフィンを配置することで（ｄ≦ｄ_ｍａｘ）、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ボルテックスジェネレータのフィン列の端部における剥離抑制効果を向上させることができる。

一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を備える風力発電装置の概略構成図である。 一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の斜視図である。 一実施形態に係るメインフィン列周囲における流れを説明するための斜視図である。 一実施形態に係るメインフィン列周囲の流体解析結果を示す速度分布図である。 一実施形態におけるボルテックスジェネレータの端部を示す平面図である。 一実施形態におけるボルテックスジェネレータの端部を示す側面図である。 一実施形態におけるボルテックスジェネレータの端部を示す平面図である。 一実施形態におけるボルテックスジェネレータの端部を示す側面図である。 一実施形態におけるボルテックスジェネレータの構成を示す図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの端部に付設するサブフィンを示す平面図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの端部に付設するサブフィンを示す図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの端部に付設するサブフィンを示す図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の設置方法を示すフローチャートである。

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について説明する。図１は、一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を備える風力発電装置の概略構成図であり、図２は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータが適用され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。

図２に示すように、風車翼１は、翼本体２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の翼本体２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に示すように、風車翼１において、翼本体２の負圧面９にはボルテックスジェネレータ１０が取り付けられる。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。

幾つかの実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０は、風車翼１（具体的には翼本体２）の表面上に設けられた複数のメインフィン１２を備える。これら複数のメインフィン１２によって、メインフィン列１００が形成される。

ここで、図３及び図４を参照して、メインフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）の具体的構成とメインフィン列１００による空力的作用を説明する。
図３は、一実施形態に係る隣り合う一対のメインフィン１２Ａ，１２Ｂの周囲における流れを説明するための斜視図である。図４は、一実施形態に係る隣り合う一対のメインフィン１２Ａ，１２Ｂの周囲の流体解析結果を示す速度分布図である。
なお、図４では、メインフィン１２Ａ，１２Ｂの後縁１４の位置Ｐ_１における断面（風の流入方向に直交する断面）の速度分布２８と、メインフィン１２Ａ，１２Ｂの後流側の位置Ｐ_２における断面（風の流入方向に直交する断面）の速度分布２９と、を示している。これらの速度分布２８，２９において、流体速度の大きい領域を濃い色で示しており、流体速度が小さい領域ほどより薄い色で示している。

幾つかの実施形態において、複数のメインフィン１２は、隣り合うように設けられた少なくとも一対のフィン１２Ａ，１２Ｂを含む（例えば、図３及び図４参照）。幾つかの実施形態では、各々のメインフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）は翼型を有している。各々のメインフィン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。
なお、本明細書において、「風の流入方向」とは、ボルテックスジェネレータ１０の取付位置における、風車翼１（図２参照）の表面に沿った流れの方向をいう。「風の流入方向」として、ボルテックスジェネレータ１０の取付位置における風車翼１の翼コード方向（図２参照）を近似的に用いてもよい。
幾つかの実施形態では、例えば、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）に取り付けた状態で、風車翼１の前縁６側から後縁７側に向けて）、一対のメインフィン１２Ａ，１２Ｂの間の隙間が広がるように各々のメインフィン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。

図３及び図４に示すように、通常、メインフィン列１００は、各メインフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）が生み出す揚力Ｌによって、メインフィン１２の背面１６側に縦渦２１を形成する。これらの縦渦２１によって、メインフィン１２の後流側において、境界層３１内外の運動量交換が促進される。すなわち、メインフィン１２から離れた位置における境界層３１は、メインフィン１２の影響が小さいため、境界層３１の厚さＤ_１は比較的大きい。これに対して、メインフィン１２に近い位置においては、メインフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）により形成される縦渦２１によってフィン１２の高さ方向における運動量交換が促進されるため、境界層３２の厚さＤ_２は境界層３１の厚さＤ_１よりも薄くなる。こうしてメインフィン列１００によって、風車翼１の表面における境界層３１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。
なお、縦渦２１とは、フィン１２の高さ方向に形成される渦である。

このように、メインフィン列１００全体としては、風車翼１の後縁剥離効果を実現可能であるが、本発明者らの鋭意検討の結果、メインフィン列１００の端部において局所的に剥離抑制効果が十分に得られないばかりか、剥離をかえって助長し得ることが明らかになった。これは、メインフィン列１００の端部に位置するメインフィン１２Ａ，１２Ｂによって形成される縦渦２１が、メインフィン１２Ａ，１２Ｂ間において風車翼１の表面から離れる方向の成分を有するため、メインフィン１２の後流側における剥離が助長されてしまうことに起因している。

そこで、幾つかの実施形態では、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂを参照して以下述べるように、ボルテックスジェネレータ１０は、メインフィン列１００の端部における剥離抑制効果を高めるためのサブフィン１２０（１２０Ａ，１２０Ｂ）をさらに備える。

図５Ａ及び図５Ｂは、一実施形態におけるボルテックスジェネレータ１０Ａの構成例を示す図であり、図５Ａはボルテックスジェネレータ１０Ａの平面図であり、図５Ｂはボルテックスジェネレータ１０Ａを風流入方向の上流側から視た側面図である。
図６Ａ及び図６Ｂは、一実施形態におけるボルテックスジェネレータ１０Ｂの構成例を示す図であり、図６Ａはボルテックスジェネレータ１０Ｂの平面図であり、図６Ｂはボルテックスジェネレータ１０Ｂを風流入方向の上流側から視た側面図である。

幾つかの実施形態では、図５及び図６に示すように、サブフィン１２０は、風車翼１の翼先端４側又は翼根３側の一方側におけるメインフィン列１００の第１端部１０２から延長した第１仮想線Ｌ_ｒｅｆ１に沿って、風車翼１の表面上に設けられる１以上の第１サブフィン１２０Ａを含む。第１サブフィン１２０Ａは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように１つであってもよいが、図６Ａ及び図６Ｂに示すように複数設けられていてもよい。
また、１以上の第１サブフィン１２０Ａは、第１サブフィン１２０Ａのうちメインフィン列１００の第１端部１０２の隣に位置する第１サブフィン２００がメインフィン列１００との間に間隔ｄ_１を空けて位置するように配置される。ここで、メインフィン列１００に最も近い第１サブフィン２００とメインフィン列１００との間の間隔ｄ_１は、メインフィン列１００内における隣り合う一対のメインフィン１２Ａ，１２Ｂ間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ_１≦ｄ_ｍａｘを満たす。

また、図５及び図６に示すように、サブフィン１２０は、風車翼１の翼先端４側又は翼根３側の他方側におけるメインフィン列１００の第２端部１０４から延長した第２仮想線Ｌ_ｒｅｆ２に沿って、風車翼１の表面上に設けられる１以上の第２サブフィン１２０Ｂを含む。第２サブフィン１２０Ｂについても、第１サブフィン１２０Ａと同様に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように１つのみ設けられていてもよいし、図６Ａ及び図６Ｂに示すように複数設けられていてもよい。
また、１以上の第２サブフィン１２０Ｂは、第２サブフィン１２０Ｂのうちメインフィン列１００の第２端部１０４の隣に位置する第２サブフィン３００がメインフィン列１００との間に間隔ｄ_２を空けて位置するように配置される。ここで、メインフィン列１００に最も近い第２サブフィン３００とメインフィン列１００との間の間隔ｄ_２は、メインフィン列１００内における隣り合う一対のメインフィン１２Ａ，１２Ｂ間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ_２≦ｄ_ｍａｘを満たす。

各々のサブフィン１２０（１２０Ａ，１２０Ｂ）は、図５及び図６に示すように、各々のメインフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）よりもフィンコード長及びフィン高さが小さい。すなわち、メインフィン１２のフィンコード長及びフィン高さをそれぞれＣ_ｍａｉｎ，Ｈ_ｍａｉｎとしたとき、各々のサブフィン１２０のフィンコード長Ｃ_ｓｕｂ及びフィン高さＨ_ｓｕｂは、Ｃ_ｓｕｂ＜Ｃ_ｍａｉｎ且つＨ_ｓｕｂ＜Ｈ_ｍａｉｎの関係を満たす。

なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す例示的な実施形態では、複数の第１サブフィン１２０Ａが、メインフィン列１００の第１端部１０２に隣接して、メインフィン列１００から離れるほどフィンコード長及びフィン高さが小さくなるような順で配列される。即ち、図６に示す例では、Ｃ_ｓｕｂ１＞Ｃ_ｓｕｂ２＞Ｃ_ｓｕｂ３、且つ、Ｈ_ｓｕｂ１＞Ｈ_ｓｕｂ２＞Ｈ_ｓｕｂ３を満たすような順で、３つの第１サブフィン１２０Ａが配列される。
同様に、複数の第２サブフィン１２０Ｂについても、メインフィン列１００の第２端部１０４に隣接して、メインフィン列１００から離れるほどフィンコード長及びフィン高さが小さくなるような順で配列される（Ｃ’_ｓｕｂ１＞Ｃ’_ｓｕｂ２＞Ｃ’_ｓｕｂ３、且つ、Ｈ’_ｓｕｂ１＞Ｈ’_ｓｕｂ２＞Ｈ’_ｓｕｂ３）。

上記構成のボルテックスジェネレータ１０Ａ，１０Ｂでは、メインフィン列１００に近接させて、メインフィン１２に比べて小型のサブフィン１２０Ａ，１２０Ｂを配置したので（ｄ_１≦ｄ_ｍａｘ，ｄ_２≦ｄ_ｍａｘ）、ボルテックスジェネレータ１０Ａ，１０Ｂのフィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができる。すなわち、サブフィン１２０Ａ，１２０Ｂを設けることで、メインフィン列１００の端部に位置する幾つかのメインフィン１２によって形成される風車翼１の表面から離れる方向の縦渦２１に起因した剥離助長効果を、サブフィン１２０Ａ，１２０Ｂによって形成される渦１２１（図５Ｂ及び図６Ｂ参照）によって、風車翼１の表面に境界層の外側の比較的速い流れを押し付けることで少なくとも部分的に打ち消すことができる。また、サブフィン１２０Ａ，１２０Ｂ自体によって、風車翼１の表面から離れる方向の渦が形成されることも考えられるが、サブフィン１２０Ａ，１２０Ｂのフィンコード長Ｃ_ｓｕｂ，Ｃ’_ｓｕｂ及びフィン高さＨ_ｓｕｂ，Ｈ’_ｓｕｂはメインフィン１２に比べて小さいので、サブフィン１２０Ａ，１２０Ｂにより形成される渦１２１の影響はメインフィン１２が形成する渦２１による影響に比べて小さい。このため、ボルテックスジェネレータ１０Ａ，１０Ｂ全体として、フィン列の端部における剥離抑制効果を高めることができるのである。

幾つかの実施形態において、ボルテックスジェネレータ１０は、翼本体２の負圧面９上に翼長方向に複数配列されてもよく、例えば、基準線Ｌ_ｒｅｆ１に沿って直線状に配置されてもよい（図２及び図７参照）。幾つかの実施形態において、複数のボルテックスジェネレータ１０は、翼長方向に対して斜めに複数配列されていてもよく、例えば、図７に示すように、基準線Ｌ_ｒｅｆ２に沿って直線状に配置されてもよい。複数のメインフィン１２ａは、１列以上のメインフィン列１００を形成している。幾つかの実施形態において、各々のフィン１２（１２Ａ，１２Ｂ）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（図３及び図４参照）。

幾つかの実施形態において、ボルテックスジェネレータ１０は、隣り合う各メインフィン１２Ａ及び１２Ｂ間の最大間隔のうち、風車翼１の前縁６側端部間の距離をＳ１とし、風車翼１の後縁７側端部間の距離をＳ２としたとき、Ｓ１／Ｓ２が０．８以上１．２以下（Ｓ１／Ｓ２＝０．８〜１．２）となるように設けられてもよい（例えば、図８〜１０参照）。このようにすれば、メインフィン１２Ａ及び１２Ｂの基本ユニット同士が離れすぎたり近すぎたりすることなく、ほぼ一定の間隔で配置されるため、ボルテックスジェネレータ１０の設置範囲の全体に亘って概ね一様に剥離抑制効果を享受することができる。

幾つかの実施形態において、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（ベースプレート）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。幾つかの実施形態において、基部１１は、円形のほか、例えば、楕円形状や、台形又は長方形等の多角形であってもよい。

幾つかの実施形態において、各サブフィン１２０は、例えば、図８及び図９に示すように、基部１１Ａ（ベースプレート）上に立設されていてもよい。基部１１Ａは、例えば、楕円形状であってもよいし台形状等の矩形状であってもよい。このようにすれば、サブフィン１２ｂを風車翼１に取り付ける際には、基部１１Ａを風車翼１に取り付けるだけの簡易な作業で足りるため、複数のサブフィン１２０を風車翼１に取り付ける際の作業性を向上させることができる。また、メインフィン列１００から離れるほど小さく形成されるサブフィン１２０を基部１１と一体に形成することができるため、小さなフィン１２０の紛失防止や取り扱いに際する労力を低減することができる。
幾つかの実施形態において、１以上のサブフィン１２０が、１以上のメインフィン１２とともに、同一の基部１１上に立設されていてもよい（例えば、図１０参照）。このようにすれば、風車翼１にボルテックスジェネレータ１０を設置する際の工数をより一層低減することができる。

幾つかの実施形態では、１以上のサブフィン１２０が風車翼１の翼先端４側におけるメインフィン列１００の端部（第１端部）１０２に設けられてもよい（図２参照）。このようにすれば、風車翼１のうち空力的性能に大きく影響する部位（翼根部（翼根３）よりも先端側の部位）において、ボルテックスジェネレータ１０のフィン列の端部における剥離助長効果をサブフィン１２０によって抑制可能となる。よって、風車翼１の空力的性能を向上させることができる。幾つかの実施形態では、１以上のサブフィン１２０（第２サブフィン）が風車翼１の翼根３側におけるメインフィン列１００の端部（第２端部）１０４に設けられてもよい（図２参照）。

幾つかの実施形態において、少なくとも一つのサブフィン１２０Ａは、各々のフィンコード長方向の中心が、上述した複数のメインフィン１２の各々のフィンコード長方向の中心の延長線上に配設されてもよい。このようにすれば、メインフィン列の延長線上に並んだ少なくとも一つのサブフィン１２０による空力的作用をメインフィン列の端部に効果的に及ぼすことができ、風車翼１の空力特性を効果的に改善することができる。

次に、図１１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への設置方法について説明する。図１２は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の設置方法を示すフローチャートである。

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。

図１２に示すように、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の設置方法は、風車翼１の表面上に複数のメインフィン１２を取り付けるステップ（Ｓ１）と、風車翼１の翼先端４側又は翼根３側におけるメインフィン列１００の端部（第１端部）から延長した仮想線（第１仮想線）に沿って、各々のメインフィン１２よりもフィンコード長及びフィン高さが小さい少なくとも一つのサブフィン１２０を風車翼１の表面上に取り付けるステップ（Ｓ２）と、少なくとも一つのサブフィン１２０のうち、メインフィン列１００の第１端部の隣に位置するサブフィン１２０とメインフィン列１００との間の間隔ｄが、メインフィン列内における隣り合う一対のメインフィン１２Ａ及び１２Ｂ間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たすように、サブフィン１２ｂの取付け位置を決定するステップ（Ｓ３）と、を含む。以下、各ステップについて説明する。

幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０の設置方法では、まず、風車翼１の表面上にメインフィン１２を備えた複数のボルテックスジェネレータ１０を取り付ける（ステップＳ１）。一実施形態では、風車翼１に関する流動解析結果に基づき、各ボルテックスジェネレータ１０の取付位置を決定してもよい。

一実施形態では、風車翼１に関する流動解析から、各ボルテックスジェネレータ１０の風車翼１における理想的な取付位置を算出し、該理想的な取付位置を、各ボルテックスジェネレータ１０を実際に取り付ける位置として決定してもよい。
一実施形態では、風車翼１に関する流動解析結果が示す複数のボルテックスジェネレータ１０の理想的な取付位置を１本以上の直線で近似し、該直線上に、複数のボルテックスジェネレータ１０の取付位置を決定してもよい。幾つかの実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０の配向を示す基準マーク（図示省略）が、基準点Ｐ_１及びＰ_２を結ぶ直線Ｌ_ｒｅｆ１に沿うように、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１の表面（ここでは負圧面９）に配置してもよい。また、幾つかの実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０の配向を示す基準マークが、基準点Ｐ_２及びＰ_３を結ぶ直線Ｌ_ｒｅｆ２に沿うように、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１の表面（ここでは負圧面９）に配置してもよい。

また、図７に示すように、複数のボルテックスジェネレータ１０を直線Ｌ_ｒｅｆに沿って直線状に並べ、該直線Ｌ_ｒｅｆを基準として各々のボルテックスジェネレータ１０の取付方向を調節して風車翼１に取り付けるようにしてもよい。このように、１本の直線Ｌ_ｒｅｆ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。
なお、図７には、風車翼１の表面上において基準点Ｐ_１及びＰ_２を結ぶ直線Ｌ_ｒｅｆ１、及び、基準点Ｐ_２及びＰ_３を結ぶ直線Ｌ_ｒｅｆ２のそれぞれに沿って、複数のボルテックスジェネレータ１０を直線に並べて風車翼１に取付けた例を示している。
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。

続いて、幾つかの実施形態では、風車翼１の翼先端４側又は翼根３側におけるメインフィン列の端部（第１端部又は第２端部）から延長した仮想線（第１仮想線又は第２仮想線）に沿って、各々のメインフィン１２よりもフィンコード長及びフィン高さが小さい少なくとも一つのサブフィン１２ｂを風車翼１の表面上に取り付ける（ステップＳ２）。その際、少なくとも一つのサブフィン１２０のうち、メインフィン列１００の第１端部の隣に位置するサブフィン１２０とメインフィン列１００との間の間隔ｄが、メインフィン列１００内における隣り合う一対のメインフィン１２Ａ、１２Ｂ間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たすように、サブフィン１２０の取付け位置を決定する（ステップＳ３）。

上述した幾つかの実施形態によれば、ボルテックスジェネレータ１０のフィン列の端部における剥離抑制効果を向上させることができる。

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
１１，１１Ａ 基部（ベースプレート）
１２ フィン
１２Ａ，１２Ｂ メインフィン
１３ 前縁
１４ 後縁
１５ 腹面（圧力面）
１６ 背面（負圧面）
２１ 縦渦
３１，３２ 境界層
９０ 風力発電装置
９３ 風車ロータ
９４ ハブ
９５ ナセル
９６ タワー
１００ メインフィン列
１２０ サブフィン
１２０Ａ 第１サブフィン
１２１ 渦
２００ 第１サブフィン
３００ 第２サブフィン

Claims (12)

1. 風車翼の表面上に設けられ、共通のフィンコード長及びフィン高さを有する複数のメインフィンと、
   各々の前記メインフィンよりもフィンコード長及びフィン高さが小さく、前記風車翼の翼先端側又は翼根側におけるメインフィン列の第１端部から延長した第１仮想線上において、前記風車翼の前記表面上に設けられる少なくとも一つの第１サブフィンと、
   を備え、
   前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列の前記第１端部の隣に位置する第１サブフィンと前記メインフィン列との間の前記第１仮想線上における間隔ｄが、前記メインフィン列内における隣り合う一対の前記メインフィン間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たし、
   前記少なくとも一つの第１サブフィンは、
   １つのみのフィン、または、
   前記メインフィン列から離れるほど前記フィンコード長及び前記フィン高さが小さくなる複数のフィン
   の何れか一方により形成される
   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. 前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列から最も遠い第１サブフィンのフィンコード方向が、前記風車翼の前縁に近づくほど前記メインフィン列から離れるよう前記第１仮想線に対して斜めである
   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. 前記風車翼の前記表面に固定される第１ベースプレートをさらに備え、
   前記少なくとも一つの第１サブフィンは、前記第１ベースプレート上に立設された複数の前記第１サブフィンを含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風車翼用ボルテックスジェネレータ。
4. 前記風車翼の前記表面に固定される第１ベースプレートを備え、
   前記メインフィン列の前記第１端部を形成する１以上の前記メインフィンと、１以上の前記第１サブフィンとが、前記第１ベースプレート上に立設された
   ことを特徴とする請求項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. 前記第１端部は前記風車翼の前記翼先端側における前記メインフィン列の端部であることを特徴とする請求項１乃至４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。
6. 前記少なくとも一つの第１サブフィンは、各々の前記第１サブフィンのフィンコード長方向の中心が、前記複数のメインフィンの各々のフィンコード長方向の中心を結ぶ直線上に位置するように配設され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. 隣り合う一対の前記メインフィンの前縁側の距離をＳ１とし、隣り合う一対の前記メインフィンの後縁側の距離をＳ２としたとき、Ｓ１／Ｓ２が０．８以上１．２以下であ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. 前記メインフィン列の前記第１端部の隣に位置する前記第１サブフィンと、前記メインフィン列との間の間隔は、前記風車翼のコード方向に沿って後縁側に向かって減少する
   ことを特徴とする請求項１乃至７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。
9. 前記風車翼の前記表面に固定され、前記メインフィン列の前記第１端部を形成する１以上の前記メインフィンと、１以上の前記第１サブフィンとが立設される第１ベースプレートと、
   前記風車翼の前記表面に固定され、１以上の前記メインフィンのみが立設される第２ベースプレートと、
   を備え、
   前記第１ベースプレートは、前記第２ベースプレートと形状が異なる
   ことを特徴とする請求項１乃至８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。
10. 翼根部から翼端部にかけて長尺な翼本体と、
    請求項１乃至９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と、
    を備えた風車翼。
11. 請求項１０に記載の風車翼と該風車翼が取り付けられるハブとを備えた風車ロータと、
    前記風車ロータと一体回転可能に接続された主軸と、
    前記主軸を回転可能に支持するナセルと、
    前記ナセルを旋回可能に指示するタワーと、
    を備えた風力発電装置。
12. 風車翼へのボルテックスジェネレータの設置方法であって、
    前記風車翼の表面上に、共通のフィンコード長及びフィン高さを有する複数のメインフィンを取り付けるステップと、
    前記風車翼の翼先端側又は翼根側におけるメインフィン列の第１端部から延長した第１仮想線上において、各々の前記メインフィンよりもフィンコード長及びフィン高さが小さい少なくとも一つの第１サブフィンを前記風車翼の前記表面上に取り付けるステップと、
    前記少なくとも一つの第１サブフィンのうち前記メインフィン列の前記第１端部の隣に位置する第１サブフィンと前記メインフィン列との間の前記第１仮想線上における間隔ｄが、前記メインフィン列内における隣り合う一対の前記メインフィン間の最大間隔をｄ_ｍａｘとしたとき、ｄ≦ｄ_ｍａｘを満たすように、前記第１サブフィンの取付け位置を決定するステップと、
    を備え、
    前記少なくとも一つの第１サブフィンは、
    １つのみのフィン、または、
    前記メインフィン列から離れるほど前記フィンコード長及び前記フィン高さが小さくなる複数のフィン
    の何れか一方により形成される
    ことを特徴とするボルテックスジェネレータの設置方法。