JP2011503407A - 2つの連続するプロペラを備えた風力タービン - Google Patents
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Abstract
風力タービンが、入口開口(OA)と、出口開口(OE)と、圧力低下を生成する外側表面(12)と、入口開口(OA)に連結された収束区間(T3)を与える内側表面(13)と、出口開口(OE)に連結され、のど部(14)によって収束区間(T3)に連結された発散区間(T4)と、のど部(14)の近傍で管状ケーシング(10)に関して回転するように装着されたプロペラ(H2)とを有する管状ケーシング(10)を備える。プロペラ(H2)は第1の発電機(G1)に結合される。管状ケーシング(10)に関して回転するように装着され、収束区間(T3)内でプロペラ(H2)の上流に配置された別のプロペラ(H1)をこの風力タービンは備える。
Description
本発明は、
− 円形空気入口開口と、
− 円形出口開口と、
− 入口開口と出口開口との間に圧力低下を生成させる外側表面と、
− 前記開口を連結する空気通路の輪郭を定め、流れの水平直線方向を有し、入口開口に連結された収束区間と出口開口に連結された発散区間とを与える内側表面であって、前記区間がのど部によって互いに連結される、内側表面と、
− のど部の近傍で軸方向に位置決めされ、のど部の空気流運動を第1の発電機に接続されている結合手段の回転運動に変換する回転手段と、
− 回転手段の上流で、内側表面の収束区間で軸方向に配置され、管状ケーシングに関して回転するように装着された第1のプロペラと
を備える管状ケーシングを有する風力タービンに関する。
− 円形空気入口開口と、
− 円形出口開口と、
− 入口開口と出口開口との間に圧力低下を生成させる外側表面と、
− 前記開口を連結する空気通路の輪郭を定め、流れの水平直線方向を有し、入口開口に連結された収束区間と出口開口に連結された発散区間とを与える内側表面であって、前記区間がのど部によって互いに連結される、内側表面と、
− のど部の近傍で軸方向に位置決めされ、のど部の空気流運動を第1の発電機に接続されている結合手段の回転運動に変換する回転手段と、
− 回転手段の上流で、内側表面の収束区間で軸方向に配置され、管状ケーシングに関して回転するように装着された第1のプロペラと
を備える管状ケーシングを有する風力タービンに関する。
そのような風力タービンは、例えば、内側表面がノズルの一般形態を有する文献の特開2005−240668号および特開2003−028043号から既知である。ベルヌーイの式によれば、入口空気は収束区間で加速され、風の運動エネルギーの増加は圧力の漸進的な低下を伴う。発散区間の形状は、入口から出口への吸引を行う効果を有する付加的な圧力低下を生成する(「ベンチュリ」効果)。これらの既知の風力タービンは、比較的高い風速で許容できる電力発電を行うだけであり、のど部で回転デバイスによって収集される電力とのど部の風力との間の比が低い値のために比較的低い総合効率を有するという欠点を示す。
さらに、文献の欧州特許第1108888号において、円柱管状ケーシングの両端部に並列に、反対方向の回転で回転する2つの全く同じプロペラを配置することが想定されている。管状ケーシングの各端部は、円錐形に延びており、入口で収束し、出口で発散する。ベンチュリ型のそのような構造を通して空気を運ぶ(空気の運動エネルギーの増加を伴う)動作は、収束入口部分の圧力低下と、それに続いて入口プロペラを通って流れるときの圧力降下を伴う。後者は、圧力低下を生成して出力プロペラに到達する前にシリンダ内の空気を加速する効果がある。しかし、風速が低い場合の効率は限定的であり、性能は多くの用途にとって十分ではない。低い風速にもかかわらず出口開口の後部で圧力低下を与えるには、出口開口の近くの外部表面から突き出た偏向器を設けることが必要である。しかし、その場合、そのような偏向器は外側の空気の速度を低下させる結果をもたらし、したがって総合効率を低下させる。
文献の国際公開第2006/054290号はプリアンブルにより風力タービンを説明している。それは、流体にエネルギーを供給するために連続運転する上流プロペラ(送風機またはコンプレッサのいずれか)を含む。回転手段は、機械エネルギーを例えば電力発電機に供給する発電タービンである。上流プロペラは常にコンプレッサ・モードであり、タービンの上流ののど部のレベルで空気流のマッハ数をマッハ1に増加させる。この条件は、タービンで生じる圧力低下(マッハ1から出口でのマッハ0になる)において流体の内部エネルギーの一部を回復するためにこの文献で使用されている基本原理である。
この文献は、2つの駆動プロペラがタービンの上流に配置される場合も準備している。上述のように、それらは、のど部で空気流をマッハ1に増加させるための圧縮機の役割をする。それらは常にエネルギー消費物である。第1のプロペラとタービンとの間に装着されたプロペラは入口開口の面に位置している第1のプロペラよりも少ないエネルギーしか必要とせず、全く風なしで、第1のプロペラを伝動軸の機械的駆動によってタービンを介して始動させることができる。
いずれの場合にも、タービンによって単独で構成された回転手段の上流に配置された1つまたは複数のプロペラはいかなる自然の風速でも圧縮機モードで動作する。外形は圧力低下を潜在的に生成するが、収束区間T2の収束角は非常に大きく、外側表面で滑る空気流を引き離し、内部流への外部流のいかなる影響も排除するので、外形は風力タービンの動作に特定の影響を持たない。のど部の直径と入口開口の直径との間の比は実質的に0.3に等しい。この非常に低い比はのど部でマッハ1に近い速度を達成するための必要条件であり、文献の国際公開第2006/054290号で引き出されたこの速度条件は発電機に結合するためのタービンを使用した結果であり、前記タービンはタービン中の圧力低下によって流体の内部エネルギーの一部を回復するように設計されている。
本発明の目的は、向上した総合効率を有する風力タービンの提供にある。
本発明による風力タービンは、
− 管状ケーシングに関して回転するように装着され、第1のプロペラと反対方向に回転するように構成された第2のプロペラによって回転手段が形成され、
− のど部の直径と入口開口の直径との間の比が0.6と0.8との間に含まれ、
− 外側表面が、入口開口に連結された発散区間と、出口開口に連結された収束区間とを含み、これらの区間が回転面を形成するように成形され、その回転軸が流れの方向と一致し、その創成曲線が航空機翼の上部表面によって形成されており、
− 第1のプロペラが接続され、第2のプロペラの動作に関連する少なくとも1つの物理的パラメータに応じて第1のプロペラの動作を調整する調整手段に接続される可逆な第2の発電機があるという点で注目すべきである。
− 管状ケーシングに関して回転するように装着され、第1のプロペラと反対方向に回転するように構成された第2のプロペラによって回転手段が形成され、
− のど部の直径と入口開口の直径との間の比が0.6と0.8との間に含まれ、
− 外側表面が、入口開口に連結された発散区間と、出口開口に連結された収束区間とを含み、これらの区間が回転面を形成するように成形され、その回転軸が流れの方向と一致し、その創成曲線が航空機翼の上部表面によって形成されており、
− 第1のプロペラが接続され、第2のプロペラの動作に関連する少なくとも1つの物理的パラメータに応じて第1のプロペラの動作を調整する調整手段に接続される可逆な第2の発電機があるという点で注目すべきである。
文献の国際公開第2006/054290号の風力タービンに対して、本発明による風力タービンの目的は、流体の内部エネルギーを回復することではなく、運動エネルギー/圧力エネルギー交換を考慮することによってそれ自体を単に満足することである。これは、のど部の近傍に配置され、第1の発電機に結合された回転手段が、動作できるために厳しい空気速度条件を必要としないプロペラによって形成されるからである。したがって、のど部での速度は、のど部の直径と入口開口の直径との間のかなり高い比(0.6と0.8との間に含まれる)のためにマッハ0.3にほぼ等しい。この比は航空機翼形の形態の外側表面を使用することによって一層大きくすることができ、それにより、適切な収束角のために流れが分離されることなしに外側表面で滑る空気流を大幅に加速することができ、風力タービンの後部で十分な圧力低下を生成して空気通路から生じる流体速度を増加させることができる。従来技術と異なり、第1のプロペラの動作は、のど部に配置された第2のプロペラに関連づけられた物理的パラメータによって調整され、送風機としての動作と、適切な発電機と結合することによってそれ自体でエネルギーを生成するための自由動作との間で変わることができる。
他の利点および特徴は、非限定的な例の目的だけのために与えられ、添付の図面に示された特定の実施形態の以下の説明からより明確に明らかになるであろう。
図1から図4を参照すると、本発明による風力タービンの例は、支持構造体11の先端に垂直軸に沿って回転する状態で装着された管状ケーシング10を含む。管状ケーシング10は全体的な回転形態を示し、したがって、下記において、直線で水平である空気流方向Xに対応する回転軸を有する。支持構造体11に対する管状ケーシング10の方向は、自動的に、すなわち風の方向に応じて自由に、または空気流方向Xが確実に風の方向と共直線性になるようにする誘導機構によって行われる。
一方の端部(図1、3、4の左側)に、管状ケーシング10は、風吹きがある場合に空気が流入するための円形形状の入口開口OAの輪郭を定める。反対側の端部(図1、3、4の右側)に、管状ケーシング10は円形形状の出口開口OEの輪郭を定め、その直径は入口開口OAのものよりも(図示のように)わずかに小さいか、またはそれに等しいか、またはわずかに大きくすることができる。出口開口OEは、入口開口OAから流入した空気を管状ケーシング10からの排出できるようにする。
管状ケーシング10は、入口開口OAから始まり、外径が次第に増加する発散区間T1と、区間T1および出口開口OEに連結し、外径が次第に減少する収束区間T2とを膨らみが構成している航空機翼の形態で空気力学的プロファイルを示す外部表面12を含む。そのような空気力学的プロファイルは、出口開口OEのレベルで圧力低下を生成する効果がある。したがって、外側表面12は、入口開口OAと出口開口OEとの間に圧力低下を生成する。
より正確には、区間T1およびT2は回転面を構成するように形成され、その回転軸は空気流方向Xと一致し、その創成曲線は航空機翼の上部表面によって形成される。上部表面の寸法特性は、風の予想される自然速度に応じて調節することができる(翼弦、キャンバ、迎え角、収束角、発散角、後縁角など)。
管状ケーシング10は、入口開口OAに連結され、内径が次第に減少する収束区間T3と、収束区間T3および出口開口OEに連結し、内径が次第に増加する発散区間T4とを膨らみが構成している翼の下部表面の形態で空気力学的プロファイルを示す内側表面13の輪郭を内部に定める。内側表面13の2つの区間T3およびT4はのど部14によって互いに連結される。内側表面13は互いに開口OAとOEとを連結するノズルの形態の空気通路15の輪郭を定め、その中で、空気は出口開口OEを介して排出されるまで入口開口OAから空気流方向Xの方向に流れる。のど部14の直径と入口開口OAの直径との間の比は0.6と0.8との間に含まれる。風力タービンの軸長と入口開口OAの直径との間の比は1.4を超え、好ましくは1.5と2との間に含まれる。
風力タービンは、収束区間T3に配置された第1のプロペラH1と、のど部14に配置され、のど部14の空気流運動を第1の発電機G1に接続された回転軸の回転運動に変換する回転手段とを備える。回転手段は、のど部14の近傍の軸位置(軸Xに沿って)の管状ケーシング10に関して回転するように装着された第2のプロペラH2によって形成される。第2のプロペラH2は、固定管または連結軸などの結合手段によって第1の発電機G1に接続される。プロペラH2およびH1の回転軸は空気流方向Xと一致する。第1の発電機G1は、回転子が固定子に対して回転運動により活力を与えられる場合、電力を生成する電気力学機械である。
さらに、第1のプロペラH1は、第2のプロペラH2の上流で、内側表面13の収束区間T3に沿ったある軸位置(軸Xに沿って)に管状ケーシング10に関して回転するように装着される。第1のプロペラH1は可逆型の第2の発電機G2に接続される。より正確には、第2の発電機G2は可逆な電気力学機械である。プロペラH1の直径はプロペラH2よりも大きい。
内側表面13とプロペラH2とにより、入口開口OAを介して流入される空気の圧縮および加速チャンバCHの輪郭が定められる。空気はチャンバCH内で運動エネルギーの増加を受ける。
プロペラH2およびH1は共に可変ピッチで角をなして配置された複数の羽根を含む。さらに、プロペラH2はプロペラH1と逆方向に回転するように構成される。
管状ケーシング10、2つのプロペラH1、H2、および発電機G1、G2に加えて、風力タービンは、
− 例えば管状ケーシング10の厚みの中に一体化された可逆な第2の発電機G2の調整手段16と、
− 第2のプロペラH2の動作に関連する物理的パラメータを測定するセンサ17と、
− 例えば管状ケーシング10の厚みの中に一体化され、エネルギー蓄積手段19および/または電力グリッド20、および外部電力供給手段21に接続されたエネルギー管理システム18と
を含む電子制御デバイスを備える(図3参照)。
− 例えば管状ケーシング10の厚みの中に一体化された可逆な第2の発電機G2の調整手段16と、
− 第2のプロペラH2の動作に関連する物理的パラメータを測定するセンサ17と、
− 例えば管状ケーシング10の厚みの中に一体化され、エネルギー蓄積手段19および/または電力グリッド20、および外部電力供給手段21に接続されたエネルギー管理システム18と
を含む電子制御デバイスを備える(図3参照)。
2つの発電機G1およびG2は、それぞれ22および23で参照される接続によってエネルギー管理システム18に電気的に接続される。エネルギー管理システム18は、接続24によってエネルギー蓄積手段19に、および/または接続25によって電力グリッド20に、および接続26によって外部電力供給手段21に電気的に接続される。最終的に、第2の発電機G2の調整手段16は、接続27によってセンサ17に、および接続28によって第2の発電機G2に電気的に接続される。
第2の発電機G2は可逆であり、電気が供給されると駆動することができ、その場合、回転子は供給された電力入力によって固定子に対して回転される。機械G2は発電機として動作することもでき、プロペラH1が固定子に対して機械G2の回転子に回転運動を強制すると電力を生成する。
さらに、図示されていない(例えば、遠心もしくは電磁クラッチ、または機械G2のモータ/発電機の電気制御による)可逆な結合システムは、プロペラH1と第2の発電機G2との間に挿入され、結合を解かれた場合にプロペラH1は自由に回転するように装着されることを保証することができる。接続28は、結合システムと調整手段16との間の連結を行う。
プロペラH1が発電機G2から切り離されると、プロペラH1は「フリーホイール」モードとなる。反対の場合、プロペラH1は、「モータ」モード(モータとしての発電機G2の動作に対応する)または「発電機」モード(発電機としての発電機G2の動作に対応する)となる。
調整手段16の役割は、瞬間ごとに好適である第1のプロペラH1の動作モード(「モータ」、「発電機」、または「フリーホイール」)を選択することである。瞬間ごとにプロペラH1の動作モードを選択すると、第1のプロペラH1の動作は、センサ17によって測定され、第2のプロペラH2の動作に関連づけられた少なくとも1つの物理的パラメータ(圧力、速度、温度など)に応じて調整することができる。第1のプロペラH1の動作モードの選択は、接続28を介した第2の発電機G2および結合システムへの対応する動作によって行われる。
例えば、瞬間ごとにプロペラH1の動作モードに適した選択を行うことによって、調整手段16は、センサ17が回転計であるときそれによって測定された第2のプロペラH2の回転速度に応じて第1のプロペラH1の回転速度の調整を行うことができる。定常動作状態では、このタイプの調整により、特に、通路15の空気の回転を防止するかまたは少なくとも制御することができる。
例示目的のため、第1のプロペラH1のそのような速度調整を行うために、調整手段16は第1のプロペラH1に課する第1の制御則を組み込み、第1の制御則は、
− 第2のプロペラH2の回転速度が事前設定の第1の閾値Ω1よりも低い限り、「モータ」モード、
− 第2のプロペラH2の回転速度が、Ω1よりも高い事前設定の第2の閾値Ω2よりも高い場合、「発電機」モード、
− 第2のプロペラH2の回転速度がΩ1とΩ2との間に含まれる場合、「フリーホイール」モードである。
− 第2のプロペラH2の回転速度が事前設定の第1の閾値Ω1よりも低い限り、「モータ」モード、
− 第2のプロペラH2の回転速度が、Ω1よりも高い事前設定の第2の閾値Ω2よりも高い場合、「発電機」モード、
− 第2のプロペラH2の回転速度がΩ1とΩ2との間に含まれる場合、「フリーホイール」モードである。
調整手段16は、第2のプロペラH2の回転速度と第1のプロペラH1の回転速度との間の差が、それ自体Ω1の関数とすることができる事前設定の第3の閾値Ω3よりも大きくなると直ちに、第1の制御則に優先し、第1のプロペラH1に「モータ」モードを課する第2の制御則を組み込むこともできる。
第1のプロペラH1の動作モードの選択は、接続27を介してセンサ17から受け取った情報から、接続28を介して調整手段16によって行われる。
どのような動作モードが調整手段16によって第1のプロペラH1に課されても、エネルギー管理システム18は第1の発電機G1によって生成された電力を接続22を介して受け取る。調整手段16が第1のプロペラH1に「モータ」モードを課すると、エネルギー管理システム18は接続23を介して第2の発電機G2に必要な電力を送出する。調整手段16が第1のプロペラH1に「発電機」モードを課すると、エネルギー管理システム18は第2の発電機G2によって生成された電力を接続23を介して受け取る。最後に、調整手段16が第1のプロペラH1に「フリーホイール」モードを課すると、エネルギー管理システム18と第2の発電機G2とは電力を交換しない。
2つの発電機G1、G2とのこれらの電力交換と平行して、生成されたエネルギーの管理システム18は、
− 第1の発電機G1から(また該当する場合には第1のプロペラH1の「発電機」モードの場合の第2の発電機G2から)受け取ったエネルギーを接続25を介して電力グリッド20におよび/または接続24を介してエネルギー蓄積手段に送出し、
− 該当する場合には、第1のプロペラH1の「モータ」モードの場合に、25を介して電力グリッド20から、および/または接続24を介してエネルギー蓄積手段19から、および/または接続26を介して外部電力供給手段21から第2の発電機G2を駆動するのに必要なエネルギーを受け取る。
− 第1の発電機G1から(また該当する場合には第1のプロペラH1の「発電機」モードの場合の第2の発電機G2から)受け取ったエネルギーを接続25を介して電力グリッド20におよび/または接続24を介してエネルギー蓄積手段に送出し、
− 該当する場合には、第1のプロペラH1の「モータ」モードの場合に、25を介して電力グリッド20から、および/または接続24を介してエネルギー蓄積手段19から、および/または接続26を介して外部電力供給手段21から第2の発電機G2を駆動するのに必要なエネルギーを受け取る。
これらの動作を行うために、エネルギー管理システム18は、発電機G1、G2と交換した信号と、電力グリッド20、エネルギー蓄積手段19、および外部電力供給手段21と交換した信号との間のインターフェイスを含む。そのようなインターフェイスは、例えば、変圧器、周波数変換機、および整流器を含むことができる。
制御デバイスの他の構成要素との交換および2つの発電機G1、G2との交換を命令する方法に関する限り、エネルギー管理システム18によって実行される方策で必要とされるパラメータは用途に応じて調整することができる。特に、電力グリッド20への送出はいくつかの用途で有利となることがある。他の場合には、蓄積手段19のエネルギー・レベルおよび/または消費ピーク管理が好ましいことになる。
図4を参照すると、風力タービンは、空気流軸Xの方向および空気流通路の方向にずれた3つの連続の区域A、B、Cに架空的に分割することができる。出口開口OEを越えた風力タービンの後方部分は追加区域Dを構成する。風力タービンの区域Aは、入口開口OAを通る面と外側表面12の発散区間T1の端部を通る面との間に位置する風力タービンの部分に対応する。風力タービンの区域Bは、区域Aと、内側表面13の収束区間T3の端部を通る面との間に含まれる風力タービンの部分に対応する。風力タービンの区域Cは、その部分に関して、区域Bと、出口開口OEを通る面との間に含まれる風力タービンの部分によって形成される。図4に示されるように、圧縮および加速チャンバCHは風力タービンの区域Bに含まれる。
区域Aでは、第1のプロペラH1のどのような動作モードでも、通路15で流れる空気流の流束は、風力タービンが配置されているところの風と比較して加速される。外側表面12で滑る空気流の流束も風と比較して加速されるが、通路15で空気が受ける加速よりも低い値である。
区域Bでは、外径は次第に減少し、それは圧力低下、したがって外側表面12で滑る空気流の流束の加速を生成する効果がある。通路15の空気流の流束も、区間T3の収束の性質のために区域Bの全長にわたって加速される。第1のプロペラH1のどのような動作モードでも、これらの内部加速および外部加速は生じる。通路15の空気流の流束は、その加速と平行して、区域Bの全長にわたって連続的で漸進的な圧力上昇を受ける。圧力上昇はチャンバCHにおいて区域Bの残りの部分よりも大きく、プロペラH1が「モータ」モードで動作している場合なおさらそうである。
区域Cでは、外側表面12で滑る空気流の流束は加速し続ける。内径は出口開口OEまで次第に増大し、それは追加の圧力低下を生成する効果がある。
区域Dでは、出口開口OEを介して排出された空気は、より高速を有する外側表面12で滑る空気流の流束によって加速される。これにより、風力タービンの後部で追加の圧力低下が生成され、風力タービンの後部の方への空気力学的擾乱が排除される。区域Dで生成された圧力低下は前述の処理を保持するのに寄与する。この全体の空気力学的動作により、風力タービンの入口の空気流を加速することができる。
外部電力供給手段21を構成するために、光電池31を外側表面12のすべてまたは一部に設けることができる。しかし、これらの手段は、油圧源または補助発電機などの任意の好適な解決策によって達成することができる。
発電機G1、G2は小型化し、空気流方向Xに配置することができる。他の代替実施形態では、発電機G1、G2はクラウンに配置することができ、すなわち、関連するプロペラH1、H2は、それ自体発電機G1、G2の回転子を構成し、固定子は対向するように内側表面13によって支持された周辺クラウンによって構成される。
適宜におよび図示のように、空気流方向Xの近傍の空気力学的擾乱を防止するために、プロペラH1とH2との間に、例えば円柱外形を有する軸方向に延びる空気力学的遮蔽物30を設けることが可能である。そのような空気力学的遮蔽物30がプロペラH1、H2の機械的分離を保持していなければならないことは明らかである。さらに、空気力学的遮蔽物内部に第2の発電機G2を収容することを想定することが可能である。
上述の例では、空気流方向Xは水平である。管状ケーシング10は、出口開口OEの近傍で外側表面12から突き出た圧力低下用空気力学的付加物29を含む。この付加物29は、外側表面12の収束区間T2で滑る空気流の流束が受ける加速を強めることができ、外側表面12上の空気流によって生成される雑音をかなり減少させる。「パラシュート」効果(管状ケーシング10の出口での擾乱の発生)が、付加物29が存在しないときよりも実質的に大きい風速のために生じる。空気力学的遮蔽物は方向Xに関して空気流の遠心偏位をさらに行い、風力タービンの後部の圧力低下をさらに増大させる。言い換えれば、それは外側表面12で滑る空気流の発散と風力タービンの後部の気圧の低下とを生成する。
空気力学的付加物29は、管状ケーシング10の周囲にある距離で保持されたクラウンの形態を有し、外側表面12に面した内側表面と反対側の外側表面とを有する。空気流軸Xを通る断面では、クラウンの内側表面は、外側表面12の方に向いた膨らみを持つ凸状空気力学的プロファイルを有し、一方、クラウンの外側表面は、外側表面12の方に向いたくぼみを持つ凹状空気力学的プロファイルに示す。空気力学的付加物29の直径と入口開口OAの直径との間の比は、風力タービンの全寸法を制限するために1.3未満である。
機械ブレーキをプロペラH1、H2に関連して設けることができる。さらに、先に述べた制御デバイスは、経済性とエネルギーとのバランス、および維持管理予測を与えるための機能を含むことができる。
最終的に、本発明によるいくつかの風力タービンは、円形軸および/または異なる軸および平面上に水平に縦続してグループ化することができる。風力タービンの各々を識別するために、無線周波数デバイスを各風力タービンに関連させることができる。
要約すると、本発明による風力タービンは通路15を通って流れる空気の内部エネルギーを使用しない。どのような動作でも、空気流は全体としてマッハ0.3未満のままである。主として、運動エネルギー/圧力エネルギー交換だけが考慮され、実際には流体の内部エネルギーの変化を無視している。
プロペラH1は、微風の場合にだけモータ・モードで流れを加速するために貢献する。この動作は、プロペラH2の始動を引起し、微風でより効率的に動作を行わせることができる。確かに、この動作範囲では、流量がより高くなるにつれて、第2のプロペラH2は実質的により良好な効率を有する。プロペラH1により供給されるエネルギーとプロペラH2によって消費されるエネルギーとの合計が、2つのプロペラが共に発電機として動作することによって供給されるエネルギーの合計よりも大きい限り、このタイプの動作が課される。
内部流の収束は、空気密度を実質的に増大させることなく流れの軸速度を増大させるために使用され、のど部の速度が高いほど、より良好な効率でより速いプロペラH2を使用することができることを意味する。発電機としての動作では、プロペラH1は速度の軸成分に関連づけられる風のエネルギーを使用し、回転成分を有する速度を回復する(オイラーの関係)。この回転成分はプロペラH2によって回復され、それによりユニットの出口で純粋な軸流を回復する。プロペラH1なしでは、プロペラH2の出口での流れの速度は必然的に回転成分を有することになる(オイラーの関係)。その場合、対応する運動エネルギーは失われることになる。全体的に、二重反転プロペラH1、H2は、より大きい摩擦損失にもかかわらず、単一のプロペラH2よりも良好な効率を有する。
外側表面12の形状、内側表面13の形状、のど部で回転手段を構成するプロペラを使用する選択、および比較的低い圧縮を有するのど部の選択は、従来技術と異なり、入口開口OAのできるだけ近くに駆動点を持ってくるように選択される。
Claims (7)
- 管状ケーシング(10)を有する風力タービンであって、
円形空気入口開口(OA)と、
円形出口開口(OE)と、
前記入口開口(OA)と前記出口開口(OE)との間に圧力低下を生成する外側表面(12)と、
前記開口(OA、OE)を連結する空気通路(15)の輪郭を定め、流れの水平直線方向(X)を有し、前記入口開口(OA)に連結された収束区間(T3)と前記出口開口(OE)に連結された発散区間(T4)とを与える内側表面(13)であって、前記区間(T3、T4)がのど部(14)によって互いに連結される、内側表面(13)と、
前記のど部(14)の近傍で軸方向に位置決めされ、前記のど部(14)の空気流運動を第1の発電機(G1)に接続されている結合手段の回転運動に変換する回転手段と、
前記回転手段の上流で、前記内側表面(13)の前記収束区間(T3)で軸方向に配置され、前記管状ケーシング(10)に関して回転するように装着された第1のプロペラ(H1)と
を備える風力タービンにおいて、
前記管状ケーシング(10)に関して回転するように装着され、前記第1のプロペラ(H1)と反対方向に回転するように構成された第2のプロペラ(H2)によって前記回転手段が形成され、
前記のど部(14)の直径と前記入口開口(OA)の直径との間の比が0.6と0.8との間に含まれ、
前記外側表面(12)が、前記入口開口(OA)に連結された発散区間(T1)と、前記出口開口(OE)に連結された収束区間(T2)とを含み、前記区間が回転面を形成するように成形され、その回転軸が前記流れの方向(X)と一致し、その創成曲線が航空機翼の上部表面によって形成されており、
前記第1のプロペラ(H1)が接続され、前記第2のプロペラ(H2)の動作に関連する少なくとも1つの物理的パラメータに応じて前記第1のプロペラ(H1)の動作を調整する調整手段に接続される可逆な第2の発電機(G2)があることを特徴とする風力タービン。 - 前記出口開口(OE)の近傍で前記外側表面(12)から突き出ており、前記外側表面(12)で滑る空気流の発散と前記風力タービンの後部での空気圧低下とを生成する圧力低下用空気力学的付加物(29)を前記管状ケーシング(10)が含むことを特徴とする請求項1に記載の風力タービン。
- 前記調整手段(16)が、前記第2のプロペラ(H2)の回転速度に応じて前記第1のプロペラ(H1)の回転速度の調整を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の風力タービン。
- 前記第1および第2の発電機(G1、G2)が、エネルギー蓄積手段(19)におよび/または電力グリッド(20)に接続されたエネルギー管理システム(18)に接続されることを特徴とする請求項1から3の一項に記載の風力タービン。
- 前記エネルギー管理システム(18)が外部電力供給手段(21)に接続されることを特徴とする請求項4に記載の風力タービン。
- 空気力学的遮蔽物(30)が前記第1のプロペラ(H1)と前記第2のプロペラ(H2)との間で軸方向に延びることを特徴とする請求項1から5の一項に記載の風力タービン。
- 前記空気力学的付加物(29)の直径と前記入口開口(OA)の直径との間の比が1.3未満であることを特徴とする請求項1から6の一項に記載の風力タービン。
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