JP2014501357A - 垂直軸を有する風力タービン - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3A
Description
本記述では、気体及び液体を指し示すものとして流体が使用されている。風力タービンは、その様なタービンの一例である。タービンは、液体で駆動されていることもある。次に続く記述は、一例として、風力タービンに言及している。風力タービンのよくある型式は、水平軸を有する風力タービンである。風力タービンのブレード(羽根)は、垂直面内で回り、ブレードは回転中に変化の激しい力に曝される。ブレードは、一定した重力場内で回っているわけではなく、回転中にブレードへ作用する重力及び遠心力は変化している。
垂直軸を有する風力タービンには、様々な型式があり、それらの型式の1つは、中心回転軸に取り付けられている3枚又はそれ以上のブレードを有している。ブレードは内向きに湾曲しているものもある。その様なタービンの一例がイギリス特許出願GB2,434,703から知られている。
―ブレードが風力タービンを練り粉撹拌機に似せる形状を有している設計と、
―ブレードが軸から幾らか離して垂直方向に配置されている設計、である。
風力タービンの出力は、数多くの要因によって影響される。それらの1つに、風力タービンが出力を発生させられる最小風速がある。世界の中で一部の特定の場所、特に沿岸部では、風は頻繁にそしてかなりの速度で吹く。また一方、内陸に進んでゆくほど、平均風速は急激に減少する。多くの風力タービンは、或る特定の風速より下ではもはや有効ではない。これは、即ち、低風速では、タービンはパワーを全く或いは殆ど発生させないということを意味する。その様な地域には風力タービンを設置する意味が無い。ときに、当該問題は、風力タービンをより高く設置してより多くの風を捕えられるようにすることによって解決が図られている。これにはマイナスの帰結が伴い、というのは、小規模プロジェクトは実施不能となるし、住民の視界がひどく損なわれ、そのことが往々にして住民を強硬な抗議行動に駆り立てるからである。
回転子ブレードは、それらブレードの中央部分に面する先端に開放カール即ち折り返しを有しており、それにより、折り返しはブレードの前部と後部の間に空洞が形成されるようにしている。先行技術は、半アーチとして設計されている回転子ブレードを開示しているが、それらは先端にカールを形成していない。
回転子が積み重ねられている場合、ブレードを角度に関して配分することが推奨される。回転子へ作用する力は、スクリーンのシステムに対するブレードの位置に依存して変化する。ブレードの位置を変えることによって、力はより巧く分配され、効率の増加につながる。
本発明による風力タービンは、3枚又はそれ以上のブレードを有しているのが好ましい。
この区域の相対直径が小さすぎる場合には、プラス効果は殆ど或いは全く無い。相対直径が大きすぎる場合には、ブレードが小さくなりすぎ、やはり出力を減少させてしまう。スクリーンの使用有りの場合と使用無しの場合のどちらにも伝達出力の最大値があることが試験によって示されており、ここに、最大値は重なり合わない。
開放カール形状の長さは、ブレードの長さの10%から25%の間であるのが好ましい。
本発明の上記及び他の態様が、以下に説明され、図面の助けを借りて例示されている。
図2は、CA1229796に提示されている既知の風力タービンを示している。この既知の風力タービンでは、風案内は2つのスクリーン23及び24を含んでいる。スクリーンシステムの方位は風向計を用いて調節することができる。風に基づくスクリーン方位には、出力へのプラス効果がある。
図3Aは、本発明の模式図を提示している。ブレード2を有する回転子1は、本例ではウインドスクリーン31と32から成るウインドスクリーンシステムに取り囲まれており、スクリーン間にはギャップ33が設けられている。ウインドスクリーンのシステムは、回転子軸周りに回転する。ウインドスクリーンシステムの方位は、方向信号に依存する。方向信号は、例えば風力計から取得される。本例では、直径D1を有する区域が、垂直軸の周りに空けられているのが好ましい。回転子そのものの直径は、模式図上にD2で指し示されている。回転子ブレードは、先端を開放カール34のところで中央部分に向かって湾曲させて終わっている。本例では、回転子は、更に、垂直軸を含んでいるが、回転子の真中の棒という意味での軸ではない。とはいえ、実施形態は中心軸を含んでいてもよい。具体的に、7つの回転子が積み重ねられている実施形態では、回転子間に機械的接続を確立する中心の棒材を設けるのが好都合である。中央部分に向かって内向きに曲がっている回転子ブレードの先端のカール形状34は、カール形状の閉じている側にぶつかる風に対する航空機の翼に似た空気力学的外形を回転子ブレードに与えている。
回転子は、本図では、模式的に円として指し示されている。スクリーンシステムは、図5では模式的に角度αで指し示されている方位に配置されている。例えば、スクリーン31及び32は、スイベル板55上に置かれている。スイベル板55は、駆動機構56によって作動する。駆動機構の助けを借りて、スクリーン間のギャップの位置を修正することができる。これは、例えば、基準点に対する角度αで表すことができる。角度αは、方向装置57である例えば風力計によって供給される方向信号に依存して設定され、図5では方向信号は簡潔さを期して同様にαで指し示されている。
図5に示されている好適な実施形態では、スクリーンシステムは、2つのスクリーンから成り、それらスクリーンは風力タービンの外側にスクリーン間にギャップを設けて設置されている。
この設計は非常に高いレベルの効率をもたらすことが示されている。
図6は、好適な実施形態を示している。この実施形態は、スクリーンについての幾つかの好適な寸法を指し示している。
位置61について、円は回転子の直径D2の62.5%をカバーし、位置62については直径D2の57.5%、位置63については52.5%、位置64については47.5%、位置65については42.5%、そして最後に位置66については37.5%、をカバーしている。
まとめると、本発明は次の様に記述できる。
無論、本発明の枠組み内で多くの変型が実施可能である。よって、積重式回転子の場合には、ブレードの飛ばしは一定であってもよいし不同であってもよい。示されているブレードはブレードを横断する視点から見て直線状即ち垂直であり、曲がったブレードではない。しかしながら、ブレードは垂直方向に螺旋の一部を形成する軽い曲がりを呈していてもよい。特に、積重式回転子の場合には、曲がりは、回転子のブレードの上面が次の回転子のブレードの下面に殆ど触れるくらいであってもよい。例えば、ブレードが5枚の回転子6つなら、飛ばしは360/(5*6)=12度である。実施形態が下から上まで12度の僅かな曲がりを呈するブレードを使用しているなら、次に続く回転子のブレードは下方の回転子のブレードと一直線を成す。結果として、回転子の積重の垂直軸を覆う様に螺旋様の形状を有するブレードのセットがもたらされる。
内曲縁の長さは、本例では、本図で100%と設定されている回転子の長さLの大凡15%とされ、本例では14%である。回転子ブレードの厚さDは、本例では、長さLの20%である。厚さDは、15%から30%の間であるが好ましい。
2 ブレード
31、32 (ウインド)スクリーン
33 スクリーン間のギャップ
34 カール形状
55 スイベル板
56 駆動機構
57 方向装置
61、62、63、64、65、67 ブレードの位置
D 直径
D 厚さ
L 長さ
α 角度
Claims (9)
- 流体によって駆動されるタービンであって、垂直軸を有する回転子(1)を有しており、前記回転子の周りを回転するスクリーン(21、22)のシステムを含む流体案内と、更に、方向信号を取得するための信号手段(27)と、前記スクリーンのシステムを、前記方向信号に依存して、当該スクリーンシステム(21、22)を前記回転子(1)の周りに回動させることによって、方向決めするための方向決め手段(26、25)と、が設けられており、前記回転子は、上プラットフォームと下プラットフォームの間に、前記垂直軸の周りの中央に位置する部分を空けて、複数の内向きに曲がっているブレード(2)を含んでいる、タービンにおいて、前記回転子ブレード(2)には、前記中央部分に面する端に開放カール形状(34)が設けられている、ことを特徴とするタービン。
- 前記開放カール形状(34)の長さ(L1)は、回転子ブレードの長さ(L)の10%から25%の間である、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン。
- 前記タービンは風力タービンである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のタービン。
- 前記方向装置は風力計を含んでいる、ことを特徴とする請求項3に記載のタービン。
- 前記スクリーンのシステムは2つのスクリーン(21、22)から成り、前記スクリーンは前記風力タービンの外側に当該スクリーン間にギャップ(23)を設けて設置されており、前記タービンには、前記ウインドスクリーン間の前記ギャップを前記方向装置からの前記方向信号に依存して方向決めするための手段が提供されている、ことを特徴とする、上記請求項のうちの1項に記載のタービン。
- 前記2つのウインドスクリーンは、互いに対して大凡垂直に設置されており、双方の面に垂直な線は前記垂直軸上で互いに交差している、ことを特徴とする請求項5に記載のタービン。
- 前記スクリーンは、前記回転子の直径の50%から55%の距離に亘って延びている、ことを特徴とする請求項6に記載のタービン。
- 前記スクリーン間の前記ギャップの長さは、前記回転子の直径の55%から70%の間である、ことを特徴とする請求項6に記載のタービン。
- 前記垂直軸の周りの前記ブレードが存在しない区域の円の直径(D1)は、前記回転子の直径(D2)の40%から45%の間にある、ことを特徴とする請求項5から請求項8のうちの1項に記載のタービン。
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