JP4954066B2 - Wind energy extraction system - Google Patents
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Description
本発明は、風力エネルギーを用いることに係り、特に、安全に且つ効率的に風からエネルギーを抽出し、使用可能なエネルギーへと変換することに係る。 The present invention relates to the use of wind energy, and in particular to extracting energy from wind safely and efficiently and converting it to usable energy.
長いロータブレードを有する一般的な風力タービンは、複数の問題を引き起こす。たとえば、視覚的公害及び騒音公害、及びおそらく最も身近な公衆の懸案事項であるバードストライクである。その結果、シュラウドタービンが開発されてきた。シュラウドタービンは、一般的には、より小さく且つより包囲された複数のロータブレード又はインペラーの使用を可能にし、且つ物理的なシュラウド又は環状のコンセントレータウイングを有する。物理的なシュラウド又は環状のコンセントレータウイングは、飛行中の鳥にとって非常に見やすく、また同時に、景観を損なうと多くの者に考えられている大型の回転ブレードのような動きのある物体を呈示しない。風力シュラウドタービンについて、2つ以上のコンセントレータウイングを有する型が、風がコンセントレータウイング間を流れることを可能にし、且つタービンを駆動するバキューム又は吸込みを発達させ、最も将来性があり且つ効率的なデバイスとして最近実証されてきた。たとえばH. Grassmann他「A Partially Static Turbine-first experimental results」、Journal of Renewable Energy (February, 2003)(非特許文献1)を参照されたい。シュラウドを備える風力エネルギー変換デバイスを説明する他の参照文献として、米国特許第5,599,172号明細書(特許文献1)、米国特許第4,075,500号明細書(特許文献2)、米国特許第4,140,433号明細書(特許文献3)、米国特許第4,204,799号明細書(特許文献4)、米国特許第5,464,320号明細書(特許文献5)、及び欧州特許出願公開第1359320号(特許文献6)がある。
本発明は、風力エネルギー抽出デバイスにおける改良を提供することを目的とする。 The present invention seeks to provide improvements in wind energy extraction devices.
本発明の一態様によれば、安全且つ効率的に風からエネルギーを抽出し且つ使用可能なエネルギーに変換するシステム及び方法が、提供され、本システム及び方法は、
1つ又は複数のコンセントレータウイングであり、風の流れと反応して静気圧の降下を誘引し、次に1つ又は複数のインペラー及び1つ又は複数の電力コンバータを駆動するよう用いられる、1つ又は複数のコンセントレータウイングと;
流量調整体であり、該流量調整体と衝突する風の流れを、当該流量調整体から外側へ且つ1つ又は複数の前記コンセントレータウイングと反応する前記風の流れに向けて方向付ける空力面を有する、流量調整体と;
を有する。
In accordance with one aspect of the present invention, a system and method are provided for safely and efficiently extracting energy from wind and converting it into usable energy, the system and method comprising:
One or more concentrator wings that are used to react with wind flow to induce a drop in static pressure and then drive one or more impellers and one or more power converters. Or multiple concentrator wings;
An aerodynamic surface for directing a wind flow impinging on the flow control body outwardly from the flow control body and toward the wind flow reacting with the one or more concentrator wings A flow regulator;
Have
本発明の更なる態様によれば、
インペラー及び該インペラーのための付属の電力コンバータと;
前記インペラー周りに配置されるコンセントレータウイングであり、該コンセントレータウイングは離間されて当該コンセントレータウイング間を空気が流れることを可能にする、コンセントレータウイングと;
を有し、
前記インペラーは、前記コンセントレータウイング間の空気流により誘引される風の流れによって使用時に駆動されるように、該コンセントレータウイングに関して位置付けられ;
更に、
前記インペラーの下流に位置付けられる流量調整体であり、該流量調整体は風を偏向する空力面を有し、該空力面は前記コンセントレータウイング間の空気流の層流を向上させるよう輪郭付けられる、流量調整体と;
を有する、風力エネルギー抽出デバイスを提供する。
According to a further aspect of the invention,
An impeller and an attached power converter for the impeller;
A concentrator wing disposed about the impeller, the concentrator wing being spaced apart to allow air to flow between the concentrator wings;
Have
The impeller is positioned with respect to the concentrator wing such that it is driven in use by wind flow induced by the air flow between the concentrator wings;
Furthermore,
A flow regulator positioned downstream of the impeller, the flow regulator having an aerodynamic surface for deflecting wind, the aerodynamic surface being contoured to improve laminar airflow between the concentrator wings; A flow regulator;
A wind energy extraction device is provided.
本発明の更なる態様によれば、
複数のインペラー及び該インペラーのための少なくとも1つの付属の電力コンバータと;
前記インペラー周りに配置されるコンセントレータウイングであり、該コンセントレータウイングは離間されて当該コンセントレータウイング間を空気が流れることを可能にする、コンセントレータウイングと;
を有し、且つ
複数の前記インペラーは、該コンセントレータウイング間の空気流により誘引される風の流れによって使用時に駆動されるように、当該コンセントレータウイングに関して位置付けられている、
風力エネルギー抽出デバイスを提供する。
According to a further aspect of the invention,
A plurality of impellers and at least one attached power converter for the impellers;
A concentrator wing disposed about the impeller, the concentrator wing being spaced apart to allow air to flow between the concentrator wings;
And a plurality of the impellers are positioned with respect to the concentrator wing such that they are driven in use by wind flow induced by the air flow between the concentrator wings.
Provide a wind energy extraction device.
本発明の更なる態様によれば、以下の1つまたは複数を追加して提供することができる。 According to further aspects of the invention, one or more of the following may be provided in addition.
流量調整体へのタービンシュラウドの近接が、流量調整体を通る風の流れを制御するよう調節されるようにする空力ブレーキであり、
流量調整体の空力面の風下側に1つより多い上記電力コンバータが位置付けられ、
1つより多いインペラー駆動軸であり、1つより多い前記インペラーを1つより多い前記電力コンバータへ接続する、1つより多いインペラー駆動軸、
を更に有し、
少なくとも1つ又は複数の前記コンセントレータウイング及び前記流量調整体を含むよう複数の要素を支持するダウンウインドガイダンス、であり
当該ダウンウインドガイダンスは、前記の要素の上流の高速の風の流れへの妨げが僅かであることを呈示し、
前記ダウンウインドガイダンスは、対向風への複数の前記要素の大体の向きを促進し、且つ、
前記ダウンウインドガイダンスは風下支持を有し、該風下支持は、複数の前記要素を支持し且つダウンウインド方向に延在し、次に外側に旋回し且つスイベルと接続し、該スイベルは、複数の前記要素を共通軸線周りで回転させ且つ前記向きをもたらすことができ;
少なくとも1つ又は複数の前記コンセントレータウイング及び前記流量調整体を含むよう複数の要素を支持し、且つ対向風への複数の前記要素の適切な向きを促進する、代替のダウンウインドガイダンス、
を更に有し;且つ、
複数の前記要素を前記対向風へと延在させるライザであり、該ライザの少なくとも一部は、前記流量調整体の前記空力面の風下側に延在する、ライザ、
を更に有し;且つ
少なくとも1つのスイベルであり、複数の前記要素を当該スイベル周りに回転させ且つ前記向きをもたらすことができる、少なくとも1つのスイベル、
を更に有する。
An aerodynamic brake that allows the proximity of the turbine shroud to the flow regulator to be adjusted to control the flow of wind through the flow regulator;
More than one power converter is positioned on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow regulator,
More than one impeller drive shaft, and more than one impeller drive shaft connecting more than one impeller to more than one power converter;
Further comprising
Downwind guidance supporting a plurality of elements to include at least one or more of the concentrator wings and the flow regulator, wherein the downwind guidance impedes high speed wind flow upstream of the elements. To show that
The downwind guidance promotes the general orientation of the elements to the headwind; and
The downwind guidance has a leeward support, the leeward support supports a plurality of the elements and extends in a downwind direction and then pivots outward and connects to a swivel, the swivel The elements can be rotated about a common axis and provide the orientation;
An alternative downwind guidance that supports a plurality of elements to include at least one or more of the concentrator wings and the flow regulator and facilitates proper orientation of the plurality of elements to the headwind;
And further; and
A riser that extends a plurality of the elements to the opposing wind, and at least a part of the riser extends to the leeward side of the aerodynamic surface of the flow rate adjusting body
And at least one swivel capable of rotating a plurality of said elements about said swivel and providing said orientation;
It has further.
本発明の更なる目的及び利点は、以下の説明及び添付の図面を考慮することから明らかになるであろう。 Further objects and advantages of the present invention will become apparent from a consideration of the following description and the accompanying drawings.
したがって、本発明は、1つ又は複数の以下の目的及び利点を含む、風力エネルギー抽出デバイス及び方法を提供することを目的とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wind energy extraction device and method that includes one or more of the following objects and advantages.
1.本発明は、流量調整デバイス又は方法を提供することを目的とし、それにより特に風が高速の状態において、1つ又は複数のシュラウド又はコンセントレータウイングを有する風力タービンの風力エネルギー抽出効率を向上させる。 1. The present invention seeks to provide a flow regulation device or method, thereby improving the wind energy extraction efficiency of a wind turbine having one or more shrouds or concentrator wings, particularly in windy conditions.
2.本発明は、単純で、費用効率が高く、且つ反応の早い空力ブレーキデバイス又は方法を提供することを目的とし、それにより風力タービンのインペラー又は付属の構成部品を、突風又は強風状態の間の速度超過又は他の設計限界の超過から保護する。 2. The present invention seeks to provide a simple, cost-effective and responsive aerodynamic braking device or method whereby wind turbine impellers or ancillary components can be speeded during gust or strong wind conditions. Protect against excess or other design limits.
3.本発明は、流量調整体から延在するインペラー駆動軸を提供することを目的とし、インペラー駆動軸は、電力コンバータを流量調整体内に収容するため、或いは流量調整体の空力面のダウンウインド側の電力コンバータを遮蔽するために提供され、それによりタービンシュラウド又はコンセントレータウイング内の高速の風の流れ内に位置付けられたときに起こる、開放されるか或いは正しく整列されるコンバータの妨げを低減するか又は解消する。 3. An object of the present invention is to provide an impeller drive shaft extending from a flow rate adjusting body, and the impeller drive shaft is used to accommodate a power converter in the flow rate adjusting body or on the downwind side of the aerodynamic surface of the flow rate adjusting body. Provided to shield the power converter, thereby reducing the obstruction of the open or correctly aligned converter that occurs when positioned within the high velocity wind flow in the turbine shroud or concentrator wing, or Eliminate.
4.本発明は、単純且つ費用効率が高いダウンウインドガイダンスのデバイス又は方法を提供することを目的とし、それにより本発明が、適切に対向風へと向くことを可能にし、ガイダンスシステムが、コンセントレータウイング及びインペラーの下流に呈示されて風力エネルギー抽出効率を向上させるようにする。 4). The present invention seeks to provide a simple and cost-effective downwind guidance device or method, thereby enabling the present invention to properly face headwinds, where the guidance system comprises concentrator wings and Presented downstream of the impeller to improve wind energy extraction efficiency.
5.本発明は、人間及び野生生物及び特に飛行中の鳥にとって安全なシステムを提供することを目的とする。 5). The present invention seeks to provide a system that is safe for humans and wildlife and especially for birds in flight.
6.本発明は、農村環境及び都市環境内の両方での設置に、より適切であり且つ人工建造物及び構造に取り付けられる、低い程度の振動及びノイズを生成するシステムを提供することを目的とする。 6). The present invention seeks to provide a system that generates a low degree of vibration and noise that is more suitable for installation in both rural and urban environments and is attached to man-made structures and structures.
7.本発明は、一般的な設計である、シュラウドのない風力タービンよりも、より高速な風からエネルギーを抽出できるシステムを提供することを目的とする。 7). The present invention seeks to provide a system that can extract energy from wind at a higher speed than a wind turbine without a shroud, which is a common design.
8.本発明は、設計、製造並びに維持コスト及び費用を全体的に低減された風力エネルギー抽出システムを提供することを目的とする。 8). It is an object of the present invention to provide a wind energy extraction system that has an overall reduced design, manufacture and maintenance cost and expense.
9.本発明は、都会で設置される設定において、道路脇の街灯柱及び風力/電力発電機の両方の2つの目的にかなう風力エネルギー抽出システムを提供することを目的とする。 9. It is an object of the present invention to provide a wind energy extraction system that serves the two purposes of both street lampposts and wind / power generators in a setting installed in a city.
10.本発明は、複数のインペラー及び複数の電力コンバータを使用できる風力エネルギー抽出システムを提供することを目的とするので、強風状態におけるインペラー又は電力コンバータの速度超過を防止するという課題が、複数の電気コンバータの磁気的、電気的又は機械的抵抗によって分担されることができる。 10. An object of the present invention is to provide a wind energy extraction system that can use a plurality of impellers and a plurality of power converters. Therefore, the problem of preventing the impeller or the power converter from exceeding the speed in a strong wind condition is Can be shared by magnetic, electrical or mechanical resistance.
11.本発明は、風力エネルギー抽出システムを提供することを目的とし、当該風力エネルギー抽出システムは、静止したライザ要素を含み、静止したライザ要素は、システムの他の要素を支持し、システムの他の要素は、ライザ要素周りを回転することが可能で且つ対向風へと適切に整列し、且つライザ要素の上部に道路を照射するためのランプを支持するか或いは電気的絶縁体をも支持し、電気的絶縁体は、送電線を保持する。 11. The present invention aims to provide a wind energy extraction system, the wind energy extraction system may include a stationary riser elements, stationary riser element supports the other elements of the system, other elements of the system Is capable of rotating around the riser element and is properly aligned to the headwind and supports a lamp for illuminating the road on the top of the riser element or also supports an electrical insulator, The static insulator holds the transmission line.
本発明の好ましい実施形態を、図面を例示として参照しながら以下に説明するが、同様の符号は同様の要素を表す。 Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, wherein like numerals represent like elements.
本明細書では、用語「有する」又は「含む」は包含的な意味に用いられ、存在する他の要素を除外するものではない。要素の前にある「1つの」又は「或る」という用語は、同じ要素が他に存在することを除外するものではない。 In this specification, the terms “comprising” or “including” are used in an inclusive sense and do not exclude other elements present. The term “one” or “a” preceding an element does not exclude the presence of the same element elsewhere.
図1に示す風力エネルギー抽出デバイス10の説明を、1つ又は複数のコンセントレータウイング12を有するシュラウド風力タービンが、どのようにして操作されるか、ということから始める。図6は、したがって、風の流れの断面を概略的に示すものであり、風の流れは、タービンシュラウド14を通り、3つの追加のシュラウドすなわちコンセントレータウイング12を通る。タービンシュラウド14は、インペラー16を包囲するよう働き、次にインペラー16は、タービンシュラウド14及び駆動電力コンバータ22を通って流れる風と反応するよう働く。駆動電力コンバータ22は、図6には図示されてはいないが、たとえば交流機又は発電機等である。コンセントレータウイング12は、基本的には航空機の翼と同じ動作をし、且つ図6で直ぐに分かるように、同様の翼形を有する。これらの翼形は、一般に、凸状の上面を有し、それにより風の流れを加速させ、且つ平坦な或いは凹んだ下面を有して、これらの面を過ぎる風の流れを、僅かに減速させる傾向にある。図示されているコンセントレータウイング12の翼形は、傾斜されるか、或いは航空用語では入射角を有する。入射角は、風の流れを、中心軸線から外側へ偏向させる。中心軸線は、風の流れと平行して走り、且つコンセントレータウイング12及びタービンシュラウド14と同心性である。コンセントレータウイング12と航空機の翼との明らかな違いは、コンセントレータウイング12は、必ずしもというわけではないが、一般に環状であることである。
The description of the wind
2つ以上の航空機翼において、1つの翼上にもう1つが折り重なるときに相互作用が起こることを、航空の当業者であれば直ぐに理解するであろう。その例として、ステアマン複葉機及びソッピース三葉機があり、ステアマン複葉機は、高荷重を空輸できる農業用スプレー航空機として働き続け、ソッピース三葉機は、非常に操作がし易く、第1次世界大戦中に用いられた。本質的に、例に挙げた複葉機又は三葉機における下方の翼が、風力エネルギー抽出デバイス10の例における最大直径のコンセントレータウイング12に相当する。複葉機又は三葉機における下方の翼は、翼の上面にわたって低静圧領域を誘引し、次に低静圧領域は、加速された風の流れが上記翼の下面を通過することを引き起こす。このことは、風力エネルギー抽出デバイス10の例における二番目に大きい直径のコンセントレータウイング12に相当する。このことは次に、このウイングの上面にわたる風の流れの更なる加速を引き起こす。複数の航空機翼のこの構成は、一般的に、高い揚力及び低い失速速度が望まれるところに用いられ、航空機の運動性を高めるために、翼の全体的なスパンを制限することが必要なときに用いられる。本発明の風力エネルギー抽出デバイスでは、この効果を用いて、タービンシュラウド14への風の入口と出口との間に起こる静圧差を増加させる。風力エネルギー抽出デバイス10におけるコンセントレータウイング12の相互作用を理解する別のやり方は、次のことを認めることである。つまり、最大のコンセントレータウイング12が、その上面の上により低い静圧場を誘引し、且つこのより低い静圧場は更に、次に大きいコンセントレータウイング12によって凝縮され、更にまた次に大きいコンセントレータウイング12によって凝縮され、と、空気流がタービンシュラウド14を出る領域で、この静圧場が最も凝縮されるまで続けられる。したがって、タービンシュラウド14の入口とタービンシュラウド14の出口との間に静圧勾配があり、静圧勾配は、タービンシュラウド14及び駆動インペラー16及び電力コンバータ22を通じて風が強力に引き込まれることを引き起こす。この引き込みは、実際に非常に強力であり得る。特に、より強い風において非常に強力であることができ、タービンシュラウド14から外側へ向かう風の流れが、複数のコンセントレータウイング12にわたる且つ複数のコンセントレータウイング12間の風の一様流又は層流を妨害し得る。この発現は、図6において、波線の形をした矢印によって示され、波線の矢印は、複数のコンセントレータウイング12にわたる且つ複数のコンセントレータウイング12間の妨害された風の流れを示す。この現象は、実験的に、且つ最新の流体流のコンピュータソフトウェアを用いたコンピュータシミュレーションを通じて実証されている。風の流れが速度を増すにつれ、タービンシュラウド14から流出する風のストリーム又は噴出の速度が何倍にもなり、且つ、複数のコンセントレータウイング12にわたる且つ複数のコンセントレータウイング12間の風の一様流が、突然乱れる地点に達する。このことが起きるとき、複数のコンセントレータウイング12によって生成された低圧場が崩壊し、且つ入手可能な追加の電力が、殆どなくなる。航空用語では、この現象を、翼失速と呼ぶ。翼失速は、翼の上面にわたる風の一様流が、突然更にアップウインドで分離し且つ乱れるときに起きる。このことが起こり得るのは、翼が、低空気流速度下で対向風に対して大きすぎる「迎え角」に晒されるか、又は翼面荷重が、急な片傾斜の旋回の間等に増加するときである。かかる地点で、揚力の劇的な損失が起こり、その損失から、パイロットは持ち直さなければならない。本明細書に説明する風力エネルギー抽出デバイスの目的は、従来技術のこの欠点への解決法を提供することであり、且つ如何なる改良されたインペラーの設計に依存せず、且つ従来技術では発生し続けているコンセントレータウイング12の失速を発生させずに、より高速の風を受容できるようにすることである。
One of ordinary skill in the aviation will readily appreciate that in two or more aircraft wings, the interaction occurs when one folds over one wing. Examples include Steerman biplanes and Sopwith triplanes. Steerman biplanes continue to work as agricultural spray aircraft capable of air-lifting high loads, and Sopwith triplanes are very easy to operate, the first world Used during the war. In essence, the lower wing in the example biplane or triplane corresponds to the largest
図4が概略的に示すのは、本発明の風力エネルギー抽出デバイスのデバイスが、流量調整体18を含むときの、複数のコンセントレータウイング12にわたる且つ複数のコンセントレータウイング12間の風のより層流の断面である。流量調整体18は、複数の空力面50を有する構成部品であり、空力面50は、タービンシュラウド14へと引き込まれた風のストリームを、外側へ方向付けるようにさせ、且つ中心軸線から離すようにさせる。中心軸線は、対向風とほぼ平行に走り、且つ一実施形態においては、コンセントレータウイング12の中央を通る。この、タービンシュラウド14から流出する風の噴出を再方向付けすることは、複数のコンセントレータウイング12の上面にわたる風の一様流を維持するか或いは促進し、且つそれによって、風の一様流の維持又は促進がなければ起こってしまう、コンセントレータウイング12の空力失速(aerodynamic stalling)を解消するか又は低減させる。一見して、かかるデバイスを、流量調整体18として導入することは、空気流が、タービンシュラウド14から流出することを妨害し、且つ風力駆動インペラー16の利用可能な電力を、場合によっては低減させるように見える。しかしながら実験的には、風の一様流を、複数のコンセントレータウイング12にわたって維持することによって得られた性能は、誘導抗力損失より遙かに重要であり、それは、流量調整体18が、タービンシュラウド14から正しい距離で位置付けられ、且つタービンシュラウド14から流出する高速の空気流内に位置付けられるときである。以降に開示されるように、抗力を誘導し又はタービンシュラウド14から流出する風の流れを制限するまさにこの特性を、空力ブレーキを提供するために、風力エネルギー抽出デバイス10において有益に用いることができる。空力ブレーキを提供する目的は、本発明の風力エネルギー抽出デバイス10の構成部品を、突風又は非常に高速の風の条件下で保護するためである。
FIG. 4 schematically shows a more laminar flow of wind across and between
したがって図5もまた、複数のコンセントレータウイング12にわたる且つ複数のコンセントレータウイング12間の風の流れの断面を概略的に示し、風の流れは、タービンシュラウド14を通り、且つ流量調整体18の空力面50を越える。図4に関連して図5において留意することは、流量調整体18が、タービンシュラウド14へより近接することである。流量調整体18が、より近接することにより、タービンシュラウド14から流出する風の流れを制限し、それによって過度の突風又は非常に高速の風が起こった場合に、インペラー16に空力的にブレーキをかけるよう作用する。それゆえ空力ブレーキ(aerobrake)20は、流量調整体18、タービンシュラウド14、及び流量調整体18とタービンシュラウド14との間の近接の調節を含み、それによりインペラー16又は風力エネルギー抽出デバイス10の他の構成部品が、突風又は非常に高速の風において速度超過又は他の設計に設けられた限界を逸脱することから防ぐ。空力ブレーキ20の定義として、且つ一般的な理解として留意すべきは、タービンシュラウド14が、インペラー16と関連して用いられる場合、図示されたタービンシュラウド14は、ここでは、コンセントレータウイング12の一つの特例として定められることである。コンセントレータウイング12について説明したような空力的にアクティブな複数の表面を有するデバイスもまた、タービンシュラウド14として用いられてもよく、且つ流量調整体18と相互作用して、空力ブレーキ20の定義において働くことができる。次に、流量調整体18とタービンシュラウド14との近接の調節について、説明する。
Accordingly, FIG. 5 also schematically shows a cross section of the wind flow across and between the plurality of
図2は、風力エネルギー抽出デバイス10の複数の要素の断面図を提供し、特に流量調整体18へのタービンシュラウド14の近接の調節を示す。図2は、図4と同様、風力エネルギー抽出デバイス10の複数の構成部品を、空力ブレーキがかかっていない条件下で示す。空力ブレーキがかかっていない条件下とは、タービンシュラウド14が、流量調整体18に関して遠位置にあることである。便宜上、相対的な遠位置の長さを、文字「A」で示す。図3は、図2と同一の図を提供するが、唯一の異なる点が、風力エネルギー抽出デバイス10の構成部品が、今度は空力ブレーキがかかった位置にあることである。空力ブレーキがかかった位置とは、タービンシュラウド14が、流量調整体18に関して近位置にあることである。図3の例では、この相対的な近位置の長さを、文字「B」によって示す。空力ブレーキ20により、コンセントレータウイング12又はタービンシュラウド14が、これらの要素に対する突風又は高速の風の力によって押されることができる。コンセントレータウイング12及びタービンシュラウド14は、複数のリテーナ28によって一緒に接続され、リテーナの1つは、図2及び図3に図示される。次にリテーナ28は、鍔36とともに接続され、鍔36は、風下支持(lee support)32にそって自由に滑動できる。タービンシュラウド14もまた、複数のストラット40へ接続され、ストラット40のうち1つは、図2及び図3に夫々示される。複数のストラット40は、次に別の鍔36へ接続し、別の鍔36は、図3に記載の駆動軸ハウジング38上を自由に滑動できる。次に図2を参照すると、風が過度に突風でない又は過度に高速ではない状況において、風力エネルギー抽出デバイス10は、空力ブレーキがかからない状態を維持する。空力ブレーキがかからない状態を維持するには、鍔36の1つを圧縮ばね24に対して押し付ける。次に図3は、空力ブレーキがかかる位置を表す。空力ブレーキがかかる位置とは、突風又は過度に高速な風の力が、複数のコンセントレータウイング12、又はタービンハウジング14又は他の要素を押して鍔36が圧縮ばね24を圧縮し且つこれら要素を流量調整体18へとダウンウインド方向に滑動させ、それゆえ、タービンシュラウド14の出口と流量調整体18の空力面50との間の隙間が狭まった位置のことである。ここでまた留意すべきは、図2及び図4に示すような空力ブレーキがかかっていない条件での、且つ図3及び図5に示すような空力ブレーキがかかった条件での、タービンシュラウド14の入口に関するインペラー16の位置である。かなりの強風状態に対しては、キャッチ機構(図示せず)操作を含むことが好都合であり得る。キャッチ機構操作は、圧縮ばね24が、或る定められた限界まで圧縮されたとき、このキャッチにより、圧縮ばね24を減圧させないようにし、且つキャッチを開放させるまで、風力エネルギー抽出デバイス10に空力ブレーキがかかった状態を継続させるようにする。このキャッチ機構は、過酷な天候条件において、移動する要素を更に保護するよう働くことができる。
FIG. 2 provides a cross-sectional view of a plurality of elements of the wind
図3は、インペラー16を示し、インペラー16は、インペラー駆動軸26へ取り付けられている。インペラー駆動軸26は、駆動軸ハウジング38を通過し且つ駆動軸ハウジング38内を自由に回転する。次にインペラー駆動軸26は、流量調整体18に入る。流量調整体18はまた、電力コンバータ22を収容するために用いられることができる。電力コンバータ22は、典型的には交流機又は発電機であり、機械的なトルクを、使用可能な電気的エネルギーに変換するために用いられる。本発明の風力エネルギー抽出デバイスの目的は、電力コンバータ22を、インペラー16を通過する高速の流れから移すことである。従来の風力タービンでは、交流機又は発電機は、流線形(faired in)でなければならないと提案されていた。その理由は、高速の風の流れのなかで、これら要素の必要な設置によって引き起こされる空力的な抗力損失を最小限にするためである。本発明の風力エネルギー抽出デバイスのインペラー駆動軸26は、タービンシュラウド14を通じて引き込まれた高速の風の流れへとインペラー16を延在させるとともに、電力コンバータ22が、流量調整体18の空力面50の風下若しくは風下側上に又は風下若しくは風下側内に包囲されてこの高速の風の流れから外れることを可能にする。流量調整体18の風上側にある空力面50は、流量調整体18から外側に風の流れを方向づけるよう働き、且つ複数のコンセントレータウイング12にわたって流れる風へ向けて方向付けるように働いて、流量調整体18の風下側に、「デッドエアスペース」又はより遅く移動するエアスペースを形成させる。このデッドエアスペースは、電力コンバータ22についての理想的な場所を提供し、特に、流量調整体18内に収容され且つ天候及び自然環境の他の要素から保護されるときに理想的な場所となる。
FIG. 3 shows the
理論的に、且つ実際に、エネルギー抽出効率が最も高くなるときは、風が、風力タービンのすぐ下流で、元の自由流速の約1/3まで減速したときである。この原理は、シュラウド付き風力タービンにも適用される。この原理は、風力エネルギー抽出デバイス10において適用される。風力エネルギー抽出デバイスの目的は、風力エネルギー抽出デバイス10の複数の要素をマウントし且つ支持することであり、それにより、風力エネルギー抽出デバイス10の構成部品の上流にある高速の風の流れの妨げが僅かであることを呈示し、且つ、風力エネルギー抽出デバイス10を、即座に、且つ好ましくは、モータ駆動又は副次的な風向き検知機器の補助なしで、対向風へと向けることを可能にする。図2を再度参照すると、ダウンウインドガイダンス30が、かかる働きをする。ダウンウインドガイダンス30は、風下支持32、複数のコンセントレータウイング12を支持するマウンティング要素、流量調整体18、及び風力エネルギー抽出デバイス10の他の要素を含み、且つダウンウインド方向において、コンセントレータウイング12の風下側のより遅く移動する風の流れの中へと延在する。次に風下支持32は、先述した風の流れの中心軸線から外側へ旋回し、且つ最後にスイベル34と接続する。スイベル34は、複数のコンセントレータウイング12及び風力エネルギー抽出デバイス10の他の要素上の風圧の中心部より少し前方にマウントされ、それによりこれら要素は、スイベル34周りを回転でき、且つ対向風へと方向付けられるか又は好ましくは適切に自主的に向くことができる。スイベル34は、シールされた複数の転がり軸受を含むことが最良であり、シールされた複数の転がり軸受を含むことで、スイベル34の低摩擦の回転が可能になり、且つ屋外の環境での長寿命が確実になる。スイベル34はまた、整流子板(図示せず)を含んでもよい。整流子板は、電力コンバータ22によって生成された電力を、更なる処理又は利用のため、スイベル34を通じて伝達する。
Theoretically and in fact, the highest energy extraction efficiency is when the wind has slowed down to about 1/3 of the original free flow rate, just downstream of the wind turbine. This principle also applies to wind turbines with shrouds. This principle is applied in the wind
次に図7を参照すると、ライザ42が、典型的には局所的な重力線と平行にマウントされることを確実にするよう、配慮されるべきである。ライザ42は、スイベル34への支持を提供するとともに、風力エネルギー抽出デバイス10の要素を、より自由な妨げられない風の流れへと延在させる。風力エネルギー抽出デバイス10の複数の実施形態を設計する間もまた、スイベル34によって支持された風力エネルギー抽出デバイス10の複数の要素が、前後の方向に適度にバランスがよくとれていることを確実にするよう配慮せねばならず、それにより、ライザ42が局所的な重力線と完全に平行にマウントされない場合でも、対向風への如何なる自己案内のエラーをも最小限にする。ライザ42及び風力エネルギー抽出デバイス10の他の要素を支持する基礎44もまた同様に、設置される地域で予想される最も強い風力を受容するよう設計されるべきである。図7はまた、スイベル34によって画定された共通軸線周りのダウンウインドガイダンス30の動作を、矢印を用いて示す。
Referring now to FIG. 7, care should be taken to ensure that the
図8は、風力エネルギー抽出デバイス10の追加の実施形態を示す。この例では、風力エネルギー抽出デバイス10は、複数のインペラー16を含み、且つ1つ又は複数の電力コンバータ22を含む(電力コンバータ22は、図8では図示されない)。単一の電力コンバータ22のみが、複数のインペラー16に必要である。複数のインペラー16は、プーリ、伝動装置、又は如何なる種々の手段を介して、単一の電力コンバータ22へ接続されることができる。たとえば、図11に示されるように、3つのインペラー16が、単一の電力コンバータ22へ接続されてもよい。この図面でまた留意すべきことは、複数のコンセントレータウイング12が、直線面として表され、以前の図面で表された湾曲面とは異なることである。スイベル34(複数可)もまた、風力エネルギー抽出デバイス10の要素を、適切に対向風に向けるように働くことが示される。図8においてまた留意することは、流量調整体18が、本実施形態では複数のインペラー16の全長にわたることであり、以前の図面に示されているような、単一のインペラー16のダウンウインドでのみ存在することとは異なることである。複数のインペラー駆動軸26(図8には図示せず)もまた、流量調整体18から延在して、複数のインペラー16を、タービンシュラウド14を通って流れる高速の風へと位置付ける。再び、明確にしておくが、インペラー16に最も近接したコンセントレータウイング12が、タービンシュラウド14の機能を果たしてもよい。
FIG. 8 shows an additional embodiment of the wind
図9は次に、図8で紹介されたように、風力エネルギー抽出デバイス10の追加の実施形態の断面を示す。この例において、且つ更に明確にするために、インペラー16に最も近接した空力要素としての2つの追加のコンセントレータウイング12が、タービンシュラウド14として働く。電力コンバータ22もまた、図9で示されるが、以前の図面と同様、ダウンウインドに又は流量調整体18の空力面50の反対側に置かれている。複数の電力コンバータ22及び複数のインペラー16を使用することは、幾つかの重要な利点がある。相対的に小さい複数のインペラー16が、より高い毎分回転数(rpm)を有することができ、換言すると、複数の電力コンバータ22が、直接駆動され且つまた相対的に高い毎分回転数で操作できる。概して、より高い回転速度の交流機又は発電機は、より少ないワインディングを要し、且つ生産においてコストがかからない。別の重要な態様は、速度超過の保護に係る。明らかに、インペラー16及び電力コンバータ22の数が、風を捕捉する或る固定された領域に対して相対的に増加すると、個々のインペラー16及び電力コンバータ22にとって、風力エネルギーを使用可能な電気エネルギーに変換する作業が、分担され且つ低減される。続いてまた、インペラー16及び電力コンバータ22の速度超過を防ぐ作業が、多数のこれら要素にわたって分担される。電力コンバータ22の適切な形態の例としての交流機の電気的又は時期的抵抗は、自動車両を操作する殆どの人とって、珍しくはない。かかる車両は、アイドリング中で、且つヘッドランプといった幾らかの追加の電気負荷が適用されたとき、エンジンのアイドリングが、止まってしまう場合がある。アイドリングの停止は、交流機を回転させるためにエンジンがより多く働かなくてはならない結果として起きる。交流機は、ヘッドランプへ電力を提供するよう、より大きな要求が成されたことに応答して、より大きな電気的又は磁気的抵抗を適用する。この同じ電気的又は磁気的抵抗を、電力コンバータ22に適用して、追加の電気を生成してもよく、且つ同時に、より強風の状態での電力コンバータ22の回転速度を制御してもよい。重ねて言うが、風力エネルギー抽出デバイス10の、風を獲得するいくつかの固定された領域に関して電力コンバータ22の数を増加させることにより、インペラー16及び電力コンバータ22の速度超過にブレーキを適用するためのより高い能力を提供する。ライザ42もまた図9に示され、流量調整体18の空力面50のダウンウインドか又は反対側にわたっている。このことは、ライザ42にとって単に都合のよい場所というだけではない。何故なら、かかる場所は、ライザ42が、風力エネルギー抽出デバイス10の要素を支持できる場所であり、且つ、そうでなければライザ42によって引き起こされる空力的な抗力損失を、即座に低減できる場所だからである。代替的なダウンウインドガイダンス46は、したがって本実施形態においてダウンウインドガイダンス30の代替を提供し、それによって代替的なダウンウインドガイダンス46は、ダウンウインドにわたるか又は流量調整体18の空力面50の反対側にあるライザ42を含み、且つスイベル(複数可)34もまた含む。この場合のスイベル34は、風力エネルギー抽出デバイス10の他の要素に関して、好ましくは十分にアップウインドで置かれ、風力だけで、風力エネルギー抽出デバイス10の要素を、対向風へと適切に向けさせるようにし、モータ駆動又は他の補助は用いない。
FIG. 9 then shows a cross-section of an additional embodiment of the wind
図10は、風力エネルギー抽出デバイス10の追加の実施形態である2つの斜視図を提供する。円形の矢印が、代替的なダウンウインドガイダンス46の動きを示すよう働く。ダウンウインドガイダンス46が移動するときは、風力エネルギー抽出デバイス10の複数の要素が、スイベル34(複数可)周りを回転して対向風と向かい合うときである。図10にはランプ48もまた示されて、風力エネルギー抽出デバイス10を、街灯柱及び風力/電力発電機という2つの用途を有するデバイスとして構成する例を提供する。街灯柱及び風力/電力発電機であるデバイス10は、道路沿いに用いられてもよく、たとえば、街中の通り、幹線道路、幹線道路の交差点沿いであり、これらの場所でランプ48が、道路を又は道路の交差点を照射するよう用いられて、且つ風力/電力発電機が、ランプ48又は電気電力系統へ電力を提供する。ライザ42は、複数のコンセントレータウイング12に関して引き続き静止し、風向又は対向風へのコンセントレータウイング12の向きに拘わらず、ランプ48の静止したマウンティングを可能にする。
FIG. 10 provides two perspective views that are additional embodiments of the wind
図11は、2つの風力エネルギー抽出システムの追加の図を提供し、各システムは、2組のコンセントレータウイング12、及び3つのインペラー16を有する。図11はまた、ライザ42の上部にマウントされた絶縁体50、及び送電線54を示す。送電線54は、2つの風力エネルギー抽出システムを合わせて接続し、電柱52も合わせて接続する。図示された電柱52は、電気電力系統と相互接続できる。コンセントレータウイング12より上に延在するライザ42は、絶縁体50が、送電線54を地表面よりずっと高いところに所持させることを可能にする。重ねて言うが、静止し、且つコンセントレータウイング12の向きに依存しないライザ42により、ライザ42の上部の絶縁体50の静止したマウンティングが可能になる。地表面よりずっと高いところに送電線54を保持することで、農地に設置される場合に、農業機械が、送電線54の下を通過でき、且つケーブルを地中に埋め込むという追加のコスト及び危険を回避する。
FIG. 11 provides additional views of two wind energy extraction systems, each system having two sets of
図12A及び図12Bが、本発明10の2つの斜視図を提供し、コンセントレータウイング12及びインペラー16は、スイベル(複数可)34に関して更に後部又はダウンウインドに位置付けられる。この図は、前述したように、スイベル34の場所を、風力エネルギー抽出デバイス10の他の要素に関して十分にアップウインドにして、モータ駆動又は他の補助を用いずに風の力だけで風力エネルギー抽出デバイス10の要素を対向風へと適切に向けさせるようにすることを強調するために示される。コンセントレータウイング12及びインペラー16をライザ42に関して更に後部又はダウンウインドに置くことにより、風の力だけで本発明10の要素を適切に対向風へと向けさせることが確実になる。同様に、流量調整体18の空力面50は、引き続き動作してライザ42の少なくとも一部分上の風力を低減し、且つ同様に、空力面50は、風の流れを外側へ且つコンセントレータウイング2と反応する風の流れへ向けて引き続き方向付ける。
12A and 12B provide two perspective views of the
タービンシュラウド14への入口の直径を最小限にする利点、及びインペラー16の直径を、コンセントレータウイング12のより大きな直径又は捕捉領域に関して最小限にする利点を明確にするために、図面の参照もまた役立つ。大きな直径の複数のコンセントレータウイング12、又は複数のコンセントレータウイング12によってもたらされるより大きな捕捉領域は、風力エネルギー抽出デバイス10が、タービンシュラウド14の前方領域に関する風の大きな領域からのエネルギーの捕捉及び抽出を可能にすると同時に、飛行中の鳥にとって非常に認識し易い。コンセントレータウイング12はまた、色、影、又は模様のコントラストをこれらの要素に適用することによって、より認識し易く作成することができ、草原や砂漠等に見られるような比較的特徴のない景観内に風力エネルギー抽出デバイス10の複数の実施形態を設置する際、そのように作成できる。マーキング及び色づけを用いることもまた、風力エネルギー抽出デバイス10の実施形態が、飛行中の鳥に害を与えることなく、他のきめ細やかな景観内へよりとけ込むことができる。たとえば、ウインドファームを考えてみる。そのウインドファームは、周囲の森林に類似した質感及び色づけを施された風力エネルギー抽出デバイス10の複数の実施形態を有する。風力タービンは、鳥からは周囲の森林の木と同じ質感を有する丘又は突出した区域に見え、且つ同時に、風力タービンは、森林の景観に視覚的に調和できる。必要であると認められる場合、タービンシュラウド14の直径がより小さいと、この要素の入口に遮蔽をかけることが容易である。しかしながら十中八九、遮蔽は、前述した理由から必要ではない。
To clarify the benefits of minimizing the diameter of the inlet to the
概して、80m以上の直径の大型のロータブレードを有する風力タービンは、25mph又は30mphを超える風から追加のエネルギーを抽出することが不可能である。換言すれば、25mphの風からも、35mphの風からも、同量のエネルギーが、抽出される。一つの風に利用可能な電力が、風速度の3乗まで増加すると仮定すると、このことは、潜在的なエネルギーの著しい損失である。これらの機械もまた、全体的にシャットダウンせねばならず、風速が約45又は50mph程で、ロータブレードが、完全に停止される。概して25マイル/時間を超える風では、一般的な長いロータブレードの風力タービン設計は、ブレード自体に作用し、且つ伝動装置、ベアリング、ブレーキシステム、及びそれら機械の支持構造に作用する凄まじい力を発達させる。このことは、35mphの風における利用可能な電力が、25mphの風において利用可能な電力の3倍(2.74)に近いことを考えたとき、重要な結果である。25mphの風とは、典型的な、直径の大きいロータブレードの発電曲線の頂点である。風力エネルギー抽出デバイス10は、流量調整体18のおかげで、対向風に対して広い前面面積を呈示することが可能であると同時に、即座にロータブレード又はインペラー16の寸法を最小にする。より小さな直径のロータブレードを用いることによって、風力エネルギー抽出デバイス10の複数の実施形態は、インペラー16を、十分に速いrpmで運転することができ、且つ大きな直径のロータブレードを有する一般的な風力タービンと比較して、十分に速い風速からエネルギーを効率的に抽出する。前述したように、流量調整体18を含まないシュラウド付き風力タービンは、上述したようなシュラウドの失速を起こさずに、これら高速の風を処理することはおろかインペラーの直径に対して高い比率のシュラウドの直径を提供することはできない。
In general, wind turbines with large rotor blades with a diameter of 80 m or more are unable to extract additional energy from winds exceeding 25 mph or 30 mph. In other words, the same amount of energy is extracted from both 25 mph wind and 35 mph wind. Assuming that the power available for a single wind increases to the third power of the wind speed, this is a significant loss of potential energy. These machines must also be shut down overall, with wind speeds on the order of about 45 or 50 mph and the rotor blades being completely stopped. For winds generally above 25 miles / hour, the typical long rotor blade wind turbine design develops tremendous forces acting on the blades themselves and on the transmissions, bearings, brake systems, and supporting structures of those machines. Let This is an important result when considering that the power available in 35 mph wind is close to three times (2.74) the power available in 25 mph wind. The 25 mph wind is the apex of a typical large diameter rotor blade power generation curve. The wind
最後に、風力エネルギー抽出デバイス10の全体的な設計に起因して、且つ特に空力ブレーキ20及びダウンウインドガイダンス30、及び相対的に小型のインペラー16及びタービンシュラウド14の導入することで、設計、製造及び維持コスト及び費用が、現在の風力タービン設計に関して全て低減されることができる。
Finally, due to the overall design of the wind
用語「気」「空気」及び「風」は、本願の全体にわたって流体を表すよう用いられて、このことは、当該技術分野及び流体力学のプラクティスで理解され且つ定義されている通りである。風力エネルギー抽出デバイス10の主要な意図は、風からのエネルギーの抽出であるが、この原理及び革新を、等しく他の流体流に適用してもよく、特に流水に適用してもよい。流水もまた、自然を利用したエネルギーの豊かな資源として考えられている。単一のコンセントレータウイングを用いたデバイスに複数のインペラーを設計することもまた、有用であるが、この設計は、複数のコンセントレータウイングを用いた設計よりも効率的ではない。
The terms “air”, “air” and “wind” are used throughout this application to refer to fluids, as understood and defined in the art and hydrodynamic practices. Although the primary intent of the wind
先行の説明は、風力エネルギー抽出デバイス10の主目的及び利点を説明する目的にかなう。本発明から逸脱することなく、説明した実施形態に軽微な変更を成してもよい。
The preceding description serves the purpose of describing the main purpose and advantages of the wind
Claims (31)
垂直方向に伸張されて設けられ、捕捉領域を定めるコンセントレータウイングであり、当該コンセントレータウイング間の前記風の流れと反応して静気圧の降下を誘引し次に静気圧の降下を用いて複数のインペラーを駆動する、複数のコンセントレータウイングと;
前記の各インペラーに付属する電力コンバータと;
流量調整体であり、空力面を有し、該空力面は、当該流量調整体と衝突する風の流れを、当該流量調整体から外側へ、且つ前記コンセントレータウイングと反応する前記風の流れへと方向付ける、流量調整体と;
ライザであり、該ライザは前記コンセントレータウイング、前記インペラー、及び前記流量調整体を支持する第1部分を有し、前記流量調整体の少なくとも一部分が前記捕捉領域内に位置付けられ、且つ前記流量調整体の前記少なくとも一部分が当該ライザの前記第1部分の風当たりを低減させるように、当該ライザの前記第1部分は前記流量調整体の前記少なくとも一部分に対して位置付けられる、ライザと;
を有する、
風力エネルギー抽出装置。A wind energy extraction device that interacts with the flow of wind,
A concentrator wing provided extending vertically and defining a capture area, wherein the impeller wings react with the wind flow between the concentrator wings to induce a drop in static pressure and then use the drop in static pressure to impeller Multiple concentrator wings that drive
A power converter attached to each impeller;
A flow regulating body having an aerodynamic surface, wherein the aerodynamic surface causes the flow of wind colliding with the flow regulating body to flow outward from the flow regulating body and to the wind flow reacting with the concentrator wing. Directing the flow control body;
A riser, the riser having a first portion supporting the concentrator wing, the impeller, and the flow regulator, wherein at least a portion of the flow regulator is positioned within the capture region, and the flow regulator A riser, wherein the first portion of the riser is positioned relative to the at least a portion of the flow regulator, such that the at least a portion of the riser reduces wind resistance of the first portion of the riser;
Having
Wind energy extraction device.
各インペラーに付属するインペラー駆動軸を更に有し、前記駆動軸は、インペラーを電力コンバータへ接続する、
請求項1記載の装置。The power converter further includes a plurality of power converters positioned on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow rate adjusting body; and further includes an impeller drive shaft attached to each impeller, and the drive shaft includes the impeller as a power converter. Connect to the
The apparatus of claim 1.
請求項1又は2記載の装置。The first portion of the riser is stationary;
The apparatus according to claim 1 or 2.
を更に有する、
請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の装置。At least one swivel, connected to the first portion of the riser for allowing the concentrator wing, the impeller and the power converter to rotate about the swivel, and of the concentrator wing, the impeller and the power converter At least one swivel that provides orientation,
Further having
Apparatus according to any one of claims 1 to 3.
a.地表の上に延在する静止したライザを提供するステップと;
b.複数のインペラーを前記ライザで支持するステップであり、前記の各インペラーは駆動軸を有し、前記インペラーは前記ライザと実質的に平行に整列される、支持するステップと;
c.垂直方向に伸張されて設けられ、捕捉領域を定めるよう、且つ複数のコンセントレータウイング間の前記風の流れによって静気圧の降下を誘引するよう、前記インペラー周りに1つ又は複数のコンセントレータウイングを位置付けるステップと;
d.前記複数のインペラーを横切る風の流れを引き込んで前記駆動軸を回転させるよう前記静気圧の低下を用いるステップと;
e.空力面を有する流量調整体を前記捕捉領域内に位置付けて、前記1つ又は複数のコンセントレータウイング間の層流を向上させるよう前記空力面を用いて前記流量調整体から外側に且つ前記1つ又は複数のコンセントレータウイングにわたる風の流れへと風の流れを方向付けるステップと;
f.前記ライザの動風圧を低減するよう前記流量調整体の前記空力面を用いるステップと;
を有する、
風の流れからエネルギーを抽出する方法。A method for extracting energy from wind flow, which:
a. Providing a stationary riser extending above the ground surface;
b. Supporting a plurality of impellers with the riser, each impeller having a drive shaft, the impeller being aligned substantially parallel to the riser;
c. Positioning one or more concentrator wings around the impeller so as to extend vertically and define a capture area and induce a drop in static pressure by the flow of wind between the concentrator wings When;
d. Using the reduced hydrostatic pressure to draw a flow of wind across the plurality of impellers to rotate the drive shaft;
e. A flow regulator having an aerodynamic surface is positioned in the capture region to use the aerodynamic surface to outwardly from the flow regulator and improve the laminar flow between the one or more concentrator wings. Directing the wind flow into a wind flow across a plurality of concentrator wings;
f. Using the aerodynamic surface of the flow regulator to reduce the dynamic wind pressure of the riser;
Having
A method of extracting energy from wind flow.
を更に有する、
請求項5記載の方法。Positioning one or more power converters on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow regulator;
Further having
The method of claim 5.
を更に有する、
請求項5記載の方法。Positioning more than one power converter on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow regulator;
Further having
The method of claim 5.
を更に有する、
請求項5乃至7のうちいずれか一項記載の方法。Using the wind flow to change the orientation of the concentrator wing and the impeller so that the wind flow passes over the concentrator wing and the impeller;
Further having
8. A method according to any one of claims 5 to 7.
を更に有する、
請求項5乃至7のうちいずれか一項記載の方法。Rotating the plurality of concentrator wings and the impeller to face the flow of wind;
Further having
8. A method according to any one of claims 5 to 7.
a.2つ以上のインペラーであり、前記の各インペラーは、該インペラーの軸線を定める回転する駆動軸を有し、当該インペラーは非同軸に整列している、2つ以上のインペラーと;
b.前記2つ以上のインペラーと動作可能に付属する、1つ又は複数の電力コンバータと;
c.前記インペラー周りに配置される複数の垂直方向に伸張されて設けられるコンセントレータウイングであり、前記コンセントレータウイングによって風の流れと反応して捕捉領域において静気圧の降下を誘引し、次に静気圧の降下を用いて前記2つ以上のインペラーを駆動する、複数のコンセントレータウイングと;
d.少なくとも1つの流量調整体であり、前記コンセントレータウイングによって前記捕捉領域内に配置され、且つ風を偏向させる空力面を有し、該空力面は、当該流量調整体と衝突する風の流れを、当該流量調整体から外側へ、且つ前記複数のコンセントレータウイングと反応する前記風の流れへと方向付け、風を偏向させる前記空力面は、前記コンセントレータウイング間の空気流の層流を向上させるよう輪郭付けられる、少なくとも1つの流量調整体と;
e.前記インペラー、前記電力コンバータ、前記コンセントレータウイング、及び前記少なくとも1つの流量調整体を支持するライザであり、該ライザの静止した第1部分は、前記コンセントレータウイングによって定められた前記捕捉領域内及び風を偏向させる前記空力面の風下側に位置付けられて、風を偏向させる前記空力面によって前記ライザの前記第1部分の風の力が低減されるようにする、ライザと;
を有する、
風の流れと相互作用する風力エネルギー抽出装置。A wind energy extractor that interacts with the wind flow:
a. Two or more impellers, each impeller having a rotating drive shaft defining an axis of the impeller, wherein the impellers are non-coaxially aligned; and
b. One or more power converters operatively associated with the two or more impellers;
c. A plurality of vertically extended concentrator wings disposed around the impeller, wherein the concentrator wings react with the flow of wind to induce a drop in static pressure in the capture region, and then drop in static pressure A plurality of concentrator wings for driving the two or more impellers using
d. At least one flow rate adjusting body, which is disposed in the capture region by the concentrator wing and has an aerodynamic surface for deflecting wind, and the aerodynamic surface is configured to cause a flow of wind colliding with the flow rate adjusting body to The aerodynamic surface for directing and deflecting the wind from the flow regulator to the outside and reacting with the plurality of concentrator wings is contoured to improve laminar airflow between the concentrator wings And at least one flow regulator,
e. A riser that supports the impeller, the power converter, the concentrator wing, and the at least one flow regulator, wherein a stationary first portion of the riser is adapted to wind in the trapping region and wind defined by the concentrator wing. A riser positioned on the leeward side of the aerodynamic surface to be deflected so that the aerodynamic surface to deflect the wind reduces the wind force of the first portion of the riser;
Having
Wind energy extractor that interacts with wind flow.
請求項10記載の装置。The two or more impellers are arranged in a linear array;
The apparatus of claim 10.
請求項10又は11記載の装置。The two or more impellers are parallel to the first portion of the riser;
12. Apparatus according to claim 10 or 11.
請求項10乃至12のうちいずれか一項記載の装置。The number of flow regulators matches the number of power converters,
Device according to any one of claims 10 to 12.
を更に有する、
請求項10乃至13のうちいずれか一項記載の装置。The riser is a swivel in which an impeller and concentrator wing can rotate around the riser and can be directed to the flow of wind,
Further having
14. Apparatus according to any one of claims 10 to 13.
請求項10乃至14のうちいずれか一項記載の装置。The two or more impellers are vertically aligned with respect to the ground surface;
15. A device according to any one of claims 10 to 14.
請求項10乃至15のうちいずれか一項記載の装置。The plurality of concentrator wings are positioned concentrically with respect to each other;
Apparatus according to any one of claims 10 to 15.
請求項10乃至16のうちいずれか一項記載の装置。The plurality of concentrator wings have at least inner and outer concentrator wings, the inner and outer concentrator wings being spaced to allow air to flow between the inner and outer concentrator wings;
Apparatus according to any one of claims 10 to 16.
請求項10乃至17のうちいずれか一項記載の装置。The riser extends substantially across the capture area defined by the concentrator wing;
18. Apparatus according to any one of claims 10 to 17.
請求項10乃至18のうちいずれか一項記載の装置。The flow regulator extends substantially across the capture area defined by the concentrator wing;
19. A device according to any one of claims 10 to 18.
さらにダウンウインドガイダンスを含み、少なくとも前記複数の駆動コンバータを含む複数の要素を支持し、及び前記複数の要素を風の方向に適切に方向付けするようにし、前記ダウンウインドガイダンスはさらに、ライザを含み、前記複数の要素を風の方向に拡張し、前記ダウンウインドガイダンスがさらに少なくともひとつのスイベルを含み、前記複数の要素が前記スイベルに対し回転して前記方向に効果を与えることを可能とする、
風力エネルギー抽出装置。Attract drop static pressure to react with the wind flow, then to drive a plurality of impellers comprises a concentrator wings, and a plurality of power converters, the concentrator wings are extended in the vertical direction, the plurality of Impellers are provided to be arranged in a straight line; and further includes downwind guidance, supports a plurality of elements including at least the plurality of drive converters, and appropriately directs the plurality of elements in the direction of the wind The downwind guidance further includes a riser and expands the plurality of elements in a wind direction, the downwind guidance further includes at least one swivel, and the plurality of elements rotate relative to the swivel. Can be effective in the above direction,
Wind energy extraction device.
請求項20の風力エネルギー抽出装置。And a flow control body having an aerodynamic surface, wherein the aerodynamic surface reacts with the wind flow colliding with the flow control body outwardly from the flow control body and with the one or more concentrator wings. The flow adjustment body includes the plurality of elements supported by the downwind guidance,
The wind energy extraction apparatus according to claim 20.
請求項21の風力エネルギー抽出装置。At least a portion of the riser of the downwind guidance is extended on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow control body,
The wind energy extraction apparatus according to claim 21.
請求項21又は22のいずれかに記載の風力エネルギー抽出装置。The aerodynamic surface of the flow regulating body reduces wind collisions of at least a portion of the riser;
The wind energy extraction apparatus according to claim 21 or 22.
請求項21乃至23のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。The flow regulator extends substantially across the concentrator wing;
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 23.
請求項21乃至24のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。A portion of the riser extends substantially across the concentrator wing;
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 24.
請求項21乃至25のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。At least a portion of the riser is stationary relative to the ground,
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 25.
請求項21乃至26のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。The impeller is parallel to at least a portion of the riser;
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 26.
請求項21乃至27のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。The impeller is disposed perpendicular to the ground surface;
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 27.
請求項21乃至28のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。The concentrator wings are located concentrically with each other;
The wind energy extraction device according to any one of claims 21 to 28.
請求項20乃至29にいずれか1項に記載の風力抽出装置。To be installed on the lamppost,
The wind power extraction device according to any one of claims 20 to 29.
請求項20乃至30のいずれか1項に記載の風力エネルギー抽出装置。A wind energy extraction device or an insulator that supports a transmission line that enables the electrical connection of the utility pole,
The wind energy extraction device according to any one of claims 20 to 30.
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