JP2006152854A - Wind mill with diffuser - Google Patents

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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the power-generation efficiency of a wind mill with a diffuser by sucking air in a boundary layer near a diffuser outlet to heighten an in-flow wind speed of a diffuser inlet. <P>SOLUTION: The small-area opening 21 and large area opening 22 of a diffuser 20 are arranged at windward and leeward sides, respectively, and a rotor 30 and a nacelle 40 are arranged at the windward side of a flow path space surrounded by the diffuser 20. The diffuser 20 and the nacelle 40 are interconnected with a coupling part 50, and the holes 23 are provided on an inner wall 22a near the large area opening 22 of the diffuser 20. Further, a flow path communicating from the holes 23 to the inside of the nacelle 40 through the insides of diffuser 20 and coupling part 50 is set up, and an exhaust outlet is provided on the nacelle 40 to generate an air stream from the communicating flow path toward the exhaust outlet by an air stream-generating means (a cooling fan 70). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ディフューザ付風車に関する。   The present invention relates to a wind turbine with a diffuser.

現在、水平軸風車の発電量を増大させる手段として、流路面積が漸次拡大するように形成されたディフューザ(拡大管)が採用されている。ディフューザの入口(小面積開口部)を風上側に配置するとともに出口(大面積開口部)を風下側に配置し、ディフューザの入口近傍に水平軸風車のロータを配置することにより、ロータに流入する風速を高めて発電量の増大を図ることができる。   Currently, as a means for increasing the amount of power generated by a horizontal axis wind turbine, a diffuser (expansion tube) formed so that the flow passage area gradually increases is employed. The diffuser inlet (small area opening) is arranged on the leeward side, the outlet (large area opening) is arranged on the leeward side, and the rotor of the horizontal axis wind turbine is arranged near the diffuser inlet to flow into the rotor. The amount of power generation can be increased by increasing the wind speed.

また、近年においては、ディフューザの出口近傍の圧力を低下させることにより、さらに集風効果を高める技術が種々提案されている。例えば、ディフューザの出口に「つば」を付けてカルマン渦を発生させ、ディフューザ出口付近に低圧域を発生させることにより、ディフューザ入口における流入風速を増大させる試みがなされている(例えば、非特許文献1参照。)。
大屋裕二、他5名、「風レンズ(風の局所集中効果)による風力発電の高出力化」、第33回流体力学講演会講演集、日本航空宇宙学会、2001年、p.229-232
In recent years, various techniques have been proposed for further improving the wind collecting effect by reducing the pressure in the vicinity of the outlet of the diffuser. For example, an attempt has been made to increase the inflow air velocity at the diffuser inlet by attaching a “collar” to the diffuser outlet to generate a Karman vortex and generating a low pressure region near the diffuser outlet (for example, Non-Patent Document 1). reference.).
Yuji Oya and five others, “High output of wind power generation by wind lens (local concentration effect of wind)”, Proceedings of the 33rd Fluid Dynamics Conference, Japan Aerospace Society, 2001, p.229-232

しかし、非特許文献1に記載された技術は、ディフューザの出口付近で積極的にカルマン渦を発生させるものであるため、図4に示すようにディフューザ100の出口120の付近で境界層が剥離してしまい、実質的に流路が拡張しない。このため、ディフューザ100の入口110への流入風速が低くなり、発電効率が低下するおそれがあった。   However, since the technique described in Non-Patent Document 1 actively generates Karman vortices near the diffuser outlet, the boundary layer peels off near the outlet 120 of the diffuser 100 as shown in FIG. As a result, the flow path does not substantially expand. For this reason, the inflow wind speed to the inlet 110 of the diffuser 100 may become low, and there exists a possibility that electric power generation efficiency may fall.

本発明の課題は、ディフューザ付風車において、ディフューザ出口付近の境界層の剥離を抑制することにより、ディフューザ入口の流入風速を高めて発電効率を向上させることである。   An object of the present invention is to improve power generation efficiency by increasing the inflow air velocity at the diffuser inlet by suppressing separation of the boundary layer in the vicinity of the diffuser outlet in the wind turbine with a diffuser.

以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、流路面積が漸次拡大するように形成され小面積開口部が風上側に大面積開口部が風下側に各々配置されたディフューザと、前記ディフューザによって囲われた流路空間の前記小面積開口部近傍に配置され水平方向に延在する回転軸を中心に回転するロータと、前記回転軸を支持するナセルと、を備えるディフューザ付風車において、前記ディフューザと前記ナセルとを連結する連結部と、前記ディフューザの前記大面積開口部近傍の内壁に設けられた孔と、前記孔から前記ディフューザ内及び前記連結部内を経由して前記ナセルの内部にいたる連通流路と、前記ナセルに設けられた排気口と、前記連通流路から前記排気口へと向かう気流を生成する気流生成手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a diffuser in which the flow path area is gradually increased and the small area opening is disposed on the windward side and the large area opening is disposed on the leeward side. A rotor that rotates around a rotating shaft that is disposed in the vicinity of the small-area opening of the channel space surrounded by the diffuser and extends in the horizontal direction, and a nacelle that supports the rotating shaft. In the wind turbine, a connecting portion that connects the diffuser and the nacelle, a hole provided in an inner wall near the large-area opening of the diffuser, and the nacelle from the hole through the diffuser and the connecting portion A communication flow path leading to the interior of the battery, an exhaust port provided in the nacelle, and an air flow generation means for generating an air flow from the communication flow path to the exhaust port. To.

請求項1に記載の発明によれば、ディフューザの出口(風下側の大面積開口部)近傍の内壁に孔を設け、この孔からナセルの内部にいたる連通流路を設けるとともに、この連通流路からナセルに設けられた排気口へと向かう気流を気流生成手段で生成する。このため、ディフューザの出口近傍の空気を、連通流路を経由させてナセルの内部に導いて排気口から排出することができる。従って、ディフューザの出口内壁における境界層の剥離を抑制することができるので、ディフューザ出口付近の流路を実質的に拡張することができる。この結果、ディフューザ入口の流入風速を高めることができ、発電効率を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, a hole is provided in the inner wall near the exit of the diffuser (a large area opening on the leeward side), and a communication channel extending from the hole to the inside of the nacelle is provided. The airflow generating means generates an airflow that goes from the exhaust to the exhaust port provided in the nacelle. For this reason, the air in the vicinity of the outlet of the diffuser can be guided to the inside of the nacelle via the communication channel and discharged from the exhaust port. Accordingly, separation of the boundary layer on the inner wall of the diffuser outlet can be suppressed, so that the flow path near the diffuser outlet can be substantially expanded. As a result, the inflow wind speed at the diffuser inlet can be increased, and the power generation efficiency can be improved.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のディフューザ付風車において、前記ロータの回転力を電力に変換する発電機と、前記発電機から放出される熱を前記排気口から前記ナセルの外部に排出する発電機用冷却ファンと、を備え、前記発電機用冷却ファンは、前記気流生成手段として機能することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the wind turbine with a diffuser according to the first aspect, a generator for converting the rotational force of the rotor into electric power, and heat released from the generator from the exhaust port to the nacelle. A generator cooling fan that discharges to the outside, and the generator cooling fan functions as the airflow generating means.

請求項2に記載の発明によれば、発電機から放出される熱を排気口からナセルの外部に排出して発電機を冷却する発電機用冷却ファンを気流生成手段として機能させる。すなわち、気流生成手段を別途設けることなく従来から使用されている発電機用冷却ファンを有効に利用して本発明の作用効果(集風作用及び発電量増大効果)を得ることができるので、低コスト化を達成することができる。   According to the second aspect of the present invention, the generator cooling fan that cools the generator by discharging the heat released from the generator from the exhaust port to the outside of the nacelle is caused to function as the airflow generating means. That is, since the function and effect of the present invention (wind collecting function and power generation amount increasing effect) can be obtained by effectively using a cooling fan for a generator that has been used conventionally without separately providing an airflow generating means, Costing can be achieved.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のディフューザ付風車において、前記ロータの回転力を電力に変換する発電機と、前記ロータの回転数を増加させて前記発電機に伝達する増速機と、前記増速機から放出される熱を前記排気口から前記ナセルの外部に排出する増速機用冷却ファンと、を備え、前記増速機用冷却ファンは、前記気流生成手段として機能することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the wind turbine with a diffuser according to the first or second aspect, a generator that converts the rotational force of the rotor into electric power, and the rotational speed of the rotor is increased and transmitted to the generator. And a speed increasing gear cooling fan that discharges heat released from the speed increasing gear to the outside of the nacelle from the exhaust port, and the speed increasing speed cooling fan is configured to generate the airflow. It functions as a means.

請求項3に記載の発明によれば、増速機から放出される熱を排気口からナセルの外部に排出して増速機を冷却する増速機用冷却ファンを気流生成手段として機能させる。すなわち、気流生成手段を別途設けることなく従来から使用されている増速機用冷却ファンを有効に利用して本発明の作用効果(集風作用及び発電量増大効果)を得ることができるので、低コスト化を達成することができる。   According to the third aspect of the present invention, the speed-up gear cooling fan that cools the speed-up gear by discharging the heat released from the speed-up gear to the outside of the nacelle from the exhaust port is caused to function as the airflow generation means. In other words, the effect of the present invention (wind collecting action and power generation increase effect) can be obtained by effectively using the cooling fan for the speed increaser that has been conventionally used without separately providing an airflow generating means. Cost reduction can be achieved.

本発明によれば、ディフューザの出口近傍の内壁に孔を設け、この孔からナセルの内部にいたる連通流路を設けるとともに、この連通流路から排気口へと向かう気流を生成することにより、ディフューザの出口近傍の空気をナセルの内部に導いて排気口から排出することができる。この結果、ディフューザの出口内壁における境界層の剥離を抑制してディフューザ内の気流の円滑化を達成することができ、ディフューザ入口の流入風速を高めて発電効率を向上させることができる。   According to the present invention, by providing a hole in the inner wall near the outlet of the diffuser, providing a communication channel from the hole to the inside of the nacelle, and generating an air flow from the communication channel to the exhaust port, The air in the vicinity of the outlet can be led into the nacelle and discharged from the exhaust port. As a result, separation of the boundary layer at the outlet inner wall of the diffuser can be suppressed to achieve smooth airflow in the diffuser, and the inflow air velocity at the diffuser inlet can be increased to improve power generation efficiency.

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図1及び図2を用いて、本発明の実施の形態に係るディフューザ付風車1の構成について説明する。本実施の形態に係るディフューザ付風車1は、図1及び図2に示すように、所定の場所に設置されるタワー10、タワー10の頂部に取り付けられたディフューザ20、ディフューザ20によって囲われる流路空間に配置されたロータ30及びナセル40、ディフューザ20とナセル40と連結する連結部50、ナセル40の内部に搭載された発電機60及び冷却ファン70等を備えて構成されている。   First, the structure of the wind turbine 1 with a diffuser which concerns on embodiment of this invention is demonstrated using FIG.1 and FIG.2. As shown in FIGS. 1 and 2, the wind turbine 1 with a diffuser according to the present embodiment includes a tower 10 installed at a predetermined location, a diffuser 20 attached to the top of the tower 10, and a flow path surrounded by the diffuser 20. The rotor 30 and the nacelle 40 disposed in the space, the connecting portion 50 connecting the diffuser 20 and the nacelle 40, the generator 60 mounted in the nacelle 40, the cooling fan 70, and the like are configured.

ディフューザ20は、図1及び図2に示すように、流路面積が漸次拡大するように形成された拡大管であり、風上側に配置される小面積開口部21と、風下側に配置される大面積開口部22と、を有している。ディフューザ20の大面積開口部22近傍の内壁22aには、図2に示すように、複数のオリフィス(孔)23が設けられている。また、ディフューザ20の内部には、図2に示すように、各オリフィス23に連通するとともに後述する連結部内流路51に連通接続されるディフューザ内流路24が設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the diffuser 20 is an expansion pipe formed so that the flow path area gradually increases, and is disposed on the leeward side with a small area opening 21 disposed on the leeward side. A large area opening 22. As shown in FIG. 2, a plurality of orifices (holes) 23 are provided on the inner wall 22 a in the vicinity of the large-area opening 22 of the diffuser 20. Further, as shown in FIG. 2, a diffuser internal flow path 24 that communicates with each orifice 23 and is connected to a connection internal flow path 51 described later is provided inside the diffuser 20.

ロータ30は、図1及び図2に示すように、風力を回転力に変換する2枚のブレード31及びハブ32を有しており、ハブ32に固定された水平方向に延在する回転軸33を中心に回転するように構成されている。ロータ30は、ディフューザ20によって囲われる流路空間の風上側(すなわち小面積開口部21の近傍)に配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotor 30 includes two blades 31 that convert wind force into rotational force and a hub 32, and a rotation shaft 33 that is fixed to the hub 32 and extends in the horizontal direction. It is comprised so that it may rotate around. The rotor 30 is disposed on the windward side of the flow path space surrounded by the diffuser 20 (that is, in the vicinity of the small area opening 21).

ナセル40は、図1及び図2に示すように、ロータ30の風下側に配置された状態で連結部50によってディフューザ20に連結される。ナセル40の内部には、発電機60、冷却ファン70及び図示されていないコントローラ等の各種機器が搭載される。ナセル40の風上側端部には、ロータ30の回転軸33が回転自在に取り付けられており、ナセル40の風下側端部には、ナセル40内の空気を外部に排出するための図示されていない排気口が設けられている。また、ナセル40の上下面には、後述する連結部内流路51に位置合わせされる図示されていない貫通孔が設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the nacelle 40 is connected to the diffuser 20 by the connecting portion 50 in a state of being disposed on the leeward side of the rotor 30. Various devices such as a generator 60, a cooling fan 70, and a controller (not shown) are mounted inside the nacelle 40. A rotating shaft 33 of the rotor 30 is rotatably attached to the windward end portion of the nacelle 40, and the leeward side end portion of the nacelle 40 is illustrated for discharging the air in the nacelle 40 to the outside. There is no exhaust vent. Further, on the upper and lower surfaces of the nacelle 40, there are provided through holes (not shown) that are aligned with a flow path 51 in the connecting portion described later.

ディフューザ20とナセル40とを連結する連結部50は、図1及び図2に示すように、ディフューザ20によって囲われる流路空間でナセル40の姿勢を一定に保持する。本実施の形態においては、連結部50として、所定の厚さを有しナセル40の上下に配置される2枚の板状部材を採用している。連結部50の内部には、図2に示すように、ディフューザ20内に設けられたディフューザ内流路24に連通接続され、ナセル40に設けられた貫通孔に位置合わせされる連結部内流路51が設けられている。ディフューザ内流路24と連結部内流路51とナセル40に設けられた貫通孔とによって、ディフューザ20のオリフィス23からナセル40内部にいたる連通流路が構成されることとなる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the connecting portion 50 that connects the diffuser 20 and the nacelle 40 keeps the attitude of the nacelle 40 constant in the flow path space surrounded by the diffuser 20. In the present embodiment, two plate-like members having a predetermined thickness and disposed above and below the nacelle 40 are employed as the connecting portion 50. As shown in FIG. 2, the inside of the connecting portion 50 is connected to the diffuser passage 24 provided in the diffuser 20 and is aligned with the through hole provided in the nacelle 40. Is provided. The communication channel from the orifice 23 of the diffuser 20 to the inside of the nacelle 40 is configured by the in-diffuser channel 24, the connection-portion channel 51, and the through hole provided in the nacelle 40.

発電機60は、図2(a)に示すようにナセル40の内部に搭載され、ロータ30の回転力を電力に変換する。冷却ファン70は、ナセル40の内部において風上側から風下側へと向かう気流を生成することにより、発電機60から放出される熱を排気口からナセル40の外部に排出して発電機60を冷却する。また、冷却ファン70は、前記したように風上側から風下側へと向かう気流を生成することにより、連通流路を介してオリフィス23から境界層を吸い込み、ナセル40内に流入した空気を排気口から排出する。すなわち、冷却ファン70は、本発明における気流生成手段として機能することとなる。   The generator 60 is mounted inside the nacelle 40 as shown in FIG. 2A, and converts the rotational force of the rotor 30 into electric power. The cooling fan 70 generates an air flow from the windward side to the leeward side in the nacelle 40, thereby discharging heat released from the generator 60 to the outside of the nacelle 40 from the exhaust port to cool the generator 60. To do. Moreover, the cooling fan 70 sucks the boundary layer from the orifice 23 through the communication flow path by generating the air flow from the windward side to the leeward side as described above, and the air flowing into the nacelle 40 is exhausted from the exhaust port. To discharge from. That is, the cooling fan 70 functions as an airflow generating means in the present invention.

次に、図3及び表1を用いて、本実施の形態に係るディフューザ付風車1を採用した場合における集風作用及び発電量増大効果について説明する。   Next, with reference to FIG. 3 and Table 1, a wind collecting action and a power generation amount increasing effect when the wind turbine 1 with a diffuser according to the present embodiment is employed will be described.

まず、図3に示すように、ディフューザ20の入口(小面積開口部21)における流路面積、気流の速度及び静圧を各々S、U、pとし、ディフューザ20の出口(大面積開口部22)における開口面積、気流の速度及び静圧を各々U、S、pとする。そして、断面積Sの流管における一様流の速度及び静圧を各々U、pとし空気密度をρとすると、ベルヌイの式(A)及び流量の式(B)は以下のようになる。 First, as shown in FIG. 3, the flow area at the inlet (small area opening 21) of the diffuser 20, the velocity of the airflow, and the static pressure are respectively S 1 , U 1 , and p 1, and the outlet (large area) of the diffuser 20 The opening area at the opening 22), the velocity of the air flow and the static pressure are U 2 , S 2 and p 2 , respectively. Then, assuming that the velocity and static pressure of the uniform flow in the flow tube having a cross-sectional area S 0 are U 0 and p 0 and the air density is ρ, Bernoulli's equation (A) and flow equation (B) are as follows: become.

Figure 2006152854
Figure 2006152854

Figure 2006152854
Figure 2006152854

これらベルヌイの式(A)及び流量の式(B)を用いて、ロータ30に流入する気流の速度(ディフューザ入口における気流の速度:以下「流入風速」という)Uを求めると、流入風速Uは、式(C)に示されるようにディフューザ出口における圧力係数CP2の関数として表される。かかる式(C)により、ディフューザ出口における圧力が低くなるほど流入風速Uが増加することが明らかとなる(集風作用)。 Using the Bernoulli equation (A) and the flow rate equation (B), the velocity of the airflow flowing into the rotor 30 (the velocity of the airflow at the diffuser inlet: hereinafter referred to as “inflowing wind velocity”) U 1 is obtained. 1 is expressed as a function of the pressure coefficient C P2 in the diffuser outlet as shown in equation (C). Such formula (C), the pressure at the diffuser outlet is more incoming wind speed U 1 is found to increase low (wind collecting action).

Figure 2006152854
Figure 2006152854

次に、ディフューザ付風車1の出力係数をη(定数)とすると、発電に利用できる単位時間当りの空気エネルギ(以下「出力」という)Eは以下の式(D)で表される。そして、式(D)のUに式(C)を代入することにより式(E)が得られる。式(E)に示されるように、出力Eはディフューザ出口における圧力係数CP2の関数として表されることとなる。 Next, when the output coefficient of the diffuser with the wind turbine 1 and eta (constant), an air energy (hereinafter referred to as "Output") E R per unit can be used for power generation time is expressed by the following formula (D). Then, the equation (E) is obtained by substituting the equation (C) into U 1 of the equation (D). As shown in equation (E), the output E R is the be expressed as a function of the pressure coefficient C P2 in the diffuser outlet.

Figure 2006152854
Figure 2006152854

Figure 2006152854
Figure 2006152854

この式(E)を圧力係数CP2で微分すると、以下の式(F)が得られる。 When this equation (E) is differentiated by the pressure coefficient CP2 , the following equation (F) is obtained.

Figure 2006152854
Figure 2006152854

ここで、ディフューザ出口における圧力pが一様流の圧力pに充分近いことに着目すると、式(F)において「CP2≒0」と近似することができる。そして、式(F)において「dE」を出力変動「ΔE」とおき、「dCP2」を圧力係数変動「ΔCP2」とおくことにより、近似式(G)が得られる。かかる式(G)により、ディフューザ出口における圧力が低下した場合(ディフューザ出口における圧力係数変動ΔCP2が負となる場合)に、出力Eが増大する(出力Eの変動量ΔEが正となる)ことが明らかとなる(発電量増大効果)。 Here, focusing on the fact that the pressure p 2 at the diffuser outlet is sufficiently close to the uniform flow pressure p 0 , it can be approximated as “C P2 ≈0” in the equation (F). The approximate expression (G) is obtained by setting “dE R ” as the output fluctuation “ΔE R ” and “dC P2 ” as the pressure coefficient fluctuation “ΔC P2 ” in the expression (F). Such formula (G), when the pressure at the diffuser outlet is decreased (when the pressure coefficient variation [Delta] C P2 in the diffuser outlet is negative), the variation amount Delta] E R of the output E R increases (output E R and a positive It becomes clear (power generation increase effect).

Figure 2006152854
Figure 2006152854

<具体例>
一様流の速度Uを「8m/s」、出力係数ηを「0.35」、空気密度ρを「1.225kg/m」、ロータ30の面積(=ディフューザ入口における流路面積)Sを「200m」、ディフューザ出口における流路面積Sを「230m」とする。そして、本発明を適用しない場合におけるディフューザ出口の圧力係数CP2を「−0.4」、本発明を適用した場合におけるディフューザ出口の圧力係数CP2を「−0.6」として式(C)及び式(E)を用いて流入風速U及び出力Eの理論値を求め、その結果を表1に示した。
<Specific example>
The uniform flow velocity U 0 is “8 m / s”, the output coefficient η is “0.35”, the air density ρ is “1.225 kg / m 3 ”, the area of the rotor 30 (= flow path area at the inlet of the diffuser) S 1 is “200 m 2 ”, and the flow path area S 2 at the diffuser outlet is “230 m 2 ”. Then, the pressure coefficient C P2 at the diffuser outlet when the present invention is not applied is “−0.4”, and the pressure coefficient C P2 at the diffuser outlet when the present invention is applied is “−0.6”. and it obtains the theoretical value of the incoming wind speed U 1, and the output E R by using equation (E), and the results are shown in Table 1.

Figure 2006152854
Figure 2006152854

表1に示されるように、ディフューザ出口の圧力係数CP2を「−0.4」から「−0.6」に低下させた場合には、流入風速Uの理論値が「0.8m/s」増加し、出力Eの理論値が「12.3kW」増加することとなった。 As shown in Table 1, when the pressure was decreased coefficient C P2 of the diffuser outlet to "-0.6" from "-0.4" is the theoretical value of the incoming wind speed U 1 is "0.8 m / s "increases, the theoretical value of the output E R has become possible to increase" 12.3kW ".

以上説明した実施の形態に係るディフューザ付風車1においては、ディフューザ20の出口(大面積開口部22)近傍の内壁22aにオリフィス23を設け、オリフィス23からナセル40の内部にいたる連通流路(ディフューザ内流路24、連結部流路51及び貫通孔)を設けるとともに、冷却ファン70で連通流路から排気口へと向かう気流を生成する。このため、ディフューザ20の出口近傍の空気を、連通流路を経由させてナセル40の内部に導いて排気口から排出することができる。従って、ディフューザ20の出口内壁22aにおける境界層の剥離を抑制することができるので、ディフューザ20の出口付近で実質的に流路を拡張することができる。この結果、ディフューザ20の入口の流入風速を高めることができ、発電効率を向上させることができる。   In the wind turbine 1 with a diffuser according to the embodiment described above, an orifice 23 is provided on the inner wall 22a in the vicinity of the outlet (large-area opening 22) of the diffuser 20, and a communication channel (diffuser) from the orifice 23 to the inside of the nacelle 40 is provided. An internal flow path 24, a connecting section flow path 51 and a through hole), and a cooling fan 70 generates an air flow from the communication flow path to the exhaust port. For this reason, the air in the vicinity of the outlet of the diffuser 20 can be guided to the inside of the nacelle 40 via the communication channel and discharged from the exhaust port. Accordingly, separation of the boundary layer at the outlet inner wall 22a of the diffuser 20 can be suppressed, so that the flow path can be substantially expanded near the outlet of the diffuser 20. As a result, the inflow wind speed at the inlet of the diffuser 20 can be increased, and the power generation efficiency can be improved.

また、以上説明した実施の形態に係るディフューザ付風車1においては、発電機60から放出される熱を排気口からナセル40の外部に排出して発電機60を冷却する冷却ファン70を気流生成手段として機能させることができる。すなわち、気流生成手段を別途設けることなく従来から使用されている発電機60用の冷却ファン70を有効に利用して、本発明の作用効果(集風作用及び発電量増大効果)を得ることができるので、低コスト化を達成することができる。   Moreover, in the windmill 1 with a diffuser which concerns on embodiment described above, the cooling fan 70 which discharges | emits the heat discharge | released from the generator 60 to the exterior of the nacelle 40 from an exhaust port, and cools the generator 60 is an airflow production | generation means. Can function as. That is, it is possible to effectively use the cooling fan 70 for the generator 60 that has been conventionally used without separately providing an airflow generating means, thereby obtaining the effects (wind collecting action and power generation increase effect) of the present invention. Therefore, cost reduction can be achieved.

なお、以上の各実施の形態においては、発電機60用の冷却ファン70のみを設けた例を示したが、ロータ30と発電機60の間に増速機を設けるとともに、増速機を冷却する増速機用冷却ファンを設け、増速機用冷却ファンによって風上側から風下側へと向かう気流を生成することもできる。かかる場合における増速機用冷却ファンは、本発明における気流生成手段として機能する。また、発電機用冷却ファンや増速機用冷却ファンとは別の専用ファンを気流生成手段としてナセル40の内部に搭載して、風上側から風下側に向かう気流を生成することもできる。   In each of the above embodiments, an example in which only the cooling fan 70 for the generator 60 is provided has been described. However, a speed increaser is provided between the rotor 30 and the generator 60, and the speed increaser is cooled. The speed-up gear cooling fan is provided, and the air-flow going from the windward side to the leeward side can be generated by the speed-up gear cooling fan. The speed-up gear cooling fan in such a case functions as the airflow generating means in the present invention. In addition, a dedicated fan other than the generator cooling fan and the speed increasing gear cooling fan can be mounted inside the nacelle 40 as an air flow generating means to generate an air flow from the leeward side toward the leeward side.

また、以上の実施の形態においては、連結部50(板状部材)をナセル40の上下に配置した例を示したが、連結部50の位置はこれに限られるものではなく、例えばナセル40の左右に連結部50を配置することもできる。また、以上の実施の形態においては、連結部50として「板状部材」を採用したが、ディフューザ20に対してナセル40を固定することができかつその内部に流路を設けることができる部材であればいかなる部材を用いることもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which has arrange | positioned the connection part 50 (plate-shaped member) on the upper and lower sides of the nacelle 40 was shown, the position of the connection part 50 is not restricted to this, For example, the nacelle 40 The connection part 50 can also be arrange | positioned at right and left. In the above embodiment, a “plate member” is used as the connecting portion 50. However, the connecting portion 50 is a member that can fix the nacelle 40 to the diffuser 20 and can provide a flow path therein. Any material can be used.

また、以上の実施の形態においては、ディフューザ20の大面積開口部22近傍の内壁22aに複数のオリフィス23を設けた例を示したが、ディフューザ20の内壁22aに設けられる孔の形態はこれに限定されるものではない。例えば、オリフィス23に代えて溝孔を設け、この溝孔をディフューザ内流路24に連通させることもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the some orifice 23 in the inner wall 22a of the large area opening part 22 vicinity of the diffuser 20 was shown, the form of the hole provided in the inner wall 22a of the diffuser 20 is shown to this It is not limited. For example, a slot may be provided instead of the orifice 23, and the slot may be communicated with the in-diffuser flow path 24.

本発明の実施の形態に係るディフューザ付風車の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a wind turbine with a diffuser according to an embodiment of the present invention. (a)は図1に示したディフューザ付風車のII−II部分の断面図であり、(b)は(a)に示したディフューザ付風車のディフューザ出口近傍の内壁の一部を矢印B方向から見た場合の拡大図である。(A) is sectional drawing of the II-II part of the windmill with a diffuser shown in FIG. 1, (b) is a part of inner wall near the diffuser exit of the windmill with a diffuser shown in (a) from arrow B direction. It is an enlarged view when seen. 本発明の実施の形態に係るディフューザ付風車のディフューザ内の気流を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the airflow in the diffuser of the windmill with a diffuser which concerns on embodiment of this invention. 従来のディフューザ付風車のディフューザ内の気流を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the airflow in the diffuser of the conventional windmill with a diffuser.

符号の説明Explanation of symbols

1 ディフューザ付風車
20 ディフューザ
21 小面積開口部
22 大面積開口部
22a 内壁
23 オリフィス(孔)
24 ディフューザ内流路(連通流路の一部)
30 ロータ
33 回転軸
40 ナセル
50 連結部
51 連結部内流路(連通流路の一部)
60 発電機
70 冷却ファン(発電機用冷却ファン、気流生成手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill with a diffuser 20 Diffuser 21 Small area opening part 22 Large area opening part 22a Inner wall 23 Orifice (hole)
24 Channel in diffuser (part of communication channel)
30 Rotor 33 Rotating shaft 40 Nacelle 50 Connection part 51 Flow path in connection part (part of communication flow path)
60 generator 70 cooling fan (cooling fan for generator, airflow generating means)

Claims (3)

流路面積が漸次拡大するように形成され小面積開口部が風上側に大面積開口部が風下側に各々配置されたディフューザと、前記ディフューザによって囲われた流路空間の前記小面積開口部近傍に配置され水平方向に延在する回転軸を中心に回転するロータと、前記回転軸を支持するナセルと、を備えるディフューザ付風車において、
前記ディフューザと前記ナセルとを連結する連結部と、
前記ディフューザの前記大面積開口部近傍の内壁に設けられた孔と、
前記孔から前記ディフューザ内及び前記連結部内を経由して前記ナセルの内部にいたる連通流路と、
前記ナセルに設けられた排気口と、
前記連通流路から前記排気口へと向かう気流を生成する気流生成手段と、
を備えることを特徴とするディフューザ付風車。
A diffuser formed so that the flow channel area gradually increases, with a small area opening on the leeward side and a large area opening on the leeward side, and in the vicinity of the small area opening in the flow channel space surrounded by the diffuser In a wind turbine with a diffuser, comprising: a rotor that rotates around a rotating shaft that is disposed in a horizontal direction and a nacelle that supports the rotating shaft;
A connecting portion for connecting the diffuser and the nacelle;
A hole provided in an inner wall near the large-area opening of the diffuser;
A communication flow path from the hole to the inside of the nacelle through the diffuser and the connecting portion;
An exhaust port provided in the nacelle;
An air flow generating means for generating an air flow from the communication channel toward the exhaust port;
A wind turbine with a diffuser characterized by comprising:
前記ロータの回転力を電力に変換する発電機と、
前記発電機から放出される熱を前記排気口から前記ナセルの外部に排出する発電機用冷却ファンと、を備え、
前記発電機用冷却ファンは、
前記気流生成手段として機能することを特徴とする請求項1に記載のディフューザ付風車。
A generator for converting the rotational force of the rotor into electric power;
A generator cooling fan that discharges heat released from the generator to the outside of the nacelle from the exhaust port, and
The generator cooling fan is:
The wind turbine with a diffuser according to claim 1, wherein the wind turbine functions as the air flow generation means.
前記ロータの回転力を電力に変換する発電機と、
前記ロータの回転数を増加させて前記発電機に伝達する増速機と、
前記増速機から放出される熱を前記排気口から前記ナセルの外部に排出する増速機用冷却ファンと、を備え、
前記増速機用冷却ファンは、
前記気流生成手段として機能することを特徴とする請求項1又は2に記載のディフューザ付風車。
A generator for converting the rotational force of the rotor into electric power;
A speed increaser that increases the number of rotations of the rotor and transmits it to the generator;
A speed-up gear cooling fan that discharges heat released from the speed-up gear to the outside of the nacelle from the exhaust port, and
The cooling fan for the gearbox is
The wind turbine with a diffuser according to claim 1 or 2, wherein the wind turbine functions as the air flow generation means.
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