JP2008506877A5 - - Google Patents

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風力エネルギー抽出システムWind energy extraction system

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。
米国特許第5,599,172号明細書 米国特許第4,075,500号明細書 米国特許第4,140,433号明細書 米国特許第4,204,799号明細書 米国特許第5,464,320号明細書 欧州特許出願公開第1359320号 H. Grassmann他「A Partially Static Turbine-first experimental results」、Journal of Renewable Energy (February, 2003)
Common wind turbines with long rotor blades cause several problems. For example, visual and noise pollution, and bird strikes, perhaps the most familiar public concern. As a result, shroud turbines have been developed. Shroud turbines generally allow the use of smaller and more enclosed rotor blades or impellers and have a physical shroud or annular concentrator wing. Physical shrouds or annular concentrator wings are very easy to see for birds in flight, and at the same time do not present moving objects such as large rotating blades that are believed by many to damage the landscape. For wind shroud turbines, the type with two or more concentrator wings allows the wind to flow between the concentrator wings and develops the vacuum or suction that drives the turbine, the most promising and efficient device As recently demonstrated. See, for example, H. Grassmann et al. “A Partially Static Turbine-first experimental results”, Journal of Renewable Energy (February, 2003) (Non-Patent Document 1). Other references describing wind energy conversion devices with shrouds include US Pat. No. 5,599,172 (Patent Document 1), US Pat. No. 4,075,500 (Patent Document 2), US Pat. No. 4,140,433 ( Patent Document 3), US Pat. No. 4,204,799 (Patent Document 4), US Pat. No. 5,464,320 (Patent Document 5), and European Patent Application Publication No. 1359320 (Patent Document 6).
U.S. Pat.No. 5,599,172 U.S. Pat.No. 4,075,500 U.S. Pat.No. 4,140,433 U.S. Pat.No. 4,204,799 U.S. Pat.No. 5,464,320 European Patent Application No. 1359320 H. Grassmann et al. “A Partially Static Turbine-first experimental results”, Journal of Renewable Energy (February, 2003)

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 energy extraction device 10 shown in FIG. 1 begins with how a shroud wind turbine having one or more concentrator wings 12 is operated. FIG. 6 therefore schematically shows a cross section of the wind flow, which passes through the turbine shroud 14 and through three additional shrouds or concentrator wings 12. Turbine shroud 14 serves to surround impeller 16, which in turn serves to react with the wind flowing through turbine shroud 14 and drive power converter 22. The drive power converter 22 is not shown in FIG. 6, but is an AC machine or a generator, for example. The concentrator wing 12 operates essentially the same as an aircraft wing and has a similar airfoil as can be readily seen in FIG. These airfoils generally have a convex upper surface, thereby accelerating the wind flow, and having a flat or recessed lower surface, slightly reducing the wind flow past these surfaces. It tends to make it. The airfoil of the concentrator wing 12 shown is tilted or has an angle of incidence in aviation terminology. The incident angle deflects the wind flow outward from the central axis. The central axis runs parallel to the wind flow and is concentric with the concentrator wing 12 and the turbine shroud 14. The obvious difference between the concentrator wing 12 and the aircraft wing is that the concentrator wing 12 is generally, though not necessarily, annular.

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 diameter concentrator wing 12 in the example wind energy extraction device 10. The lower wing in a biplane or triplane attracts a low static pressure region over the upper surface of the wing, which then causes an accelerated wind flow to pass through the lower surface of the wing. This corresponds to the second largest diameter concentrator wing 12 in the example of the wind energy extraction device 10. This in turn causes further acceleration of the wind flow over the upper surface of this wing. This configuration of multiple aircraft wings is typically used where high lift and low stall speed are desired, and when it is necessary to limit the overall span of the wing in order to increase aircraft mobility Used for. The wind energy extraction device of the present invention uses this effect to increase the static pressure difference that occurs between the wind inlet and outlet to the turbine shroud 14. Another way to understand the interaction of the concentrator wing 12 in the wind energy extraction device 10 is to recognize the following. That is, the largest concentrator wing 12 attracts a lower static pressure field on its upper surface, and this lower static pressure field is further condensed by the next larger concentrator wing 12 and again the next larger concentrator wing 12. And until the static pressure field is most condensed in the region where the airflow exits the turbine shroud 14. Thus, there is a static pressure gradient between the inlet of the turbine shroud 14 and the outlet of the turbine shroud 14, which causes the wind to be strongly drawn through the turbine shroud 14, the drive impeller 16 and the power converter 22. This retraction can actually be very powerful. In particular, it can be very powerful in stronger winds, and the flow of wind outward from the turbine shroud 14 creates a uniform or laminar flow of wind across and between the concentrator wings 12. May interfere. This manifestation is shown in FIG. 6 by a wavy arrow, which indicates the disturbed wind flow across and between the concentrator wings 12. This phenomenon has been demonstrated experimentally and through computer simulation using the latest fluid flow computer software. As the wind flow increases in speed, the speed of the wind stream or jet exiting the turbine shroud 14 increases several times, and the uniform flow of wind across and between the concentrator wings 12 However, it reaches a point where it is suddenly disturbed. When this happens, the low pressure field generated by the multiple concentrator wings 12 collapses and there is little additional power available. In aviation terminology, this phenomenon is called wing stall. Wing stall occurs when a uniform flow of wind across the upper surface of the wing suddenly breaks up and is disturbed further upwind. This can happen when the wing is exposed to a "attack angle" that is too large for the headwind at low airflow speeds, or the wing load increases during a sharp one-sided turn, etc. Is the time. At such points, a dramatic loss of lift occurs, and the pilot must pick up from that loss. The purpose of the wind energy extraction device described herein is to provide a solution to this disadvantage of the prior art and does not rely on any improved impeller design and continues to occur in the prior art. This is to allow a higher speed wind to be received without causing the concentrator wing 12 to stall.

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 concentrator wings 12 when the device of the wind energy extraction device of the present invention includes a flow regulator 18. It is a cross section. The flow regulator 18 is a component having a plurality of aerodynamic surfaces 50 that cause the wind stream drawn into the turbine shroud 14 to be directed outward and away from the central axis. Let me. The central axis runs substantially parallel to the opposing wind and in one embodiment passes through the center of the concentrator wing 12. This redirection of the blowout of the wind exiting the turbine shroud 14 maintains or facilitates a uniform flow of wind across the top surface of the plurality of concentrator wings 12, and thereby the uniform flow of wind. Eliminate or reduce aerodynamic stalling of the concentrator wing 12 that would otherwise occur without maintenance or promotion. At first glance, introducing such a device as a flow regulator 18 prevents airflow from exiting the turbine shroud 14 and possibly reduces the available power of the wind-driven impeller 16. looks like. Experimentally, however, the performance obtained by maintaining a uniform flow of wind across multiple concentrator wings 12 is much more important than induced drag loss, which means that the flow regulator 18 is a turbine shroud. When positioned at the correct distance from 14 and within a high velocity air stream exiting the turbine shroud 14. As will be disclosed hereinafter, this very property of inducing drag or limiting the flow of wind out of the turbine shroud 14 can be beneficially used in the wind energy extraction device 10 to provide an aerodynamic brake. . The purpose of providing an aerodynamic brake is to protect the components of the wind energy extraction device 10 of the present invention under gusty or very fast wind conditions.

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 concentrator wings 12, the wind flow passing through the turbine shroud 14 and the aerodynamic surface of the flow regulator 18. Over 50. 5 in connection with FIG. 4 is that the flow regulator 18 is closer to the turbine shroud 14. The closer the flow regulator 18 restricts the flow of wind out of the turbine shroud 14, thereby aerodynamically braking the impeller 16 in the event of excessive gusts or very high speed winds. Acts as if to hang. Thus, the aerobrake 20 includes a flow regulator 18, a turbine shroud 14, and a close adjustment between the flow regulator 18 and the turbine shroud 14, thereby allowing the impeller 16 or other wind energy extraction device 10 to be This component prevents overspeed or breaching limits set in other designs in gusts or very high speeds. As a definition of aerodynamic brake 20 and a general understanding, it should be noted that if the turbine shroud 14 is used in conjunction with an impeller 16, the illustrated turbine shroud 14 is now one of the concentrator wings 12. It is to be determined as a special case. A device having a plurality of aerodynamically active surfaces as described for the concentrator wing 12 may also be used as the turbine shroud 14 and interacts with the flow regulator 18 to work in the definition of the aerodynamic brake 20. be able to. Next, adjustment of proximity between the flow rate adjusting body 18 and the turbine shroud 14 will be described.

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 energy extraction device 10, specifically illustrating the adjustment of the proximity of the turbine shroud 14 to the flow regulator 18. FIG. 2, like FIG. 4, shows the components of the wind energy extraction device 10 under non-aerodynamic braking conditions. The condition where the aerodynamic brake is not applied is that the turbine shroud 14 is in a far position with respect to the flow rate adjusting body 18. For convenience, the length of the relative far position is indicated by the letter “A”. FIG. 3 provides the same view as FIG. 2, but the only difference is that the components of the wind energy extraction device 10 are now in the aerodynamic brake position. The position where the aerodynamic brake is applied means that the turbine shroud 14 is in a close position with respect to the flow rate adjusting body 18. In the example of FIG. 3, the length of this relative near position is indicated by the letter “B”. The aerodynamic brake 20 allows the concentrator wing 12 or the turbine shroud 14 to be pushed by gust or high speed wind forces on these elements. The concentrator wing 12 and the turbine shroud 14 are connected together by a plurality of retainers 28, one of which is illustrated in FIGS. The retainer 28 is then connected with the heel 36, which can slide freely along the lee support 32. The turbine shroud 14 is also connected to a plurality of struts 40, one of which is shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The plurality of struts 40 are then connected to another rod 36 that can slide freely on the drive shaft housing 38 described in FIG. Referring now to FIG. 2, in situations where the wind is not too gusty or not too fast, the wind energy extraction device 10 remains free of aerodynamic braking. In order to maintain the state where the aerodynamic brake is not applied, one of the flanges 36 is pressed against the compression spring 24. Next, FIG. 3 shows a position where the aerodynamic brake is applied. The position where the aerodynamic brake is applied means that a wind gust or excessively high wind force pushes the concentrator wing 12 or the turbine housing 14 or other elements so that the rod 36 compresses the compression spring 24 and adjusts the flow of these elements It is a position where the gap between the outlet of the turbine shroud 14 and the aerodynamic surface 50 of the flow rate adjusting body 18 is narrowed down to the body 18 in the downwind direction. It should also be noted here that the turbine shroud 14 is not subjected to the aerodynamic brake as shown in FIGS. 2 and 4 and under the aerodynamic brake as shown in FIGS. 3 and 5. The position of the impeller 16 with respect to the inlet. For significant wind conditions, it may be advantageous to include a catch mechanism (not shown) operation. The catch mechanism operation is such that when the compression spring 24 is compressed to a certain limit, the catch prevents the compression spring 24 from being depressurized and the aerodynamic brake on the wind energy extraction device 10 until the catch is released. The state where it is applied is continued. This catch mechanism can serve to further protect the moving elements in harsh weather conditions.

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 impeller 16, which is attached to the impeller drive shaft 26. The impeller drive shaft 26 passes through the drive shaft housing 38 and freely rotates in the drive shaft housing 38. Next, the impeller drive shaft 26 enters the flow rate adjusting body 18. The flow regulator 18 can also be used to house the power converter 22. The power converter 22 is typically an alternator or a generator and is used to convert mechanical torque into usable electrical energy. The purpose of the wind energy extraction device of the present invention is to move the power converter 22 out of the high velocity flow through the impeller 16. In conventional wind turbines, it has been proposed that the alternator or generator must be faired in. The reason is to minimize the aerodynamic drag loss caused by the necessary installation of these elements in high speed wind flow. The impeller drive shaft 26 of the wind energy extraction device of the present invention extends the impeller 16 to a high-speed wind flow drawn through the turbine shroud 14, and the power converter 22 is connected to the aerodynamic surface 50 of the flow regulator 18. It is surrounded on the leeward or leeward side or in the leeward or leeward side to allow it to escape from this high-speed wind flow. The aerodynamic surface 50 on the windward side of the flow rate adjusting body 18 serves to direct the flow of the wind outward from the flow rate adjusting body 18 and to direct the wind flowing over the plurality of concentrator wings 12 to adjust the flow rate. A “dead air space” or an air space that moves slower is formed on the leeward side of the body 18. This dead air space provides an ideal location for the power converter 22, particularly when it is housed within the flow regulator 18 and protected from the weather and other elements of the natural environment.

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 energy extraction device 10. The purpose of a wind energy extraction devices is to mounted and supports a plurality of elements of the wind energy extraction device 10, whereby the high-speed interfere with air flow upstream of the components of a wind energy extraction device 10 Presents a small amount and allows the wind energy extraction device 10 to be directed to the headwind immediately and preferably without the assistance of a motor drive or secondary wind direction sensing equipment. Referring back to FIG. 2, downwind guidance 30 performs this function. The downwind guidance 30 includes a leeward support 32, a mounting element that supports a plurality of concentrator wings 12, a flow regulator 18, and other elements of the wind energy extraction device 10, and in the downwind direction, the leeward of the concentrator wing 12. Extends into the slower moving wind stream on the side. Next, the leeward support 32 turns outward from the central axis of the wind flow described above, and finally connects to the swivel 34. The swivel 34 is mounted slightly forward of the center of the wind pressure on the concentrator wings 12 and other elements of the wind energy extraction device 10 so that these elements can rotate around the swivel 34 and into the opposite wind. It can be oriented or preferably suitably self-directed. The swivel 34 is best to include a plurality of sealed rolling bearings, which includes a plurality of sealed rolling bearings that allows the swivel 34 to rotate with low friction and is long in outdoor environments. Life is sure. The swivel 34 may also include a commutator plate (not shown). The commutator plate transmits the power generated by the power converter 22 through the swivel 34 for further processing or use.

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 riser 42 is typically mounted parallel to the local gravity line. The riser 42 provides support to the swivel 34 and extends the elements of the wind energy extraction device 10 into a more free unhindered wind flow. Also during design several embodiments of a wind energy extraction device 10, to ensure that the plurality of elements of the wind energy extraction device 10 supported by the swivel 34 is taken well reasonably balanced in the longitudinal direction Care must be taken to minimize any self-guiding errors to the headwind even if the riser 42 is not mounted completely parallel to the local gravity line. The foundation 44 supporting the riser 42 and other elements of the wind energy extraction device 10 should also be designed to receive the strongest wind force expected in the area where it is installed. FIG. 7 also illustrates the operation of the downwind guidance 30 about the common axis defined by the swivel 34 using arrows.

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 energy extraction device 10. In this example, wind energy extraction device 10 includes a plurality of impellers 16 and includes one or more power converters 22 (power converters 22 are not shown in FIG. 8). Only a single power converter 22 is required for multiple impellers 16. The plurality of impellers 16 can be connected to a single power converter 22 via pulleys, transmissions, or any variety of means. For example, as shown in FIG. 11, three impellers 16 may be connected to a single power converter 22. It should also be noted in this drawing that the concentrator wings 12 are represented as straight surfaces and are different from the curved surfaces represented in the previous drawings. The swivel 34 (s) is also shown to work to properly direct the elements of the wind energy extraction device 10 to the headwind. It is also noted in FIG. 8 that the flow regulator 18 extends over the entire length of the plurality of impellers 16 in this embodiment, and in a single impeller 16 downwind as shown in the previous drawings. It is different from existing only. A plurality of impeller drive shafts 26 (not shown in FIG. 8) also extend from the flow regulator 18 to position the plurality of impellers 16 into a high velocity wind flowing through the turbine shroud 14. Again, for clarity, the concentrator wing 12 closest to the impeller 16 may perform the function of the turbine shroud 14.

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 energy extraction device 10 as introduced in FIG. In this example, and for further clarity, two additional concentrator wings 12 as aerodynamic elements closest to the impeller 16 serve as the turbine shroud 14. The power converter 22 is also shown in FIG. 9 and is located downwind or on the opposite side of the aerodynamic surface 50 of the flow regulator 18 as in previous drawings. The use of multiple power converters 22 and multiple impellers 16 has several important advantages. A plurality of relatively small impellers 16 can have a higher revolutions per minute (rpm), in other words, a plurality of power converters 22 are directly driven and also operate at a relatively high revolutions per minute. it can. In general, higher speed alternators or generators require less winding and are less expensive to produce. Another important aspect relates to overspeed protection. Obviously, as the number of impellers 16 and power converters 22 increases relative to some fixed area that captures the wind, the individual impellers 16 and power converters 22 can use the wind energy as electrical energy. The work of converting to is shared and reduced. Subsequently, again, the work of preventing overspeed of the impeller 16 and the power converter 22 is shared across a number of these elements. The electrical or temporal resistance of an alternator as an example of a suitable form of power converter 22 is not uncommon for most people operating a motor vehicle. Such vehicles may stop idling the engine when idling and when some additional electrical load, such as a headlamp, is applied. Idling stops occur as a result of the engine having to work more to rotate the alternator. Alternators apply greater electrical or magnetic resistance in response to greater demands being made to provide power to the headlamps. This same electrical or magnetic resistance may be applied to the power converter 22 to generate additional electricity and at the same time control the rotational speed of the power converter 22 in stronger wind conditions. Again, to apply a brake to impeller 16 and overspeed of power converter 22 by increasing the number of power converters 22 for several fixed areas of wind energy extraction device 10 that acquire wind. Provide higher ability. A riser 42 is also shown in FIG. 9 and spans down or opposite the aerodynamic surface 50 of the flow regulator 18. This is not just a convenient location for riser 42. This is because such a place is where the riser 42 can support the elements of the wind energy extraction device 10 and where the aerodynamic drag loss caused by the riser 42 can be immediately reduced. is there. The alternative downwind guidance 46 thus provides an alternative to the downwind guidance 30 in the present embodiment, whereby the alternative downwind guidance 46 spans the downwind or opposes the aerodynamic surface 50 of the flow regulator 18. A side riser 42 and a swivel (s) 34 are also included. Swivel 34 in this case, with respect to other elements of the wind energy extraction device 10, preferably placed sufficiently upwind, only the wind, the elements of the wind energy extraction device 10, so causing properly directed to the opposite wind And no motor drive or other assistance is used.

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 energy extraction device 10. A circular arrow serves to indicate the movement of the alternative downwind guidance 46. The downwind guidance 46 moves when the elements of the wind energy extraction device 10 rotate about the swivel 34 (s) and face the opposing wind. Also shown in FIG. 10 is a lamp 48 that provides an example of configuring the wind energy extraction device 10 as a device having two applications: a lamppost and a wind / power generator. The lamppost and wind / power generator device 10 may be used along roads, for example, streets in the city, highways, along highway intersections, where the ramp 48 may Or used to illuminate road intersections and wind / power generators provide power to lamps 48 or the electrical power grid. The riser 42 continues to be stationary with respect to the plurality of concentrator wings 12 and allows stationary mounting of the lamps 48 regardless of the direction of the concentrator wings 12 in the wind direction or the opposing 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 concentrator wings 12 and three impellers 16. FIG. 11 also shows the insulator 50 mounted on the top of the riser 42 and the transmission line 54. The power transmission line 54 connects the two wind energy extraction systems together, and also connects the power pole 52 together. The illustrated utility pole 52 can be interconnected with an electrical power system. A riser 42 extending above the concentrator wing 12 allows the insulator 50 to carry the transmission line 54 much higher than the ground surface. Again, the riser 42 that is stationary and independent of the orientation of the concentrator wing 12 allows for a stationary mounting of the insulator 50 on top of the riser 42. By holding the transmission line 54 above the ground surface, when installed on farmland, agricultural machinery can pass under the transmission line 54 and have the additional cost and risk of burying cables in the ground. To avoid.

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 present invention 10, with the concentrator wing 12 and impeller 16 positioned further in the rear or downwind with respect to the swivel (s) 34. FIG. This figure shows that the location of the swivel 34 is sufficiently up-winded with respect to the other elements of the wind energy extraction device 10 as described above, and wind energy extraction is performed solely by wind power without motor drive or other assistance. It is shown to emphasize that the elements of device 10 are properly oriented to the headwind. Placing the concentrator wing 12 and impeller 16 further in the rear or downwind with respect to the riser 42 ensures that the elements of the present invention 10 are properly directed to the headwind with only the wind force. Similarly, the aerodynamic surface 50 of the flow regulator 18 continues to operate to reduce wind power on at least a portion of the riser 42, and similarly, the aerodynamic surface 50 reacts wind flow outward and with the concentrator wing 2. Continue to direct toward the wind flow .

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 turbine shroud 14 and the diameter of the impeller 16 with respect to the larger diameter or capture area of the concentrator wing 12, reference to the drawings is also included. Useful. The multiple diameter concentrator wings 12 or the larger capture area provided by the multiple concentrator wings 12 allows the wind energy extraction device 10 to capture and extract energy from the large wind area relative to the forward area of the turbine shroud 14. At the same time, it is very recognizable for birds in flight. The concentrator wing 12 can also be made more recognizable by applying color, shadow, or pattern contrast to these elements, and in a relatively featureless landscape such as found in grasslands or deserts. When installing a plurality of embodiments of the wind energy extraction device 10, it can be created as such. Using marking and coloring also allows embodiments of the wind energy extraction device 10 to be better integrated into other fine landscapes without harming the birds in flight. For example, consider a wind farm. The wind farm has multiple embodiments of wind energy extraction device 10 that are textured and colored similar to the surrounding forest. Wind turbines appear to birds as hills or protruding areas that have the same texture as the surrounding forest trees, and at the same time, the wind turbine can visually match the forest landscape. If deemed necessary, the smaller diameter of the turbine shroud 14 makes it easier to shield the inlet of this element. However, most likely, shielding is not necessary for the reasons described above.

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 energy extraction device 10 is able to present a large front area with respect to the opposing wind, thanks to the flow regulator 18, while at the same time minimizing the size of the rotor blade or impeller 16. By using smaller diameter rotor blades, embodiments of the wind energy extraction device 10 can operate the impeller 16 at a sufficiently fast rpm and have a common wind power with a large diameter rotor blade. Extracts energy efficiently from sufficiently fast wind speeds compared to turbines. As described above, the shroud-equipped wind turbine that does not include the flow regulating body 18 does not cause the shroud stall as described above, but does not handle these high-speed winds, but also has a high ratio of the shroud to the impeller diameter. Can not provide the diameter.

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 energy extraction device 10 and in particular by the introduction of the aerodynamic brake 20 and downwind guidance 30 and the relatively small impeller 16 and turbine shroud 14, the design and manufacture And maintenance costs and expenses can all be reduced with respect to current wind turbine designs.

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 energy extraction device 10 is the extraction of energy from the wind, this principle and innovation may equally apply to other fluid streams, and in particular to running water. Running water is also considered as a rich resource of energy using nature. Although it is also useful to design multiple impellers on a device with a single concentrator wing, this design is less efficient than a design with multiple concentrator wings.

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 energy extraction device 10. Minor modifications may be made to the described embodiments without departing from the invention.

頁の左側が、本発明の斜視図であり、頁の右側が、同じ明らかにされている追加の内部構成部品の断面図である。The left side of the page is a perspective view of the present invention and the right side of the page is a cross-sectional view of the same additional additional internal components. コンセントレータウイング、タービンシュラウド及び付属の構成部品の、空力ブレーキがかかっていない位置を示す、本発明の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the present invention showing the position of the concentrator wing, turbine shroud and attached components without aerodynamic braking. コンセントレータウイング、タービンシュラウド及び付属の構成部品の、空力ブレーキがかかっている位置を示す、本発明の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the present invention showing the position of the concentrator wing, turbine shroud and attached components where aerodynamic braking is applied. 空力ブレーキがかかっていない状態の本発明と相互作用する、矢印で示された風の流れの概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the wind flow indicated by the arrows interacting with the present invention in the absence of an aerodynamic brake. 空力ブレーキがかかっている状態の本発明と相互作用する、矢印で示された風の流れの概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the wind flow indicated by the arrows interacting with the present invention in the aerodynamic brake state. 矢印で示された風の流れの概略的な断面図であるが、示された空力ブレーキのない状態であり、それによりタービンシュラウドから、調節されていない風の流れが出ることによって生成された乱流を示す。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the wind flow indicated by the arrows, but without the indicated aerodynamic brake, thereby generating turbulence generated by uncontrolled wind flow from the turbine shroud. Showing the flow. 図1の複写であるが、ライザ及び基礎構成部品を含み、且つダウンウインドガイダンスのスイベルの動作を示す。FIG. 2 is a reproduction of FIG. 1 but includes the riser and foundation components and shows the operation of the swivel for downwind guidance. 本発明の更なる実施形態の平面図であり、複数のインペラー及び電力コンバータの導入を明らかにし、且つ以前の図に示すような湾曲断面よりも、直線状の断面を有する、複数のコンセントレータウイングを示す。FIG. 6 is a plan view of a further embodiment of the present invention, revealing the introduction of a plurality of impellers and power converters, and having a plurality of concentrator wings having a straight cross section rather than a curved cross section as shown in the previous figure. Show. 本発明の更なる実施形態の断面図であり、流量調整体の空力面のダウンウインドを走り、且つ複数のコンセントレータウイングを有する、タワー又はライザを示す。複数のコンセントレータウイングは、図示するように、複数のインペラーを包囲するタービンシュラウドとして働く。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further embodiment of the present invention showing a tower or riser running down the aerodynamic surface of the flow regulator and having a plurality of concentrator wings. The plurality of concentrator wings act as turbine shrouds surrounding the plurality of impellers, as shown. 図8及び図9にも示されたような本発明の更なる実施形態である2つの斜視図であり、且つ代替ダウンウインドガイダンスのシステムによって提供された動作に応じて、本発明の複数の要素が、スイベル(複数可)周りを互いに関して90°回転される様子を呈示する。FIG. 10 is a perspective view of two further embodiments of the present invention as also shown in FIGS. 8 and 9, and a plurality of elements of the present invention depending on the action provided by the alternative downwind guidance system. Are shown rotated 90 ° around each swivel (s) relative to each other. 2つの風力エネルギー抽出システムの追加の斜視図であり、各システムはこの場合、2組のコンセントレータウイング及び3つのインペラーを有する。ライザ要素の上部にマウントされた絶縁体も示され、且つ絶縁体は、2つの風力エネルギー抽出システムを相互接続している送電線を保持し且つ電柱もまた示されている。FIG. 2 is an additional perspective view of two wind energy extraction systems, each system in this case having two sets of concentrator wings and three impellers. An insulator mounted on top of the riser element is also shown, and the insulator holds the transmission line interconnecting the two wind energy extraction systems and the utility pole is also shown. コンセントレータウイング及びインペラーが、代替のダウンウインドガイダンスシステムのスイベルの動作に関して更にダウンウインドに位置付けられる、本発明の第1の斜視図である。FIG. 5 is a first perspective view of the present invention in which the concentrator wing and impeller are further positioned in the downwind with respect to the operation of the swivel of an alternative downwind guidance system. 図12Aに示すような、本発明の第2の斜視図であるが、本発明のコンポーネントが、風によって回転されて、図12Aに示した位置とは異なる位置にある。FIG. 12B is a second perspective view of the present invention, as shown in FIG. 12A, but the component of the present invention is rotated by the wind and is in a position different from that shown in FIG. 12A. 図13は、本発明の第4の実施形態の斜視図であり、タービンシュラウドが、コンセントレータウイングに代替されている図である。FIG. 13 is a perspective view of a fourth embodiment of the present invention in which the turbine shroud is replaced with a concentrator wing.

Claims (19)

風の流れと相互作用する風力エネルギー抽出装置であって、A wind energy extraction device that interacts with the flow of wind,
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、コンセントレータウイングと;A concentrator wing defining a capture area, wherein the concentrator wing reacts with the wind flow between the concentrator wings to induce a drop in static pressure and then drives a plurality of impellers using the drop in static pressure;
前記の各インペラーに付属する駆動コンバータと;A drive converter associated with each impeller;
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;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;
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;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 perception of the first portion of the riser;
を有する、Having
風力エネルギー抽出装置。Wind energy extraction device.
前記電力コンバータは、前記流量調整体の前記空力面の風下側に位置付けられる複数の電力コンバータを有し;且つThe power converter has a plurality of power converters positioned on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow rate regulator;
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、An impeller drive shaft associated with each impeller, the drive shaft connecting the impeller to a power converter;
請求項1記載の装置。The apparatus of claim 1.
前記ライザの前記第1部分は静止する、The first portion of the riser is stationary;
請求項1又は2記載の装置。The apparatus according to claim 1 or 2.
少なくとも1つのスイベルであり、前記ライザの前記第1部分へ接続して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電力コンバータが当該スイベル周りを回転できるようにし、且つ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電力コンバータの向きをもたらす、少なくとも1つのスイベル、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,
を更に有する、Further having
請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 3.
風の流れからエネルギーを抽出する方法であって:A method for extracting energy from wind flow, which:
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;a. Providing a stationary riser extending above the ground surface;
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;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.捕捉領域を定めるよう、且つ前記1つ又は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;c. Positioning one or more concentrator wings around the impeller to define a capture area and to induce a drop in static pressure by the flow of wind between the one or more concentrator wings;
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;d. Using the reduced hydrostatic pressure to draw a flow of wind across the plurality of impellers to rotate the drive shaft;
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;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.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;f. Using the aerodynamic surface of the flow regulator to reduce the dynamic wind pressure of the riser;
を有する、Having
風の流れからエネルギーを抽出する方法。A method of extracting energy from wind flow.
前記流量調整体の前記空力面の風下側に1つ又は複数の電力コンバータを位置付けるステップ、Positioning one or more power converters on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow regulator;
を更に有する、Further having
請求項5記載の方法。The method of claim 5.
前記流量調整体の前記空力面の風下側に1つより多い電力コンバータを位置付けるステップ、Positioning more than one power converter on the leeward side of the aerodynamic surface of the flow regulator;
を更に有する、Further having
請求項5記載の方法。The method of claim 5.
風の流れが前記コンセントレータウイング及び前記インペラーにわたって通るように、前記コンセントレータウイング及び前記インペラーの向きを変更するよう風の流れを用いるステップ、Using the wind flow to change the orientation of the concentrator wing and the impeller so that the wind flow passes across the concentrator wing and the impeller;
を更に有する、Further having
請求項5乃至7のうちいずれか一項記載の方法。8. A method according to any one of claims 5 to 7.
風の流れに面するよう、前記1つ又は複数のコンセントレータウイング及び前記インペラーを回転させるステップ、Rotating the one or more concentrator wings and the impeller to face the flow of wind;
を更に有する、Further having
請求項5乃至7のうちいずれか一項記載の方法。8. A method according to any one of claims 5 to 7.
風の流れと相互作用する風力エネルギー抽出装置であって:A wind energy extractor that interacts with the wind flow:
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;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.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;b. One or more power converters operatively associated with the two or more impellers;
c.前記インペラー周りに配置される複数の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;c. A plurality of concentrator wings disposed around the impeller, wherein the concentrator wings react with the flow of wind to induce a drop in static pressure in a capture region, and then use the drop in static pressure to Multiple concentrator wings that drive the impeller;
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;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.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;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 configured to allow wind in the capture area 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 for deflecting wind reduces the wind force of the first portion of the riser;
を有する、Having
風の流れと相互作用する風力エネルギー抽出装置。Wind energy extractor that interacts with wind flow.
前記2つ以上のインペラーは直線アレイに配置される、The two or more impellers are arranged in a linear array;
請求項10記載の装置。The apparatus of claim 10.
前記2つ以上のインペラーは前記ライザの前記第1部分と平行である、The two or more impellers are parallel to the first portion of the riser;
請求項10又は11記載の装置。12. Apparatus according to claim 10 or 11.
前記流量調整体の数が前記電力コンバータの数と一致する、The number of flow regulators matches the number of power converters,
請求項10乃至12のうちいずれか一項記載の装置。Device according to any one of claims 10 to 12.
前記ライザは、インペラー及びコンセントレータウイングが前記ライザ周りを回転でき且つ風の流れへと自ら向くことができるスイベル、The riser is a swivel in which an impeller and a concentrator wing can rotate around the riser and can be directed to the flow of wind,
を更に有する、Further having
請求項10乃至13のうちいずれか一項記載の装置。14. Apparatus according to any one of claims 10 to 13.
前記2つ以上のインペラーは地表に対して縦に整列する、The two or more impellers are vertically aligned with respect to the ground surface;
請求項10乃至14のうちいずれか一項記載の装置。15. A device according to any one of claims 10 to 14.
前記複数のコンセントレータウイングは互いに対して同心円状に位置付けられる、The plurality of concentrator wings are positioned concentrically with respect to each other;
請求項10乃至15のうちいずれか一項記載の装置。Apparatus according to any one of claims 10 to 15.
前記複数のコンセントレータウイングは、少なくとも内側及び外側コンセントレータウイングを有し、該内側及び外側コンセントレータウイングは、該内側及び外側コンセントレータウイング間に空気が流れることが可能になるよう離間される、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;
請求項10乃至16のうちいずれか一項記載の装置。Apparatus according to any one of claims 10 to 16.
前記ライザは、前記コンセントレータウイングによって定められる前記捕捉領域を実質的に横切って延在する、The riser extends substantially across the capture area defined by the concentrator wing;
請求項10乃至17のうちいずれか一項記載の装置。18. Apparatus according to any one of claims 10 to 17.
前記流量調整体は、前記コンセントレータウイングによって定められる前記捕捉領域を実質的に横切って延在する、The flow regulator extends substantially across the capture area defined by the concentrator wing;
請求項10乃至18のうちいずれか一項記載の装置。19. A device according to any one of claims 10 to 18.
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