JP2018530709A - 連続フロー式エネルギー装置、特に風力装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、連続フロー式エネルギー装置、特に風力装置関するものであり、少なくとも略滴状のハウジングを有し、その流入開口部から流出開口部（２２）まで、ダクト壁（３２）によって範囲が定められたフローダクト（３０）が延びている。前後軸（１２）について回転可能にプロペラ（３４）が取り付けられており、フローダクト（３０）を通った流体の流れが、プロペラに向かって軸方向に流れる。プロペラ（３４）の軸方向位置は、間隔調整機構（７６）によって変えることができる。代替的に或いは付加的に、ダクト壁（３２）が変動可能である。フローダクト（３０）の長さは、例えば、長さ調整機構（８２）によって調整可能である。これらの変動の実現性により、発電機（４８）によるエネルギーの生成を、流体（特に風）の流れの変化状態に適合させることが可能となる。

Description

本発明は、請求項１の序文の特徴を有する連続フロー式エネルギー装置、特に風力装置に関するものである。

この種の連続フロー式エネルギー装置は、欧州特許第２３９５２３５Ａ２号明細書から知られている。それは、特に風向に合わせられるように、その縦軸を流れの方向に合わせることが可能な、滴状の断面のハウジングを有している。ハウジングは、ハウジングに配置された２つの側部流出開口部へと繋がる内部フローダクトへの流入開口部を、前側に有している。フローダクトには、軸方向に入射する流れを備えた（axial angestromter）プロペラが設置されており、又、フローダクトは、流入開口部に隣接したその流入領域に、凸状に延びた境界面を有している。

米国特許第４１７８１２４号明細書は、円錐台状の空気流入開口部を有する風力タービンを開示しており、その排気口には、吸気要素を通って流れる空気により回転駆動されるタービンユニットが配置されている。吸気要素は、タービンの性能を改善するために、或いは、空気量を増大するために、伸縮自在の流入拡張部を有している。

更に、米国特許出願公開第２０１０／００６８０５２Ａ１号明細書は、タービン・シェル・ハウジング及び／又はエジェクタ・シェル・ハウジングによって囲まれた動翼輪を備える、風力タービンを開示している。タービン・シェル・ハウジング及び／又はエジェクタ・シェル・ハウジングは、膨張領域又は可撓性膨張領域を有している。タービン・シェル・ハウジング及び／又はエジェクタ・シェル・ハウジングは、内部リブを有していてもよく、その形状及び長さは、風力タービンの特性を変えるために、変化させることができる。

本発明の目的は、駆動用の流体の様々な状態においても、最適条件でエネルギーを生成する、汎用型の連続フロー式エネルギー装置を提供することにある。

上記の目的は、請求項１の特徴を有する連続フロー式エネルギー装置、特に風力装置によって達成される。

連続フロー式エネルギー装置は、前後軸を規定する少なくとも略滴状の縦断面を備えたハウジングを有しており、このハウジングは、前後軸に対して少なくとも略直角に延びる軸に関して、駆動用の流体の流れ方向に回動することができる。滴状の断面の結果として、ハウジングは、流れの方向へと自動的に回転し、流体からハウジングへ作用する力が最小化される。

ハウジングは、少なくとも略平面的な上壁と、この上壁と平行に延びる少なくとも略平面的な底壁とを有することが好ましく、この壁は、少なくとも略滴状の縦断面に対応していることが好ましい。上壁の縁から底壁の縁までは、ハウジング壁が延びており、このハウジング壁は、上流に前方部を形成し、この前方部には、ハウジングの下流端まで、互いに反対に位置する２つの側方部が続いている。

平面的な上壁及び底壁を備えたハウジングの形状は、複数のハウジングを互いに重ねてモジュール式に配置することができるという長所を有している。

複数のハウジング及び故に複数の連続フロー式エネルギー装置が、互いに重なって配置される場合、最も上側のハウジングは、前後軸について回転対称の上壁を有していることが好ましく、最も下側のハウジングは、関連する前後軸について回転対称の底壁を有していることが好ましい。

単一のハウジングのみの場合は、それを前後軸に関して回転対称に形成することも考えられる。

ハウジングは、（前方部に）上流側、前方側の流入開口部を、この流入開口部に対して下流側に流出開口部を、夫々有している。又、（側方部において）互いに反対側に位置する、２つの流出開口部が存在することが好ましい。

ハウジングの少なくとも略滴状のために、ハウジングの周囲を流れる流体によって、真空状態（Unterdruck）が作り出され、この真空状態は、流入開口部から１つ或いは複数の流出開口部までハウジングの内部を流れる流体の流れに、吸引効果を及ぼすものである。

流体用のフローダクトは、ハウジングの内部で延びており、このフローダクトは、流入開口部から１つ或いは複数の流出開口部まで続き、ダクト壁によって範囲決めされている。フローダクト内にはプロペラが存在し、このプロペラは、前後軸について回転可能であり、フローダクトを通って流れる流体が、プロペラへ向かって軸方向に流れることができる。このプロペラは、発電機を駆動するように機能する。プロペラの直径は、フローダクトのプロペラにおける内法スパンより、僅かにのみ小さいことが好ましく、その結果、フローダクトを通って流れる流体の流れ全体が、可能な限り、プロペラの駆動に役立つものとなる。

駆動用の流体は、種々の速度及び種々の密度であってもよい。このために、流体の種々の状態において、動力の生成を最適化することができ、プロペラの軸方向位置が調整可能又は変更可能な構成であり、及び／又は、ダクト壁が調整可能又は変更可能な構成になっている。各ケースにおいて、調整又は変更のための機構が存在する。

本発明の連続フロー式エネルギー装置に係る実施形態は、フローダクトを通って流れる一部の流体、例えば非常に高速な流体のみが、プロペラの駆動に利用されることによって、安全性の向上に寄与することもできる。

流体は、好ましくは気体媒質であり、特に空気である。しかしながら、液体媒質、特に水も考えられる。

ハウジングは、下流側において、楔形に或いは鋭く先細りになっていなくてもよく、むしろ、全体をより短くするために、「切頭型（abgeschnitten）」の形状であってもよい。

更に、ダクト壁が、少なくとも流入開口部からプロペラの下流まで、好ましくはプロペラの回転軸と一致する前後軸に関して、回転対称形状であることについて言及しておくこととする。

加えて、１つ或いは複数の流出開口部が、ハウジングの全高にわたって延びていてもよいことについて説明しておくものとする。この場合は、１つ或いは複数の流出開口部を拡大するために、上壁及び／又は底壁が、対応する凹部を有することも考えられる。

ダクト壁は、流れの方向に先細りする流入部を有していることが好ましく、この流入部が、前後軸に関して回転対称であることが好ましい。流入部は、円錐形状或いは（前後軸の方向で）突出した形状であってもよく、流入開口部と直ぐに隣接していることが好ましい。

流入部は、前後軸に関して回転対称であると共にフローダクトの最小径が存在する中央部と、連続的に隣接していることが好ましい。フローダクトの断面は、好ましくは、中央部において少なくとも略一定である。流入部が突出した形状の場合は、凸状の実施形態を含んでいてもよいが、その曲率は、流入部でのものよりも実質的に小さくなっている。

中央部は、ダクト壁の流出部と連続的に隣接していることが好ましく、この流出部は、１つ或いは複数の流出開口部へ繋がっている。流出部では、流れの方向でダクト壁が広がる形状になっており、その結果、フローダクトの断面が、１つ或いは複数の流出開口部まで拡散するような態様で、連続的に増大していることが好ましい。

プロペラは、中央部に、或いは、流出部の上流端領域に配置されていることが好ましく、そこでは流体が最高速度になることが好ましい。

ある好適な実施形態では、前後軸の方向で計測したときの中央部の長さが、変化可能な構成になっている。この長さを変化させるために、長さ調整機構が存在している。

これを目的として、ダクト壁は、中央部において軸方向における２つの部位で結合可能であり、伸縮自在の形状になっている。ここで、長さ調整機構は、ダクト壁の２つの部位の間で作用することが好ましい。流出部に接続される中央部の部位は、ハウジングに対して固定されていることが好ましく、流入部に接続される中央部の部位は、軸方向に変位可能に形成されていることが好ましい。

中央部において軸方向に弾性的に伸長可能に、ダクト壁を形成することも考えられる。

ある好適な実施形態では、中央部の断面が可変な構成であり、断面を変化させるための断面調整機構が存在する。この実現性は、中央部の長さの可変性と共に提供してもよい。

例えば、鱗状の態様で重複し、より小さい又はより大きいフローダクトの断面を形成するために、その重複が断面調整機構によって変えられる、中央部の壁部分から、ダクト壁の中央部を形成することも考えられる。

更に、ダクト壁を、特に中央部において、ダイヤフラムのように形成し、内部断面がより大きく或いはより小さくなるように、その形状を断面調整機構によって変化させることも考えられる。

流入部は、その上流端として流入開口を形成することが好ましく、又、流入部は、流入調整機構によって、流入開口をより大きく及びより小さくすることができるように、形成されることが好ましい。

この目的のために、流入開口を、好ましくは円錐状に形成し、その流入開口を、鱗状の態様で円周方向に重複する流入部分によって形成することも考えられる。その結果、流入調整機構によって、円錐角を変化させることが可能になり、流入部の下流端、すなわち中央部では、内法スパンが変化せずに残っていることが好ましい。

可能な限り最大の流入開口の例では、その流入開口が、ハウジングの流入開口部と一致することも考えられ、流入開口がより小さく形成される場合は、ハウジングとダクト壁との間に環状の隙間が形成される。この環状の隙間は、特に非常に高速な流体で、流入開口を通ってフローダクトへと流れる流体の一部のみを案内するように、機能することができる。他の部分は、例えばハウジング内の関連する開口部によって、再び周辺（Umgebung）に送ることができる。

流出部におけるフローダクトは、流れの方向へ広がると共にダクト壁に関して内側に位置する内壁によって、範囲決めされることが好ましい。この内壁は、前後軸について回転対称に、又、円錐の如く広がるように形成することができる。内壁の形状は、楔形の態様で広がることが好ましいが、内壁は底壁から上壁まで延びることができる。この場合、フローダクトは、内壁によって、側部流出開口部へ繋がる２つの流出部へと分けられる。

内壁は、変形可能な形状、例えばフレキシブルにすることができる。これにより、フローダクトの流れの断面を、流体の様々な状態に適合させることができる。形状を変化させるために、形状変更機構が提供される。

プロペラに機能的に接続される発電機は、内壁の下流のハウジングに配置されることが好ましい。この結果、発電機は、環境的な影響と、連続フロー式エネルギー装置を通って流れる流体とに対して防護される。

発電機及びプロペラは、互いに固定の間隔で配置されることが好ましく、ハウジングに対して前後軸の方向に共同して調整されるように取り付けられ、位置調整機構により、発電機及びプロペラの軸方向位置を変化させることができる。発電機のシャフトは、そこに固定設置されたプロペラを支持してもよく、発電機が、ソリ部やキャリッジ上に固定されてもよい。

しかしながら、発電機を、ハウジングに対して固定式に配置することもできる。この場合、プロペラは、発電機に対して軸方向へ変位できるように形成され、プロペラの位置が、間隔調整機構によって設定できるようになる。これは、例えば、プロペラが発電機のシャフト上に、それと共に回転するが軸方向に変位できるように、固定的に取り付けられるという事実の長所によって、達成することができる。

プロペラの位置の可変性は、中央部の長さが可変の実施形態、及び／又は、調整部位（Einstellabschnitt）が可変の実施形態、及び／又は、直径が可変の実施形態と組み合わせることができる。

ハウジングは、１つの流入開口部と、互いに反対に位置する２つの側部流出開口部とを有することが好ましい。この場合、プロペラによって駆動される１つの発電機を備えることが好ましい。この文脈では、プロペラが、長手方向に互いに前後に配置される２つ以上のプロペラセットを有していてもよいことについて、説明するべきである。

連続フロー式エネルギー装置は、ハウジングが軸について回転できるように、ハウジングが取り付けられるマストを有することが好ましい。

ダクト壁を、流入開口部から流出開口部まで、ダイヤフラムのような態様で形成すること、及び、その断面を、断面調整機構によって、調節できるように形成することも可能である。前後軸について回転対称のダイヤフラムを形成するために、ゴム弾性材料に加えて、十分な弾性特性を有する複合材料を提示することもできる。

完全を期すために、ハウジングが、ダクト壁と共に、翼のような断面を形成してもよいことについて、言及しておくこととする。

本発明は、上流側に位置する前側の流入開口部と、この流入開口部に対して下流に配置される流出開口部とを備えた、連続フロー式エネルギー装置に関するものでもあり、駆動用の流体のためのフローダクトは、流入開口部から流出開口部まで延び、ダクト壁によって範囲決めされており、電動機を駆動するためのプロペラは、フローダクト内に配置され、前後軸に関して回転可能であり、このプロペラに向かって流体が軸方向へ流れ、（様々な流体の状態においてエネルギー生成を最適化するために、）プロペラは軸方向位置が調整可能に構成され、及び／又は、ダクト壁が調整可能な構成であり、それらの調整のための機構が存在する。

ここで、連続フロー式エネルギー装置は、ダクト壁、フローダクト、プロペラ、及び、発電機に関する特徴を備えた、従属請求項で請求されたように形成することもできる。

全ての実施形態の例において、ダクト壁は、流入側においてノズルを、流出側においてディフューザを形成する。

連続フロー式エネルギー装置は、風力装置であることが好ましい。しかしながら、水力装置としての構成にすることも可能である。

本発明は、単に図式的な図面に示された実施形態を用いて、より詳細に説明されるであろう。

長手部分で滴状のハウジングと、ハウジング内で延びるフローダクトと、フローダクト内に配置され、発電機を駆動するためのプロペラとを備えた、本発明に係る風力装置の前方及び側方からの斜視図を示している。 上方及び側方からの斜視図で、図１に従う風力装置を示している。 フローダクトを範囲決めする変形不可能なダクト壁と、軸方向位置が可変のプロペラとを備えた、風力装置の一部の長手方向断面を示している。 長さが調整可能なダクト壁と、軸方向に固定配置されたプロペラとを備えた風力装置の、図３と同じ図を示している。 長さが調整可能なダクト壁と、軸方向位置が調整可能なプロペラとを備えた風力装置の、図３及び図４と同じ図を示している。 ダクト壁の流入部が、円錐状でかつ円錐角が調整可能になるように形成された風力装置の、図３から図５と同じ図を示している。 ダクト壁の中央部の断面が、変形可能に構成された風力装置の一実施形態の、図３から図６と同じ図を示している。 ダイヤフラムのような形状でその断面が変形可能な構成のダクト壁を備えた、風力装置の一実施形態の、図３から図７と同じ図を示している。 ハウジングの一部とダクト壁とが相まって、翼形の形状を有する風力装置の一実施形態の、図３から図８と同じ図を示している。 ダイヤフラムのような形状のダクト壁と、流れの方向に広がる内壁とを備え、内壁が、ダクト壁に対して内側に放射状に位置し、変形可能に構成されて外側へ曲げることが可能な、風力装置の一実施形態の、図３から図９と同じ図を示している。

図１及び図２は、前後軸１２を規定するハウジング１０を備えた風力装置を示しており、ハウジング１０は、図２に側部の破線１４として図示されているように、長手方向の平面視で滴状の構造になっている。

ハウジング１０は、滴状の平面的な上壁１６と、この上壁１６に平行な、滴状の平面的な底壁１８とを有しており、これらの壁１６、１８の間の中央を前後軸１２が通っている。

上壁１６の縁から底壁１８の縁までハウジング壁２０が延びており、このハウジング壁２０は、互いに反対側に配置される２つの側部流出開口部２２を形成する態様で分断されている。一方の流出開口部２２から他方へと延びている、ハウジング壁２０の上流側の前部分は、前方部２４と呼ばれている。流出開口部２２からハウジング１０の下流側端部まで延びている、ハウジング壁２０のそれらの部分は、側方部２６と呼ばれている。

前方部２４において、ハウジング１０は、前後軸１２の方向での視点で円形を成す、上流側すなわち前方側の流入開口部２８を備えている。ダクト壁３２により外周側面において範囲決めされたフローダクト３０が、ハウジング１０内で、流入開口部２８から２つの流出開口部２２まで延びている。

本実施例では３つの羽根を有するプロペラ３４が、前後軸１２周りに回転可能に、フローダクトの内部に配置されている。

ダクト壁３２は、流入開口部２８からプロペラ３４の下流側まで、前後軸１２に対して回転対称に形成されており、プロペラ３４の放射方向外端部とダクト壁３２との間には隙間が存在し、この隙間は、フローダクト３０を通る流体、本実施例では空気を最適条件で利用するために、可能な限り小さくなるように選定され、空気の流れの方向が図２に矢印３６によって示されている。

プロペラ３４の下流側では、内壁３８によって、フローダクト３０が２つの流出ダクト４０へと分けられており、内壁３８は、図示されている典型的な実施形態において、２つの壁部分４２を有し、その壁部分４２は、底壁１８に対して直角に、底壁１８から上壁１６まで延びている。流れの方向３６で視認されるように、２つの壁部分は、丸みを帯びた前方端４４から、前後軸１２に関して対称に、互いに離れて側方部２６まで延びており、又、２つの壁部分は、曲げられることによって、切れ目なく側方部２６へと併合している。

上壁１６、底壁１８、内壁３８及び前方部２６によって囲まれた、後方ハウジング部４６の内部に、発電機４８（後続の図を参照）が据え付けられ、この発電機４８の駆動シャフト５０に、プロペラ３４が取り付けられており、駆動シャフト５０は、前方端４４を貫通している。

前後軸１２に対して直角な軸５２が、一点鎖線によって示されており、本実施例において、その縦方向では、ハウジング１０が軸５２周りに回転自在に固定されることが好ましい。上流側の前方ハウジング部５４に軸５２が配置され、かつ、ハウジング１０が滴状であるため、ハウジング１０は、自体を流れの方向３６に自動的に位置合わせする。

図示されている典型的な実施形態では、上壁１６及び底壁１８が、側方に凹部５６を有しており、これらの凹部５６は、前方部２４の下流端、故に流出開口部２２の上流端から、前後軸１２に対して直角に内壁３８まで、更に内壁３８に沿って側方部２６まで延びている。その結果、流出開口部の一部も、上側及び下側に位置している。しかしながら、凹部５６が無くてもよいことを留意すべきである。

図１には、軸５２周りに回転可能に固定される態様で、ハウジング１０が配置されたマストを、符号５８で示している。

ここで、図１及び図２に示されている複数の風力装置が、ペアで互いを支えるように、重なり合ってモジュール式に配置されてもよい（modulartig ubereinander, paarweise aneinander anliegend angeordnet sein konnen）ことは、言及するべきである。この場合は、一番上の風力装置の上壁１６と、一番下の風力装置の底壁１８とが、関連する前後軸１２に対して円筒状を形成してもよい（zu den betreffenden Langsachsen 12 rotationszylindrisch auszubilden）。

二点鎖線のハウジング端部線６０で示すように、全体の長さを抑制するために、ハウジング１０を、側方部２６が互いに隣接する下流端まで形成せずに、ハウジング端部線６０の位置で終わらせることも可能である。

結果として下流に配置される後部壁を、平面的に又は湾曲して形成してもよいことは、言及するまでもない。

後続の図は、前後軸１２の高さでの、フローダクト３０及び内壁３８を通る水平断面を示しており、発電機４８と、この発電機４８の、内壁３８を貫通する駆動シャフト５０に取り付けられたプロペラ３４とが示されている。

単に図で示されているだけのダクト壁３２は、上流側に流入部６２を有しており、この流入部６２は、本実施例では、円錐の如く流れの方向にテーパ状になるように形成されている。又、流入部６２には、流れの方向に真直ぐに、フローダクト３０で最も小さい断面を備える中央部６４が続いている。更に、中央部６４の下流側には、本実施例では円錐のように広がる流出部６６が、直ぐに続いている。

本実施例では前後軸１２に対して回転対称形状を成すダクト壁３２は、図３〜図５において、２つの構成部で示されている。第１ダクト壁部６８は、その上流側の端部に、フローダクト３０の流入開口７０を規定する流入部６２と、それに隣接する円筒形の第１シェル部７２とを有している。第１シェル部７２は、円筒形の第２シェル部７４により包囲されており、第２シェル部７４には、下流側に直ぐに流出部６６が隣接している。第１シェル部７２及び第２シェル部７４は、軸方向に結合されると共に、互いに固定されて接続されている。

前後軸１２について中央にある駆動シャフト５０を備えた発電機４８は、内壁３８によって上流側の範囲が定められた後方ハウジング部４６に配置されている。

同様に、後方ハウジング部４６には間隔調整機構７６が配置されており、この間隔調整機構７６によって、プロペラ３４の軸方向位置が調整可能になっている。

この目的のために、回転可能であるが軸方向に変位可能に、駆動シャフト５０上にプロペラ３４を配置してもよく、更に、駆動シャフト５０上でプロペラ３４を変位させることで、固定配置された発電機４８とプロペラ３４との間の間隔を、間隔調整機構７６によって変えてもよい。駆動シャフト５０の構成には、伸縮自在にするといった更なる実現性が存在し、又、プロペラ３４の、駆動シャフト５０の伸張可能な部位への配置には、円周方向と軸方向との双方で固定される等の、更なる実現性が存在する。

更に、ハウジング１０内において発電機４８は、キャリッジやソリ部（Wagen oder Schlitten）上へ固定してもよく、又、発電機４８は、駆動シャフト５０に固定配置されるプロペラ３４と共に、位置調整機構７６´によって所望の軸方向位置へ変位させてもよい。

図３に双方向矢印によって示されているように、プロペラ３４は、二点鎖線で示された上流側の第１端位置７８と、連続線で示された下流側の第２端位置８０との間で、前後に変位させることができ、中間位置にすることもできる。

第１位置７８は、流れの方向視での上流端と、中央部６４の中央との間に位置している。第２位置８０は、中央部の下流端に位置している。第２位置８０は、流出部６６の上流側端部に位置していてもよい。

図４に示されている実施形態の例では、ハウジング１０内に第２ダクト壁部６８´が固定式で設置されているが、第１ダクト壁部６８は、長さ調整機構８２によって、第２ダクト壁部６８´に対して軸方向に変位することができる。その結果、フローダクト３０の長さを変化させることができる。

フローダクト３０が最短の長さのとき、第１シェル部７２及び第２シェル部７４は、重複部分が最大になる。図示の典型的な実施形態では、第１シェル部７２の下流端が、中央部６４の下流側の端部の近くに位置している。

フローダクト３０が最大の長さのとき、第１シェル部７２及び第２シェル部７４は、二点鎖線によって示されているように、僅かにだけ重複する。

一方、図４に示されている実施形態の例において、中央部６４から流出部６６までの移行の間、プロペラ３４は、その軸方向位置を変化させることができず、図５に従う実施形態は、図３及び図４に従う実施形態の組み合わせを示しており、この実施形態の例では、プロペラ３４の軸方向位置とフローダクト３０の長さとの、双方を変化させることができる。

風速が比較的小さいとき、フローダクト３０の長さは、大抵大きくなる傾向にあり、プロペラ３４の位置は、大抵第１位置７８に設定される。風速が大きいとき、その長さは大抵小さくなり、プロペラの位置は、大抵第２位置８０に設定される。

図６に従う実施形態のケースにおいて、フローダクト３０は、円錐のように流れ方向３６に先細りになっている流入部６２、この流入部６２と一定の円形断面で隣接している中央部６４、及び、この中央部６４と隣接して円錐の如く広がっている流出部６６によって範囲決めされている。中央部６４及び流出部６６は、変化できない形状になっているが、流入部６２の円錐角αは、変化させることができる。

この目的のために、ダクト壁３２は、流入部６２において、鱗状の態様で円周方向に重複する流入部分８４から形成することができ、流入部分８４は、それらの下流端で、接線方向に延びる軸について旋回可能に、中央部に取り付けられる。

符号８６は流入調整機構を示しており、これによって、流入部６２は、（二点鎖線で示されている）最小位置８８と（同様に二点鎖線で示されている）最大位置８８´との間を、（連続線で示されている）中間位置を経て、揺動して変化することができる。フローダクト３０の流入開口７０は、それに応じて変化する。

図６に示されている実施形態のケースにおいて、発電機４８及びプロペラ３４は、軸方向視で、プロペラ３４が中央部６４の下流端に配置されるように、固定式で設置されている。

しかしながら、この実施形態のケースでは、図３で図示及び使用されているように、プロペラ３４の位置が変化するように形成することもできる。

図７に示されている実施形態のケースにおいて、円錐のように形成されている流入部６２は、円筒状の中央部６４と直ぐに隣接しており、中央部６４の直径は、（双方向矢印によって示された）断面調整機構９０によって変化するように形成されている。中央部６４は、流出部６６と直ぐに隣接しており、流出部６６の直径は、流れ方向３６へ広がっている。

ダクト壁３２の中央部６４は、例えば、鱗状の態様で円周方向に重複する壁部分９２から形成することができ、その重複は、フローダクト３０の直径が増大すると減少し、反対に、フローダクト３０の断面が減少すると増大する。

長手方向視で互いに外側にある、流入部６２及び流出部６６の端部領域については、寸法的に固定形状であってもよく、又、夫々の内部領域については、接線方向の軸について旋回できるように、各々が寸法的な固定部に取り付けられる、流入及び流出部分８４´を備えていてもよく、鱗状の態様で円周方向に重複してもよい。中央部６４に面する端部によって、流入及び流出部分８４´は、中央部の壁部分９２上で案内可能であり、その結果、流入及び流出部分８４´によって定められる円錐角は、中央部６４の半径増大に伴って減少し、その逆もまた同様である。

更に、図７に従う実施形態の例では、図３に関連して説明したのと同様の方法で、第１位置７８と第２位置８０との間に、プロペラ３４の軸方向位置を調整することもできる。

加えて、図３〜図７に示されている実施形態の例では、それらにおいて円錐状に形成された流入部６２及び流出部６６について、前後軸１２の方向に凸状に湾曲した形状であってもよく、中央部６４に対する移行は、連続的であることが好ましい。

図８に示されている実施形態の例において、ダクト壁３２は、一体になるように形成されており、又、半径方向内側へ向かって凸状に湾曲していると共に、前後軸１２の方向視での全長にわたって、前後軸１２について回転対称になっている。ここで、ダクト壁３２と、これによって範囲制限されているフローダクト３０とは、流入部６２、流入部６２に隣接する中央部６４、及び、中央部６４に下流側で隣接して流出開口部２２へと繋がる流出部６６を有している。

流入部６２では、フローダクト３０の断面が流れ方向３６に連続的に狭くなっているのに対し、中央部６４では、その変化が僅かだけで、そこに最小の流れ断面が位置している。流出部６６では、中央部６４におけるよりも顕著な広がりで、流れ断面が再び連続的に増大している。一方の部位から他方への移行は、連続的になっている。

ダクト壁３２は、ダイヤフラムのような方式で弾性材料から形成することができ、フローダクト３０の断面、従ってダクト壁３２の曲率（Krummung）は、断面調整機構の符号でもある２つの双方向矢印９０によって示されているように、（連続線で示された）最大曲率の形状と（二点鎖線で示された）最小曲率の形状との間（従って、中央部６４におけるフローダクト３０の最も小さい或いは最も大きい最小径に相当するもの）で、可変になっている。

ダクト壁３２を複合材料から構成することもできる。

後方ハウジング部４６に配置される発電機４８と、この発電機４８の駆動シャフト５０上に固定配置されるプロペラ３４とは、調整できない形態で図示されており、プロペラ３４は、流出部６６において、中央部６４の下流側の移行部に配置されている。

最も狭いフローダクト３０の例では、実際の空気流の全体が、プロペラ３４に向かって軸方向に流れるが、前者と比較してより広いフローダクト３０の例では、空気流の放射方向外側の外殻部分が、プロペラ３４の周りを流れる。

従って、フローダクト３０は、比較的小さい風速では最小径にセットされ、暴風の場合には最大の流れ断面にセットされる。

更に、前記の実施形態では、図３に関連して説明及び図示したように、プロペラ３４の位置について、可変構成にすることも考えられる。

図９に従う実施形態の例では、前方部２４におけるハウジング壁２０と、長手方向断面におけるダクト壁３２とが、翼形を成している。この翼形は、前後軸１２に関して、環状に回転対称形状であることが好ましい。

流入開口部２８から凸状に湾曲している流入部６２は、中央部６４と連続的に隣接している。中央部６４は、同じ様に凸状に湾曲しているが、流入部６２よりも曲率が小さくなっている。流れの方向３６で視ると、中央部は、連続的かつ同じ様に凸状に湾曲して、流出部６６と隣接している。

全ての実施形態の例において、フローダクト３０の最小径は、中央部６４に位置しており、そこでは流体が最も速くなる。

図９に示されているように、プロペラ３４は、中央部６４に配置されている。

一点鎖線９４で示されているように、断面調整機構９０によって、ダクト壁３２の外形を変化させることができる。このために、ダクト壁３２を、ダイヤフラムのような構成にしてもよい。

更に、この実施形態の例では、図３に関連して説明したように、プロペラ３４の軸方向位置が可変になるように構成することもできる。

高風速では、ダクト壁３２の外形が、低風速の時よりも大抵は流線形に選定される。

図１０に示されている実施形態の例において、ダクト壁３２及び故にフローダクト３０は、図８で図示及び説明した実施形態と同じ様に形成される。しかしながら、残りの図面に示されたような構成にすることもできる。

しかしながら、図１０に従う実施形態の例では、内壁３８が可変構造になっており、内壁３８の壁部分４２は、双方向矢印で示されている内壁機構９６によって、少なくとも略平面形状から外側へ突出した湾曲形状へと移動することができ、その結果、流出ダクト４０の断面を、風の状態の変化に合わせて適応させることができる。

内壁３８のこの可変性も、他の全ての実施形態に適用することができる。

図１０に従う実施形態の例では、図３に関連して説明したように、プロペラ３４の軸方向位置を可変にするように構成することもできる。

ここで説明すると、全ての実施形態の同じ或いは等しい動作部分について、同様の符号を使用してきたが、その結果、図の説明の文言に明確に言及されていないとしても、図内の符号を介して適切な部分が明示されている。

１０：ハウジング、１２：前後軸、２２：側部流出開口部、２８：流入開口部、３０：フローダクト、３２：ダクト壁、３４：プロペラ、３６：流れの方向、３８：内壁、４８：発電機、５２：軸、５８：マスト、６２：流入部、６４：中央部、６６：流出部、７０：流入開口、７６：間隔調整機構、７６´：位置調整機構、８２：長さ調整機構、８４：流入部分、８６：流入調整機構、９０：断面調整機構、９６：内壁機構

Claims (15)

1. 連続フロー式エネルギー装置、特に風力装置であって、
   前後軸（１２）を規定すると共に、少なくとも略滴状の長手部分を有し、前記前後軸（１２）に対して少なくとも略直角に延びる軸（５２）を回転軸として、駆動用の流体の流れの方向（３６）に回動可能なハウジング（１０）と、
   該ハウジング（１０）の上流前方側の流入開口部（２８）と、
   該流入開口部（２８）に対して下流側に配置される、前記ハウジング（１０）の流出開口部（２２）と、
   前記流入開口部（２８）から前記流出開口部（２２）まで、前記ハウジング（１０）の内部において延びると共に、ダクト壁（３２）によって範囲決めされた、前記流体のためのフローダクト（３０）と、
   発電機（４８）を駆動するためのプロペラ（３４）と、を含み、
   該プロペラ（３４）は、前記フローダクト（３０）内に配置され、前記前後軸（１２）を回転軸として回転可能であり、前記流体が前記プロペラ（３４）へ向かって軸方向へと流れ、
   流体の様々な状態において動力発生を最適化するように、前記プロペラ（３４）の軸方向位置（７２、７４）が調整可能に構成され、及び／又は、前記ダクト壁（３２）が調整可能に構成され、前記調整のための機構（７６、７６´、８２、８６、９０、９６）を有することを特徴とする連続フロー式エネルギー装置。
2. 前記ダクト壁（３２）は、
   前記流れの方向（３６）で先細りすると共に、好ましくは前記前後軸（１２）に対して回転対称である流入部（６２）と、
   該流入部（６２）と連続的に隣接し、前記前後軸（１２）に対して回転対称であると共に、前記フローダクト（３０）の最小径を有する中央部（６４）と、
   該中央部（６４）と連続的に隣接し、前記流出開口部（２２）へ繋がると共に、好ましくは前記流れの方向（３６）で広がる流出部（６６）と、を有し、
   前記プロペラ（３４）は、前記中央部（６４）か、或いは、前記流出部（６６）の上流端領域に配置されることを特徴とする請求項１記載の連続フロー式エネルギー装置。
3. 前記中央部（６４）の長さが可変に構成され、該長さを変化させるための長さ調整機構（８２）を有することを特徴とする請求項２記載の連続フロー式エネルギー装置。
4. 前記中央部（６４）は、円柱状の断面を有し、伸縮自在の構成になっていることを特徴とする請求項３記載の連続フロー式エネルギー装置。
5. 前記中央部（６４）の断面が変形可能に構成され、該断面を変形させるための断面調整機構（９０）を有することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。
6. 前記中央部（６４）は、ダイヤフラムのように構成されることを特徴とする請求項５記載の連続フロー式エネルギー装置。
7. 前記流入部（６２）は、上流の流入開口（７０）を規定すると共に、該流入開口（７０）が大きく及び小さくなるように変形可能に構成され、
   前記流入部（６２）を変形させるための流入調整機構（８６）を有することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。
8. 前記流入部（６２）は、鱗状の態様で円周方向に重複する流入部分（８４）を有することを特徴とする請求項７記載の連続フロー式エネルギー装置。
9. 更に、前記フローダクト（３０）は、前記流出部（６６）において内壁（３８）により範囲決めされ、該内壁（３８）は、前記流れの方向（３６）で広がると共に、前記ダクト壁（３８）に対して内側に位置していることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。
10. 前記内壁（３８）が変形可能に構成され、該内壁（３８）の形状を変えるための内壁機構（９６）を有することを特徴とする請求項８記載の連続フロー式エネルギー装置。
11. 前記プロペラ（３４）と機能的に接続された前記発電機（４８）は、前記ハウジング（１０）内で前記内壁（３８）の下流に配置されることを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。
12. 前記発電機（４８）及び前記プロペラ（３４）は、互いに固定の間隔で配置されると共に、前記ハウジング（１０）に対して前記前後軸（１２）の方向に同時に調整可能に取り付けられ、
    前記発電機（４８）及び前記プロペラ（３４）の軸方向位置を変化させるための、位置調整機構（７６´）を有することを特徴とする請求項１１記載の連続フロー式エネルギー装置。
13. 前記発電機（４８）は、前記ハウジング（１０）に対して固定式に配置され、
    前記プロペラ（３４）と前記発電機（４８）との間の、軸方向に計測した間隔が可変に構成され、前記発電機（４８）と前記プロペラ（３４）との間の間隔を変化させるための、間隔調整機構（７６）を有することを特徴とする請求項１１記載の連続フロー式エネルギー装置。
14. １つの流入開口部（２８）と、互いに反対に位置する２つの側部流出開口部（２２）とを有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。
15. 前記ハウジング（１０）が前記軸（５２）を回転軸として回動できるように、前記ハウジング（１０）が取り付けられるマスト（５８）を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載の連続フロー式エネルギー装置。

Images