JP2019173636A - 発電装置の出力増強デバイス及び自然エネルギ型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自然エネルギ型発電装置において、簡易かつ低コストな手段でブレードに付加されるトルク量の増加を可能にする。【解決手段】発電装置の出力増強デバイス２２は、再生エネルギによって駆動される少なくとも１本のブレード１４、及び前記ブレードが取り付けられたハブ１６、を含むロータ１２を備える発電装置の出力増強デバイスであって、前記出力増強デバイスは、前記ハブを囲むように配置される筒状のケーシング２４であって、前記ブレードが挿通される貫通孔２６を有するとともに、前記ロータと共に回転するように構成されたケーシングを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、発電装置の出力増強デバイス及び該出力増強デバイスを備える自然エネルギ型発電装置に関する。

近年、風力発電においては、設置場所や気象条件によって風向きや風速が変わるため、十分な発電効果が得られない場合がある。このため、ブレードに当たる風を増速させてブレードに付加されるトルクを増加させ、これによって、発電効果を高める提案がなされている。
特許文献１には、複数のブレードの先端部分を包絡する筒状体を設け、該筒状体に流入する風を増速させてブレードに当てるようにした構成が開示されている。特許文献２には、ブレードの下流側で翼断面を有する筒状体をナセルに設け、該筒状体の内面又は外面に沿って流れる風を増速させてブレードに付加されるトルクを高めるようにしている。

国際公開第０３／０８１０３３号明細書 欧州特許出願公開第２５７８８７５号明細書

特許文献１に開示された増速装置は、ブレード直径が１００ｍを超える大型の風力発電装置に適用する場合、増速装置自体も大型化するため、現実的には設置が困難であり、また、高コストとなるため、小型機への適用に限定される。
また、特許文献２に開示された増速装置は、筒状体がブレードの下流側に離れて配置されるため、ブレード付近での風の増速効果は大きくならず、従って、ブレードに付加されるトルクもさほど増加しないと考えられる。

一実施形態は、自然エネルギ型発電装置において、簡易かつ低コストな手段でブレードに付加されるトルクの増加を可能にすることを目的とする。

（１）一実施形態に係る発電装置の出力増強デバイスは、
再生エネルギによって駆動される少なくとも１本のブレード、及び前記ブレードが取り付けられたハブ、を含むロータを備える発電装置の出力増強デバイスであって、
前記出力増強デバイスは、前記ハブを囲むように配置される筒状のケーシングであって、前記ブレードが挿通される貫通孔を有するとともに、前記ロータと共に回転するように構成されたケーシングを備える。

上記（１）の構成によれば、出力増強デバイスのケーシングに形成された上記貫通孔にブレードを挿通させることで、出力増強デバイスはブレード先端よりもハブ側に近い位置に設けることができる。これによって、出力増強デバイスのケーシングを小径化できるため、出力増強デバイスを小型化及び低コスト化できる。
また、ブレードに付加されるトルクを増加させるためには、ブレードの翼前縁付近で自然エネルギ源である流体の速度を増加させることが有効である。上記（１）の構成によれば、流体の流れ方向に対して、出力増強デバイスをブレードと同じ位置に設けることができるため、ブレードの翼前縁付近で流体を増速できる。これによって、ブレードに付加されるトルクを効率良く増加できるため、発電装置の出力を向上できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記ケーシングは、前記ケーシングの軸方向断面において、前記ケーシングの外面が背面形状を有し、前記ケーシングの内面が腹面形状を有する翼形に形成される。
一般に、ブレードの翼根部付近では流入する流体が減速するため、ブレードに付加されるトルクは減少する。
上記（２）の構成によれば、ケーシングの外面が背面形状を有するため、ケーシングの外面に沿う流体を増速できる。これによって、元々流体から受けるトルクが内側領域よりも大きいケーシングの外側領域でトルクをさらに増加できるので、ケーシングの内側領域でトルクが減少したとしても、全体としてブレードに付加されるトルクを増加できる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記ブレードの翼長方向長さをＲとし、前記ブレードの回転中心と前記ケーシングとの距離をｒとするとき、前記ケーシングは、０．０５≦ｒ／Ｒ≦０．２５を満たす位置に配置される。
上記（３）の構成によれば、上記数値限定範囲を満たす出力増強デバイスのケーシングの配置位置は、ブレードの翼長方向においてハブの外側から翼根部付近の領域となる。この領域は、ブレードに流入する流体が減速しがちな領域である。該領域に出力増強デバイスを設けることで、該領域における流体の流速増加が可能になり、従って、ブレードに付加されるトルクを増加できる。

（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記ケーシングの軸方向長さをＬとしたとき、
前記貫通孔は、前記出力増強デバイスの軸方向において、前記ケーシングの前端から０．１Ｌ以上０．８Ｌ以下の位置に配置される。
上記（４）の構成によれば、上記貫通孔が出力増強デバイスのケーシングの前端から０．１Ｌ以上０．８Ｌ以下の位置に配置されるため、出力増強デバイスで流体が増速される領域にブレードの翼前縁を配置できる。これによって、ブレードに付加されるトルクを増加できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記ケーシングを前記ハブに支持させるための支柱をさらに備える。
上記（５）の構成によれば、支柱によってケーシングをハブに支持させることができる。これによりケーシングをブレードに固定させない構造にすることが可能となり、ブレードにピッチ角制御機能を備えさせることができる。ピッチ角とはブレードに流入する流体に対するブレードの角度であり、ブレードの翼長方向中心軸を中心としてブレードを回動させることで、ピッチ角の制御が可能になる。

（６）一実施形態では、前記（５）の構成において、
前記ブレードの翼コード長をｃ、前記ブレードの翼長方向長さをＲとし、前記翼コード長ｃと前記翼長方向長さＲとの比である翼コード長比をｃ／Ｒとしたとき、
前記ケーシングは、前記翼コード長比ｃ／Ｒが最大値となる前記ブレードの翼長方向位置よりも前記ハブ側の位置に設けられる。
上記（６）の構成によれば、出力増強デバイスのケーシングは、ブレードの翼コード長比ｃ／Ｒが最大値となる翼長方向の位置よりもハブ側の位置に設けられるため、貫通孔には相対的に翼コード長ｃが短いブレードの領域が挿入される。従って、ピッチ角制御機能を備えさせた場合においても、貫通孔の直径を小さくできる。従って、該貫通孔と該貫通孔に挿入されるブレードとの隙間を狭くできるので、該隙間からの流体の漏出を抑制できる。これによって、流体の増速効果を維持できる。また、貫通孔の直径を小さくできるため、出力増強デバイスのケーシングの軸方向長さの下限値を小さくできる。

（７）一実施形態では、前記（５）又は（６）の構成において、
前記ケーシングは、前記ブレードの翼長方向と直交する横断面における最大翼厚をｔとし、前記ブレードの翼コード長をｃとするとき、０．６≦ｔ／ｃを満たす前記ブレードの翼長方向位置に設けられる。
ブレードは、翼根部に近づくほど翼コード長が短くなると共に、最大翼厚ｔは大きくなる。上記（７）の構成によれば、出力増強デバイスのケーシングは、翼コード長が短いブレードの翼根部近くの領域に形成されるので、ブレードが挿入される貫通孔の直径を小さくできる。これによって、上述のように、ピッチ角制御機能を備えさせた場合においても、該貫通孔と該貫通孔に挿通されるブレードとの隙間を狭くでき、該隙間からの流体の漏出を抑制できるため、流体の増速効果を維持できる。また、出力増強デバイスのケーシングの軸方向長さは貫通孔の直径以上とする必要があるところ、上記（７）の構成によれば、ブレードが挿入される貫通孔の直径を小さくできるので、ケーシングの軸方向長さの下限値を小さくできる。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記ケーシングは、第１ケーシング部と、第２ケーシング部とを少なくとも含み、
前記第１ケーシング部と前記第２ケーシング部とは、前記貫通孔を横断する位置において結合される。
上記（８）の構成によれば、ケーシングは貫通孔を横断する位置で分割されているので、ブレードを貫通孔に挿入させた状態でのケーシングの組立てが容易になる。

（９）一実施形態に係る自然エネルギ型発電装置は、
自然エネルギによって駆動される少なくとも１本のブレード、及び前記ブレードが取り付けられたハブ、を含むロータを備える自然エネルギ型発電装置であって、
前記（１）〜（８）の何れかの構成を有する出力増強デバイスを備える。
上記（９）の構成によれば、上記構成の出力増強デバイスを備えることで、出力増強デバイスを小型化及び低コスト化できると共に、流体の流れ方向で出力増強デバイスをブレードと同じ位置に設けることができるため、ブレードの翼前縁付近における流体の増速効果を高めることができる。これによって、ブレードに付加されるトルクを効率良く増加できるため、発電装置の出力を向上できる。

（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
前記ブレードは風力エネルギによって駆動されるように構成される。
上記（１０）の構成によれば、上記構成の出力増強デバイスを風力発電装置に適用することで、ロータに設けられる出力増強デバイスを小型化及び低コスト化できると共に、風力エネルギによってブレードに付加されるトルクを効率良く増加できるため、発電装置の出力を向上できる。

幾つかの実施形態によれば、出力増強デバイスを小型化及び低コスト化できると共に、ブレードに付加されるトルクを効率良く増加でき、発電装置の出力を向上できる。

一実施形態に係る風力発電装置の側面図である。 一実施形態に係る風力発電装置の正面図である。 一実施形態に係る出力増強デバイスの平面図である。 一実施形態に係る出力増強デバイスの軸方向における風速分布の一例を示す線図である。 ブレードに付加されるトルクのブレードの翼長方向における分布を示す線図である。 ブレードの翼コード長のブレードの翼長方向における分布を示す線図である。 ブレードの翼厚比のブレードの翼長方向における分布を示す線図である。 一実施形態に係る出力増強デバイスのケーシングを示す斜視図である。 一実施形態に係る出力増強デバイスのケーシングを示す斜視図である。 ブレードの形状の一例を示す斜視図である。 ブレードに加わるトルクの分布の一例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１及び図２は、一実施形態に係る風力発電装置１０を概略的に示す側面図及び正面図である。
図１及び図２において、風力発電装置１０は、少なくとも１本のブレード１４と、ブレード１４が取り付けられたハブ１６とを含んで構成されるロータ１２を備える。ロータ１２は、ブレード１４に流入する風ｗがもつ風力エネルギによって回転駆動される。ハブ１６は、タワー２０の頂上に設置されたナセル１８に回転自在に支持される。ナセル１８の内部には、ロータ１２の回転を発電機（不図示）に伝達するトランスミッション（不図示）と、ロータ１２の回転によって駆動され電力を生成する該発電機とが収容されている。

風力発電装置１０はさらに出力増強デバイス２２を備える。出力増強デバイス２２は、ハブ１６を囲むように配置される筒状のケーシング２４を含んで構成される。ケーシング２４は、ブレード１４が挿通される貫通孔２６を有する。ケーシング２４は、ブレード１４が貫通孔２６に挿通された状態でロータ１２と共に回転する。
なお、図１では、便宜上、出力増強デバイス２２のみ断面で図示している。

ブレード１４を貫通孔２６に挿通させることで、出力増強デバイス２２は、図示のように、ブレード１４と交差する位置に設けられる。即ち、ブレード１４の翼長方向で、ブレード先端よりもハブ側に近い位置に設けることができるため、ケーシング２４を小径化できる。これによって、出力増強デバイス２２の小型化及び低コスト化が可能になる。また、風ｗの流れ方向に対して、ブレード１４と同じ位置に設けることができるため、ブレード１４の翼前縁付近における風ｗの増速効果を高めることができる。これによって、ブレード１４に付加されるトルクを効率良く増加できるため、発電機の出力を向上できる。

一実施形態では、図１及び図２に示すように、ケーシング２４は、軸方向がブレード１４の回転中心軸Ｏ_１に沿うように配置される。これによって、回転中心軸Ｏ_１に沿って流入する風ｗを効率良く増速できる。さらに、回転中心軸Ｏ_１に対して傾斜した角度でケーシング２４に流入する風ｗも増速可能である。

一実施形態では、図２に示すように、ケーシング２４をハブ１６に支持させるための支柱２８を備え、ケーシング２４は支柱２８を介してハブ１６に固定される。
この実施形態によれば、出力増強デバイス２２は支柱２８によってハブ１６に支持され、ブレード１４に固定されない。従って、ブレード１４はピッチ角制御機能を備えることができる。
図３に示すように、ピッチ角θとはブレード１４の風ｗに対する角度であり、ブレード１４の翼長方向回転軸Ｏ_２を中心としてブレード１４を回動させることで、ピッチ角θの制御が可能になる。また、ケーシング２４を支柱２８で支持することで、ケーシング２４の支持構成を簡素化かつ低コスト化できる。この実施形態では、ブレード１４は貫通孔２６に対して隙間Ｃｒを有して挿通される。

上記実施形態のように、貫通孔２６に挿通されるブレード１４のピッチ角制御が可能になる実施形態においては、貫通孔２６は、貫通孔２６に挿入されるブレード１４の翼コード長ｃ（図１０参照）より大きい直径を有する円形の貫通孔とする必要がある。また、ケーシング２４の軸方向長さＬは、貫通孔２６に挿通されるブレード１４の翼コード長ｃより長く設定する必要がある。

一実施形態では、支柱２８の横断面を翼形形状とすることができる。これによって、ケーシング２４の内側に流入する風ｗの乱れを抑制できるため、ケーシング２４の内側に流入する風ｗの増速効果を維持できる。

一実施形態では、ケーシング２４はブレード１４に固定される。この実施形態によれば、ケーシング２４は直接ブレード１４に固定されることで、出力増強デバイス２２はロータ１２と共に回転可能である、また、出力増強デバイス２２の取付けに支柱２８のような支持部材が不要となり、図１及び図２に示す実施形態より低コスト化できる。但し、この実施形態では、ブレード１４はピッチ角制御機能を備えることはできない。

幾つかの実施形態では、ケーシング２４を軸方向から視認したとき、ケーシング２４は、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。また、別な実施形態では、例えば、三角形、四角形等又は六角形等の多角形であってもよい。ケーシング２４を多角形とすれば、円形、楕円形等と比べて製造が容易になる。

一実施形態では、図１及び図４に示すように、ケーシング２４は、ケーシング２４の軸方向断面において、ケーシング２４の外面４０が背面形状を有し、ケーシング２４の内面４２が腹面形状を有する翼形に形成される。
この実施形態によれば、ケーシング２４の外面４０が背面形状を有するため、ケーシング２４の外面４０に沿う風ｗを増速できる。これによって、元々内側領域より風ｗから大きいトルクを受けるケーシング２４の外側領域で風ｗの流速をさらに増加できるため、ブレード１４に付加されるトルクを増加できる。なお、ケーシング２４の内側領域でトルクが減少したとしても、全体としてブレード１４に付加されるトルクを増加できる。

図４は、ケーシング２４の軸方向における風ｗの流速分布を示す。
図４において、横軸は、ケーシング２４の前端４４の位置を０とし、後端４６を１とした無次元値を示し、縦軸は、風ｗの流速を示す。図中、ラインＡは、出力増強デバイス２２のケーシング２４の外面４０に沿う風ｗの流速分布を示し、ラインＢは、ケーシング２４の軸方向におけるブレード１４の翼前縁３４の位置を示し、ラインＣはブレード１４の翼後縁３６の位置を示している。

一実施形態では、ケーシング２４の軸方向長さをＬとしたとき、貫通孔２６は、ケーシング２４の軸方向において、ケーシング２４の前端から０．１Ｌ〜０．８Ｌの位置に配置される。
この実施形態によれば、貫通孔２６は、ケーシング２４の前端から０．１Ｌ〜０．８Ｌの位置に配置されるため、出力増強デバイス２２で風ｗが増速される領域にブレード１４の翼前縁を配置できる。これによって、ブレード１４に付加されるトルクを増加できる。
このように、ブレード１４の翼前縁に流入する風ｗの流速を増加させることで、ブレード１４が受けるトルクを最も効率良く増加できる。
図４に示されるラインＡの流速分布からみて、好ましくは、貫通孔２６は、ケーシング２４の前端から０．１Ｌ〜０．４Ｌの位置に配置するのがよい。

図１０は、ブレード１４の形状の一例を示す。図１０において、翼根部３０は強度を高めるため円柱に近い断面を有する。翼根部３０から翼端部３２に移行するにつれて、風ｗに対する抵抗を増加してトルク量を増加させるため、翼コード長ｃが増加し、回転による周速が大きくなる翼端側領域では、逆に風ｗの抵抗を減らすために翼コード長ｃは短くされる。翼長方向と直交する横断面Ｓにおける最大翼厚ｔも、翼根部３０から翼端部３２に移行するにつれて変わる。図中、３４はブレード１４の翼前縁を示し、３６はブレード１４の翼後縁を示す。

図１１は、ブレード１４が風ｗから受けるトルクを示す図である。翼コード長ｃが小さく、かつ回転による周速も小さい翼根部は流入する風ｗから受けるトルクの値は小さい。

一実施形態では、ブレード１４の翼長方向長さ（ロータ１２の半径）をＲとし、ブレード１４の回転中心軸Ｏ_１とケーシング２４との距離をｒとするとき、ケーシング２４は、０．０５≦ｒ／Ｒ≦０．２５を満たす位置に配置される。
この実施形態によれば、上記数値限定範囲を満たすケーシング２４の位置は、ブレード１４の翼長方向においてハブ１６の外側から翼根部付近の領域となる。この領域は、ブレード１４に流入する風ｗが減速しがちな領域である。該領域に出力増強デバイス２２を設けることで、該領域における風ｗの流速増加が可能になり、従って、ブレード１４に付加されるトルクを増加できる。

図５は、ブレード１４の翼長方向においてブレード１４に流入する風ｗから受けるトルクの分布を示す。
図５において、ラインＸは、出力増強デバイス２２を設けたときのブレード１４が受けるトルクを示し、ラインＹは、出力増強デバイス２２を設けないときのブレード１４が受けるトルクを示している。この実験では、図１及び図４に示すように、ケーシング２４の外面４０が背面形状を有し、ケーシング２４の内面４２が腹面形状を有する翼形に形成された出力増強デバイスを用いている。

図５から、上記構成の出力増強デバイス２２を用いたときは、出力増強デバイス２２を用いないときと比べて、ケーシング２４の外面４０に沿ってロータ１２に流入する風ｗが増速し、ケーシング２４の内面４２に沿ってロータ１２に流入する風ｗが減速している。翼根部３０に近いケーシング２４の内側領域では、元々風ｗの流速は小さいため、出力増強デバイスの設置による影響は少ない。従って、出力増強デバイス２２を備えることで、全体としてブレード１４が受けるトルクを増加できる。
好ましくは、ケーシング２４は、０．１≦ｒ／Ｒ≦０．２を満たす位置に配置される。これによって、外面４０に沿ってロータ１２に流入する風ｗをさらに増速でき、ブレード１４が受けるトルクをさらに増加できる。

図６は、ブレード１４の半径位置ｒ／Ｒと翼コード長比ｃ／Ｒとの関係の一例を示す線図である。翼コード長比ｃ／Ｒは翼コード長ｃを無次元量で表すものである。同図に示すように、ブレード１４は、翼根部では強度が要求されるため、翼コード長比ｃ／Ｒは低下する。
一実施形態では、出力増強デバイス２２は、ブレード１４の翼長方向でブレード１４の翼コード長比ｃ／Ｒが最大値となる位置よりもハブ側の位置に設けられる。これによって、貫通孔２６には翼コード長ｃが短いブレード１４の領域が挿入されるため、ブレード１４のピッチ角制御を可能にする場合であっても、貫通孔２６の直径を小さくできる。従って、貫通孔２６と貫通孔２６に挿通されるブレード１４との隙間Ｃｒ（図３参照）を低減できるので、隙間Ｃｒからの風ｗの漏出を抑制できる。そのため、風ｗの増速効果を維持できる。また、貫通孔２６の直径を小さくできるため、出力増強デバイス２２の軸方向長さの下限値を小さくできる。

図６において、領域ａ１は、出力増強デバイス２２を設ける領域の一例を示している。出力増強デバイス２２を領域ａ１に設けることで、上記作用効果を得ることができる。

図７は、ブレード１４の半径位置ｒ／Ｒと翼厚比ｔ／ｃとの関係の一例を示す線図である。同図に示すように、翼根部では、強度を高くするため、ブレード１４の断面はほぼ円形となる。そのため、翼厚比ｔ／ｃはほぼ１００％となる。翼厚比ｔ／ｃが５０を超える領域では、ブレード１４の空力性能は良くなく、風ｗはあまり増速しない。従って、ブレード１４に流入する風ｗから受けるトルクは多くない。

そこで、一実施形態では、出力増強デバイス２２は、０．６≦ｔ／ｃを満たすブレード１４の翼長方向位置に設けられる。
これによって、ブレード１４の翼長方向で空力性能が良くない領域の空力性能を高めることができる。また、該領域の翼コード長ｃは短いので、ケーシング２４に形成される貫通孔２６の直径を小さくできる。さらに、貫通孔２６の直径を小さくすることで、貫通孔２６と貫通孔２６に挿通されるブレード１４との隙間Ｃｒを低減でき、該隙間Ｃｒからの風ｗの漏出を抑制できるため、風ｗの増速効果を維持できると共に、出力増強デバイス２２の軸方向長さの下限値を小さくできる。
なお、好ましくは、０．６≦ｔ／ｃ≦０．７を満たすブレード１４の翼長方向位置に設ける。これによって、空力性能が良くない領域の空力性能を高めることができ、ブレード１４に付加されるトルクを増加できる。

図７において、領域ａ２は、出力増強デバイス２２を設ける領域の一例を示している。出力増強デバイス２２を領域ａ２に設けることで、上記作用効果を得ることができる。

一実施形態では、図８及び図９に示すように、出力増強デバイス２２のケーシング２４は、第１ケーシング片２４ａと第２ケーシング片２４ｂとを少なくとも含み、第１ケーシング片２４ａと第２ケーシング片２４ｂとは、貫通孔２６を横断する位置において結合される。
この実施形態によれば、ケーシング２４は貫通孔２６を横断する位置で分割されているので、ブレード１４を貫通孔２６に挿入させた状態でのケーシング２４の組立てが容易になる。

一実施形態では、図８及び図９に示すように、第１ケーシング片２４ａと第２ケーシング片２４ｂとは、組み立てられたとき、貫通孔２６を横断する位置に端面５２が配置され、第１ケーシング片２４ａと第２ケーシング片２４ｂとは、互いの端面５２が結合される。
一実施形態では、ケーシング２４は、第１ケーシング片２４ａと第２ケーシング片２４ｂとを含み、ブレード１４の数と同じ数のケーシング片を含み、これらケーシング片が貫通孔２６を横断する位置で互いの端面５２が結合されて組み立てられる。

一実施形態では、図２に示すように、３本のブレード１４がハブ１６の周方向に等間隔に設けられ、ケーシング２４は、図９に示すように、周方向に３つの等分割されたケーシング片２４ａ、２４ｂ及び２４ｃで構成される。各ケーシング片２４ａ〜２４ｃの両端には、夫々半円形状の凹部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃが形成されている。ケーシング片２４ａ〜２４ｃを組み立てるとき、各凹部５０ａ〜５０ｃで３本のブレード１４の各々を挟みながら凹部５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの両側に形成された端面５２を突き合わせ、溶接などの手段で接合する。
これによって、ケーシング２４を容易に組み立てることができる。

以上のように、風力発電装置１０は、幾つかの実施形態に係る出力増強デバイス２２を備えることで、出力増強デバイス自体を小型化及び低コスト化できると共に、風ｗの流れ方向で出力増強デバイス２２をブレード１４と同じ位置に設けることができるため、ブレード１４の翼前縁付近における風ｗの増速効果を高めることができる。これによって、ブレード１４に付加されるトルクを効率良く増加できるため、発電装置の出力を向上できる。

上記実施形態は、いずれも風力発電装置に適用した実施形態であるが、幾つかの実施形態では、他の自然エネルギ型発電装置に適用可能である。例えば、潮流を自然エネルギ源として発電を行う潮流発電や、海流を自然エネルギとして発電を行う海流発電などにも適用できる。

幾つかの実施形態によれば、自然エネルギ型発電装置において、簡易かつ低コストな手段で自然エネルギによってブレードに付加されるトルクの増加を可能にし、これによって、発電効率を向上できる。

１０ 風力発電装置
１２ ロータ
１４ ブレード
１６ ハブ
１８ ナセル
２０ タワー
２２ 出力増強デバイス
２４ ケーシング
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ケーシング片
２６ 貫通孔
３０ 翼根部
３２ 翼端部
３４ 翼前縁
３６ 翼後縁
４０ 外面
４２ 内面
４４ 前端
４６ 後端
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 凹部
５２ 端面
Ｃｒ 隙間
Ｏ_１ 回転中心軸
Ｏ_２ 翼長方向回転軸
Ｒ ブレード半径
Ｓ 横断面
Ｔｒ トルク
ｃ 翼コード長
ｔ 最大翼厚
ｗ 風
θ ピッチ角

Claims (10)

1. 再生エネルギによって駆動される少なくとも１本のブレード、及び前記ブレードが取り付けられたハブ、を含むロータを備える発電装置の出力増強デバイスであって、
   前記出力増強デバイスは、前記ハブを囲むように配置される筒状のケーシングであって、前記ブレードが挿通される貫通孔を有するとともに、前記ロータと共に回転するように構成されたケーシングを備えることを特徴とする発電装置の出力増強デバイス。
2. 前記ケーシングは、前記ケーシングの軸方向断面において、前記ケーシングの外面が背面形状を有し、前記ケーシングの内面が腹面形状を有する翼形に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置の出力増強デバイス。
3. 前記ブレードの翼長方向長さをＲとし、前記ブレードの回転中心と前記ケーシングとの距離をｒとするとき、前記ケーシングは、０．０５≦ｒ／Ｒ≦０．２５を満たす位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置の出力増強デバイス。
4. 前記ケーシングの軸方向長さをＬとしたとき、
   前記貫通孔は、前記ケーシングの軸方向において、前記ケーシングの前端から０．１Ｌ以上０．８Ｌ以下の位置に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の発電装置の出力増強デバイス。
5. 前記ケーシングを前記ハブに支持させるための支柱をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の発電装置の出力増強デバイス。
6. 前記ブレードの翼コード長をｃ、前記ブレードの翼長方向長さをＲとし、前記翼コード長ｃと前記翼長方向長さＲとの比である翼コード長比をｃ／Ｒとしたとき、
   前記ケーシングは、前記翼コード長比ｃ／Ｒが最大値となる前記ブレードの翼長方向位置よりも前記ハブ側の位置に設けられることを特徴とする請求項５に記載の発電装置の出力増強デバイス。
7. 前記ケーシングは、前記ブレードの翼長方向と直交する横断面における最大翼厚をｔとし、前記ブレードの翼コード長をｃとするとき、０．６≦ｔ／ｃを満たす前記ブレードの翼長方向位置に設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の発電装置の出力増強デバイス。
8. 前記ケーシングは、第１ケーシング部と、第２ケーシング部とを少なくとも含み、
   前記第１ケーシング部と前記第２ケーシング部とは、前記貫通孔を横断する位置において結合されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の発電装置の出力増強デバイス。
9. 自然エネルギによって駆動される少なくとも１本のブレード、及び前記ブレードが取り付けられたハブ、を含むロータを備える自然エネルギ型発電装置であって、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の出力増強デバイスを備えることを特徴とする自然エネルギ型発電装置。
10. 前記ブレードは風力エネルギによって駆動されるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の自然エネルギ型発電装置。

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