JP2020520431A - 風力発電装置用ロータブレード - Google Patents

Abstract

【課題】ロータブレードの改善された加熱を可能にする風力発電装置用ロータブレードを提供する。【解決手段】ロータブレード根元領域（２００ａ）と、ロータブレード先端領域（２００ｂ）と、圧力側部（２００ｃ）と、吸引側部（２００ｄ）と、前縁部（２０１）と、後縁部（２０２）と、ロータブレード（２００）の長手方向（Ｌ）に沿った少なくとも１つのバー部材（２１０、２１１、２１２）とを備えた風力発電装置用ロータブレード（２００）が提供される。更に少なくとも１つのバー部材（２１０、２１１、２１２）の一端部とロータブレード先端領域の間には、方向転換ユニット（２５０）が設けられている。少なくとも１つのスクープ部（２７０）が１つのバー部材（２１２）に設けられており、この際、スクープ部（２７０）は、第１バー部材（２１１）と第２バー部材（２１２）の間の領域内に突出している。【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電装置用ロータブレード、並びに対応のロータブレードを備えた風力発電装置に関する。

風力発電装置のロータブレードは、保護されずに全ての気象条件にさらされているので、所定の温度ではロータブレードの凍結が生じることがある。このことを防止するために、ロータブレード加熱装置を使用することができる。この際、加熱装置をロータブレードにおいて外部に設けることができるか、又は加熱された空気をロータブレードの内部に提供することができる。

下記特許文献１は、ロータブレード根元領域とロータブレード先端領域を備えた風力発電装置用ロータブレードを示している。また少なくとも１つのバー部材が、ロータブレードの長手方向に沿って設けられている。このバー部材には、方向転換時の空気の乱流を減少させるために、バー部材丸縁部の形式の方向転換ユニットを設けることができる。

WO 2017/021350 A1

本発明の課題は、ロータブレードの改善された加熱を可能にする風力発電装置用ロータブレードを提供することである。

前記課題は、請求項１に記載の風力発電装置用ロータブレードにより解決される。

本発明により、ロータブレード根元領域と、ロータブレード先端領域と、圧力側部（正圧側部）と、吸引側部（負圧側部）と、前縁部と、後縁部と、圧力側部と吸引側部の間でロータブレードの長手方向に沿った少なくとも１つのバー部材（ウェブないしフランジ状部材）とを備えた風力発電装置用ロータブレードが提供される。更に少なくとも１つのバー部材の一端部とロータブレード先端領域の間には、方向転換ユニットが設けられている。少なくとも１つのスクープ部（空気取入部）がバー部材に設けられており、この際、スクープ部は、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に突出している。

本発明の一局面により、ロータブレードは、第１バー部材及び第２バー部材のロータブレード先端部側の端部に接続する境界層吸引ユニットを有する。境界層吸引ユニットは、空気流の（乱流の）境界層を吸引するために用いられる。

本発明の更なる一局面により、境界層吸引ユニットは、複数の切欠部を有する。

本発明の更なる一局面により、境界層吸引ユニットの第１端部は、第１バー部材に接続し、境界層吸引ユニットの第２端部は、第２バー部材の一端部に接続する。

本発明の一局面により、ロータブレード先端領域は、少なくとも部分的に中空のロータブレード先端部を有する。方向転換ユニットは、ロータブレード先端領域を実質的に閉鎖し、この際、第１通気路が、方向転換ユニットの一端部とノーズキャップの間に設けられており、第２通気路が、方向転換ユニットの一端部と後縁部の間に設けられている。

更に本発明は、上述の風力発電装置用ロータブレードを少なくとも１つ備えた風力発電装置に関する。

本発明の一局面により、ロータブレードを加熱するために温かい空気ないし加熱された空気をロータブレード根元領域に導入ないし流入させることができる。本発明の一局面により、加熱された空気は、好ましくは、前縁部と１つのバー部材の間の領域内に導入され、前縁部と前記バー部材に沿ってロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れる。この際、この空気流の一部分は、バー部材に設けられているスクープ部（Hutze）を通って少なくとも部分的にそらされ、ないし空気流の一部分は、スクープ部により両方のバー部材の間の領域内に方向転換され、ロータブレード根元領域の方向に流れる。それに代わり、加熱された空気は、後縁部と他のバー部材の間の領域内を流れ、ロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れることもできる。

それにより、ロータブレード根元領域と、ロータブレード先端領域と、圧力側部と、吸引側部と、ロータブレードの長手方向に沿って延在する少なくとも１つのバー部材とを備えた風力発電装置用ロータブレードが提供される。従来のロータブレードにおいてロータブレード先端部は、典型的には確かに中空に構成されているが、充填材を用いて発泡形成されている。従ってロータブレード先端部の効果的な加熱が妨げられる。このことは、特にロータブレード先端部の領域に着氷をもたらし、ロータブレード先端部が高速であるために危険な氷投下（落下）をもたらす可能性がある。そこでロータブレード先端領域において（加熱して）適合された方向転換部を有する加熱可能なブレード先端部が提供される。更に任意選択的にバー部材隔壁を設けることができる。更なる改善のために、方向転換領域内の流れを最適化するバイパススクープ部を設けることができ、その方向転換領域内では、境界層流がバー部材端部において吸引され、従って流れ剥離（失速）と乱流を減少させることができる。

本発明の一局面により、方向転換ユニットは、例えばフォームウェッジ（発泡楔形部材）の形式でロータブレード先端部の領域に設けられる。この際、この方向転換ユニットは、後縁部も加熱された空気で加熱できるようにするために、前縁部における空気流を方向転換するために用いられる。フォームウェッジは、ロータブレード先端部を加熱するために、空気流の一部分がフォームウェッジを通り過ぎてロータブレード先端部に流入し、そこから再び流出できるように設けられることが可能である。本発明によるロータブレードを用いることにより、（加熱空気の）主流は、組み込まれた方向転換部によりブレードフランジの方向に案内され、それに対して副流は、ノーズキャップ領域において方向転換部に沿ってロータブレード先端部に送り込まれることが可能である。

本発明の一局面により、ロータブレード先端部の排水を保証できるようにするために、ロータブレード先端部に複数の穿孔を設けることができる。任意選択的に、排水の詰まりを防止できるようにするために、ロータブレード先端部の空気入口部の手前に格子部材（グリッド）を設けることができる。

本発明の一局面により、バイパスを可能にするために、バー部材のうち１つのバー部材の領域にスクープ部（空気取入部）を設けることができる。このことは、先端部側のねじれ流路内に負圧をもたらすことができる。

本発明により、ブレード加熱装置の体積流を増加させることができる。本発明によるロータブレードを用いることにより、各流速で空気流を最適に方向転換させ、圧力損失を減少させることが可能である。本発明によるロータブレードを用いることにより、方向転換領域内の流れ剥離（失速）と乱流を減少させることができる。ロータブレードないしロータブレード先端部は、氷投下（落下）を減少させるために、除氷されることが可能である。

本発明によるロータブレードを用いることにより、ロータブレードを加熱する空気流は、避雷装置を不利に妨げることなく、複雑でない簡単な方式で改善される。スクープ部により、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧が生成される。従ってスクープ部は、流れ支援のために用いられる。

それに加え又はそれに代わり、横断面の変化ができるだけ僅かな方向転換要素を設けることができ、それにより方向転換ユニットを取り付けた後の流路は、横断面の変化が僅かである。

本発明により、ロータブレードの長手方向に沿って少なくとも１つ、好ましくは２つのバー部材を有する風力発電装置用ロータブレードが提供される。ロータブレードを加熱するために、バー部材に沿って空気流を提供することができる。空気流は、ロータブレード根元領域でスタートし、好ましくは加熱された空気は、第１バー部材及び／又は第２バー部材に沿って流れてゆき、そしてロータブレード先端領域内で方向転換されなくてはならない。空気流を改善するために、少なくとも１つのスクープ部がバー部材のうち１つのバー部材に設けられ、この際、バー部材には所定の穴がスクープ部の箇所に設けられており、それによりスクープ部を用い、好ましくは第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧を生成させることができる。空気流を更に改善するためには、任意選択的に、例えば、第１バー部材及び第２バー部材の自由端部において境界層吸引プレートの形式の境界層吸引ユニットを設けることができる。バー部材に設けられたスクープ部が第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧を発生させることができるので、境界層吸引ユニットとスクープ部の間には相乗効果があり、それにより境界層吸引ユニットを用いた境界層吸引が改善される。

任意選択的に、中空のロータブレード先端部を設けることができ、該ロータブレード先端部の手前に方向転換ユニットが設けられており、該方向転換ユニットは、該方向転換ユニットとロータブレードのシェルの間において第１空気路と第２空気路を自由にし、それにより中空のロータブレード先端部を加熱することができ、ないし中空のロータブレード先端部に暖かい空気を通流させることができる。

本発明の一局面により、少なくとも１つのスクープ部は、第１バー部材において第１バー部材と第２バー部材の間に設けられている。スクープ部の領域には、バー部材において所定の穴がある必要があり、それは、この穴とスクープ部を通って空気を第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に流入可能とするためである。スクープ部は、一方では、第１バー部材（ないし第２バー部材）とロータブレードの前縁部の間の領域内の空気流を、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に方向転換する機能を有し、この際、この流れは、次いでロータブレード根元部の方向に更に流れる。更にスクープ部は、境界層吸引ユニットと共に、境界層吸引ユニットの領域内の特に乱流の境界層を吸引する機能を有する。境界層吸引ユニットと共にスクープ部は、ジェットポンプのように作用し、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧が発生することをもたらす。

本発明の代替的な一局面により、スクープ部は、空気が第２バー部材と端縁部の間の領域内でロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れる場合には、第２バー部材に配設されていることも可能である。

それに代わり、スクープ部は、空気流が前縁部に沿っても後縁部に沿ってもロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に案内される場合には、第１バー部材にも第２バー部材にも設けられていることが可能である。

本発明の一局面により、境界層吸引プレートにおけるスリット（縦長の切欠部）は、≦５ｍｍの幅を有する。

本発明の更なる形態は、下位請求項の対象である。

以下、図面に関連し、本発明の利点と実施例を詳細に説明する。

本発明による一風力発電装置の概要図を示す図である。 図１の風力発電装置の一ロータブレードの部分ごとの概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードのロータブレード先端領域の概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードの一部分の概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードの更に別の一部分の概要説明図を示す図である。 本発明によるロータブレードのロータブレード先端部側の領域の概要図を示す図である。

図１は、本発明による一風力発電装置の概要図を示している。風力発電装置１００は、タワー１０２と、タワー１０２上にナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード２００と１つのスピナ１１０を備えた空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置１００の運転時には風により回転運動され、それにより空気力学的ロータ１０６と直接的に又は間接的に結合されている発電機のロータないし回転子も回転させる。電気的な発電機は、ナセル１０４内に配設されており、電気エネルギーを発生させる。ロータブレード２００のピッチ角は、それぞれのロータブレード２００のロータブレード根元部におけるピッチモータにより変更されることが可能である。

図２は、図１の風力発電装置の一ロータブレードの部分ごとの概要図を示している。ロータブレード２００は、ロータブレード根元領域２００ａと、ロータブレード先端領域２００ｂと、ロータブレード先端部２４０と、前縁部２０１と、後縁部２０２と、圧力側部（正圧側部）２００ｃと、吸引側部（負圧側部）２００ｄとを有する。ロータブレード２００の長手方向Ｌに沿ってロータブレード２００の内部には、少なくとも１つのバー部材（ウェブないしフランジ状部材）２１０が延在している。例えば２つのバー部材２１１、２１２を設けることができ、これらは、先ずは平行に延在し、ロータブレード先端部２４０の領域において互いに狭まって構成されていることが可能である。この際、第１バー部材２１１の長さは、第２バー部材２１２の長さよりも短くすることができる。ロータブレード先端部２４０は、別個の部材として構成され、ロータブレード２００の残部（本体部）に固定されることが可能である。

加熱された空気は、バー部材２１１、２１２に沿ってロータブレード先端部２４０の方向に案内され、次いで方向転換されることが可能である。任意選択的にロータブレード先端部２４０は、少なくとも部分的に中空に構成されていることが可能であり、それにより加熱された空気の一部分は、ロータブレード先端部２４０を除氷するために、ロータブレード先端部２４０を通って流れることができる。

本発明の一局面により、加熱された空気は、空気が加熱ユニット３００を用いて加熱されることによりロータブレード根元領域２００ａにおいて発生されることが可能であるか、又は加熱された空気は、ロータブレード根元領域２００ａにおいてロータブレード２００に供給される。

図３は、本発明によるロータブレードのロータブレード先端領域の概要図を示している。ロータブレード根元領域２００ａから空気流（例えば加熱ユニット３００により加熱された空気）は、前縁部２００ｃ［２０１］に沿ってロータブレード先端領域２００ｂに流れ、そこで、例えばフォームウェッジ（発泡楔形部材）として構成することのできる方向転換ユニット２５０に当たる。ロータブレード先端領域２００ｂには、ロータブレードノーズキャップ２６０を設けることができる。方向転換ユニット２５０は、第１縁端部２５１と第２縁端部２５２を有する。第２縁端部２５２とロータブレードノーズキャップ２６０の間には、自由空間２５３を設けることができ、それにより空気流の一部分は、この自由空間２５３を通ってロータブレード先端部２４０内に流入することできる。ロータブレード先端部２４０は、少なくとも部分的に中空空間２４１を有することができ、それにより空気流は、中空空間２４１内に流入し、中空空間２４１から再び流出することができる。また方向転換ユニット２５０の第１縁端部２５１と、後縁部２００ｄ［２０２］の間には、更なる通過部２５４が設けられており、それにより空気は、そこを通って流れることができる。この際、空気流の大部分は、方向転換ユニット２５０により方向転換され、それにより空気は、第１バー部材２１１と後縁部の間を流れて再びロータブレード根元領域２００ａに戻ることができる。

図４は、本発明によるロータブレードの一部分の概要図を示している。空気流を更に改善するために、第２バー部材２１２にスクープ部（空気取入部）２７０を設けることができる。この際、スクープ部２７０は、第１バー部材２１１と第２バー部材２１２の間の領域内まで達している。

本発明の一局面により、方向転換ユニット２５０を設けることなく、第２バー部材２１２にスクープ部を備えたロータブレードを提供することができる。またロータブレードは、中空のブレード先端部をもたなくてはならないわけではない。

ロータブレード先端部の領域における空気流の方向転換を更に改善するために、境界層吸引ユニット２８０を設けることができ、境界層吸引ユニット２８０は、第１バー部材２１１及び第２バー部材２１２の端部の領域に設けられていることが可能である。

図５は、本発明によるロータブレードの更に別の一部分の概要図を示している。境界層吸引ユニット２８０は、境界層吸引プレートとして構成されていることが可能であり、第１端部２８２と第２端部２８３を有することができる。第２端部２８３は、第２バー部材２１２の一端部と結合され、それに対して第１端部２８２は、第１バー部材２１１の一端部と結合されている。境界層吸引ユニット２８０は、更に複数の縦長の切欠部２８１が設けられている。

図６は、本発明によるロータブレードのロータブレード先端部側の領域の一概要図を示している。図６では、特に、ロータブレード先端部２４０、フォームウェッジ２５０、スクープ部２７０、並びに例えば境界層吸引プレートの形式の境界層吸引ユニット２８０が示されてる。

スクープ部２７０は、第２バー部材２１２の領域に又は該領域内に設けられており、バイパススクープ部として用いられる。このスクープ部２７０により方向転換領域内の流れを最適化することができ、方向転換領域内では、境界層流がバー部材端部において吸引され、流れ剥離（失速）と乱流が減少される。方向転換領域内の流れを更に改善するために、方向転換領域内に縦長の切欠部を有する境界層吸引ユニット２８０が設けられている。

方向転換ユニット２５０は、フォームウェッジとして実現されていることが可能であり、空気流の方向転換部として用いられる。方向転換ユニット２５０は、ロータブレード先端部２４０の領域に設けられている。この際、方向転換ユニット２５０は、バー部材延長部として作用することができ、ブレード先端部への改善された空気案内を保証することができる。この際、方向転換ユニット２５０に当たる主流は、適切に対応して方向転換されることが可能であり、それにより主流は、例えば第１バー部材２１１と第２バー部材２１２の間、ないし第１バー部材２１１と後縁部の間を通って再びロータブレード根元部に戻るように流れることができる。一つの部分流は、両方のバー部材の間を流れてロータブレード根元部に戻り、流れの一部分は、第１バー部材２１１と後縁部の間を流れてロータブレード根元部に戻る。

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ 空気力学的ロータ
１１０ スピナ
２００ ロータブレード
２００ａ ロータブレード根元領域
２００ｂ ロータブレード先端領域
２００ｃ 圧力側部（正圧側部）
２００ｄ 吸引側部（負圧側部）
２０１ 前縁部
２０２ 後縁部
２１０ バー部材
２１１ 第１バー部材
２１２ 第２バー部材
２４０ ロータブレード先端部
２４１ 中空空間
２５０ 方向転換ユニット（例えばフォームウェッジ）
２５１ 方向転換ユニットの第１縁端部
２５２ 方向転換ユニットの第２縁端部
２５３ 自由空間
２５４ 通過部
２６０ ロータブレードノーズキャップ
２７０ スクープ部（シャベル空気取入部）
２８０ 境界層吸引ユニット
２８１ 切欠部
２８２ 境界層吸引ユニットの第１端部
２８３ 境界層吸引ユニットの第２端部
３００ 加熱ユニット

Ｌ ロータブレードの長手方向

本発明は、風力発電装置用ロータブレード、並びに対応のロータブレードを備えた風力発電装置に関する。

風力発電装置のロータブレードは、保護されずに全ての気象条件にさらされているので、所定の温度ではロータブレードの凍結が生じることがある。このことを防止するために、ロータブレード加熱装置を使用することができる。この際、加熱装置をロータブレードにおいて外部に設けることができるか、又は加熱された空気をロータブレードの内部に提供することができる。

下記特許文献１は、ロータブレード根元領域とロータブレード先端領域を備えた風力発電装置用ロータブレードを示している。また少なくとも１つのバー部材が、ロータブレードの長手方向に沿って設けられている。このバー部材には、方向転換時の空気の乱流を減少させるために、バー部材丸縁部の形式の方向転換ユニットを設けることができる。

WO 2017/021350 A1

本発明の課題は、ロータブレードの改善された加熱を可能にする風力発電装置用ロータブレードを提供することである。

前記課題は、請求項１に記載の風力発電装置用ロータブレードにより解決される。
本発明の一視点において、
風力発電装置用ロータブレードは、
ロータブレード根元領域と、ロータブレード先端領域と、圧力側部と、吸引側部と、前縁部と、後縁部と、
前記圧力側部と前記吸引側部の間でロータブレードの長手方向に沿って延在する少なくとも１つのバー部材と、
少なくとも１つのバー部材の一端部と前記ロータブレード先端領域の間に設けられており、前記ロータブレード根元領域から少なくとも１つのバー部材に沿って流れる加熱された空気を方向転換するように構成されている方向転換ユニットと、
少なくとも１つのバー部材のうち１つのバー部材において少なくとも１つのスクープ部とを備える。
風力発電装置用ロータブレードは、更に境界層吸引ユニットを備え、前記境界層吸引ユニットは、空気流の乱流の境界層又は隙間を吸引するために、第１バー部材及び第２バー部材のロータブレード先端部側の端部に接続する。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。

本発明により、ロータブレード根元領域と、ロータブレード先端領域と、圧力側部（正圧側部）と、吸引側部（負圧側部）と、前縁部と、後縁部と、圧力側部と吸引側部の間でロータブレードの長手方向に沿った少なくとも１つのバー部材（ウェブないしフランジ状部材）とを備えた風力発電装置用ロータブレードが提供される。更に少なくとも１つのバー部材の一端部とロータブレード先端領域の間には、方向転換ユニットが設けられている。少なくとも１つのスクープ部（空気取入部）がバー部材に設けられており、この際、スクープ部は、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に突出している。

本発明の一局面により、ロータブレードは、第１バー部材及び第２バー部材のロータブレード先端部側の端部に接続する境界層吸引ユニットを有する。境界層吸引ユニットは、空気流の（乱流の）境界層を吸引するために用いられる。

本発明の更なる一局面により、境界層吸引ユニットは、複数の切欠部を有する。

本発明の更なる一局面により、境界層吸引ユニットの第１端部は、第１バー部材に接続し、境界層吸引ユニットの第２端部は、第２バー部材の一端部に接続する。

本発明の一局面により、ロータブレード先端領域は、少なくとも部分的に中空のロータブレード先端部を有する。方向転換ユニットは、ロータブレード先端領域を実質的に閉鎖し、この際、第１通気路が、方向転換ユニットの一端部とノーズキャップの間に設けられており、第２通気路が、方向転換ユニットの一端部と後縁部の間に設けられている。

更に本発明は、上述の風力発電装置用ロータブレードを少なくとも１つ備えた風力発電装置に関する。

本発明の一局面により、ロータブレードを加熱するために温かい空気ないし加熱された空気をロータブレード根元領域に導入ないし流入させることができる。本発明の一局面により、加熱された空気は、好ましくは、前縁部と１つのバー部材の間の領域内に導入され、前縁部と前記バー部材に沿ってロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れる。この際、この空気流の一部分は、バー部材に設けられているスクープ部（Hutze）を通って少なくとも部分的にそらされ、ないし空気流の一部分は、スクープ部により両方のバー部材の間の領域内に方向転換され、ロータブレード根元領域の方向に流れる。それに代わり、加熱された空気は、後縁部と他のバー部材の間の領域内を流れ、ロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れることもできる。

それにより、ロータブレード根元領域と、ロータブレード先端領域と、圧力側部と、吸引側部と、ロータブレードの長手方向に沿って延在する少なくとも１つのバー部材とを備えた風力発電装置用ロータブレードが提供される。従来のロータブレードにおいてロータブレード先端部は、典型的には確かに中空に構成されているが、充填材を用いて発泡形成されている。従ってロータブレード先端部の効果的な加熱が妨げられる。このことは、特にロータブレード先端部の領域に着氷をもたらし、ロータブレード先端部が高速であるために危険な氷投下（落下）をもたらす可能性がある。そこでロータブレード先端領域において（加熱して）適合された方向転換部を有する加熱可能なブレード先端部が提供される。更に任意選択的にバー部材隔壁を設けることができる。更なる改善のために、方向転換領域内の流れを最適化するバイパススクープ部を設けることができ、その方向転換領域内では、境界層流がバー部材端部において吸引され、従って流れ剥離（失速）と乱流を減少させることができる。

本発明の一局面により、方向転換ユニットは、例えばフォームウェッジ（発泡楔形部材）の形式でロータブレード先端部の領域に設けられる。この際、この方向転換ユニットは、後縁部も加熱された空気で加熱できるようにするために、前縁部における空気流を方向転換するために用いられる。フォームウェッジは、ロータブレード先端部を加熱するために、空気流の一部分がフォームウェッジを通り過ぎてロータブレード先端部に流入し、そこから再び流出できるように設けられることが可能である。本発明によるロータブレードを用いることにより、（加熱空気の）主流は、組み込まれた方向転換部によりブレードフランジの方向に案内され、それに対して副流は、ノーズキャップ領域において方向転換部に沿ってロータブレード先端部に送り込まれることが可能である。

本発明の一局面により、ロータブレード先端部の排水を保証できるようにするために、ロータブレード先端部に複数の穿孔を設けることができる。任意選択的に、排水の詰まりを防止できるようにするために、ロータブレード先端部の空気入口部の手前に格子部材（グリッド）を設けることができる。

本発明の一局面により、バイパスを可能にするために、バー部材のうち１つのバー部材の領域にスクープ部（空気取入部）を設けることができる。このことは、先端部側のねじれ流路内に負圧をもたらすことができる。

本発明により、ブレード加熱装置の体積流を増加させることができる。本発明によるロータブレードを用いることにより、各流速で空気流を最適に方向転換させ、圧力損失を減少させることが可能である。本発明によるロータブレードを用いることにより、方向転換領域内の流れ剥離（失速）と乱流を減少させることができる。ロータブレードないしロータブレード先端部は、氷投下（落下）を減少させるために、除氷されることが可能である。

本発明によるロータブレードを用いることにより、ロータブレードを加熱する空気流は、避雷装置を不利に妨げることなく、複雑でない簡単な方式で改善される。スクープ部により、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧が生成される。従ってスクープ部は、流れ支援のために用いられる。

それに加え又はそれに代わり、横断面の変化ができるだけ僅かな方向転換要素を設けることができ、それにより方向転換ユニットを取り付けた後の流路は、横断面の変化が僅かである。

本発明により、ロータブレードの長手方向に沿って少なくとも１つ、好ましくは２つのバー部材を有する風力発電装置用ロータブレードが提供される。ロータブレードを加熱するために、バー部材に沿って空気流を提供することができる。空気流は、ロータブレード根元領域でスタートし、好ましくは加熱された空気は、第１バー部材及び／又は第２バー部材に沿って流れてゆき、そしてロータブレード先端領域内で方向転換されなくてはならない。空気流を改善するために、少なくとも１つのスクープ部がバー部材のうち１つのバー部材に設けられ、この際、バー部材には所定の穴がスクープ部の箇所に設けられており、それによりスクープ部を用い、好ましくは第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧を生成させることができる。空気流を更に改善するためには、任意選択的に、例えば、第１バー部材及び第２バー部材の自由端部において境界層吸引プレートの形式の境界層吸引ユニットを設けることができる。バー部材に設けられたスクープ部が第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧を発生させることができるので、境界層吸引ユニットとスクープ部の間には相乗効果があり、それにより境界層吸引ユニットを用いた境界層吸引が改善される。

任意選択的に、中空のロータブレード先端部を設けることができ、該ロータブレード先端部の手前に方向転換ユニットが設けられており、該方向転換ユニットは、該方向転換ユニットとロータブレードのシェルの間において第１空気路と第２空気路を自由にし、それにより中空のロータブレード先端部を加熱することができ、ないし中空のロータブレード先端部に暖かい空気を通流させることができる。

本発明の一局面により、少なくとも１つのスクープ部は、第１バー部材において第１バー部材と第２バー部材の間に設けられている。スクープ部の領域には、バー部材において所定の穴がある必要があり、それは、この穴とスクープ部を通って空気を第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に流入可能とするためである。スクープ部は、一方では、第１バー部材（ないし第２バー部材）とロータブレードの前縁部の間の領域内の空気流を、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に方向転換する機能を有し、この際、この流れは、次いでロータブレード根元部の方向に更に流れる。更にスクープ部は、境界層吸引ユニットと共に、境界層吸引ユニットの領域内の特に乱流の境界層を吸引する機能を有する。境界層吸引ユニットと共にスクープ部は、ジェットポンプのように作用し、第１バー部材と第２バー部材の間の領域内に負圧が発生することをもたらす。

本発明の代替的な一局面により、スクープ部は、空気が第２バー部材と端縁部の間の領域内でロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に流れる場合には、第２バー部材に配設されていることも可能である。

それに代わり、スクープ部は、空気流が前縁部に沿っても後縁部に沿ってもロータブレード根元領域からロータブレード先端領域に案内される場合には、第１バー部材にも第２バー部材にも設けられていることが可能である。

本発明の一局面により、境界層吸引プレートにおけるスリット（縦長の切欠部）は、≦５ｍｍの幅を有する。

本発明の更なる形態は、下位請求項の対象である。

以下、図面に関連し、本発明の利点と実施例を詳細に説明する。

本発明による一風力発電装置の概要図を示す図である。 図１の風力発電装置の一ロータブレードの部分ごとの概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードのロータブレード先端領域の概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードの一部分の概要図を示す図である。 本発明によるロータブレードの更に別の一部分の概要説明図を示す図である。 本発明によるロータブレードのロータブレード先端部側の領域の概要図を示す図である。

図１は、本発明による一風力発電装置の概要図を示している。風力発電装置１００は、タワー１０２と、タワー１０２上にナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード２００と１つのスピナ１１０を備えた空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置１００の運転時には風により回転運動され、それにより空気力学的ロータ１０６と直接的に又は間接的に結合されている発電機のロータないし回転子も回転させる。電気的な発電機は、ナセル１０４内に配設されており、電気エネルギーを発生させる。ロータブレード２００のピッチ角は、それぞれのロータブレード２００のロータブレード根元部におけるピッチモータにより変更されることが可能である。

図２は、図１の風力発電装置の一ロータブレードの部分ごとの概要図を示している。ロータブレード２００は、ロータブレード根元領域２００ａと、ロータブレード先端領域２００ｂと、ロータブレード先端部２４０と、前縁部２０１と、後縁部２０２と、圧力側部（正圧側部）２００ｃと、吸引側部（負圧側部）２００ｄとを有する。ロータブレード２００の長手方向Ｌに沿ってロータブレード２００の内部には、少なくとも１つのバー部材（ウェブないしフランジ状部材）２１０が延在している。例えば２つのバー部材２１１、２１２を設けることができ、これらは、先ずは平行に延在し、ロータブレード先端部２４０の領域において互いに狭まって構成されていることが可能である。この際、第１バー部材２１１の長さは、第２バー部材２１２の長さよりも短くすることができる。ロータブレード先端部２４０は、別個の部材として構成され、ロータブレード２００の残部（本体部）に固定されることが可能である。

加熱された空気は、バー部材２１１、２１２に沿ってロータブレード先端部２４０の方向に案内され、次いで方向転換されることが可能である。任意選択的にロータブレード先端部２４０は、少なくとも部分的に中空に構成されていることが可能であり、それにより加熱された空気の一部分は、ロータブレード先端部２４０を除氷するために、ロータブレード先端部２４０を通って流れることができる。

本発明の一局面により、加熱された空気は、空気が加熱ユニット３００を用いて加熱されることによりロータブレード根元領域２００ａにおいて発生されることが可能であるか、又は加熱された空気は、ロータブレード根元領域２００ａにおいてロータブレード２００に供給される。

図３は、本発明によるロータブレードのロータブレード先端領域の概要図を示している。ロータブレード根元領域２００ａから空気流（例えば加熱ユニット３００により加熱された空気）は、前縁部２０１に沿ってロータブレード先端領域２００ｂに流れ、そこで、例えばフォームウェッジ（発泡楔形部材）として構成することのできる方向転換ユニット２５０に当たる。ロータブレード先端領域２００ｂには、ロータブレードノーズキャップ２６０を設けることができる。方向転換ユニット２５０は、第１縁端部２５１と第２縁端部２５２を有する。第２縁端部２５２とロータブレードノーズキャップ２６０の間には、自由空間２５３を設けることができ、それにより空気流の一部分は、この自由空間２５３を通ってロータブレード先端部２４０内に流入することできる。ロータブレード先端部２４０は、少なくとも部分的に中空空間２４１を有することができ、それにより空気流は、中空空間２４１内に流入し、中空空間２４１から再び流出することができる。また方向転換ユニット２５０の第１縁端部２５１と、後縁部２０２の間には、更なる通過部２５４が設けられており、それにより空気は、そこを通って流れることができる。この際、空気流の大部分は、方向転換ユニット２５０により方向転換され、それにより空気は、第１バー部材２１１と後縁部の間を流れて再びロータブレード根元領域２００ａに戻ることができる。

図４は、本発明によるロータブレードの一部分の概要図を示している。空気流を更に改善するために、第２バー部材２１２にスクープ部（空気取入部）２７０を設けることができる。この際、スクープ部２７０は、第１バー部材２１１と第２バー部材２１２の間の領域内まで達している。

本発明の一局面により、方向転換ユニット２５０を設けることなく、第２バー部材２１２にスクープ部を備えたロータブレードを提供することができる。またロータブレードは、中空のブレード先端部をもたなくてはならないわけではない。

ロータブレード先端部の領域における空気流の方向転換を更に改善するために、境界層吸引ユニット２８０を設けることができ、境界層吸引ユニット２８０は、第１バー部材２１１及び第２バー部材２１２の端部の領域に設けられていることが可能である。

図５は、本発明によるロータブレードの更に別の一部分の概要図を示している。境界層吸引ユニット２８０は、境界層吸引プレートとして構成されていることが可能であり、第１端部２８２と第２端部２８３を有することができる。第２端部２８３は、第２バー部材２１２の一端部と結合され、それに対して第１端部２８２は、第１バー部材２１１の一端部と結合されている。境界層吸引ユニット２８０は、更に複数の縦長の切欠部２８１が設けられている。

図６は、本発明によるロータブレードのロータブレード先端部側の領域の一概要図を示している。図６では、特に、ロータブレード先端部２４０、フォームウェッジ２５０、スクープ部２７０、並びに例えば境界層吸引プレートの形式の境界層吸引ユニット２８０が示されてる。

スクープ部２７０は、第２バー部材２１２の領域に又は該領域内に設けられており、バイパススクープ部として用いられる。このスクープ部２７０により方向転換領域内の流れを最適化することができ、方向転換領域内では、境界層流がバー部材端部において吸引され、流れ剥離（失速）と乱流が減少される。方向転換領域内の流れを更に改善するために、方向転換領域内に縦長の切欠部を有する境界層吸引ユニット２８０が設けられている。

方向転換ユニット２５０は、フォームウェッジとして実現されていることが可能であり、空気流の方向転換部として用いられる。方向転換ユニット２５０は、ロータブレード先端部２４０の領域に設けられている。この際、方向転換ユニット２５０は、バー部材延長部として作用することができ、ブレード先端部への改善された空気案内を保証することができる。この際、方向転換ユニット２５０に当たる主流は、適切に対応して方向転換されることが可能であり、それにより主流は、例えば第１バー部材２１１と第２バー部材２１２の間、ないし第１バー部材２１１と後縁部の間を通って再びロータブレード根元部に戻るように流れることができる。一つの部分流は、両方のバー部材の間を流れてロータブレード根元部に戻り、流れの一部分は、第１バー部材２１１と後縁部の間を流れてロータブレード根元部に戻る。

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ 空気力学的ロータ
１１０ スピナ
２００ ロータブレード
２００ａ ロータブレード根元領域
２００ｂ ロータブレード先端領域
２００ｃ 圧力側部（正圧側部）
２００ｄ 吸引側部（負圧側部）
２０１ 前縁部
２０２ 後縁部
２１０ バー部材
２１１ 第１バー部材
２１２ 第２バー部材
２４０ ロータブレード先端部
２４１ 中空空間
２５０ 方向転換ユニット（例えばフォームウェッジ）
２５１ 方向転換ユニットの第１縁端部
２５２ 方向転換ユニットの第２縁端部
２５３ 自由空間
２５４ 通過部
２６０ ロータブレードノーズキャップ
２７０ スクープ部（シャベル空気取入部）
２８０ 境界層吸引ユニット
２８１ 切欠部
２８２ 境界層吸引ユニットの第１端部
２８３ 境界層吸引ユニットの第２端部
３００ 加熱ユニット

Ｌ ロータブレードの長手方向

Claims (7)

1. 風力発電装置用ロータブレード（２００）であって、
   ロータブレード根元領域（２００ａ）と、ロータブレード先端領域（２００ｂ）と、圧力側部（２００ｃ）と、吸引側部（２００ｄ）と、前縁部（２０１）と、後縁部（２０２）と、
   前記圧力側部（２００ｃ）と前記吸引側部（２００ｄ）の間でロータブレード（２００）の長手方向（Ｌ）に沿って延在する少なくとも１つのバー部材（２１０、２１１、２１２）と、
   少なくとも１つのバー部材（２１０、２１１、２１２）の一端部と前記ロータブレード先端領域の間に設けられており、前記ロータブレード根元領域（２００ａ）から少なくとも１つのバー部材（２１０、２１１、２１２）に沿って流れる加熱された空気を方向転換するように構成されている方向転換ユニット（２５０）と、
   少なくとも１つのバー部材のうち１つのバー部材（２１２）において少なくとも１つのスクープ部（２７０）とを備えること、
   を特徴とする風力発電装置用ロータブレード（２００）。
2. 少なくとも第１バー部材（２１１）と第２バー部材（２１２）が設けられており、前記スクープ部（２７０）は、第１バー部材（２１１）と第２バー部材（２１２）の間の領域内に突出し、第１バー部材（２１１）と第２バー部材（２１２）の間の領域内に負圧を生成するために用いられる、
   請求項１に記載の風力発電装置用ロータブレード（２００）。
3. 更に境界層吸引ユニット（２８０）を備え、前記境界層吸引ユニット（２８０）は、空気流の乱流の境界層又は隙間を吸引するために、第１バー部材（２１１）及び第２バー部材（２１２）のロータブレード先端部側の端部に接続する、
   請求項１又は２に記載の風力発電装置用ロータブレード（２００）。
4. 前記境界層吸引ユニット（２８０）は、複数の切欠部（２８１）を有する、
   請求項３に記載の風力発電装置用ロータブレード（２００）。
5. 前記境界層吸引ユニット（２８０）の第１端部（２８２）は、第１バー部材（２１１）に接続し、第２端部（２８３）は、第２バー部材（２１２）の一端部に接続する、
   請求項３又は４に記載の風力発電装置用ロータブレード（２００）。
6. 前記ロータブレード先端領域（２００ｂ）は、少なくとも部分的に中空のロータブレード先端部（２４０）を有し、
   前記方向転換ユニット（２５０）は、前記ロータブレード先端領域（２００ｂ）を実質的に閉鎖し、
   第１通気路が、前記方向転換ユニット（２５０）の一端部（２５２）とノーズキャップ（２６０）の間に設けられており、第２通気路が、前記方向転換ユニット（２５０）の一端部（２５１）と後縁部（２０２）の間に設けられている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電装置用ロータブレード。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電装置用ロータブレードを少なくとも１つ備えた、風力発電装置。

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