JP6545892B2

JP6545892B2 - 風力タービンロータブレード

Info

Publication number: JP6545892B2
Application number: JP2018500669A
Authority: JP
Inventors: パヴィス，トルステン; シュトリックマン，ゴーロ
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-08-01
Also published as: DE102015112643A1; US20180216603A1; CN107923369B; EP3329120A1; CN107923369A; US10655608B2; PT3329120T; DK3329120T3; CA2988834C; CA2988834A1; ES2762968T3; EP3329120B1; BR112018000661A2; WO2017021350A1; JP2018520299A

Description

本発明は、風力タービンロータブレードおよび対応するロータブレードを有する風力タービンに関する。

風力タービンのロータブレードが保護されずに全ての気象条件に曝されると、特定の温度でロータブレードの氷結が発生する可能性がある。それを防止するために、ロータブレード加熱システムを使用することができる。その場合、ロータブレードが外部的に加熱されるか、あるいは、ロータブレード内に温かい空気が提供される。
優先権主張されているドイツ特許出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の文献を検索した；DE 200 14 238 U1, DE 10 2010 051 297 A1, DE 10 2011 086 603 A1, DE 10 2005 034 131 A1 およびDE 195 28 862 A1。

独国実用新案出願公開第２００１４２３８号明細書独国特許出願公開第１０２０１００５１２９７号明細書独国特許出願公開第１０２０１１０８６６０３号明細書独国特許出願公開第１０２００５０３４１３１号明細書独国特許出願公開第１９５２８８６２号明細書

本発明の目的は、改善されたロータブレードの加熱を可能とする風力タービンロータブレードを提供することにある。
その目的は、請求項１に記載の風力タービンロータブレードによって達成される。
したがって、ロータブレード根元領域、ロータブレード先端領域、圧力側、吸引側、ロータブレードの長手方向に沿って伸びる少なくとも１つのフィン、および少なくとも１つのフィンとロータブレード先端領域との間の少なくとも１つの偏向ユニットとを備えた風力タービンロータブレードが提供される。その少なくとも１つの偏向ユニットは、少なくとも１つのフィンに沿って伝播する空気流を偏向させる。

本発明の一態様によれば、第１の偏向ユニットが第１のフィンの端部領域に設けられる。
本発明の別の態様によれば、第１の偏向ユニットとロータブレード先端との間に第２の偏向ユニットが設けられている。
本発明のさらなる態様によれば、第１の偏向ユニットは、第１の端部および第２の端部を有し、円形または楕円形の構成である。第１または第２のフィンの端部は、第１および第２の端部を越えて偏向ユニット内に突出する。

本発明のさらなる態様によれば、第１または第２のフィンの端部に液滴形状の部分が設けられている。
本発明のさらなる態様によれば、偏向ユニットが第１のフィンの端部領域に設けられ、第２の偏向ユニットが第２のフィンの端部とロータブレード先端との間に設けられている。

本発明は、ロータブレードのフィンの端部の領域にある偏向ユニットおよび／またはロータブレード先端の領域にある偏向ユニットを、ロータブレード先端の領域内の風力タービンロータブレードの内部に設けるという概念に関する。ロータブレードには、ロータブレード先端の方向において、ロータブレード先端に達することなく、ロータブレード根元の領域から延びる少なくとも１つのフィンが設けられる。温められた空気は、ロータブレード先端の方向においてフィンに沿って流れることができ、偏向手段によって、再びロータブレード根元の方向に向けられ、あるいは偏向されることができる。

本発明の一態様によれば、偏向ユニットは、偏向プレートの形態である。気流の主要部分は、円形または部分的に楕円形のガイド手段によって均一に構成される。偏向板は、例えば、発泡体で作ることができる。これに代えて、またはそれに加えて、流れ方向における急峻な圧力勾配を避けるために付加的な容積が設けられることで、フィンに対して、液滴形状の部分が設けられる。

これに加えて、あるいはこれに代えて、そこに流れ供給ガイドを設けることができる。これは、例えば、吸気流（温かい空気）が流れ収束ガイドにおいて平行かつ同じ速度で合成されるように、仕切りまたはフィンを設けることによって行うことができる。
これに加えて、あるいはこれに代えて、そこに、できるだけ僅かな断面積の変化を有する偏向エレメントを提供することができる。

本発明のさらなる実施形態は、添付の特許請求の範囲の主題である。
本発明の実施例による利点および実施形態は、図面を参照して以下でより詳細に説明される。

本発明に係る風力タービンの概略図。図１の風力タービンのロータブレードの一部の概略図。図２のロータブレードの一部を示す図。（ａ）〜（ｃ）は、本発明のフィンの液滴形状の部分の様々な図。本発明の風力タービンロータブレードの一部の概略斜視図。

図１は、本発明に係る風力タービンの概略図を示している。風力タービン１００は、タワー１０２、タワー１０２上に設けられたポッド１０４を備えている。ポッド１０４には、３つのロータブレード２００とスピナー１１０とを有する空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力タービンの動作時に風によって回転し、これにより、空気力学的ロータ１０６に直接的または間接的に結合された発電機のロータまたはロータ部材も回転する。発電機は、ポッド１０４内に配置され、電気エネルギーを生成する。ロータブレード２００のピッチ角は、各ロータブレード２００のロータブレード根元におけるピッチモータによって変更することができる。

図２は、図１の風力タービンのロータブレードの一部の概略図を示している。ロータブレード２００は、ロータブレード根元領域２００ａ、ロータブレード先端領域２００ｂ、前縁２０１、後縁２０２、圧力側２００ｃ、吸引側２００ｄを有している。少なくとも１つのフィン２１０は、ロータブレード２００の長手方向に沿って、ロータブレードの内に延伸している。例えば、初期には平行であって、ロータブレード先端領域２００ｂにおいて互いに収束する構成である２つのフィン２１１，２１２が設けられていてもよい。その点において、第１のフィン２１１の長さは、第２のフィン２１２の長さよりも短い。第１の偏向ユニット２２１は、第２のフィン２１２の端部２１２ａの領域に設けられていてもよい。第２の偏向ユニット２２２は、ロータブレードの先端領域２００ｂに設けられていてもよい。

温められた空気は、ロータブレードの先端の方向においてフィンに沿って案内され、その後、偏向される。
図３は、図２のロータブレードの一部を示す。図３は、ロータブレード２００のロータブレード先端領域２００ｂを示している。特に、フィン２１２の端部２１２ａおよび第１および第２の偏向ユニット２２１，２２２がここに示されている。

本発明によれば、第１の偏向ユニット２２１、第２の偏向ユニット２２２、または両偏向ユニット２２１，２２２を設けることができる。
選択的に、第１の偏向ユニット２２１は、円形または楕円形状であってもよく、フィン２１２の端部２１２ａは、第１および第２の端部２２１ａ，２２１ｂを越えて偏向ユニット２２１に突出する２つの端部２２１ａ，２２１ｂを有していてもよい。これにより、空気流が第１の偏向ユニット２２１によって効果的に偏向されることが保証される。そのについて、流れの主要部分に関して特に均一な構成を達成することができる。

本発明の一態様によれば、フィンの液滴形状の部分３００がフィン端部に設けられていてもよい。
図２から分かるように、第１のフィン２１１および第２のフィン２１２の間の空間は、ロータブレード先端２００ｂの方向に向かって減少する。このようにして、流れが収束される。特に、吸気流は、流れが平行な関係で同じ速度で一緒にされると、混合される。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明に係るフィンの液滴形状の部分の様々な図を示す。図４（ａ）は、フィンの液滴形状の部分３００の平面図であって、図４（ｂ）は、フィンの液滴形状の部分３００の斜視図を示しており、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。フィンの液滴形状の部分３００は、図３に示すように、フィン端部に設けられるか、または接着される。そのフィンの液滴形状の部分は、ロータブレードノーズの領域内およびロータブレードリアボックス構造の領域内の温められた空気の偏向を改善することを意図している。温められた空気は偏向され、例えば、フィンの間の領域においてロータブレードの根元に流れる。

本発明によれば、フィンの液滴形状の部分３００は、フィン端部において横方向に配置されていてもよい。
液滴形状の部分３００は、第１の端部３１０、第２の端部３２０、付加的に、液滴形状の部分の側面に設けられた凹み３３０を有している。第１の端部３１０は、尖った構成であって、第２の端部３２０は、円形の構成である。

図５は、本発明に係る風力タービンロータブレードの一部分の概略斜視図を示す。ロータブレード２００は、第１のフィン２１１および第２のフィン２１２と、第１の偏向ユニット２２１および第２の偏向ユニット２２２と、第１のフィン２１１の端部２１１ａに設けられたフィンの液滴形状の部分３００とを有する。第１の偏向部２２１は、第１のフィン２１１の端部２１１ａの領域に設けられ、第２の偏向部２２２は、第２のフィン２１２の端部２１２ａの領域に設けられている。本発明によれば、フィンの液滴形状の部分３００は、第１のフィン２１１上に横向きに設けられている。第２のフィン２１２の端部２１２ａには、フィンの液滴形状の部分３００が設けられていてもよい。

フィンの液滴形状の部分３００は、フィンに沿った他の位置（例えば、中央部）に設けられていてもよい。偏向ユニットは、例えば、発泡体によって作製され、空気流の主要な部分を均一化してもよい。フィンの液滴形状の部分は、流れ方向における急峻な圧力勾配を回避するための付加的な容積として機能する。さらに、フィンの液滴形状の部分は、角を丸くする働きをする。

Claims

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（２００ｃ）と、
吸引側（２００ｄ）と、
前縁（２０１）と、
後縁（２０２）と、
ロータブレード（２００）の長手方向（Ｌ）に沿って延伸する少なくとも１つのフィン（２１０，２１１，２１２）と、
少なくとも１つの前記フィン（２１１，２１２）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部と前記ロータブレード先端領域（２００ｂ）との間に設けられた少なくとも１つの偏向ユニット（２２１，２２２）と、
を備え、
前記少なくとも１つの偏向ユニット（２２１，２２２）は、前記少なくとも１つのフィン（２１１，２１２）に沿って伝播する空気流を偏向するとともに、
前記少なくとも１つのフィン（２１０，２１１，２１２）が設けられた前記ロータブレード（２００）上の領域に少なくとも１つのフィンの液滴形状の部分（３００）が、偏向時の空気の乱流を低減するために、前記液滴形状の尖った部分が前記ロータブレード（２００）の根元側を向くように配置されている、
風力タービンロータブレード（２００）。
第１の偏向ユニット（２２１）が、少なくとも１つのフィン（２１２）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部（２１２ａ）の領域に設けられている、
請求項１に記載の風力タービンロータブレード。
第２の偏向ユニット（２２２）が、第１偏向ユニット（２２１）と前記ロータブレード先端領域（２００ｂ）との間に設けられている、
請求項２に記載の風力タービンロータブレード。
前記第１偏向ユニット（２２１）は、第１および第２の端部（２２１ａ，２２１ｂ）を有し、円形あるいは楕円形であって、
前記フィン（２１２）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部（２１２ａ）は、前記第１および第２の端部（２２１ａ，２２１ｂ）を越えて前記偏向ユニット（２２１，２２２）に向かって突出している、
請求項３に記載の風力タービンロータブレード。
第１の偏向ユニット（２２１）は、第１のフィン（２１１）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部（２１１ａ）の領域に設けられ、第２の偏向ユニット（２２２）は、第２のフィン（２１２）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部（２１２ａ）の領域とロータブレード先端領域（２００ｂ）との間に設けられている、
請求項１から４のいずれかに記載の風力タービンロータブレード。
前記少なくとも１つのフィンの液滴形状の部分（３００）は、第１の端部（３１０）、第２の端部（３２０）、前記液滴形状の部分（３００）のエッジ部分に凹み（３３０）を有し、
前記第１の端部（３１０）は、尖った構成であって、前記第２の端部（３２０）は、円形の構成である、
請求項５に記載の風力タービンロータブレード。
前記凹み（３３０）は、前記液滴形状の部分（３００）に長手方向に沿って設けられており、
前記フィンの液滴形状の部分（３００）は、前記第１のフィン（２１１）に前記第１のフィン（２１１）の長手方向に沿って横向きに設けられ、および／または、前記フィンの液滴形状の部分（３００）は、前記第２のフィン（２１２）の前記ロータブレード（２００）の先端側の端部（２１２ａ）に前記第２のフィン（２１２）の長手方向に沿って横向きに設けられている、
請求項６に記載の風力タービンロータブレード。
前記少なくとも１つの液滴形状の部分（３００）は、少なくとも１つのフィン（２１１，２１２）の端部に配置されており、前記端部は、前記ロータブレード先端領域（２００ｂ）に向かっている、
請求項１から６のいずれかに記載の風力タービンロータブレード。
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（２００ｃ）と、吸引側（２００ｄ）と、前縁（２０１）と、後縁（２０２）と、ロータブレード（２００）の長手方向に沿って延伸する少なくとも１つの第１および第２フィン（２１１，２１２）と、偏向時における空気の乱流を低減するために前記少なくとも１つのフィン（２１０，２１１，２１２）が設けられた前記ロータブレード（２００）上の領域に設けられ尖った部分が前記ロータブレード（２００）の根元側を向くように配置された少なくとも１つのフィンの液滴形状の部分（３００）と、を備えた風力タービンロータブレード（２００）の加熱方法であって、
前記前縁（２０１）および／または前記後縁（２０２）に沿って温められた空気が導入される工程と、
前記前縁（２０１）および／または前記後縁（２０２）に沿って流れる前記温められた空気を、前記第１および前記第２フィン（２１０，２１１，２１２）の間の領域に偏向する工程と、
を備えた風力タービンロータブレード（２００）の加熱方法。