JPS60500302A - 風力タ−ビン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称　風力タービン装置 発明の技術分野 本発明は風力タービン装置に関するものである。

発明の背景 風力タービンは常にロータ、即ち成る形状の別車又は翼車を装着しである・。こ のロータは露出させるかまたは導管に接続させろことができる。適切な構成の導 管の使用により、ロータを越えて加速された風の流れを生じさせることができる 。これはロータの上方に位置決めされ且つ空気の流れがロータに達した時か又は 達成する前に空気の流ｎの速度を増加する作用を有する加速器によってか又はロ ータの背部に位置決めされ、前記空気の流れが・到達する空気の流れに対して妨 害を構成しないようにロータの背部に空気の流れを生じさせるのに寄与する拡散 器によるかの２つの方法において達成させることができる。また、原理は加速器 が到達する空気の速度に至る、ロータの上方の動的圧力を増加するように試みる という事実に関して説明することができる。その部分に関して拡散器は空気を拡 散せしめることによってより大きな容量にわたってタービンを出る空気に寄与し 、それにより動的圧力は静的圧力が発生する空気速度の減少の結果として生じる という事実に拘らず降下する。加速器と拡散器の双方を備えることはタービン管 路については普通である。

かかる速度増加装置の使用は特に低い風速の場合において、風をより有効に利用 せしめる゛。通常の風力タービンは、事実上、設置場所において発生ずる最大風 力に抗するか又は一定の風力においてタービンを停止するのに設けられた手段の 場合は、作動するように企てられる最大風速に抗することができるように実施さ れねばならない。これはタービンがおい風において如何なる動力をも発生しない 結果、一定の始動抵抗を有する乙とを意味する。導管装置の使用は部分的に風の 速度が加速されるため、部分的にロータが同一範囲の損傷の危険にさらされない 結果、それが高風速で作動するため露出されたロータの場合においてより小さく させることができろため最低風速についての限界値が減しられろことがてきろ。

小型ロータは、ロータの幾つかの部６がより堅固であるだけてなく、回転できる 構成部材よりしばしば低コストで製造することができる静的構成部材に変えられ るので低製造コスｌ−を結果として生じろ。風力タービンによって発生される動 力は露出されるタービンの場合においてロータによってのみ構成されるその前方 区域に対して一定の関係を支持するか、管路付きタービンの場合において非回転 導管とともにロータによって構成される。

技術的課題 上述した導管はしばしば入口らっは形の形式の加速器及び排気らっは形の形式の 拡散器からなる。しかし、完全な円錐形のらっは形Ｃよ一定の比率が超過される ならば、らっは形内に作らまた乱流が意図された利得が損失によって除、去され るように大きくなるため、非常に限定された加速を生しろ。従って、完全な円錐 形以外の形状が提案された。

解決策 本発明によれば、過度に高い乱流損失なしに高加速を達成する課題は加速発生環 状体の横断面がその丸味のある前縁が入口を形成し、その尖った後縁が前縁の外 部に半径方向に置かれる出口の外側境界縁を形成し、その平らな側が本体の流れ 前面を形成し且つ出口の外側境界縁と同じくらい離れて後方にかつ外側に入口の 外側境界縁から延び、その屈曲した側が出口を形成する翼断面に実質的に対応す ることによって解決される。

利　点 本発明は、上述した型式の導管のごとき装置により達成されるより低い乱流損失 を有するタービンのロータを通る空気の流れの加速を生ずる風力タービン装置を 提供する。

図面の簡単な説明 以下に添付図面を参照して本発明を明らかにする。

添付図面中筒１図はタービンの半径方向の断面図、第２図は正面図である。

発明を実施するための最適な形態 本発明による装置（よロータがχ状体によって包囲さｎてし）る管路タービンに 関するものである。しかし、これは従来の型式の如何なる拡散装置を装着しない という意味において、導管の形式において実施されるものではない。従って、ロ ータを包囲する環状体は以下に「環状体」として記載する。

本発明の目的のために、環状体は出口側に拡散器を設けていないけれど、タービ ンの入口側に加速器を装置してあり、更にタービンの背部の空気の連続的加速を 供給するようにした更に別の加速器を組み込んでいる。これはタービンを通る追 加の空気の流れを生じるタービンの背部の静圧の降下を発生する。以下の説明に おし）で入口側の加速器は「前部加速器」としてかつ出口側の加速器は「後部加 速器下として記載する。

前記は環状体を翼外被の平らな下側により入口側にかつ翼外被のより屈曲した上 側により出口側に置かれている円形の、すなわち無端翼の形状で実施することに より本発明によって達成される。その内面が前部加速器を形成する翼外被の前縁 は後部加速器の端部を構成する翼外被の後縁の上方にかつその中に置かれる。

従って、翼外被の横断面は後方にかつ半径方向に向って向い合い、そして流れの 方向に広がる截頭円錐を構成するということができろ。本発明は排出空気が後部 加速器の屈曲内部形状に従い、それによりその区域に低圧を存在させることにお いて、翼の上面を越えて通過する空気が加速させられるのと同じ方法において空 気が加速させられるということである。しかし、この作用を達成するために、空 気（よ外側に向けられねばならず、それは環状体の中央孔内に置かねる円錐形に よって最も良くなされ、前記円錐形は流れの方向に且つ空気が外側に向くように 広がる。この円錐形はロータのボスをそれ自体適宜に構成し、そしてタービン羽 根車はしたがって円錐形上に取付けねばならない。

最良の効果を達成するために、後部加速器の内側に沿う空気の流れは出来るだけ 層状でなければならない。

ロータの上方に取り入れられる急激に流れる空気をロータを通って４菩を介して 通しかつほぼ面の方向に後部加速器の内部に排出させろことにより考え得る最高 の層流を達成できかつ維持することができ、その結果、環状体と流動空気との間 の境界層はエネルギーの十分な噴射で付与されろ。試験はかなりの空気速度がこ の方法において環状体の面に治って達成されることができることを示した。試験 結果は記載さｎた方法において６ｍ／ｓの風速においてロータの背部で１３Ｉｍ ＩＩＨ２０の圧力降下を且つ２５ｍ／ｓにおいて２００　ｍｍ　Ｈ２Ｏの圧力降 下を生じることができることを示した。

タービンの実施例を添付図面について以下に説明する。第１図はタービンの横断 面図を示し、そして第２図はその正面図である。

図から理解されるごとく、タービンは符号１で示した前述の環状体と、符号２て 示したロータを含んでいる。該ロータ２は支柱４を介して基台に支持されている 固定中央体３により支持されている。該中央体３はロータを回転させることがで きるベアリングによってロータ２を支持する。ロータはこの方法で風力がそれに よって利用される機械を駆動するようになっている。

これは、例えば中央体３内に収容された電気発生器または油圧ポンプであっても 良い。代案として、中央体は支柱４内に軸を介してベース内に置かれた機械にロ ータから動力を伝達するように歯車箱を収容することができる。しかし、ロータ の運動を利用しかつ伝達するためのこの種の解決は以前に開始されており、かつ ここで詳細に記載する必要はない。

タービン２のまわりの所定位置に環状体１を保持するために、そわは半径方向ア ーム５によって支持中央体３に接続されている。

第１図から円形環状体１が翼外観の外側輪郭内に内接させることができる半径方 向横断面を有することが明らかである。このため環状体は入口側に外側前面６と 内側前面を有し、乙の内側前面は３つのリング１０゜１１及び１２の前縁７，８ 及び９によって形成され、環状体１がそれを通る２つの狭い間隙１３及び１４に よって分割されている。内側に面する外側リングの前面は環状体の外側前面６を 形成する。中央体３の外側リング１０はアーム５を介してこれら３つのリングに 、よって支持され、前記外側リングは順次スペーサ部材１５によって残りの２つ のリングを支持する。

排気側の環状体の後面は２つの外側リング１０及び１１の端面１６及び１７と排 気側に面する内側リング１２の面１８によって形成されている。

既に知られている通り、翼輪郭は外側に屈曲された「上面」と、平らな又は凸状 の「下面」と、丸味のある前縁と、「上面及び下面」がそこに接続される尖った 後縁とからなる。これらの面から、翼体上の屈曲した「上面１は面１６，１７及 び１８に、平らな「下面」は面６に、屈曲した前縁（よ面７，８及び９に、そし て尖った後縁は外側リング１０上の面６及び１６間の尖った翼端１９の尖った後 縁に対応する。しかし、通常の翼と違って、環状体１は、既述のごと（、間隙１ ３及び１４によって３つの部分に分割されている。し刀）しながら、この３つの 部分からなる本体が間隙の開口の上方で橋絡する形状によって閉じ込められるよ うに考えられるならば、横断面は通常の翼輪郭の横断面にほとんど似ていること が理解されよう。したがって、この翼輪郭は中心から斜めに外側に且つ流れの方 向に対して後方にその傾斜した「後縁」１９と向い合うその横断面により、リン グの形状に屈曲されている。

環状体１が空気の流れの観点から考慮されるならば、面７，８及び９、前縁は入 口を形成しそして面１６゜１７及び１８、後８（よ出口を形成する。入口及び出 口は面の最も内側部においてともに合流し、この面の最も内側部はしたがって入 口及び出口の内部境界縁を且つ同時に本体を通る通路を形成する。入口の外部境 界縁は面６と７との間の移行部２２によって形成されてし）ろ。出口の外部境界 縁は点１９によって形成されている。

ロータ２は、一部は流れの方向に円錐形状に広がるボス２０及び一部はボスの外 側部分によって支持されるブレード２１からなる。該ブレード２１はボスの対応 半径に対して螺旋の形にねじられている。従って到達空気はロータにねじり運動 を与える。このタービンブレードの配置方法は以前に開示されており、したがっ てここではブレードの設計は詳細に記載する必要はない。

図には環状体１の翼縁１９の外側に拡散器２４が配置されることを示し、該拡散 器は翼輪郭の後縁にしばしば配置されている「フラップ」に対応するということ ができる。この拡散器は円形リングセクタの形状の部分２５に分割されている。

これらの部分の各々はアーム２５によって支持されるビン２６を中心に回転する ことができる。拡散器の横断面は弯曲側部２７及び平らな側部２８、丸味のある 前縁２９及び尖った後縁３０を有する翼輪郭の横断面に主として対応する。拡散 器は、広範囲の異なる風力にわたってその平均効率を改善せしめる異なる流れ速 度に適するようにタービンを調整することができるけれども、以下に概略される 機械に関しては必須ではない。部分２６に付与されるねじれ量の調整は手動でな されることがてきるが、好ましくは風の強さによって制御される機構を介して行 なわれるへきである。この機構は風の強さを検出するためのセンサお゛よび風の 強さに依存する予め定めた位置に部分２６を調整するための油圧制御装置から構 成することもできろ。

作動時、タービンは矢印３２の方向に到達する風に直接向い合うように位置決め されるへきである。面７８及び９によって形成されろ環状体１の前面の部分に衝 突する空気は大部分が面９にある開口部に向って内側に案内され且つタービンブ レード２１に衝突する。

かくしてタービンは回転させられそして風の強さはこのようにして上述の方法に おいて利用させることができる。ブレード２１に衝突する空気は円錐状に広がる 面２０によって外側に向けられ、そしてタービンを流れる空気は急角度で外側に 向う方向にタービンから出る。したがって、その曲率に従って、面１６，１７及 び１８によって形成される環状体１の後面を越えて流れる。これは外側かつ後方 に流れる空気の加速を結果として生ずる。負圧の区域は到達空気をタービンを通 して急速に吸い込む方法において形成されている。同時に一定のレベルの加速が 面７，８及び９によって形成される円錐入口において作られる。したがって、と もにタービンを通る所望のより急速な流れを供給する前部加速及び後部加速現象 が発生される。このように空気はこれが装置に到達するときの空気の速度より高 い速度でタービンを通って流れる。

面６に衝突する到達空気の部分はタービン羽根車に向って導かれないが、外側に 向けらする。空気が点１９に達するとそれは面６に沿って流れる空気に衝突し、 そして流れ去る空気は面１６，１７及び１８に沿って発生される加速に逆作用を 持つような方法において妨げられないことが重要である。この種の妨害は入口及 び出口側の面の正しい構埴によって回避されることができる。しかしながら、す べての風の強さに関して最適な構成を生ずることは無雅しいが又は不可能である 。それにも拘らず、拡散器２４の使用は好都合な加速特性を生ずるような方法に おいて拡散器を調整することにより達成されるような異なる風の強さに適する高 い適合度を有する。

間隙］３及び１４の目的（ま出口側に面１６，１７及び１８によって形成されろ 面を越えて生ずるような境界層流を生ずることである。面の方向に間隙の後部開 口部を通って非常に制限され空気流を解放づること；こより、面に沿う層流の形 で流れる薄い空気層が発生され、これはタービン羽根車の背部の上述した加速が 達成されるならば必須であるタービン羽根車からの主空国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）入口側から出口側に向ってほぼ軸の方向に動く空気の流れによって軸を中心 に回・耘するロータ２と、該ロータと同中心でロータを包囲する環状体１とから なり、環状体には入口側にロータが配置される内側境界縁を有する入口を備え、 環状体の出口側に流れの方向に広がり且つ後部の外側境界縁１９によって終端さ れる出口用の前部の内側境界縁に移行部を形成した風力タービン装置において、 丸味のある前縁７〜９が入口を形成し、その尖った後縁１９が前縁の外部に半径 方向に置かれる出口の外側境界縁を形成し、その平らな側６が導管の境界縁を形 成し且つ出口の外側境界縁１９と同じ位離れて後方及び外側に入口の外側境界縁 ２２から延伸し、屈曲した側１６〜１８が出口を形成する翼輪郭に環状体の横断 輪郭を実質的に一致させたことを特徴とする風力タービン装置。 ２）入口の外側境界縁２２を半径方向に見るとき、前記環状体１の外側境界縁１ ９の内部のかなりの距離に配置し、外側及び内側境界縁の直径の比を入口におい てより出口においてかなり大きくしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に 記載の風力タービン装置。 ３）前記直径の比を入口において１：２５及び出口において１：　５からなるこ とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の風力タービン装置。 ４）環状体１の入口側に多数の開口を備え、該開口に形成した間隙１３．１４を 出口において放出開口部に連通し、入口側に強制された空気が出・口の面の少な くとも幾つかの部分にわたって前記放出開口からの層流層を形成することを特徴 とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項のいずれか１項に記載の風力 タービレ装置。 ５）前記間隙１３，１４の入口開口は導管の入口に配置させることを特徴とする 特許請求の範囲第４項に記載の風力タービン装置。 ６）前記ロータには流れの方向に広がるボス２０を備え、前記ボスには該ボスと 共にほぼ出口に配置させたブレード２１を支持させ、前記ボス２０が空気流を半 径方向の外側に向ける面を構成することを特徴とする特許 ービン装置。