(57)【要約】  風力タービンが、入口開口（ＯＡ）と、出口開口（ＯＥ）と、圧力低下を生成する外側表面（１２）と、入口開口（ＯＡ）に連結された収束区間（Ｔ３）を与える内側表面（１３）と、出口開口（ＯＥ）に連結され、のど部（１４）によって収束区間（Ｔ３）に連結された発散区間（Ｔ４）と、のど部（１４）の近傍で管状ケーシング（１０）に関して回転するように装着されたプロペラ（Ｈ２）とを有する管状ケーシング（１０）を備える。プロペラ（Ｈ２）は第１の発電機（Ｇ１）に結合される。管状ケーシング（１０）に関して回転するように装着され、収束区間（Ｔ３）内でプロペラ（Ｈ２）の上流に配置された別のプロペラ（Ｈ１）をこの風力タービンは備える。
2011503407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状ケーシング（１０）を有する風力タービンであって、
円形空気入口開口（ＯＡ）と、
円形出口開口（ＯＥ）と、
前記入口開口（ＯＡ）と前記出口開口（ＯＥ）との間に圧力低下を生成する外側表面（１２）と、
前記開口（ＯＡ、ＯＥ）を連結する空気通路（１５）の輪郭を定め、流れの水平直線方向（Ｘ）を有し、前記入口開口（ＯＡ）に連結された収束区間（Ｔ３）と前記出口開口（ＯＥ）に連結された発散区間（Ｔ４）とを与える内側表面（１３）であって、前記区間（Ｔ３、Ｔ４）がのど部（１４）によって互いに連結される、内側表面（１３）と、
前記のど部（１４）の近傍で軸方向に位置決めされ、前記のど部（１４）の空気流運動を第１の発電機（Ｇ１）に接続されている結合手段の回転運動に変換する回転手段と、
前記回転手段の上流で、前記内側表面（１３）の前記収束区間（Ｔ３）で軸方向に配置され、前記管状ケーシング（１０）に関して回転するように装着された第１のプロペラ（Ｈ１）と
を備える風力タービンにおいて、
前記管状ケーシング（１０）に関して回転するように装着され、前記第１のプロペラ（Ｈ１）と反対方向に回転するように構成された第２のプロペラ（Ｈ２）によって前記回転手段が形成され、
前記のど部（１４）の直径と前記入口開口（ＯＡ）の直径との間の比が０．６と０．８との間に含まれ、
前記外側表面（１２）が、前記入口開口（ＯＡ）に連結された発散区間（Ｔ１）と、前記出口開口（ＯＥ）に連結された収束区間（Ｔ２）とを含み、前記区間が回転面を形成するように成形され、その回転軸が前記流れの方向（Ｘ）と一致し、その創成曲線が航空機翼の上部表面によって形成されており、
前記第１のプロペラ（Ｈ１）が接続され、前記第２のプロペラ（Ｈ２）の動作に関連する少なくとも１つの物理的パラメータに応じて前記第１のプロペラ（Ｈ１）の動作を調整する調整手段に接続される可逆な第２の発電機（Ｇ２）があることを特徴とする風力タービン。
【請求項２】
前記出口開口（ＯＥ）の近傍で前記外側表面（１２）から突き出ており、前記外側表面（１２）で滑る空気流の発散と前記風力タービンの後部での空気圧低下とを生成する圧力低下用空気力学的付加物（２９）を前記管状ケーシング（１０）が含むことを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
前記調整手段（１６）が、前記第２のプロペラ（Ｈ２）の回転速度に応じて前記第１のプロペラ（Ｈ１）の回転速度の調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記第１および第２の発電機（Ｇ１、Ｇ２）が、エネルギー蓄積手段（１９）におよび／または電力グリッド（２０）に接続されたエネルギー管理システム（１８）に接続されることを特徴とする請求項１から３の一項に記載の風力タービン。
【請求項５】
前記エネルギー管理システム（１８）が外部電力供給手段（２１）に接続されることを特徴とする請求項４に記載の風力タービン。
【請求項６】
空気力学的遮蔽物（３０）が前記第１のプロペラ（Ｈ１）と前記第２のプロペラ（Ｈ２）との間で軸方向に延びることを特徴とする請求項１から５の一項に記載の風力タービン。
【請求項７】
前記空気力学的付加物（２９）の直径と前記入口開口（ＯＡ）の直径との間の比が１．３未満であることを特徴とする請求項１から６の一項に記載の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−  円形空気入口開口と、
−  円形出口開口と、
−  入口開口と出口開口との間に圧力低下を生成させる外側表面と、
−  前記開口を連結する空気通路の輪郭を定め、流れの水平直線方向を有し、入口開口に連結された収束区間と出口開口に連結された発散区間とを与える内側表面であって、前記区間がのど部によって互いに連結される、内側表面と、
−  のど部の近傍で軸方向に位置決めされ、のど部の空気流運動を第１の発電機に接続されている結合手段の回転運動に変換する回転手段と、
−  回転手段の上流で、内側表面の収束区間で軸方向に配置され、管状ケーシングに関して回転するように装着された第１のプロペラと
を備える管状ケーシングを有する風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような風力タービンは、例えば、内側表面がノズルの一般形態を有する文献の特開２００５−２４０６６８号および特開２００３−０２８０４３号から既知である。ベルヌーイの式によれば、入口空気は収束区間で加速され、風の運動エネルギーの増加は圧力の漸進的な低下を伴う。発散区間の形状は、入口から出口への吸引を行う効果を有する付加的な圧力低下を生成する（「ベンチュリ」効果）。これらの既知の風力タービンは、比較的高い風速で許容できる電力発電を行うだけであり、のど部で回転デバイスによって収集される電力とのど部の風力との間の比が低い値のために比較的低い総合効率を有するという欠点を示す。
【０００３】
さらに、文献の欧州特許第１１０８８８８号において、円柱管状ケーシングの両端部に並列に、反対方向の回転で回転する２つの全く同じプロペラを配置することが想定されている。管状ケーシングの各端部は、円錐形に延びており、入口で収束し、出口で発散する。ベンチュリ型のそのような構造を通して空気を運ぶ（空気の運動エネルギーの増加を伴う）動作は、収束入口部分の圧力低下と、それに続いて入口プロペラを通って流れるときの圧力降下を伴う。後者は、圧力低下を生成して出力プロペラに到達する前にシリンダ内の空気を加速する効果がある。しかし、風速が低い場合の効率は限定的であり、性能は多くの用途にとって十分ではない。低い風速にもかかわらず出口開口の後部で圧力低下を与えるには、出口開口の近くの外部表面から突き出た偏向器を設けることが必要である。しかし、その場合、そのような偏向器は外側の空気の速度を低下させる結果をもたらし、したがって総合効率を低下させる。
【０００４】
文献の国際公開第２００６／０５４２９０号はプリアンブルにより風力タービンを説明している。それは、流体にエネルギーを供給するために連続運転する上流プロペラ（送風機またはコンプレッサのいずれか）を含む。回転手段は、機械エネルギーを例えば電力発電機に供給する発電タービンである。上流プロペラは常にコンプレッサ・モードであり、タービンの上流ののど部のレベルで空気流のマッハ数をマッハ１に増加させる。この条件は、タービンで生じる圧力低下（マッハ１から出口でのマッハ０になる）において流体の内部エネルギーの一部を回復するためにこの文献で使用されている基本原理である。
【０００５】
この文献は、２つの駆動プロペラがタービンの上流に配置される場合も準備している。上述のように、それらは、のど部で空気流をマッハ１に増加させるための圧縮機の役割をする。それらは常にエネルギー消費物である。第１のプロペラとタービンとの間に装着されたプロペラは入口開口の面に位置している第１のプロペラよりも少ないエネルギーしか必要とせず、全く風なしで、第１のプロペラを伝動軸の機械的駆動によってタービンを介して始動させることができる。
【０００６】
いずれの場合にも、タービンによって単独で構成された回転手段の上流に配置された１つまたは複数のプロペラはいかなる自然の風速でも圧縮機モードで動作する。外形は圧力低下を潜在的に生成するが、収束区間Ｔ２の収束角は非常に大きく、外側表面で滑る空気流を引き離し、内部流への外部流のいかなる影響も排除するので、外形は風力タービンの動作に特定の影響を持たない。のど部の直径と入口開口の直径との間の比は実質的に０．３に等しい。この非常に低い比はのど部でマッハ１に近い速度を達成するための必要条件であり、文献の国際公開第２００６／０５４２９０号で引き出されたこの速度条件は発電機に結合するためのタービンを使用した結果であり、前記タービンはタービン中の圧力低下によって流体の内部エネルギーの一部を回復するように設計されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、向上した総合効率を有する風力タービンの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による風力タービンは、
−  管状ケーシングに関して回転するように装着され、第１のプロペラと反対方向に回転するように構成された第２のプロペラによって回転手段が形成され、
−  のど部の直径と入口開口の直径との間の比が０．６と０．８との間に含まれ、
−  外側表面が、入口開口に連結された発散区間と、出口開口に連結された収束区間とを含み、これらの区間が回転面を形成するように成形され、その回転軸が流れの方向と一致し、その創成曲線が航空機翼の上部表面によって形成されており、
−  第１のプロペラが接続され、第２のプロペラの動作に関連する少なくとも１つの物理的パラメータに応じて第１のプロペラの動作を調整する調整手段に接続される可逆な第２の発電機があるという点で注目すべきである。
【０００９】
文献の国際公開第２００６／０５４２９０号の風力タービンに対して、本発明による風力タービンの目的は、流体の内部エネルギーを回復することではなく、運動エネルギー／圧力エネルギー交換を考慮することによってそれ自体を単に満足することである。これは、のど部の近傍に配置され、第１の発電機に結合された回転手段が、動作できるために厳しい空気速度条件を必要としないプロペラによって形成されるからである。したがって、のど部での速度は、のど部の直径と入口開口の直径との間のかなり高い比（０．６と０．８との間に含まれる）のためにマッハ０．３にほぼ等しい。この比は航空機翼形の形態の外側表面を使用することによって一層大きくすることができ、それにより、適切な収束角のために流れが分離されることなしに外側表面で滑る空気流を大幅に加速することができ、風力タービンの後部で十分な圧力低下を生成して空気通路から生じる流体速度を増加させることができる。従来技術と異なり、第１のプロペラの動作は、のど部に配置された第２のプロペラに関連づけられた物理的パラメータによって調整され、送風機としての動作と、適切な発電機と結合することによってそれ自体でエネルギーを生成するための自由動作との間で変わることができる。
【００１０】
他の利点および特徴は、非限定的な例の目的だけのために与えられ、添付の図面に示された特定の実施形態の以下の説明からより明確に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による風力タービンの例の軸断面図である。
【図２】図１の風力タービンの左側の側面図である。
【図３】前の図の風力タービンの制御デバイスを示す図である。
【図４】図１と全く同じ図であるが、空気流の詳細を与える図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１から図４を参照すると、本発明による風力タービンの例は、支持構造体１１の先端に垂直軸に沿って回転する状態で装着された管状ケーシング１０を含む。管状ケーシング１０は全体的な回転形態を示し、したがって、下記において、直線で水平である空気流方向Ｘに対応する回転軸を有する。支持構造体１１に対する管状ケーシング１０の方向は、自動的に、すなわち風の方向に応じて自由に、または空気流方向Ｘが確実に風の方向と共直線性になるようにする誘導機構によって行われる。
【００１３】
一方の端部（図１、３、４の左側）に、管状ケーシング１０は、風吹きがある場合に空気が流入するための円形形状の入口開口ＯＡの輪郭を定める。反対側の端部（図１、３、４の右側）に、管状ケーシング１０は円形形状の出口開口ＯＥの輪郭を定め、その直径は入口開口ＯＡのものよりも（図示のように）わずかに小さいか、またはそれに等しいか、またはわずかに大きくすることができる。出口開口ＯＥは、入口開口ＯＡから流入した空気を管状ケーシング１０からの排出できるようにする。
【００１４】
管状ケーシング１０は、入口開口ＯＡから始まり、外径が次第に増加する発散区間Ｔ１と、区間Ｔ１および出口開口ＯＥに連結し、外径が次第に減少する収束区間Ｔ２とを膨らみが構成している航空機翼の形態で空気力学的プロファイルを示す外部表面１２を含む。そのような空気力学的プロファイルは、出口開口ＯＥのレベルで圧力低下を生成する効果がある。したがって、外側表面１２は、入口開口ＯＡと出口開口ＯＥとの間に圧力低下を生成する。
【００１５】
より正確には、区間Ｔ１およびＴ２は回転面を構成するように形成され、その回転軸は空気流方向Ｘと一致し、その創成曲線は航空機翼の上部表面によって形成される。上部表面の寸法特性は、風の予想される自然速度に応じて調節することができる（翼弦、キャンバ、迎え角、収束角、発散角、後縁角など）。
【００１６】
管状ケーシング１０は、入口開口ＯＡに連結され、内径が次第に減少する収束区間Ｔ３と、収束区間Ｔ３および出口開口ＯＥに連結し、内径が次第に増加する発散区間Ｔ４とを膨らみが構成している翼の下部表面の形態で空気力学的プロファイルを示す内側表面１３の輪郭を内部に定める。内側表面１３の２つの区間Ｔ３およびＴ４はのど部１４によって互いに連結される。内側表面１３は互いに開口ＯＡとＯＥとを連結するノズルの形態の空気通路１５の輪郭を定め、その中で、空気は出口開口ＯＥを介して排出されるまで入口開口ＯＡから空気流方向Ｘの方向に流れる。のど部１４の直径と入口開口ＯＡの直径との間の比は０．６と０．８との間に含まれる。風力タービンの軸長と入口開口ＯＡの直径との間の比は１．４を超え、好ましくは１．５と２との間に含まれる。
【００１７】
風力タービンは、収束区間Ｔ３に配置された第１のプロペラＨ１と、のど部１４に配置され、のど部１４の空気流運動を第１の発電機Ｇ１に接続された回転軸の回転運動に変換する回転手段とを備える。回転手段は、のど部１４の近傍の軸位置（軸Ｘに沿って）の管状ケーシング１０に関して回転するように装着された第２のプロペラＨ２によって形成される。第２のプロペラＨ２は、固定管または連結軸などの結合手段によって第１の発電機Ｇ１に接続される。プロペラＨ２およびＨ１の回転軸は空気流方向Ｘと一致する。第１の発電機Ｇ１は、回転子が固定子に対して回転運動により活力を与えられる場合、電力を生成する電気力学機械である。
【００１８】
さらに、第１のプロペラＨ１は、第２のプロペラＨ２の上流で、内側表面１３の収束区間Ｔ３に沿ったある軸位置（軸Ｘに沿って）に管状ケーシング１０に関して回転するように装着される。第１のプロペラＨ１は可逆型の第２の発電機Ｇ２に接続される。より正確には、第２の発電機Ｇ２は可逆な電気力学機械である。プロペラＨ１の直径はプロペラＨ２よりも大きい。
【００１９】
内側表面１３とプロペラＨ２とにより、入口開口ＯＡを介して流入される空気の圧縮および加速チャンバＣＨの輪郭が定められる。空気はチャンバＣＨ内で運動エネルギーの増加を受ける。
【００２０】
プロペラＨ２およびＨ１は共に可変ピッチで角をなして配置された複数の羽根を含む。さらに、プロペラＨ２はプロペラＨ１と逆方向に回転するように構成される。
【００２１】
管状ケーシング１０、２つのプロペラＨ１、Ｈ２、および発電機Ｇ１、Ｇ２に加えて、風力タービンは、
−  例えば管状ケーシング１０の厚みの中に一体化された可逆な第２の発電機Ｇ２の調整手段１６と、
−  第２のプロペラＨ２の動作に関連する物理的パラメータを測定するセンサ１７と、
−  例えば管状ケーシング１０の厚みの中に一体化され、エネルギー蓄積手段１９および／または電力グリッド２０、および外部電力供給手段２１に接続されたエネルギー管理システム１８と
を含む電子制御デバイスを備える（図３参照）。
【００２２】
２つの発電機Ｇ１およびＧ２は、それぞれ２２および２３で参照される接続によってエネルギー管理システム１８に電気的に接続される。エネルギー管理システム１８は、接続２４によってエネルギー蓄積手段１９に、および／または接続２５によって電力グリッド２０に、および接続２６によって外部電力供給手段２１に電気的に接続される。最終的に、第２の発電機Ｇ２の調整手段１６は、接続２７によってセンサ１７に、および接続２８によって第２の発電機Ｇ２に電気的に接続される。
【００２３】
第２の発電機Ｇ２は可逆であり、電気が供給されると駆動することができ、その場合、回転子は供給された電力入力によって固定子に対して回転される。機械Ｇ２は発電機として動作することもでき、プロペラＨ１が固定子に対して機械Ｇ２の回転子に回転運動を強制すると電力を生成する。
【００２４】
さらに、図示されていない（例えば、遠心もしくは電磁クラッチ、または機械Ｇ２のモータ／発電機の電気制御による）可逆な結合システムは、プロペラＨ１と第２の発電機Ｇ２との間に挿入され、結合を解かれた場合にプロペラＨ１は自由に回転するように装着されることを保証することができる。接続２８は、結合システムと調整手段１６との間の連結を行う。
【００２５】
プロペラＨ１が発電機Ｇ２から切り離されると、プロペラＨ１は「フリーホイール」モードとなる。反対の場合、プロペラＨ１は、「モータ」モード（モータとしての発電機Ｇ２の動作に対応する）または「発電機」モード（発電機としての発電機Ｇ２の動作に対応する）となる。
【００２６】
調整手段１６の役割は、瞬間ごとに好適である第１のプロペラＨ１の動作モード（「モータ」、「発電機」、または「フリーホイール」）を選択することである。瞬間ごとにプロペラＨ１の動作モードを選択すると、第１のプロペラＨ１の動作は、センサ１７によって測定され、第２のプロペラＨ２の動作に関連づけられた少なくとも１つの物理的パラメータ（圧力、速度、温度など）に応じて調整することができる。第１のプロペラＨ１の動作モードの選択は、接続２８を介した第２の発電機Ｇ２および結合システムへの対応する動作によって行われる。
【００２７】
例えば、瞬間ごとにプロペラＨ１の動作モードに適した選択を行うことによって、調整手段１６は、センサ１７が回転計であるときそれによって測定された第２のプロペラＨ２の回転速度に応じて第１のプロペラＨ１の回転速度の調整を行うことができる。定常動作状態では、このタイプの調整により、特に、通路１５の空気の回転を防止するかまたは少なくとも制御することができる。
【００２８】
例示目的のため、第１のプロペラＨ１のそのような速度調整を行うために、調整手段１６は第１のプロペラＨ１に課する第１の制御則を組み込み、第１の制御則は、
−  第２のプロペラＨ２の回転速度が事前設定の第１の閾値Ω１よりも低い限り、「モータ」モード、
−  第２のプロペラＨ２の回転速度が、Ω１よりも高い事前設定の第２の閾値Ω２よりも高い場合、「発電機」モード、
−  第２のプロペラＨ２の回転速度がΩ１とΩ２との間に含まれる場合、「フリーホイール」モードである。
【００２９】
調整手段１６は、第２のプロペラＨ２の回転速度と第１のプロペラＨ１の回転速度との間の差が、それ自体Ω１の関数とすることができる事前設定の第３の閾値Ω３よりも大きくなると直ちに、第１の制御則に優先し、第１のプロペラＨ１に「モータ」モードを課する第２の制御則を組み込むこともできる。
【００３０】
第１のプロペラＨ１の動作モードの選択は、接続２７を介してセンサ１７から受け取った情報から、接続２８を介して調整手段１６によって行われる。
【００３１】
どのような動作モードが調整手段１６によって第１のプロペラＨ１に課されても、エネルギー管理システム１８は第１の発電機Ｇ１によって生成された電力を接続２２を介して受け取る。調整手段１６が第１のプロペラＨ１に「モータ」モードを課すると、エネルギー管理システム１８は接続２３を介して第２の発電機Ｇ２に必要な電力を送出する。調整手段１６が第１のプロペラＨ１に「発電機」モードを課すると、エネルギー管理システム１８は第２の発電機Ｇ２によって生成された電力を接続２３を介して受け取る。最後に、調整手段１６が第１のプロペラＨ１に「フリーホイール」モードを課すると、エネルギー管理システム１８と第２の発電機Ｇ２とは電力を交換しない。
【００３２】
２つの発電機Ｇ１、Ｇ２とのこれらの電力交換と平行して、生成されたエネルギーの管理システム１８は、
−  第１の発電機Ｇ１から（また該当する場合には第１のプロペラＨ１の「発電機」モードの場合の第２の発電機Ｇ２から）受け取ったエネルギーを接続２５を介して電力グリッド２０におよび／または接続２４を介してエネルギー蓄積手段に送出し、
−  該当する場合には、第１のプロペラＨ１の「モータ」モードの場合に、２５を介して電力グリッド２０から、および／または接続２４を介してエネルギー蓄積手段１９から、および／または接続２６を介して外部電力供給手段２１から第２の発電機Ｇ２を駆動するのに必要なエネルギーを受け取る。
【００３３】
これらの動作を行うために、エネルギー管理システム１８は、発電機Ｇ１、Ｇ２と交換した信号と、電力グリッド２０、エネルギー蓄積手段１９、および外部電力供給手段２１と交換した信号との間のインターフェイスを含む。そのようなインターフェイスは、例えば、変圧器、周波数変換機、および整流器を含むことができる。
【００３４】
制御デバイスの他の構成要素との交換および２つの発電機Ｇ１、Ｇ２との交換を命令する方法に関する限り、エネルギー管理システム１８によって実行される方策で必要とされるパラメータは用途に応じて調整することができる。特に、電力グリッド２０への送出はいくつかの用途で有利となることがある。他の場合には、蓄積手段１９のエネルギー・レベルおよび／または消費ピーク管理が好ましいことになる。
【００３５】
図４を参照すると、風力タービンは、空気流軸Ｘの方向および空気流通路の方向にずれた３つの連続の区域Ａ、Ｂ、Ｃに架空的に分割することができる。出口開口ＯＥを越えた風力タービンの後方部分は追加区域Ｄを構成する。風力タービンの区域Ａは、入口開口ＯＡを通る面と外側表面１２の発散区間Ｔ１の端部を通る面との間に位置する風力タービンの部分に対応する。風力タービンの区域Ｂは、区域Ａと、内側表面１３の収束区間Ｔ３の端部を通る面との間に含まれる風力タービンの部分に対応する。風力タービンの区域Ｃは、その部分に関して、区域Ｂと、出口開口ＯＥを通る面との間に含まれる風力タービンの部分によって形成される。図４に示されるように、圧縮および加速チャンバＣＨは風力タービンの区域Ｂに含まれる。
【００３６】
区域Ａでは、第１のプロペラＨ１のどのような動作モードでも、通路１５で流れる空気流の流束は、風力タービンが配置されているところの風と比較して加速される。外側表面１２で滑る空気流の流束も風と比較して加速されるが、通路１５で空気が受ける加速よりも低い値である。
【００３７】
区域Ｂでは、外径は次第に減少し、それは圧力低下、したがって外側表面１２で滑る空気流の流束の加速を生成する効果がある。通路１５の空気流の流束も、区間Ｔ３の収束の性質のために区域Ｂの全長にわたって加速される。第１のプロペラＨ１のどのような動作モードでも、これらの内部加速および外部加速は生じる。通路１５の空気流の流束は、その加速と平行して、区域Ｂの全長にわたって連続的で漸進的な圧力上昇を受ける。圧力上昇はチャンバＣＨにおいて区域Ｂの残りの部分よりも大きく、プロペラＨ１が「モータ」モードで動作している場合なおさらそうである。
【００３８】
区域Ｃでは、外側表面１２で滑る空気流の流束は加速し続ける。内径は出口開口ＯＥまで次第に増大し、それは追加の圧力低下を生成する効果がある。
【００３９】
区域Ｄでは、出口開口ＯＥを介して排出された空気は、より高速を有する外側表面１２で滑る空気流の流束によって加速される。これにより、風力タービンの後部で追加の圧力低下が生成され、風力タービンの後部の方への空気力学的擾乱が排除される。区域Ｄで生成された圧力低下は前述の処理を保持するのに寄与する。この全体の空気力学的動作により、風力タービンの入口の空気流を加速することができる。
【００４０】
外部電力供給手段２１を構成するために、光電池３１を外側表面１２のすべてまたは一部に設けることができる。しかし、これらの手段は、油圧源または補助発電機などの任意の好適な解決策によって達成することができる。
【００４１】
発電機Ｇ１、Ｇ２は小型化し、空気流方向Ｘに配置することができる。他の代替実施形態では、発電機Ｇ１、Ｇ２はクラウンに配置することができ、すなわち、関連するプロペラＨ１、Ｈ２は、それ自体発電機Ｇ１、Ｇ２の回転子を構成し、固定子は対向するように内側表面１３によって支持された周辺クラウンによって構成される。
【００４２】
適宜におよび図示のように、空気流方向Ｘの近傍の空気力学的擾乱を防止するために、プロペラＨ１とＨ２との間に、例えば円柱外形を有する軸方向に延びる空気力学的遮蔽物３０を設けることが可能である。そのような空気力学的遮蔽物３０がプロペラＨ１、Ｈ２の機械的分離を保持していなければならないことは明らかである。さらに、空気力学的遮蔽物内部に第２の発電機Ｇ２を収容することを想定することが可能である。
【００４３】
上述の例では、空気流方向Ｘは水平である。管状ケーシング１０は、出口開口ＯＥの近傍で外側表面１２から突き出た圧力低下用空気力学的付加物２９を含む。この付加物２９は、外側表面１２の収束区間Ｔ２で滑る空気流の流束が受ける加速を強めることができ、外側表面１２上の空気流によって生成される雑音をかなり減少させる。「パラシュート」効果（管状ケーシング１０の出口での擾乱の発生）が、付加物２９が存在しないときよりも実質的に大きい風速のために生じる。空気力学的遮蔽物は方向Ｘに関して空気流の遠心偏位をさらに行い、風力タービンの後部の圧力低下をさらに増大させる。言い換えれば、それは外側表面１２で滑る空気流の発散と風力タービンの後部の気圧の低下とを生成する。
【００４４】
空気力学的付加物２９は、管状ケーシング１０の周囲にある距離で保持されたクラウンの形態を有し、外側表面１２に面した内側表面と反対側の外側表面とを有する。空気流軸Ｘを通る断面では、クラウンの内側表面は、外側表面１２の方に向いた膨らみを持つ凸状空気力学的プロファイルを有し、一方、クラウンの外側表面は、外側表面１２の方に向いたくぼみを持つ凹状空気力学的プロファイルに示す。空気力学的付加物２９の直径と入口開口ＯＡの直径との間の比は、風力タービンの全寸法を制限するために１．３未満である。
【００４５】
機械ブレーキをプロペラＨ１、Ｈ２に関連して設けることができる。さらに、先に述べた制御デバイスは、経済性とエネルギーとのバランス、および維持管理予測を与えるための機能を含むことができる。
【００４６】
最終的に、本発明によるいくつかの風力タービンは、円形軸および／または異なる軸および平面上に水平に縦続してグループ化することができる。風力タービンの各々を識別するために、無線周波数デバイスを各風力タービンに関連させることができる。
【００４７】
要約すると、本発明による風力タービンは通路１５を通って流れる空気の内部エネルギーを使用しない。どのような動作でも、空気流は全体としてマッハ０．３未満のままである。主として、運動エネルギー／圧力エネルギー交換だけが考慮され、実際には流体の内部エネルギーの変化を無視している。
【００４８】
プロペラＨ１は、微風の場合にだけモータ・モードで流れを加速するために貢献する。この動作は、プロペラＨ２の始動を引起し、微風でより効率的に動作を行わせることができる。確かに、この動作範囲では、流量がより高くなるにつれて、第２のプロペラＨ２は実質的により良好な効率を有する。プロペラＨ１により供給されるエネルギーとプロペラＨ２によって消費されるエネルギーとの合計が、２つのプロペラが共に発電機として動作することによって供給されるエネルギーの合計よりも大きい限り、このタイプの動作が課される。
【００４９】
内部流の収束は、空気密度を実質的に増大させることなく流れの軸速度を増大させるために使用され、のど部の速度が高いほど、より良好な効率でより速いプロペラＨ２を使用することができることを意味する。発電機としての動作では、プロペラＨ１は速度の軸成分に関連づけられる風のエネルギーを使用し、回転成分を有する速度を回復する（オイラーの関係）。この回転成分はプロペラＨ２によって回復され、それによりユニットの出口で純粋な軸流を回復する。プロペラＨ１なしでは、プロペラＨ２の出口での流れの速度は必然的に回転成分を有することになる（オイラーの関係）。その場合、対応する運動エネルギーは失われることになる。全体的に、二重反転プロペラＨ１、Ｈ２は、より大きい摩擦損失にもかかわらず、単一のプロペラＨ２よりも良好な効率を有する。
【００５０】
外側表面１２の形状、内側表面１３の形状、のど部で回転手段を構成するプロペラを使用する選択、および比較的低い圧縮を有するのど部の選択は、従来技術と異なり、入口開口ＯＡのできるだけ近くに駆動点を持ってくるように選択される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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