(57)【要約】  本発明は、ハブ（２．１）とそれに固定された少なくとも１つのロータブレード（２．２）とを備えるロータ（２）を有する風力発電機あるいは水力発電機（１）に関する。少なくとも１つのロータブレード（２．２）は、そのロータブレード先端部の領域に、ロータブレードを環流する媒体に作用するための装置（３）を備える。本発明は、作用するための装置（３）が、ロータブレード（２．２）の半径方向外側の領域において、媒体の渦流の意図的な増大を引き起こすように、設定されていることを特徴とする。
2016507029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機あるいは水力発電機（１）であって、
１．１  ハブ（２．１）とそれに固定された少なくとも１つのロータブレード（２．２）とを備えるロータ（２）を有し、
１．２  少なくとも１つの前記ロータブレード（２．２）は、そのロータブレード先端部の領域に、前記ロータブレードを環流する媒体に作用するための装置（３）を備えており、
１．３  前記作用するための装置（３）は、前記ロータブレード（２．２）の外側領域において、媒体の渦流の特定の増大を引き起こすように、構成されていることを特徴とする風力発電機あるいは水力発電機（１）。
【請求項２】
前記作用するための装置（３）は、エンドプレートあるいはウィングレットであって、それらの長手軸が前記ロータブレード（２．２）の長手軸に対して垂直なあるいは角を成している、エンドプレートあるいはウィングレットの様式で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機あるいは水力発電機（１）。
【請求項３】
発電パークであって、
３．１  それぞれ１つのジェネレータ（８）を備える複数の発電機を有し、
３．２  作られた電気エネルギーを供給網（１０）へ供給するために前記発電機の前記ジェネレータ（８）を互いに接続する電力網（５）を有し、
３．３  前記発電機は、媒体から同時にエネルギーを取り出すために、媒体の流れ方向にかつそれに対して横方向に、隣り合って設けられており、
３．４  前記発電機は、請求項１あるいは２に記載の風力発電機あるいは水力発電機（１）として実施されていることを特徴とする発電パーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、風力発電機あるいは水力発電機、詳細には請求項１のプリアンブルに記載の風力発電機あるいは水力発電機に関する。さらに本願発明は、風力発電機あるいは水力発電機として実施される複数の発電機を有する発電パークに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機あるいは水力発電機は、長い間、発電のために考慮されてきた。その際こうした発電機は通常、ハブとそれに固定された少なくとも１つのロータブレードとを備えるロータを備える。ハブとロータブレードとは、回転不能に実施されている。ロータに媒体たとえば風あるいは水が流れてくると、ロータは回転軸を回って回転する。ロータは、媒体流から運動エネルギーを取り出す。取り出されたエネルギーはそれから、通常はジェネレータによって電気エネルギーに変換される。本願発明は、そのような分野に係る発電機に関する。
【０００３】
媒体の速度は、ロータを環流することによって、エネルギーの取出しに応じて減速する。これは、ロータ回転平面を、もしくはロータの回転時にロータが占める空間を、媒体が「通り抜ける」際に起こる。それによって、流れ方向で見てロータの後方（風下側）で、媒体の速度が低下する。このように「風下側」という言葉は、発電機のロータの流出側と理解される。これに対し、「風上側」という言葉は、ロータの流入側を言う。発電機のロータの風下側では、いわゆる後流領域が形成される。後流領域は、媒体速度の低下と並んで、さらにその流れの渦流が強いことを特徴とする。その際に特に大きい渦流が、ロータブレードの半径方向外側領域に生じる。そこで後方乱気流が形成される。その際に各発電機は、流体機械として、そのような特徴的な後流領域を備える。
【０００４】
そのような発電機が複数、媒体の流れ方向に発電パークに前後に接続されていれば、後流領域は特に不利に作用する。そうしてたとえば、ロータ回転平面を通り抜ける、第１の発電機の媒体の速度は、風下側の後流の流れにおいて、主流方向でロータからの距離が増すにつれて、ゆっくりと再び増していく。速度が再び特定の値にまで増加して初めて、主流方向にすぐ後に続く発電機に、エネルギー効率よく流れ込むことができる。このことから、発電パークの高いエネルギー効率を達成できるようにするために、主流方向にすぐにあるいはずれて互いに連続する２つの発電機の間に、ある程度の最小距離が維持されなくてはならないという結論が得られる。
【０００５】
しかしながら、特に主流方向で発電機の距離が互いに大きくなればなるほど、発電パーク用に必要な設置面積も大きくなる。さらに、発電機の距離が互いに増すにつれ、発電機のケーブル敷設のための費用も増える。施設が互いに遠く離れるほど、作られた電気エネルギーを供給するために発電機のジェネレータを供給網と接続する電力網を繋ぐコストが著しく上昇する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため本発明は、従来技術の欠点を回避する風力発電機あるいは水力発電機および発電パークを提供することを課題とする。特に、発電パークのエネルギー効率がほぼ同じままであるいはより高められると同時に、設置面積の削減が達成される。しかも、そのような発電パークの電力網を供給網に繋ぐコストを、著しく削減することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る課題は、請求項１の特徴を有する風力発電機あるいは水力発電機と、請求項３の特徴を有する発電パークとによって解決される。従属請求項は、本発明の有利かつ特に実用的な形態を記述する。
【０００８】
本発明に係る風力発電機あるいは水力発電機は、ハブとそれに固定された少なくとも１つのロータブレードとを有するロータを備える。少なくとも１つのロータブレードは、そのロータブレード先端部の領域に、ロータブレードを環流する媒体に作用するための装置を備える。本発明に従えば、作用するための装置は、ロータブレードの半径方向外側の領域において、媒体の渦流の意図的な増大を引き起こすように、設定されている。
【０００９】
有利な一実施形態に従えば、作用するための装置は、長手軸がロータブレードの長手軸に対して垂直なあるいは角を成しているエンドプレートあるいはいわゆるウィングレットのように形成されている。従来のエンドプレートあるいはウィングレットは、ロータブレード縁部に形成される渦を単に分散させあるいは軽減させるために使われる。その際渦全体の強さは、常に同じままである。これと別に、本発明に従えば、渦全体の強さと特に渦の数およびそのエネルギーが、意図的に高められる。言い換えれば、ロータブレードの半径方向外側のあるいは最外側の領域において、従来から生じていたロータブレードの渦流に加えて、本発明に係る作用するための装置がなければ起こらない乱流が引き起こされる。それぞれの発電機の後流の流れにおける後方乱気流の個々の渦のエネルギーと強さは、それによって高められる。
【００１０】
ウィンドパークあるいは水中発電パークのような本発明に係る発電パークは、それぞれ１つのジェネレータを備える複数の発電機を備える。しかも、作られた電気エネルギーを供給網へ供給するために発電機のジェネレータを互いに接続する電力網が備わっている。その際に発電機は、媒体から同時にエネルギーを取り出すために、媒体の主流方向にかつそれに対して横方向に、隣り合って設けられている。その際発電機は、本発明に係る風力発電機あるいは水力発電機として実施されている。
【００１１】
従来では、ロータ周辺にある媒体流と後流の流れとの間での、乱流駆動と摩擦駆動のインパルス伝達によって、各発電機の後方の後流における速度補償が行われる。インパルス伝達によって、半径方向外側から始まって、後流領域での速度は、主流方向でロータからの距離が増すにつれて、再び高まる。
【００１２】
渦流を本発明に従って意図的に増やすことによって、後方乱気流とロータを取り囲む各発電機の媒体との間の速度補償は、従来よりも迅速に達成される。各発電機の後流領域における速度補償は、特にインパルス伝達の乱流の割合が付加的な旋回によって増加することで、加速される。それによって風下側の媒体流は、ロータ回転平面を通り抜けた後に、後置された発電機に流入するために必要な速度値により迅速に到達する。そのような発電機の後流領域が媒体の主流方向に延伸するのを、軽減する。それによって、発電パークにおいて主流方向に連続する２つの発電機の距離を、著しく減らすことができる。発電機は、主流方向で見て、互いにより近接して設けられ得る。それによって、同じ設置面積で、従来の施設の場合よりも多くの発電機の余地ができる。同時に、発電パークのケーブル敷設のための費用も削減される。
【００１３】
本発明は、一実施例に基づいて実例を挙げて記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の風力発電機あるいは水力発電機１を有する発電パークの概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図において、複数の風力発電機あるいは水力発電機１を有する発電パークが、上面図で概略的に表わされている。図示された発電機の各々は、本件では、ハブ２．１を有するロータ２を備えており、当該ハブ２．１には２つのロータブレード２．２が固定されており、ロータブレード２．２はハブ２．１と一緒に回転する。２つより多いあるいは２つより少ないロータブレード２．２を設けることもできる。媒体流から運動エネルギーを取り出して、この運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために、ロータ２は、ジェネレータ８に接続されているかあるいは接続可能である。本件では、ロータの回転軸は、水平に設けられている。なお回転軸を垂直に設けることも考えられ得る。その場合、ロータブレード２．２はその形状に関して用途に応じるよう適合されてもよい。
【００１６】
各タービン２の各ロータブレード２．２の半径方向外側領域において、ロータブレード先端部に、ロータブレード２．２を環流する媒体に作用するための装置３が設けられている。装置３は、たとえばエンドプレートあるいはウィングレットの様式で構成でき、エンドプレートあるいはウィングレットの長手軸は、ロータブレード２．２の長手軸に対して垂直にあるいは角度をなして設けられる。その際に装置３は、ロータブレード先端部の領域に形成される後方乱気流を意図的に旋回させる（渦を巻かせる）ために使われる。当該装置３は、後方乱気流全体の大きさを大きくし、かつ風下側でロータから流出する媒体の、乱流駆動とインパルス駆動のより迅速な速度増加を達成する。この装置３によって、主流方向４で後置されているさらなる風力発電機あるいは水力発電機１を、互いにより近接して、設けることができる。
【００１７】
図面に示される発電パークは、媒体の主流方向４に対して（標準的に）横方向に設けられ、かつ連続して接続された、２グループの風力発電機あるいは水力発電機１を備える。なお図示された数と配置が、本願発明に必ずしも必要というわけではない。
【００１８】
風力発電機あるいは水力発電機１、正確には、１つだけが象徴的に表わされかつ８の符号が付けられているそのジェネレータは、電線を介して電力網５に互いに電気的に接続されている。図示されている場合では、電力網５は、星型ネットワークのように形成されている。別のネットワーク幾何学形状たとえば施設から個々のあるいはグループになっているネットワーク幾何学形状が備わっていてもよい。電力網５は、その電線を開ループ制御あるいは閉ループ制御する制御装置６に接続されている。
【００１９】
風力発電機あるいは水力発電機１のジェネレータは、制御線（図示せず）を介して、電気出力を開ループ制御あるいは閉ループ制御するための制御装置６と接続されている。電力網５には通常さらに、変圧器７が配設されている。当該変圧器７は、ここでは制御装置６に後置されており、当該変圧器７によって電力網５あるいは個々の施設の電圧レベルとひいては風力発電機あるいは水力発電機１のジェネレータ８の電圧レベルを、電力供給網１０の電圧レベルに引き上げることができる。供給網１０はたとえば、地域的なあるいは広域的な電気エネルギー供給会社の電力供給網であってよい。
【００２０】
さらに、給電点９が表わされている。それは、ここでは単に、スイッチ装置によって示唆されている。風力発電機あるいは水力発電機１のジェネレータによって作られ、かつ電力網５を介して集められた電気出力は、給電点９の領域において、電力供給網１０に引き継がれる。本発明は、回転軸が水平に設けられたロータに適用できるが、水平回転軸に対して傾いてあるいは垂直に延在する回転軸のロータにも適用できる。
【符号の説明】
【００２１】
１  風力発電機あるいは水力発電機
２  ロータ
２．１  ハブ
２．２  ロータブレード
３  作用するための装置
４  主流方向
５  電力網
６  制御装置
７  変圧器
８  ジェネレータ
９  配電網への接続
１０  電力供給網
【図１】
2016507029.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月10日(2015.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電パークであって、
１．１  それぞれ１つのジェネレータ（８）を備える複数の発電機を有し、
１．２  作られた電気エネルギーを供給網（１０）へ供給するために前記発電機の前記ジェネレータ（８）を互いに接続する電力網（５）を有し、
１．３  前記発電機は、媒体から同時にエネルギーを取り出すために、媒体の流れ方向にかつそれに対して横方向に、隣り合って設けられており、
１．４  前記発電機は、ハブ（２．１）とそれに固定された少なくとも１つのロータブレード（２．２）とを有するロータ（２）をそれぞれ備える風力発電機あるいは水力発電機（１）として実施されており、
１．５  媒体内の渦流を増大させるための装置（３）が、個々の前記ロータブレード（２．２）の外側領域に設けられていることを特徴とする発電パーク。
【請求項２】
前記装置（３）は、エンドプレートあるいはウィングレットを備えることを特徴とする請求項１に記載の発電パーク。
【請求項３】
発電パークであって、
３．１  それぞれ１つのジェネレータ（８）を備える複数の発電機を有し、
３．２  作られた電気エネルギーを供給網（１０）へ供給するために前記発電機の前記ジェネレータ（８）を互いに接続する電力網（５）を有し、
３．３  前記発電機は、媒体から同時にエネルギーを取り出すために、媒体の流れ方向にかつそれに対して横方向に、隣り合って設けられており、
３．４  前記発電機は、請求項１あるいは２に記載の風力発電機あるいは水力発電機（１）として実施されていることを特徴とする発電パーク。
【国際調査報告】
2016507029.tif 000004
2016507029.tif 000005
2016507029.tif 000006
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