JP2017533376A - 風力タービンロータブレード - Google Patents

Abstract

本発明は、風力タービンロータブレード（１）であって、上面（１３）、下面（１４）、前縁（１６）、後縁（１５）、ハブ固定部（１７）及びブレード先端部（１２）を有し、前記風力タービンロータブレード（１）は、ハブ領域（１１１）と、中間領域（１１２）と、ブレード先端領域（１１３）とに分かれていて、前記ハブ固定部（１７）から最大ブレード深さ（Ｓｍａｘ）までの根元領域（１１）が規定されており、前記風力タービンロータブレード（１）内には、吸い込んだ空気を吸込み領域（２１）から、前記ブレード先端領域（１１３）に配置された吹出し領域（２２）へ案内するための、半径方向外側に向かって延在する空気案内通路（２３）が設けられていて、境界層吸込みが行われ、このとき空気の吸込みは、前記風力タービンロータブレード（１）の前記上面（１３）で行われ、前記ハブ固定部（１７）に向かう流れを防ぐために、前記ハブ固定部（１７）付近の前記ハブ領域（１１１）に、境界層フェンス（２８）が設けられているものに関する。

Description

本発明は、風力タービンロータブレードであって、上面、下面、前縁、後縁、ハブ固定部及びブレード先端部を有しており、前記風力タービンロータブレードは、ハブ領域と、中間領域と、ブレード先端領域とに分かれていて、前記ハブ固定部から最大ブレード深さまでの根元領域が規定されており、前記風力タービンロータブレード内には、吸い込んだ空気を吸込み領域から、前記ブレード先端領域に配置された吹出し領域へ案内するための、半径方向外側に向かって延在する空気案内通路が設けられていて、境界層吸込みが行われ、このとき空気の吸込みは、前記風力タービンロータブレードの前記上面で行われ、前記ハブ固定部に向かう流れを防ぐために、前記ハブ固定部付近の前記ハブ領域に、境界層フェンスが設けられているものに関する。

従来技術から周知の種々様々な風力タービンロータブレードには、空気動力学的なプロフィル（翼断面）に関しても、境界層吸込みによる空気動力学的な干渉に関しても様々な変更箇所が設けられており、この場合、風力タービンロータブレードの最適化の目的は常に、風力タービンの総出力の改良にある。

次に、公知の従来技術をより詳細に見ていく。

刊行物である独国特許発明第１０２００８０５２８５８号明細書に記載の風力タービンのロータブレードのプロフィルは、所定の骨格線を有する上面（吸込み側）及び下面（吐出し側）と、プロフィルの前縁と後縁との間の弦とを備えており、この場合、相対的なプロフィル厚さは４９％を上回っており、後縁は切頭状に形成されており、骨格線はＳ字形に振れており且つプロフィルのプロフィル深さの０％〜６０％の区間では弦の下側に延びており、プロフィルの吸込み側と吐出し側とは、後部域においてそれぞれ凹状輪郭を有している。

刊行物である欧州特許第２１８２２０３号明細書に記載の風力タービン用のロータブレードは、元のロータブレードと、これに結合されたブレード先端延長部とから成り、ブレード先端延長部は、ガラス繊維強化された２つのハーフシェルを有しており、これらのハーフシェルは互いに接着されていると共に、元のロータブレードの一方の端部領域に接着されていることを特徴とする。

刊行物である欧州特許出願公開第２２９２９２６号明細書には風力タービンのロータブレードが開示されており、この場合、最適化されたロータブレードの根元領域の前縁及び若しくは又は後縁は最適に形成されているので、ロータ主要領域の連続的な継続が達成される。

刊行物である欧州特許出願公開第２５２７６４２号明細書に記載の風力タービンのロータブレードには、吸い込んだ空気を根元領域に配置された吸込み領域から吹出し領域へ案内するための、ほぼ半径方向外側に向かって延在する空気案内通路が設けられており、この場合、境界層干渉、特に境界層吸込みは、専ら後縁の領域だけで行われることが望ましい。

刊行物である独国特許出願公開第１０２００８００３４１１号明細書には、風力タービン翼用の翼プロフィル系統が記載されている。各翼プロフィルは、切頭状の後縁と、ほぼ楕円形の吸込み側と、ほぼＳ字形の吐出し側とを有していてもよい。

更に、刊行物である国際公開第２００７０３５７５８号から公知の、境界層吸込みシステムを備えたロータブレードは、以下のように規定されている。空気流入部は、ブレードの根元領域に位置しており、空気流出部は、ブレード先端領域に位置しており、流れ通路は、ブレード内部に配置されていて、空気流入部と空気流出部とを互いに接続している。回転運動により生ぜしめられる遠心力により、空気は好適には空気流入部で吸い込まれて、空気流出部へ送られる。空気は、遠心力により流れ通路を通って移動する間、好適には圧縮される。境界層の吸込みは、ロータブレードの表面で行われ、この場合、吸込みは実質的に後縁付近で行われるか、若しくはむしろ無計画に行われる。

刊行物である独国特許出願公開第１０２０１２１１１１９５号明細書には、風力タービン用のロータブレードユニットが記載されており、この場合、ロータブレードユニットは、それぞれ先端部と脚部との間でほぼ張設方向に延びる、吐出し側、吸込み側、前縁及び後縁を規定する外側表面を備えたロータブレードと、第１のパネル及び対向して位置する第２のパネルを備えたブレード拡大装置とを有している。この場合、第１のパネルと第２のパネルとは両方共、それぞれ近位端部と遠位端部との間に延在する内側表面と外側表面とを有しており、この場合、第１のパネルの遠位端部も第２のパネルの遠位端部も、標準運転位置ではロータブレードから実質的に弦方向に隔てられている。

刊行物であるスイス国特許発明第２０９４９１号明細書から公知のプロペラでは、自動的な境界層干渉が行われる。プロペラの内側領域の表面には、１つ又は複数の吸込み領域が複数のスリットにわたって設けられており、これらのスリットは、プロペラ内部で半径方向外側に向かって案内されて延びる少なくとも１つの空気案内通路を介して、プロペラ先端部の吹出し領域に接続されている。回転により、吸い込まれた空気は遠心力で以て受動的にプロペラ先端部に送られ、そこで吹き出される。更に、制御弁及びスロットルバルブを介して、搬送空気量に影響を及ぼすことが可能である。

刊行物である欧州特許出願公開第１７６０３１０号明細書に開示された風力タービンのロータブレードの場合は、根元領域のロータブレード面積が大幅に拡大されており、これにより、システム全体の出力が高められている。ロータブレードプロフィルは、根元領域が長く、緩やかに移行するように形成されており、これにより、狭幅な後縁が根元領域に形成される。この場合、ロータブレードの根元領域の総面積は、ロータブレードの従来の根元領域に比べると何倍も増大されることになる。

更に、刊行物である欧州特許出願公開第２２０４５７７号明細書から公知のロータブレード取付けコンポーネントは、効率を高めるために、根元領域付近のロータブレードの後縁に配置することができ、これにより、適宜に形成されたロータブレードが配置された風力タービンの出力を、より効率的に操作することができるようになっており、この場合、取付けコンポーネントはロータブレードと共に、上昇プロフィル（high lift profile）形式で形成可能である。

一般的な従来技術に関しては、特に上述した各刊行物に記載の風力タービンロータブレードの流れについての教示内容も指摘しておく。

風力タービンロータブレードにおける最大の問題は、風力タービンロータブレードの上面に対する空気流の流れ適合にある。空気流を最適化することにより、風力タービンの効率を大幅に高めることができる。

しかしながら、従来技術において周知の風力タービンロータブレードでは、効率の更なる向上を実現させることはできないので、新規の風力タービンの出力若しくは特に既存の風力タービンの出力をも更に改良する商業的な取組みが引き続き必要である。

本発明の根底を成す課題は、風力タービンロータブレードの出力を改良して、風力タービンロータブレードの上面に対する、従来技術では一般的で甘受可能な、乱流に変化する層流を大幅に若しくはそれどころかゼロに減少させると同時に、風力タービンロータブレードの幾何学形状を変更することにより効率を改善する点にあり、この場合、層流が乱流に変化する遷移点は少なくとも、できるだけ大幅に後縁に向かってずらされることが望ましい。

この課題は、請求項１記載の風力タービンロータブレードにより解決される。

数年間使用した後の風力タービンロータブレードは、その上面にロータブレードの幾何学形状に応じた個別の汚染ゾーンを有しており、これらの汚染ゾーンは環境影響に起因するものであり、最初に特定の領域で始まることが判った。この領域をより詳細に調査したところ、従来技術において周知の風力タービンロータブレード上の流れは、汚染開始点に、上面の表面上を流れる空気流の遷移点を有している、ということを突きとめた。この汚染開始点で、流れは層流から乱流に変化し、このとき風力タービンロータブレードの上面に汚染粒子を堆積させる渦が形成される。

この出発点及び知見から出発して、前記課題は風力タービンロータブレードの以下の特徴により解決されると同時に、風力タービンロータブレードの上面の汚染も減少させることができる。

後縁は、ハブ領域と、少なくともハブ領域に続く中間領域の第１の部分とにおいて、切頭状に、広幅に、且つ／又は切り落とされて形成されていて、ブレード先端領域に向かって移行しており、この場合、後縁は、根元領域を越えてブレード先端部に向かって続いている。

更に吸込み領域は、層状の空気流が上面からロータブレードの幾何学形状に基づき特徴的に剥離する領域に配置されており、その結果、上面のより広範な表面に対する層状の空気流の付着及び継続が行われると共に、吸込み領域は、ハブ領域の境界層フェンスの所又はその近傍で始まって中間領域にまで延在しており、この場合、吸込み領域は根元領域を越えて中間領域内でブレード先端部に向かって続いている。

つまりこの構成により、境界層吸込みが正に、層流の剥離点で行われることになる。剥離は例えば、風力タービンロータブレードの中間部で既に始まるが、半径方向外側に向かっては様々に進行していき、この場合、流れの剥離縁は、風力タービンロータブレード長さの１／３〜約３／５の範囲内で後縁にかなり接近して、後縁に流入する。

既存のロータブレードの改造に際しては、適当な取付けコンポーネントによりハブ領域の構造が変更され、この場合、吸込みにより層流が新たな取付け部品に案内若しくは付着され、正にこのようにして、ハブ領域の力がエネルギ生成に利用されるようになっている。ハブ領域内でのブレード深さの大幅な延長はネガティブであることが判っており、所望の出力増大にはつながらないので、面積を拡大して効率を高め、延いてはこれに結び付いたエネルギ生成をもたらすのではなく、ほぼ後縁まで又は後縁まで層流を付着させる。この特徴の組合せにより、極めて大きな面積が、これを実際に形成する必要無しにシミュレートされると同時に、高いエネルギ獲得量が、年間エネルギ収量能力の最大１５％の上昇値で以て実現される。

この場合、風力タービンロータブレードのプロフィルの幾何学形状は、ウォルトマン型非類似プロフィルに相当するものであり、ウォルトマン型プロフィル又はウォルトマン型類似プロフィルには相当しない。それというのも、境界層吸込みは、例えば前掲の欧州特許出願公開第１７６０３１０号明細書に記載のプロフィルの幾何学形状では、技術的な理由から非効率的であり有意ではないからである。

同様に重要なのが、画定されたプロフィル開始部を形成し、これにより、風力タービンのハブに対する空気動力学的に有利なブレード接続を可能にする境界層フェンスである。特に、既存の風力タービンロータブレードから本発明による風力タービンロータブレードへ改造した場合には、元のロータブレードの幾何学形状に対してはっきりしない移行が行われることはない。それというのも、今や境界層フェンスが終端部を形成しているからである。

使用されるべき風力タービンロータブレードプロフィルは、切頭状に、広幅に、且つ／又は切り落とされて形成された後縁の領域が、最大ロータブレード深さを越えてブレード先端部に向かう半径方向において、外側に向かってチップに到達するように形成されており、このことは大幅な効率上昇をもたらす。

前掲の欧州特許出願公開第２５２７６４２号明細書とは異なり、吸込みは、層流の剥離点若しくは遷移点で行われ、風力タービンロータブレードの後縁において初めて行われるわけではない。むしろ剥離点での吸込みが正に、より高い効率を達成するための重要な要因となっている。境界層吸込みを伴う、切頭状プロフィルと組み合わされたウォルトマン型若しくはウォルトマン型類似プロフィルも、やはり除外され得る。

境界層吸込みの位置決めは常に、ロータブレードの幾何学形状に応じた層流の剥離境界に関連して行われ、このことは、既存の風力タービンロータブレードの改造領域と、新規構造の風力タービンロータブレードの両者に必要である。

前掲の独国特許出願公開第１０２００８００３４１１号明細書並びに国際公開第２００７０３５７５８号とは異なり、本発明のプロフィル構成は、切頭状に、広幅に、且つ／又は切り落とされた後縁が、最大ブレード深さを有する点を越えて半径方向外側に向かって続くように形成されており、これにより、めざましい効率上昇を達成することができる。

空気の層流が空気の乱流に変わる領域は、ロータブレードがねじれると移動するため、吸込みライン、つまり半径方向において吸込みが行われる範囲の適合が必要になることがある、ということが判った。この現象は、流入速度及びブレード調節角度に左右される。

吸込み領域は、開閉可能な複数の吸込みセグメントを有しており、これらの吸込みセグメントは、風に対してロータブレードの迎角を適合させるための、ロータブレードのハブにおけるねじれに基づいて移動する遷移点（空気の層流が上面からロータブレードの幾何学形状に基づき特徴的に剥離する点）に応じて開かれ且つ／又は閉じられ、この場合、可変の吸込みラインが形成される。

この構成に基づき、吸込みの極めて正確な後調整を実施することが可能であると共に、これにより最新の設備では一般的であるように、吸込みラインを、ロータブレードのねじれに基づいたロータブレードの迎角に適合させることが可能である。よって、移動する遷移点若しくは遷移点ラインに関しては、個々の吸込みセグメントの開放若しくは閉鎖による吸込みの後調整が行われる。

吸込み領域の自由切換は、迎角及び風速に応じて行うことができる。

風力タービンロータブレードの最大ブレード深さは、ハブ領域又は中間領域の第１の部分に設けられており、ブレード深さは、最大ブレード深さから境界層フェンスまで減少している。

吸込み領域は、前縁を起点として局所的なブレード深さの４０％の表面部分から、後縁を起点として局所的なブレード深さの５％の表面部分まで配置されている。

風力タービンロータブレードの上面において半径方向に配置された吸込み領域の位置決めにおける極めて重要な観点は、最初に境界層フェンスから始まる吸込み領域が、ロータブレードのほぼ中心に配置されていて、最大ブレード深さの領域の後で初めて、ロータブレードの幾何学形状に基づいて特徴的に、徐々に後縁に近づけられる、という点にあり、このことは、層流から乱流に変わる流れの遷移点に応じて行われる。

もちろん、それぞれ異なる大きさに寸法決めされた空気案内通路を備えた複数の異なる吸込み領域ゾーンを設けることができ、これにより、更なる改良が可能であると共に、このことは最終的に、異なる回転速度範囲に起因する、異なる吸込み体積につながる。

ハブ領域内の吸込み領域は、局所的なブレード深さの、前縁を起点として４０％の表面部分から、局所的なブレード深さの、後縁を起点として３０％の表面部分まで配置されている。

配置された若しくは配置しようとする１つ又は複数の境界層フェンスは、特に半径方向に延在するように配置されている。それにもかかわらず、回転により生ぜしめられる、回転しているロータブレードに関係した横方向流が最適に支持されるように構成することも可能であり、この場合、境界層フェンスは半径方向に向けられているのではなく、ロータブレードをいわば横断するように案内されている。

従来技術において周知の１つのロータブレードが、複数の取付けコンポーネントにより改造されている。

ロータブレードのブレードインナボデーは、空気案内通路として利用されている。空気をハブ側からブレード先端部まで送るために特別な管をロータブレード内に設ける必要はない。ロータブレードのハブ側を、ほぼ気密な、好適には完全に気密な隔壁でシールすると共に、ブレード先端領域に流出領域を設ければ十分である。特に好適には、ブレード先端部において、空気案内通路が組み込まれた取付け部品による適当な適合が行われ、これにより体積流量が、ブレード先端部内の空気案内通路を介して制限されるようになっており、好適にはそこに、吸込み延いては受動的な境界層干渉を調整する弁も設けることができる。

取付けコンポーネントは、それぞれセグメント化されて形成されており、この場合、風力タービンに対する直接的な取付けを行うことができる。

既存の設備の改造は１つの重要な観点であり、セグメント化された構成では、１つの設備を２人で数日内に完全に改造することができ、この場合、全ての主要コンポーネントはセグメント化された取付け部品に設けられているので、既存の風力タービンロータブレードを研磨するだけで、続けてラミネート加工することができるようになっている。

従来技術において周知のロータブレードのブレード先端部は、ロータブレードの全長を延長しない取付けコンポーネントにより改造されている。

択一的に、従来技術において周知のロータブレードのブレード先端部は、ロータブレードの全長を０．５〜７ｍだけ延長する取付けコンポーネントにより改造されている。特にこの場合はウイングレットが接合可能又は延長可能であると共に、適当な流出領域を備えていてもよい。

セグメント化された取付けコンポーネントは、少なくとも１つの境界層フェンス部分を有している。この構成の場合は、各セグメントを現場で簡単に互いに接合することができ、その際に極めて厳密に位置決めに注意を払う必要はない。各セグメントは、少なくとも片側に境界層フェンス又は少なくとも境界層フェンス部分を有しているので、個々のセグメントは、仕切られた空力面である。

空気案内通路内には、境界層干渉制御用の弁が配置されている。

本発明が請求する境界層吸込みにより風力タービンの出力を制御する方法は、無出力範囲、始動範囲、作動範囲及び最高出力範囲において、以下の特徴を有している。即ち：
無出力範囲及び／又は最大範囲では境界層吸込みを行わず、
始動範囲では最大限の境界層吸込みを行い、
作動範囲では最大限の境界層吸込みで以て小さな出力から開始し、出力が大きくなったところで最小限の境界層吸込みで以て終了する、可変の境界層吸込みを行う。これにより、風力タービン効率の付加的な改良が、低出力範囲でも始動範囲でも達成されるので、より小さな風力において、より多くのエネルギを生成することができる。それにもかかわらず、境界層吸込みが最小限に低下されると、過剰負荷を既に早期に防止することができる。風力タービンを制御する方法は、公称最大出力に達すると境界層吸込みが停止されることによって更に改良される。公称最大出力へは、既に比較的低い風速において到達するので、境界層干渉の使用は早めに停止してもよい。それというのも、さもなければ極度に大きな出力に基づき、風力タービンの発電機が破壊されるか、又は少なくとも損傷される恐れがあるからである。

空気案内通路内で空気を案内することによる能動的な境界層干渉用に、圧送手段が設けられており、これにより空気を吸込み領域から吹出し領域まで、又その逆の方向でも搬送することができるようになっている。

吸込み領域及び／又は吹出し領域の開口は、孔及び／又はスリットとして形成されている。

上述した改良は全て、特に取付けコンポーネントとして後から装備され得るように設計されている。よって、ロータブレードが少なくとも独立請求項記載の特徴を備えて形成されているように、標準的な構成のロータブレードを改良することができる取付けコンポーネントも合わせて請求する。このために根元領域の第１の取付け部品は、通常円形に形成される根元領域に被せ嵌め部材を被せ嵌めることができるように、且つ吸込み領域が設けられた、切頭状の後縁を有するように形成されている。第２の取付け部品は、ブレード先端領域のために設けられており、これにより、ここで吹出し領域が実現されている。標準的なロータブレードを後から改良するための別の部品は、ロータブレードの内室へ導入するための空気案内通路である。取付けコンポーネントの固定には、ラミネート加工、ねじ止め、接着、ボルト止め等の標準的な固定方法、又は類似の、ロータブレード技術分野全体において周知の方法が用いられてもよい。

以下に、本発明の典型的な実施例を添付の図面につき詳しく説明する。

本発明による改造部を備えた、従来技術において周知の風力タービンロータブレードの実施例を示す概略図である。 新規のロータブレードとして、風力タービンロータブレードの第２の実施例を示した概略図である。 従来技術において周知の風力タービンロータブレードの横断面を、流れ及び遷移点と共に示した概略図である。 本発明による風力タービンロータブレードの横断面を、流れ及び遷移点と共に示した概略図である。 セグメント構成形式の風力タービンロータブレードの第３の実施例を概略的に示す立体図である。 図５に示したセグメント構成形式の風力タービンロータブレードの第３の実施例の上面を上から見た概略図である。 図１に示した風力タービンロータブレードを、風力タービンロータブレードのブレード深さの異なる様々な位置の断面と共に示した概略図である。 ａ）〜ｇ）は、図１に示した風力タービンロータブレードの横断面を、ｒ／Ｒ＝...,の比で以て示す図であり、この場合、ａ）は０．０３、ｂ）は０．０５、ｃ）は０．１、ｄ）は０．２、ｅ）は０．２５、ｆ）は０．３及びｇ）は０．４／０．５だけ、ハブから離れた所の断面を示している。 風力タービンに設けられた、本発明による風力タービンロータブレードの第１の実施例を示す概略図である。 風力タービンに設けられた、本発明による風力タービンロータブレードの第２の実施例を示す概略図である。 風力タービンに設けられた、本発明による風力タービンロータブレードの第３の実施例を示す概略図である。

図１には、本発明による改造部を備えた、従来技術において周知の風力タービンロータブレード１の実施例の概略図が示されている。

風力タービンロータブレード１は、ブレード先端部１２、上面１３、下面１４、後縁１５、前縁１６及びハブ固定部１７を有している。

既存の風力タービンロータブレード１上には、吸込み領域２１を内蔵した吸込み取付け部品３１と、延長されたロータブレード先端部及びウイングレット２９を備える吹出し取付け部品３２とが配置されている。更に、吸込み領域２１に接して配置された、吹出し領域２２まで通じる空気案内通路２３が図示されている。

風力タービンロータブレード１は、それぞれが各風力タービンロータブレード区分を成している、ハブ領域１１１と、中間領域１１２と、ブレード先端領域１１３とに分かれている。

この図面では、吸込み取付け部品３１が被せ嵌められて改造された、新規に形成された後縁１５が良好に認められる。今や後縁１５は新規の境界層フェンス２８を起点として旧後縁１５に至る移行点まで、切頭状に、広幅に、且つ／又は切り落とされて形成されている。

更に、従来技術において周知のように後縁１５、後縁１５付近の上面１３、又は上面１３の不明確な領域に規定されずに配置されたのではなく、風力タービンロータブレード１の周囲を流れる空気の層流が乱流に変わる遷移点ラインに沿って配置された吸込み領域２１の配置形式も良好に認められる。

このように極めて特別な構成によってのみ、従来技術において周知の風力タービンロータブレードに比べて大幅に効率を高めることが可能である。

以下、同一部材については図１に記載したものと同一の符号が用いられる。それらの基本的な機能については図１を参照されたい。

図２には、風力タービンロータブレード１の第２の実施例が新規のロータブレードとして概略的に示されている。

吸込み領域２１、吹出し領域２２及び空気案内通路２３が図示されている。

図３には、従来技術において周知の風力タービンロータブレード１の横断面が、流れ及び遷移点Ｘと共に概略的に示されている。

遷移点Ｘにおいて、最初は層状に接している空気流が乱空気流に変化し始め、このことは効率の悪化を招くと共に、更に、風力タービンロータブレード１の上面１３の汚染増加につながる。

図４には、本発明による風力タービンロータブレード１の横断面が、流れ及び遷移点Ｘと共に概略的に示されている。

風力タービンロータブレード１の切頭状の、広幅の、且つ／又は切り落とされた後縁１５と組み合わせて、吸込み領域２１に吸込み部を設けたことにより、遷移点Ｘにおいてまだ層状の空気流が、追加的に接合された面状部材に付着させられ、これにより、風力タービンＷ全体のエネルギ獲得量は、約１５％だけ増大することになる。乱流は、かなり後に初めて形成され、切頭状の、広幅の、且つ／又は切り落とされた後縁１５との組合わせでは、風力タービンＷのエネルギ獲得能力の更なる向上をもたらす。

図５には、セグメント構成形式の風力タービンロータブレード１の第３の実施例が立体図で概略的に示されている。

改造しようとする風力タービンロータブレード１に、吸込み取付け部品３１の６つのセグメントが被せ嵌められている。これらのセグメント３１は各個別に、前縁目視方向に見て左側に境界層フェンス２８若しくは２８’を有している。組み立てると、例えば露出フィールドにおいて、空気動力学的な視点からも、組立て上の視点からも良好な移行部が実現され得る。

図６には、図５に示したセグメント構成形式の風力タービンロータブレード１の第３の実施例の上面１３を上から見た概略図が示されている。

図７には、図１に示した風力タービンロータブレード１を、風力タービンロータブレード１の、異なるブレード深さＳｍａｘ，Ｓｇｒ，Ｓｍｂ，Ｓｘを有する様々な位置の断面と共に示した概略図が示されている。

図８のａ）〜ｇ）は、図１に示した風力タービンロータブレードの横断面を、ｒ／Ｒ＝...,の比で以て示す図であり、この場合、ａ）は０．０３、ｂ）は０．０５、ｃ）は０．１、ｄ）は０．２、ｅ）は０．２５、ｆ）は０．３及びｇ）は０．４／０．５だけ、ハブから離れた所の断面を示すものである。

この場合、比較的大きな周の横断面は、改造された風力タービンロータブレード１の新規の設計を表し、比較的小さな横断面は元の設計を表している。

図９、図１０及び図１１にはそれぞれ、風力タービンＷに設けられた本発明による風力タービンロータブレード１の３つの実施例の概略図が示されている。

風力タービンＷは、基礎に載置された風力タービンタワーＴと、風力タービンタワーＴに載置された発電機ケーシングとから成り、発電機ケーシングに設けられたハブには、３つの風力タービンロータブレード１が配置されている。

既存の風力タービンＷを改造するためには、発電機ケーシングから取付け装置Ｍ若しくは作業ステージを降下させることができる、又は択一的に下から風力タービンタワーＴ若しくは風力タービンロータブレード１に沿って上昇させることができ、これにより、吸込み取付け部品３１若しくはセグメント化されて形成された取付け部品３１’若しくは吹出し取付け部品３２並びに空気案内通路２３（図示せず）を取り付けることができるようになっている。

１ 風力タービンロータブレード
１１ 根元領域
１１１ ハブ領域
１１２ 中間領域
１１３ ブレード先端領域
１２ ブレード先端部
１３ 上面
１４ 下面
１５ 後縁
１６ 前縁
１７ ハブ固定部
２１ 吸込み領域
２２ 吹出し領域
２３ 空気案内通路
２８，２８’ 境界層フェンス
２９ ウイングレット
３１，３１’ 吸込み取付け部品
３２ 吹出し取付け部品
Ｍ 取付け装置
Ｓｍａｘ 最大ブレード深さ／ショルダ深さ
Ｓｇｒ 境界層フェンスの領域のブレード／ショルダ深さ
Ｓｍｂ 中間領域の範囲のブレード／ショルダ深さ
Ｓｘ ロータブレードの点における局所的なブレード深さ
Ｔ 風力タービンタワー
Ｗ 風力タービン
Ｘ 層流から乱流への遷移点
→ 空気流

Claims (14)

1. 風力タービンロータブレード（１）であって、上面（１３）、下面（１４）、前縁（１６）、後縁（１５）、ハブ固定部（１７）及びブレード先端部（１２）を有し、前記風力タービンロータブレード（１）は、ハブ領域（１１１）と、中間領域（１１２）と、ブレード先端領域（１１３）とに分かれていて、前記ハブ固定部（１７）から最大ブレード深さ（Ｓｍａｘ）までの根元領域（１１）が規定されており、
   前記風力タービンロータブレード（１）内には、吸い込んだ空気を吸込み領域（２１）から、前記ブレード先端領域（１１３）に配置された吹出し領域（２２）へ案内するための、半径方向外側に向かって延在する空気案内通路（２３）が設けられていて、境界層吸込みが行われ、このとき空気の吸込みは、前記風力タービンロータブレード（１）の前記上面（１３）で行われ、
   前記ハブ固定部（１７）に向かう流れを防ぐために、前記ハブ固定部（１７）付近の前記ハブ領域（１１１）に、境界層フェンス（２８）が設けられている、風力タービンロータブレード（１）において、
   前記ハブ領域（１１１）及び少なくとも、前記ハブ領域（１１１）に続く前記中間領域（１１２）の第１の部分の前記後縁（１５）は、切頭状に、広幅に、且つ／又は切り落とされて形成されていて、前記ブレード先端領域（１１３）に向かって移行しており、前記後縁（１５）は、前記根元領域（１１）を越えて前記ブレード先端部（１２）に向かって続いており、
   前記吸込み領域（２１）は、層状の空気流が前記上面（１３）からロータブレードの幾何学形状に基づき特徴的に剥離する領域に配置されており、これにより、前記上面（１３）のより広範な表面に対する層状の空気流の付着及び継続が行われ、
   前記吸込み領域（２１）は、前記ハブ領域（１１１）の前記境界層フェンス（２８）の所又はその近傍で始まって前記中間領域（１１２）にまで延在しており、前記吸込み領域（２１）は、前記根元領域（１１）を越えて前記中間領域（１１２）内で前記ブレード先端部（１２）に向かって続いていることを特徴とする、風力タービンロータブレード（１）。
2. 前記吸込み領域（２１）は、開閉可能な複数の吸込みセグメントを有し、これらの吸込みセグメントは、風に対してロータブレードの迎角を適合させるための、ロータブレードのハブにおけるねじれに基づいて移動する、層状の空気流が前記上面（１３）からロータブレードの幾何学形状に基づき特徴的に剥離する遷移点（Ｘ）に応じて開かれ且つ／又は閉じられ、このとき可変の吸込みラインが形成される、請求項１記載の風力タービンロータブレード（１）。
3. 前記風力タービンロータブレード（１）の前記最大ブレード深さ（Ｓｍａｘ）は、前記ハブ領域（１１１）、又は前記中間領域（１１２）の第１の部分に設けられており、ブレード深さ（Ｓｇｒ）は、前記最大ブレード深さ（Ｓｍａｘ）から前記境界層フェンス（２８）まで減少している、請求項１又は２記載の風力タービンロータブレード（１）。
4. 前記吸込み領域（２１）は、前記前縁（１６）を起点として局所的なブレード深さ（Ｓｘ）の４０％の表面部分から、前記後縁（１５）を起点として局所的なブレード深さ（Ｓｘ）の５％の表面部分まで配置されている、請求項１、２又は３記載の風力タービンロータブレード（１）。
5. 前記ハブ領域（１１１）内の前記吸込み領域（２１）は、前記前縁（１６）を起点として局所的なブレード深さ（Ｓｘ）の４０％の表面部分から、前記後縁（１５）を起点として局所的なブレード深さ（Ｓｘ）の３０％の表面部分まで配置されている、請求項４記載の風力タービンロータブレード（１）。
6. 前記ロータブレード（１）のブレードインナボデーは、空気案内通路として利用されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
7. 従来技術において周知の１つのロータブレードが、複数の取付けコンポーネントにより改造されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
8. 前記取付けコンポーネントは、それぞれセグメント化されて形成されている、請求項７記載の風力タービンロータブレード（１）。
9. 従来技術において周知のロータブレードの前記ブレード先端部（１２）は、前記ロータブレードの全長を延長しない取付けコンポーネントにより改造されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
10. 従来技術において周知のロータブレードの前記ブレード先端部（１２）は、前記ロータブレードの全長を０．５〜７ｍだけ延長する取付けコンポーネントにより改造されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
11. セグメント化された前記取付けコンポーネントは、少なくとも１つの境界層フェンス部分（２８，２８’）を有している、請求項８から１０までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
12. 前記空気案内通路（２３）内には、境界層干渉制御用の弁が配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
13. 前記空気案内通路（２３）内で空気を案内することによる能動的な境界層干渉用に、圧送手段が設けられており、これにより、空気を前記吸込み領域（２１）から前記吹出し領域（２２）まで、又その逆の方向でも搬送することができるようになっている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。
14. 前記吸込み領域（２１）及び／又は前記吹出し領域（２２）の開口は、孔及び／又はスリットとして形成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の風力タービンロータブレード（１）。

Images