(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平配置型の風力タービンであって、
ロータ・シャフト上のロータが水平方向に且つ回転可能にその上に支持されたフレームを有し、
前記ロータは、固定手段により前記ロータ・シャフトに固定された三つまたはそれ以上の径方向のブレード部材により形成され、
前記径方向のブレード部材は、互いから等間隔に配置され、
前記各径方向のブレード部材は、支持アーム、及び前記支持アームの外側の端部に固定されたウインド・ベーンを有し、
前記ウインド・ベーンは、それに対して向けられた空気流れを、その方向を変化させるために捉えるように形成され、前記ロータ・シャフトの周りに回転力を作り出して、前記ロータ・シャフトをその長手方向の中心軸の周りで回転させ、
前記径方向のブレード部材は、張力の調整が可能な緊張手段により、その外側の端部でリジッドに互いに接続され、
風チャネリング用のガイド手段が、機能している空気流れ経路の中の前記空気流れを加速し且つ方向付け、前記機能している空気流れ経路の中に配置された前記ウインド・ベーンに衝突させて、風の抗力により前記ウインド・ベーンを変位させること、
前記風チャネリング用のガイド手段は、開位置から閉位置まで変位可能であること、
を特徴とする水平配置型の風力タービン。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の水平配置型の風力タービン、
前記張力の調整が可能なブレース状の手段は、等しい長さのタイ・ワイヤにより構成され、それらのタイ・ワイヤは、前記径方向のブレード部材の前記支持アームに固定された調整可能なワイヤ・コネクターに固定され、
前記調整可能なワイヤ・コネクターは、前記各支持アームの外側の自由端に固定され、
前記ウインド・ベーンは、二つの支持アームの間に固定されている。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項２に記載の水平配置型の風力タービン、
前記調整可能なワイヤ・コネクターは、前記支持アームの長手方向の軸に沿って位置合わせ手段により変位可能なワイヤ保持部材である。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項２に記載の水平配置型の風力タービン、
前記固定手段は、二つのシャフト接続アセンブリにより構成され、
各シャフト接続アセンブリは、三つまたはそれ以上のリジッドなポストを有し、それらのポストは、前記シャフトに不動の状態で固定され、且つ間隔を開けて配置され、前記三つまたはそれ以上の径方向のブレード部材の前記二つの支持アームの内側の接続端部部分に変位可能に接続されている。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項４に記載の風力タービン、
前記リジッドなポストは、中空の管状のポストであり、
前記支持アームは、前記中空の管状のポストの内のそれぞれ一つの中に密着状態で摺動可能に嵌め込まれるための断面を有する真っ直ぐなロッドであり、
前記真っ直ぐなロッドを、所定の位置で、前記中空の管状のポストの中に不動の状態で一時的に固定するための拘束手段を有し、
スプリングによるバイアス手段を更に有し、この手段は、前記中空の管状のポストの中に捕捉された状態で保持されて、熱膨張及び収縮に起因する前記真っ直ぐなロッドの軸方向の変位を可能にし、
前記タイ・ワイヤは、前記真っ直ぐなロッドを、前記中空の管状のポストの中に捕捉された状態で維持する。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１に記載の風力タービン、
前記ウインド・ベーンは、細長い内側に湾曲した内壁及び互いに対向する横方向のエンド・ウォールを有する丸括弧として形成され、
前記互いに対向する横方向のエンド・ウォールは、真っ直ぐな前方のエッジを有し、
前記支持アームは、真っ直ぐな支持アームであり、
前記支持アームの前記外側の端部は、前記横方向のエンド・ウォールの前記真っ直ぐな前方のエッジの内のそれぞれ一つに固定されている。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載の風力タービン、
前記内側に湾曲した内壁は、半楕円形または半円形の内の一つの断面形状を有している。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項６に記載の風力タービン、
前記横方向のエンド・ウォールは、風を捉えるためのエンド・ウォールであり、
前記エンド・ウォールの間に、一つまたはそれ以上の間隔を開けて配置された、風を捉えるための中間ウォールを更に有している。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項１に記載の風力タービン、
前記風チャネリング用のガイド手段は、空気入口チャネリング構造を有していて、この構造は、前記フレームの空気入口端部の下方に、傾けられたガイド・ランプ・ウォール、及び、前記空気入口端部の上方に、前記フレームに蝶番により固定された調整可能なヴェンチュリ・ゲートにより構成され、
前記調整可能なヴェンチュリ・ゲートは、内壁表面を有し、この表面は、前記ランプ・ウォールから距離を隔てた所定の距離に配置されたときに、前記空気入口端部の上流で前記空気流れにヴェンチュリ効果を与える曲率を規定して、前記空気流れを加速する。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載の風力タービン、
前記調整可能なヴェンチュリ・ゲートは、開放位置から閉鎖位置まで変位可能であり、前記閉鎖位置にあるとき、前記調整可能なゲートが前記空気入口端部を実質的に塞ぎ、
前記調整可能なゲートは、圧力を加える手段により前記開放位置にバイアスが掛けられ、
ゲート変位手段を有し、このゲート変位手段が、前記圧力を加える手段に抗して前記ゲートを変位させて所望の位置に保持する。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項９に記載の風力タービン、
前記ランプ・ウォールには、間隔を開けて配置され且つ前記空気入口端部に向けて軸方向へ方向付けられた複数の縦方向のガイド・リブが設けられ、空気を、その上に角度を有して衝突する前記空気流れ経路から、方向変換させる。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項９に記載の風力タービン、
前記風力タービンは、二方向のタービンであり、
前記フレームの背面側の端部には、トップ及びボトムの出口ゲートが設けられ、それらは、前記上半分及び下半分の部分の上方で、前記フレームの上半分及び下半分の部分に蝶番により固定され、
前記出口ゲートは、圧力を加える手段により開放位置にバイアスが掛けられ、ゲート変位手段が前記出口ゲートの位置を調整して、前記フレームの前記下半分の部分へ、戻りの風をガイドし、前記フレームの下側の部分で前記径方向のブレード部材に衝突する逆方向に機能する空気流れ経路を作り出し、
前記傾けられたガイド・ランプ・ウォールは、内側に折れ曲がり可能な、蝶番により取り付けられたランプ部分を有していて、前記逆方向に機能する空気流れ経路の通過及びガイドのための開口を、前記空気入口端部の下側に作り出し、
前記蝶番により取り付けられたランプ部分は、前記逆方向に機能する空気流れ経路のための、ガイド・ウォールの表面をもたらす。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１に記載の風力タービン、
前記風力タービンの内の二つまたはそれ以上は、フレキシブルなカップリングにより互いに接続されたそれらのロータ・シャフトと隣り合わせの関係に配置されて、前記二つまたはそれ以上の風力タービンにより駆動される共通のロータ・シャフトを形成する。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１０に記載の風力タービン、
前記ロータ・シャフトは、駆動される状態で電動モータに接続されて、可変の電圧を発生させ、
トルク設定点を有する再生ドライブが、前記風力タービンにより供給されるべく、ビルディングの送電網のインフラストラクチャーに、調整された出力電圧を供給する。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１４に記載の風力タービン、
前記風力タービンをコントロールするためのシステム・コントローラを更に有し、このシステム・コントローラは、前記ゲート変位手段をコントロールし、
このシステム・コントローラに、風速、騒音及び振動をモニターするための検出器が固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を発生させるための軽量の水平配置型の風力タービンに係る。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーの高いコスト及び天然資源の枯渇は、環境的に安全で且つ高価でない代替のエネルギー源の開発の増大をもたらした。本発明は、電気的なエネルギーを作り出すための風エネルギーの使用に係り、特に、風力タービンに係る。
【０００３】
風力タービンは、これまで長年に亘って存在して来ているが、それらは、通常、製造コストが非常に高く、しばしば、非常に低い風速で、即ち５ｋｍ／ｈ未満の風速で、運転することができない。これらの風力タービンのあるものはまた、見苦しく嵩張った構造であって、そのために、通常、遠隔地に配置され、作り出された電気は、高架式または地下ケーブルにより、分配トランスへ送られる。これらの大きな風力タービン構造は、据え付けのための費用も高価であり、重い設備及び熟練した技能者を要求する。そのようなタービンの据付の前には、環境に対する影響の評価を得ることが必要であり、また、公衆の意見を要求する地方自治体による承認も必要である。これらの大きな風力タービンは、縦方向に据え付けられたタービンであって、視覚的に好ましくなく、また、単一の産業的なまたは居住用ビルディングのための電気を製造するように適合させるために適切でない。
【０００４】
これに対して、水平配置型の風力タービンが視覚的に好ましいことが判明しているが、これらもまた、その構造がしばしば見苦しく、しばしば、高価過ぎ、且つビルディング構造物の屋根の上に据え付けるためには重過ぎることがある。水平配置型の風力タービンの典型的な例が、米国特許 Nos. 6,981,839 及び 7,540,705、及び英国特許 GB 2,185,786 に開示されている。これらの特許により開示された風力タービンは、全て、ある程度の制約を有していて、それは、低い風速での運転が可能でないこと、重く且つ騒々しいこと、高価なメインテナンスを要求すること、ビルディング屋根の上面の上に載せられた場合に美観的に好ましくないこと、などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，９８１，８３９号明細書
【特許文献２】米国特許第７，５４０，７０５号明細書
【特許文献３】英国特許第２，１８５，７８６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の特徴は、既存の水平配置型の風力タービンの上記の欠点が実質的に取り除かれた水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【０００７】
本発明の更なる特徴は、ロータを非常に軽量にするため、ユニークなやり方でロータを構築することにより、非常に低い風速で運転することが可能な水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の特徴は、タービンを移動させること無く、一方向のまたは二方向の状態で運転しても良い水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の特徴は、据え付けが容易であって、その据付及び保守のために熟練者を必要としない水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、プログラムされたコントローラ・モジュールにより、自動的にコントロールされることが可能な水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、直列に連結されても良く、且つその連結されたものが背中合わせに間隔を開けて配置されて、直列の接続されたタービンのアセンブリの中に配置されることが可能である水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、形状を規定する調整可能なゲートが設けられ空気入口チャネリング構造を有し、それにより、タービンの中に入る空気流れにヴェンチュリ効果を付与する、水平配置型の風力タービンを提供することにある。
【００１３】
上記の特徴によれば、本発明は、広いアスペクトから、ロータ・シャフト上のロータに水平方向に且つ回転可能にその上に支持されたフレームを有する水平配置型の風力タービンをもたらすことにある。前記ロータは、固定手段によりロータ・シャフトに固定された、三つまたはそれ以上の径方向のブレード部材により形成されている。これらの径方向のブレード部材は、互いから等間隔に配置されている。各径方向のブレード部材は、支持アーム、及びこの支持アームの外側の端部に固定されたウインド・ベーンを有している。ウインド・ベーンは、それに対して向けられた空気流れを、その方向を変化させるために捉えるように形成され、ロータ・シャフトの周りで回転力を作り出して、その長手方向の中心軸の周りでロータ・シャフトを回転させる。径方向のブレード部材は、その外側の端部に、張力の調整が可能なブレース状の手段によりリジッドに（rigidly：剛結状態で）互いに接続されている。風チャネリング用のガイド手段は、機能している空気流れ経路の中の空気流れを加速して方向付けるように設けられ、機能している空気流れ経路の中に配置されたウインド・ベーンの内の少なくとも一つに衝突させて、風の抗力によりウインド・ベーンを変位させる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の水平配置型の風力タービンの構造を示す簡略化された斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａと同様であるが、閉鎖された状態にあるタービン・ハウジングを示す斜視図であって、ここで、空気入口チャネリング構造は閉鎖されている。
【図２】図２は、ロータが取り除かれたタービン支持フレームの斜視図であって、フレーム及び開放された状態に配置された空気入口チャネリング構造の構造を示し、調整可能なヴェンチュリ・ゲートの調整可能なメカニズムを示している。
【図３】図３は、組み立てられた状態にあるロータを示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、径方向のブレード部材の構造を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、径方向のブレードの構造の他の実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、ロータ・シャフトに固定されたシャフト接続アセンブリの構造を示す斜視図であって、このシャフト接続アセンブリに、径方向のブレード部材の支持アームが保持されている。
【図６Ａ】図６Ａは、調整可能なワイヤ・コネクターの構造を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、タイ・ワイヤのループ端部を示す上面図であって、このループ端部は、ワイヤ取り付けスリーブの周りに配置され、且つ、隣接するワイヤのループ端部と重ね合わされている。
【図７】図７は、縦方向のガイド・リブで形成されたガイド・ランプ・ウォールの構造を示す斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、同様な水平配置型の風力タービンと隣り合わせに接続されたときの、本発明の水平配置型の風力タービンの斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの直列に接続されたタービンの、ロータ・シャフトの相互接続の例を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の風力タービンが二つ連結されたものを示す簡略化された概略図であって、これらの風力タービンは、背中合わせに間隔を開けて配置された配置で、表面の上に置かれている。
【図９】図９は、風力タービン・ハウジングの出口に設けられたトップ及びボトムの出口ゲートが設けられた、本発明の風力タービンを示す簡略化された側面図であって、それにより、タービンが二方向のモードで運転されること、即ち、タービンの背面または後方から運転されることが可能である。
【図１０】図１０は、本発明の風力タービンを示す簡略化されたブロック図であって、この風力タービンは、送電網のインフラストラクチャーに連結され、タービン及び再生ドライブを運転するためにシステム・コントローラが組み込まれている。
【図１１】図１１は、複数の直列に接続された水平配置型の風力タービンを有するビルディングの図であって、この風力タービンは、本発明に基づいて構築され且つビルディングの屋根構造の上に載せられている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施形態が添付図面を参照しながら説明される。  
図面を、特に図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本発明の風力タービンの実施形態が参照符号１０で一般的に示されている。タービン１０は、フレーム１１を有していて、その上に、ロータ・シャフト１３の上のロータ・アセンブリ（一般的に参照符号１２で示されている）が、水平方向に且つ回転可能に支持されている。ロータ・シャフト１３は、標準的な軸受（示されていない）の上に支持されている。ロータ・アセンブリ１２は、三つまたはそれ以上の径方向のブレード部材１４により形成され、それらのブレード部材は、後述されるように、固定手段によりロータ・シャフト１３に固定されている。
【００１６】
ここに示されているように、７個の径方向のブレード部材１４があって、それらは、ロータ・シャフト１３の周りで互いから等間隔に配置されている。各径方向のブレード部材１４は、支持アーム１５、及び支持アーム１５の外側の端部に固定されたウインド・ベーン１６を有している。ウインド・ベーン１６は、図８Ｃに示されているように、それに対して向けられた空気流れ２０を、その方向を変化させるために捉えるように形成され、ロータ・シャフト１３の周りで回転力を作り出して、それにより、ロータ・シャフトをその長手方向の中心軸の周りで回転させる。ロータ・シャフト１３は、それに連結された従来の手段により（従来技術の中で広く知られている）、電動モータ１９の駆動シャフトに接続されている。支持アーム１５及びウインド・ベーンは、軽量化のために、アルミニウムで作られている。
【００１７】
径方向のブレード部材１４は、調整可能なブレース状の手段を構成する張力の調整が可能なブレース状のタイ・ワイヤ１８により、その外側の端部に、リジッドに互いに接続されている。これらのタイ・ワイヤは、鋼のワイヤであって、それらの調整が可能であることが、非常に軽量で且つ強いロータ構造をもたらす軽量のロータ・シャフトをもたらし、それにより、ロータ・シャフト及びアセンブリ１４の重量を大幅に減少させ、ロータが５ｋｍ／ｈ未満の非常に低い風速で駆動されまたは変位されることを可能にする。タイ・ワイヤ１８は、複合材料を含む他の適切な材料で作られても良い。
【００１８】
本発明の風力タービンはまた、空気入口チャネリング構造１７を有していて、この構造は、機能している空気流れ経路２１（凸状に湾曲したトップ・ウォール２２に隣接するハウジングの上側部分に向けられている）の中の（図８Ｃ参照方）、流入空気の流れ（ここで矢印２０で示されている）を加速して方向付ける。径方向のブレード部材１４は、この加速する空気流れ経路２２の中に、且つトップ・ウォール２２から距離を隔てて、伸びていて、それにより、空気流れは、この機能している空気流れ経路の中に配置された羽根に衝突し、ウインド・ベーンを変位させて、風の抗力によりそれを変位させる。入口は、約１４０度の半径の中で風を捉えることが可能である。図８Ｃに示されているように、この空気流れ経路は、風力タービンの背面側の端部２３の中から出る。空気は、３０度と５０度との間の傾きで、タービン・ハウジングの中に導かれる。これは、風速を増大させて、戻る羽根１６上の抗力を減少させる。
【００１９】
図１Ｂに示されているように、フレームにサイド・ウォール２２’が設けられても良く、また、図９に示されているように、後方ゲートを有していても良く、それにより、完全なシェルターを形成して、雪、雹、大雨及び強風などのような困難な天候条件からタービンを保護する。このシェルターは、タービンの機能のために不可欠ではないが、より良い性能をもたらす。
【００２０】
図４Ａに示されているように、ウインド・ベーン１６は半円形断面を有している。他の代替の形状が、図４Ｂに示されていて、そこでは、ウインド・ベーン１６’’が半楕円形の形状を有している。ウインド・ベーンはまた、少なくとも二本の支持アーム１５の間に固定されている。もし、ウインド・ベーンが比較的長く、そのために、更なる支持を要求する場合には、一つまたはそれ以上の中間の支持アーム１５’が設けられても良い。ウインド・ベーン１６は、それにより、湾曲した内壁２６を規定する。それはまた、横方向のエンド・ウォール２７を有していて、これらは、風が傾いているときに、風を捉えるためのエンド・ウォールである。もし、更なる支持アーム（支持アーム１５’などのような）が設けられる場合には、中間の風を捉えるためのウォール２７’が設けられても良い。これらの横方向のエンド・ウォール２７及び中間のウォール２７’は、それぞれ、支持アーム１５及び１５’の背後に固定されている。
【００２１】
図５を参照すると、径方向のブレード部材１４をロータ・シャフト１３に固定するための固定手段が示されている。ここに示されているように、この固定手段は、シャフト接続アセンブリ３５により構成され、当然ながら、そのようなアセンブリの内の二つが、二つの支持アーム１５を有するウインド・ベーンを接続する。このシャフト接続アセンブリ３５は、三つまたはそれ以上のリジッドな中空のポスト３６を有していて、ここで、７本のリジッドなポスト３６が、図１Ａに示された実施形態のウインド・ベーン１６を収容し、これらのリジッドなポスト３６は、間隔を開けた関係でロータ・シャフトへ固定するように構成されたハブ３７及び金属ディスク４１に、不動の状態で固定されている。リジッドなポスト３６は、開放された上端３８を有する中空の金属ポストであって、支持アーム１５のボトム端部１５’’をその中に受け入れる。支持アーム１５は、アルミニウム・ロッドであって、中空の管状のポスト３６の内のそれぞれ一つの開放された端部の中に密着状態で摺動可能に嵌め込まれるための断面を有している。
【００２２】
ロックネジ３９の形状の拘束手段は、タイ・ワイヤ１８に張力を与えるのに先立って、中空の管状のポストの中で、中実のロッドを不動の状態で固定する。スプリングによるバイアス手段は、コイル・スプリング４０の形状を有し、中空の管状のリジッドなポスト３６のボトムの中に捕捉された状態で保持され、支持アーム１５は、これらの上に座し、ロックネジ３９は、タイ・ワイヤ１８に最初に張力を与える間、アーム１５を中空のポスト３６の中に保持するようにセットされる。
【００２３】
次に、図６及び６Ｂを参照して、張力の調整が可能なブレース状の手段が説明される。この手段は、先に説明されたように、タイ・ワイヤ１８により構成されている。これらのワイヤ１８は、等しい長さであって、調整可能なワイヤ・コネクター２５に固定され、径方向のブレード部材の支持アーム１５の上端に固定されている。調整可能なワイヤ・コネクター２５は、調整可能なボルト２８であって、支持アーム１５の外側の自由端にネジで接続されたネジが形成されたシャフト部分２９を有していて、それにより、羽根の上方のボルトの長さを調整する。
【００２４】
ワイヤ取り付けスリーブ３０は、互いに対向する端部フランジ３０’を有していて、調整ボルト２８の上端の周りに支持され、図６Ｂに示されているように、連結ワイヤ１８の端部取り付けループ１８’をその中に受け入れて捕捉する。このボルト・コネクター２５は、係合可能な外側のヘッド３１を有していて、支持アーム１５の上端の中へのボルト２８の回転を付与して、ワイヤ取り付けスリーブの外側への変位を調整し、それにより、スリーブに周りに固定され且つ反対方向に伸びているタイ・ワイヤに張力を加える。
【００２５】
調整可能なボルトを軸方向に変位させることにより、ワイヤ取り付けスリーブが変位されて、図６Ｂに示されているように、互いに対向するタイ・ワイヤ１８の張力を増大させまたは減少させる。タイ・ワイヤ１８が引っ張られ、その間、支持ポストは、リジッドな中空のポストの中で、それらの下側の端部に固定されて保持され、ポストのボトム端部がそれらのコイル・スプリング４０に接触する。これは、径方向のブレード部材１４の周りでリジッドなバランスがとれたブレースの構造をもたらす。このようにして、間隔を開けて配置された関係でリジッドに互いに接続された径方向のブレード部材からなる軽量のフレーム構造が得られ、ロータ・シャフトの周りで径方向のブレード部材アセンブリを強化する。
【００２６】
ロック・ナット３２は、その後で緩められ、支持ポストの下側の端部が、それらのスプリング４０に接触する。スプリングの目的は、温度変動のために変質する支持アーム１５の伸びの吸収を可能にすることにある。これは、もし、支持アームがシャフト接続アセンブリ３５に不動の状態で固定される場合に、支持アームの変形を防止する。
【００２７】
ここでまた留意すべきことは、ワイヤ取り付け用のスリーブ３０が、固定側のポストまたはボルト２８の周りに変位可能に作られて、この調整を提供することが可能であると言うことである。ネジが形成されたシャフト（この場合、固定側である）に沿ってナット３１及び３２を変位させることにより、スリーブ位置が調整可能にされる。これらの調整可能なワイヤ・コネクターの両者は、非常に効果的で、正確で、且つ経済的な調整可能なメカニズムであることが判明している。
【００２８】
ロータ・アセンブリの外周の周りに互いに接続されたタイ・ワイヤは、支持アームを、シャフト接続アセンブリ３５の中空の管状のポスト３６の中に捕捉された状態で（図５に示されている）維持する。リジッドなポストとハブの構造は、平鋼のディスク４１の上に溶接されて、中実の構造の中でリジッドなポストを維持する。それは、ウインド・ベーン１３により作り出されたトルクが、ロータ・シャフト１３を駆動する接続アセンブリ３５を介してシャフトに伝達されるからである。ロータの直径は、タービンの使用の用途に適合するように作られ、その直径を増大することにより、作り出されたエネルギーが大幅に増大されることが可能である。例えば、直径を２倍にすることは、作り出されるエネルギーの５倍の増大をもたらす。
【００２９】
次に、図１Ａ，１Ｂ，２及び７から９を参照してチャネリング・ガイド手段の構造及び運転が説明される。このチャネリング・ガイド手段は、図１Ａに示されているように空気入口チャネリング構造１７により構成されている。この構造は、フレーム１１の空気入口端部の下方に固定された傾けられたガイド・ランプ・ウォール４５、及び、空気入口端部または空気入口開口４６の上端４６’で、フレーム１１に蝶番を介して接続された調整可能なヴェンチュリ・ゲート４７を有している。ガイド・ランプ・ウォールは、３０度と５０度との間に傾けられている。調整可能なヴェンチュリ・ゲート４７は、凸状の曲率を規定する内壁表面４８を有していて、入口空気流れ２０の領域２０’で（図８Ｃ参照方）ヴェンチュリ効果を付与し、それにより、空気流れ２０を加速して、風力タービンの内側に、機能している空気流れ経路２１を作り出す。弧状の屋根２２は、風力タービンの弧に追従し、ハウジングおよび／またはフレームにより作り出される乱流を抑える。弧状の屋根２２はまた、フレーム構造１に剛性を加え、且つ屋根の雪の除去を容易にし、また雨水を外側に導く。それはまた、風の流れのための空気力学的形状をもたらす。
【００３０】
調整可能なヴェンチュリ・ゲート４７は、一対のショック（shocks）４９により開放位置に圧力でバイアスが掛けられ、ワイヤ５１及びガイドプーリ５２及びモータ５３からなるワイヤ及びプーリ・メカニズム５０が、ピストン４９’のバイアス力に抗して、調整可能なヴェンチュリ・ゲートを変位させて、ゲートの内側のヴェンチュリ表面４８と傾けられたガイド・ランプのトップ表面４５’との間に、適切な距離を設定する。このバイアス構造は、高価で且つ面倒の多い油圧システムの使用を不要にする。
【００３１】
図１Ｂに示されているように、調整可能なヴェンチュリ・ゲートは、閉鎖位置に変位され、ここで、ゲート４７が、傾けられたガイド・ランプ・ウォール４５に突き当たり、それにより、空気入口端部を実質的に塞ぐ。これは、非常に高い風条件の下で、または、タービンが使用されない条件の下で、望ましいことがある。もちろん、他の手段が設けられ、ゲート変位手段及び圧力を加える手段を構成して、調整可能なヴェンチュリ・ゲートを所望の位置で維持しても良い。例えば、スロットが設けられたガイド・ロッドが、一方の端部でフレームに旋回可能に接続され、他の端部で調整可能なヴェンチュリ・ゲートに接続され、ロック・ボルトが、スロットの中に伸びて、調整可能なヴェンチュリ・ゲートを所望の角度でリジッドに固定しても良い。
【００３２】
図７に示されているように、傾けられたガイド・ランプ・ウォール４５に、間隔を開けて配置され且つ空気入口端部４６に向けて軸方向へ方向付けられた複数の縦方向のガイド・リブ５５が設けられ、矢印５５’により示されているように、その上に角度を有して衝突する空気流れ経路からの、及びその両方の側からの、空気の流れの方向を変換する。これは、風力タービン・ハウジングの側から風を捉えてその方向を変えることを助ける。
【００３３】
次に、図９を参照すると、本発明の風力タービン１０の更なる変形が示されている。ここに示されているように、タービン１０は、二方向のタービンとして動作するように構成され、即ち、その前面側の端部または背面側の端部を形成するように構成され、主要な風の大半を捉えるように方向付けられる。これを効果的に行うために、ハウジングの出口端部に、トップ及びボトムの出口ゲート６０及び６１がそれぞれ接続され、これらのゲートは、それぞれ、ショック６２及び６３によりバイアスが与えられ、同様なやり方で方向付けられ、ワイヤ及びプーリ・アセンブリが、モータにより駆動されて、トップ及びボトムの出口ゲートの位置を調整する。
【００３４】
これらのゲートは、図１０に示されているように、システム・コントローラ７５（後述される）により自動的に駆動され、このシステム・コントローラは、風の方向及び風速を検知する。ここに示されているように、トップ出口ゲート６０は、６４で、フレーム１１の背面側の端部の上端に蝶番を介して接続され、ボトム出口ゲート６１は、参照符号６５により示されているように、フレームの背面側の端部の実質的に中間に蝶番を介して接続されている。
【００３５】
図９に示されているように、出口ゲート６０及び６１は、それらの通常の開放位置にあり、風が風力タービン・ハウジング１０の前面側の端部に向けられて、妨げられない空気の流れをもたらすように配置されたゲート６０と６１の間の背面の中から出る。風がハウジングの後方から向けられたとき、トップ出口ゲート１０は、仮想線６６により示されているように、その位置に変位され、ボトム出口ゲート６１は、仮想線６７で示されているように、その位置に変位される。従って、空気は、ハウジングの下半分の部分の中に導入され、ハウジングまたはフレームの下側部分で径方向のブレード部材または羽根１６に衝突する逆方向に機能する空気流れ経路６８を作り出す。
【００３６】
この逆方向の空気流れ経路６８の出口を塞ぐことがないように、傾けられたガイド・ランプ・ウォール４５は、図９の中で実線に示されているように、内側に折れ曲がり可能な蝶番で接続されたランプ部分４５’を有していて、空気入口端部４６の下方に、逆方向に機能する空気流れ６８の通過のための開口６９を作り出す。蝶番で接続されたランプ部分４５もまた、逆方向に機能する空気流れ経路ためのガイド・ウォールの表面をもたらす。ここに示されているように、ランプ部分４５’は、ショック７０及びプーリ及びケーブル・メカニズムにより駆動され（ここに示されていない）、それらは、システム・コントローラ７５により、またはコントローラ・ユニットによりコントロールされるピストンにより（好ましくはないが）、駆動されても良い。従って、風力タービンが、その前方または後方の何れかから駆動され、それに対して傾斜した風を捉えることが可能であることが分かる。
【００３７】
次に図８Ａを参照すると、本発明に基づいて構築され、互いに隣り合わせの関係に接続された二つの風力タービン１０及び１０’が示されている。この相互接続を実現するため、それぞれの風力タービン１０及び１０’のロータ・シャフト１３及び１３’が互いに接続されることが必要である。これは、図８Ｂに示されているように、フレキシブルなカップリングにより実現され、それにより、ロータ・シャフトを連結し、共通のロータ・シャフトを形成して、直列に接続された風力タービンの端部に接続された電動モータ１９を駆動する。これらのタービン１０，１０’の内の幾つかは、図１０に示されているように、隣り合わせに互いに接続されることが可能である。
【００３８】
図８Ｂに示されているように、フレキシブルなカップリングは、ここで、スプロケット８０及び８０’により構成され、それらのスプロケットは、それぞれ、隣接するロータ・シャフト１３及び１３’の隣接する端部に固定され、且つ円形のチェイン・リンク・ベルト８１により互いに接続され、このチェイン・リンク・ベルトは、両方のスプロケット８０及び８０’の周りに係合され、それらを隣り合わせの関係に保持して、互いに接続されたロータ・シャフト１３及び１３’の間に、フレキシビリティをもたらす。それは、各タービンは独立であって、そのことが、各ロータにより作り出されるトルクに起因して、結合されたロータ・シャフトを振動させるからである。フレキシブルなカップリングは、例えば、ゴムのブッシング・カップリングまたは他の機械的なカップリング構造により構成されるもののように、多くの様々な構造を有することが可能である。
【００３９】
図８Ｃに示されているように、これらの一連の互いに接続されたタービンは、表面７９の上で背中合わせに間隔を開けて配置された関係で配置されることもまた可能であり、この表面は、ビルディングの屋根であっても良く、または、そのような据付が望ましい他の都合の良い表面であっても良い。
【００４０】
図に示されてはいないが、水平配置型の風力タービンがスイベル・ベースの上に載せられることが可能であること、及び、風の方向にタービンを向けるように、風フィンまたは検出器を有していても良いことが意図されている。そのような据付は、限られたユーザの負荷に対して供給するために利用可能な電力がないところで使用されることが可能である。
【００４１】
次に図１０を参照すると、典型的な自動化されたシステムのブロック図が示されている。このシステムに、本発明の風力タービン１０が接続されても良く、電気供給の比例する再生（regeneration）を可能にする。先に説明されたように、風力タービンのロータ・シャフトは、電動モータ１９を駆動し、この電動モータは、ロータ・シャフトの回転速度に依存する可変の電気出力を発生させる。この可変の出力は、トルク設定点でコントロールされる再生ドライブ（regenerative drive）に供給される。設定点は、実際の風速で変化する。強い風は、高いトルク設定点を含み、それは、既存の送電網のインフラストラクチャーに、より多くの電力を発生させる。非常に強い風の間、最大の再生は、発電機の限界まで最大化され、従って、非常に強い風の間であっても、生産が決して止ることがない。そのような再生ドライブは、ＡＢＢ社により提供されていて、ここで、概略的にブロック８０により示されている。それは、オプションのトランス８１および／またはビルディングの送電網のインフラストラクチャー８２を駆動するように構成されることが可能である。
【００４２】
この既知の電気的な設備に、システム・コントローラ７５が供給され、このシステム・コントローラは、風方向に依存してヴェンチュリ・ゲート４７及び後方ゲート６０及び６１を駆動する。コントローラ７５にもまた、風速検出器８３、振動検出器８４及び騒音検出器８５から信号が供給され、ヴェンチュリ・ゲート及び出口ゲートの適切な調整をたたらし、ロータの適切な運転を実現して、これらの様々なパラメータをコントロールする。
【００４３】
図１１は、ビルディング９０の正面図であって、その屋根９１の上に、本発明に基づいて構築された風力タービン１０が固定されている。ここに示されているように、７個のこれらの風力タービンがあり、隣り合わせの関係で互いに接続されている。それらはまた、ビルディングと良く調和して、ビルディングに美観をもたらす。それらは、当然ながら、塗装されることも可能であって、ビルディングの美観の中に調和するようにされる。それらの軽量構造のために、これらのタービンの内の多くは、ビルディングの屋根の上面の上に支持されることが可能である。ビルディングの上面の上の風を捉えることもまた容易であって、しばしば、タービンの下方のビルディング・ウォールにより作り出された上昇気流を捉えることもある。電気的なインフラストラクチャーは、既に、屋根の近くにある。
【００４４】
本発明の風力タービンは、下記のような、幾つかの優位性をもたらす：
−  平らなまたは傾けられた屋根の上に据え付けられることが可能である；
−  その水平配置型の形態；
−  そのモジュラー・アスペクト（隣り合わせの配置）；
−  シェルター構造が、悪い天候条件に対して保護する；
−  ドアは、入口風を増大させ、減少させまたは停止させるように、調整可能である；
−  各タービン・セクションは、長さ１０フィート（３ｍ）である（しかしながらこの寸法は変わっても良い）；
−  軽量な構造；
−  低い高さは、コンポーネントを容易にアクセス可能にする；
−  既存のビルディングの上に据え付けられることが可能である；
−  アセンブリの与えられたサイズに対して、特殊な据付の許可が回避されることがある；
−  ５ｋｍ／ｈ程度の弱い風（特定の地域において典型的に風の８０％を占める）から電力を発生させることが可能である；
−  ２００ｋｍ／ｈの風まで耐えることが可能である；
−  風の偏向が、風捕捉羽根の方へ風を集中させ、発電効率を改善する；
−  アセンブリの構造は、メインテナンスのために、はしごを使用して容易にアクセス可能である。
【００４５】
−  もし、風捕捉羽根が破損した場合には、それが、容易に交換されることがある；
−  アセンブリは、人の手で分解されることがある；
−  住宅用の、産業的な、機関的な用途に対して、容易に置き換られることが可能である；
−  シンプルなメインテナンス；
−  低いコスト；
−  全体のサイズは、様々な用途に対して調整されても良い；
−  アセンブリが、一つの位置から他の位置まで容易に移送されることがある；
−  特定のアクセス用道路の構築を要求する大きな風力タービンとは反対に、このアセンブリは、現場での据付のためにそのようなインフラストラクチャーを要求しない；
−  製造することが容易である；
−  突風に対して抵抗することが可能である；
−  小さい、中位の、大きな電力向けの形態が、同一のコンセプトから、且つ、コンポーネントを単に適切に縮小または拡大することにより、デザインされることが可能である；
−  風力タービンを支持するビルディング内の関係者がタービンの運転を管理することが可能であり、特別な技術を有する要員が必要とされない；
−  交換部品が、容易に入手可能であり、且つ、短い納期で供給されることが可能である；
−  このタービンは将来の使用のために、水素または加熱水を直接的に作り出しても良い。
【００４６】
この中に記載された好ましい実施形態の自明の変形をカバーすることは、そのような変形が、添付された請求項の範囲の中にある場合には、本発明の範囲内である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005607142.tif 000003
【図２】
0005607142.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
0005607142.tif 000006
【図４Ｂ】
0005607142.tif 000007
【図５】
0005607142.tif 000008
【図６Ａ】
0005607142.tif 000009
【図６Ｂ】
0005607142.tif 000010
【図７】
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【図８Ａ】
0005607142.tif 000012
【図８Ｂ】
0005607142.tif 000013
【図８Ｃ】
0005607142.tif 000014
【図９】
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【図１０】
0005607142.tif 000016
【図１１】
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