(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システムで使用するためのタービンであって、
流体が垂直軸に対して概して直角な流動方向に前記タービンに向かって流動するのに応えて、前記垂直軸を中心に回転する、垂直軸タービンを備え、
前記垂直軸タービンは、垂直断面が鐘形状の曲線によって少なくとも部分的に画定される、中央上部ドーム形表面と、それぞれが前記垂直軸タービンの外周に近接する外側領域から前記中央上部ドーム形表面に向かって延在する、複数の上向きに突出するフィンと、を含み、
前記フィンのそれぞれは、前記中央上部ドーム形表面の最上領域より低い垂直高さで終端することを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記垂直軸タービンは、前記垂直軸タービンの前記外周で概して円形の縁部を有する、連続固体の上を向く表面を含むことを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記連続固体の上向き表面には、開口部がないことを特徴とする請求項２に記載のタービン。
【請求項４】
すべての前記上向きに突出するフィンは、前記円形縁部の内部に位置付けられ、前記円形縁部より高い垂直高さに延在することを特徴とする請求項３に記載のタービン。
【請求項５】
前記垂直軸タービンの前記外周は、垂直軸の周囲を中心とする１．５２ｍ（約５フィート）以上の直径によって画定されることを特徴とする請求項２に記載のタービン。
【請求項６】
前記中央上部ドーム形表面は、前記垂直軸に対して対称であることを特徴とする請求項２に記載のタービン。
【請求項７】
前記フィンの凹面が、隣接するフィンに向かって前記垂直軸から離れるように延在する非半径方向に終端することを特徴とする請求項６に記載のタービン。
【請求項８】
前記中央上部ドーム形表面の最上領域は、すべての前記上向きに突出するフィンより大きい垂直高さを有することを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項９】
すべての前記上向きに突出するフィンは、実質的に同一の形状およびサイズを有することを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項１０】
前記上向きに突出するフィンのそれぞれは、前記中央上部ドーム形表面の最上領域の垂直高さより低い垂直高さで終端することを特徴とする請求項９に記載のタービン。
【請求項１１】
前記上向きに突出するフィンのそれぞれは、前記垂直軸タービンの前記外周に近接する外側領域から前記中央上部ドーム形表面に向かって延在する長さに沿って湾曲していることを特徴とする請求項９に記載のタービン。
【請求項１２】
前記上向きに突出するフィンのそれぞれは、凸状湾曲面と、反対側に配置される凹面と、を有し、
前記凸状湾曲面と前記凹面とが、湾曲した隆起部のところにおいて互いに交差する、
ことを特徴とする請求項９に記載のタービン。
【請求項１３】
前記上向きに突出するフィンのそれぞれの前記凹面は、隣接するフィンに向かって前記垂直軸から離れるように延在する、非半径方向に終端することを特徴とする請求項１２に記載のタービン。
【請求項１４】
前記複数の上向きに突出するフィンは、垂直軸タービンが、前記垂直軸に対して概して直角な第１の流動方向に前記タービンの上を流動する流体、および前記垂直軸に対して概して直角な第２の反対流動方向に前記タービンの上を流動する流体の両方に応えて、前記垂直軸を中心に第１の方向に回転するように配設されることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項１５】
前記垂直軸タービンは、すべての前記上向きに突出するフィンおよび前記上部ドーム形表面が一体型構造として成形されるように、成形ポリマー材料からなる単一部品構造であることを特徴とする請求項１４に記載のタービン。
【請求項１６】
各フィンが、前記垂直軸を中心に異なる位置に回転する一方、各フィンは、前記垂直軸タービンの上を流動する流体を捕捉し、前記流体を前記周囲の流体流動とは異なる経路に沿うよう方向付け直し、前記垂直軸タービンの下流部分上への高圧領域の生成に寄与するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項１７】
電力を発生させるためのタービンシステムであって、中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面を伴う、一体型構造として形成される複数のフィンを含む、垂直軸タービンを備え、前記垂直軸タービンは、垂直軸に対して概して直角な第１の流動方向に前記タービンの上を流動する流体、および前記垂直軸に対して概して直角な第２の反対流動方向に前記タービンの上を流動する流体の両方に応えて、前記垂直軸を中心に第１の方向に回転することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記垂直軸タービンの回転中に概して静止したままであるように、前記垂直軸タービンの下方に位置付けられる基部構造をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて電力を発生させるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられる、電気ジェネレータをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて、水圧流体を陸上の発生システムに押し進めるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられる、ポンプ機構をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記垂直軸タービンは、前記垂直軸タービンの外周で概して円形の縁部を有する、連続固体の上を向く表面を含み、前記連続固体の上を向く表面は、前記複数のフィンと、前記凸状に湾曲した上を向く表面と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記連続固体の上向き表面には、開口部がないことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記垂直軸タービンの前記外周は、垂直軸の周囲を中心とする１．５２ｍ（約５フィート）以上の直径によって画定されることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面は、前記垂直軸に対して対称であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２５】
前記フィンの凹面が、隣接するフィンに向かって前記垂直軸から離れるように延在する非半径方向に終端することを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面の最上領域は、前記フィンのそれぞれより大きい垂直高さを有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数のフィンのそれぞれは、実質的に同一の形状およびサイズを有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２８】
前記フィンのそれぞれは、前記中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面の最上領域の垂直高さより低い垂直高さで終端することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
電力を発生させるためのタービンシステムであって、
流体が垂直軸に対して概して直角な流動方向に前記タービンに向かって流動するのに応えて、前記垂直軸を中心に回転する、垂直軸タービンであるとともに、この垂直軸タービンが、垂直断面が鐘形状の曲線によって少なくとも部分的に画定される、中央上部ドーム形表面と、それぞれが前記垂直軸タービンの外周に近接する外側領域から前記中央上部ドーム形表面に向かって延在する、複数の上向きに突出するフィンと、を含み、前記フィンのそれぞれは、前記中央上部ドーム形表面の最上領域より低い垂直高さで終端する、垂直軸タービンと、
前記垂直軸タービンの回転中に概して静止したままであるように、前記垂直軸タービンの下方に位置付けられる基部構造と、
前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて電力を発生させるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられる、電気ジェネレータと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
前記電気ジェネレータは、外部電力配線に出力される電力を調節する、陸上の電子システムに電気的に接続されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記電気ジェネレータは、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられる、圧力容器シェル構造内に封止されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
駆動シャフトは、前記最上表面領域の下面から下向きに延在するように、前記垂直軸タービンに固定して取り付けられ、前記電気ジェネレータの少なくとも一部分に延在することを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記垂直軸タービンは、前記垂直軸タービンの外周で概して円形の縁部を有する、連続固体の上を向く表面を含み、前記連続固体の上を向く表面は、複数のフィンと、前記上を向く凸湾曲と、を含むことを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記連続固体の上向き表面には、開口部がないことを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記垂直軸タービンの前記外周は、垂直軸の周囲を中心とする１．５２ｍ（約５フィート）以上の直径によって画定されることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面は、前記垂直軸に対して対称であることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３７】
前記フィンの凹面が、隣接するフィンに向かって前記垂直軸から離れるように延在する非半径方向に終端することを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
水中の流れの流動から電力を発生させるためにタービンシステムを使用する方法であって、
垂直軸タービンを、中央上部ドーム形表面を含む、連続固体の上を向く表面と、それぞれが前記垂直軸タービンの外周に近接する外側領域から前記中央上部ドーム形表面に向かって延在する、複数の上向きに突出するフィンと、を備えたものとして準備するステップと、
前記垂直軸タービンの回転の垂直軸が水流動に対して概して直角に配設されるように、前記垂直軸タービンを水中に位置付けるステップと、
前記中央上部ドーム形表面の上を流動し、前記複数の上向きに突出するフィンと相互作用する水によってもたらされる前記垂直軸タービンの回転に応えて、電力を発生させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
中央上部ドーム形表面は、前記垂直軸に対して対称であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記フィンの凹面が、隣接するフィンに向かって前記垂直軸から離れるように延在する非半径方向に終端することを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
基部構造を水域の底にしっかりと固定するステップをさらに含み、前記基部構造は、前記水域中の前記垂直軸タービンの回転中に概して静止したままであるように、前記垂直軸タービンの下方に位置付けられることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記発生させるステップは、前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて電力を発生させるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられる電気ジェネレータから電力を発生させるステップを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記発生させるステップは、前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて、水圧流体を陸上の発生システムに押し進めるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられるポンプ機構から電力を発生させるステップを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
発電で使用するためのタービンシステムを製造する方法であって、
前記タービンの複数のフィンが、前記タービンの中央に位置する凸状に湾曲した最上表面を伴う、一体型構造として形成されるように、垂直軸タービンを成形するステップと、
前記垂直軸タービンが、前記垂直軸に対して概して直角な流動方向に前記タービンに向かって流動する流体に応えて、前記基部構造に対して垂直軸を中心に回転するよう構成されるように、前記垂直軸タービンを基部構造に取り付けるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて電力を発生させるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に電気ジェネレータを取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記基部構造に対する前記垂直軸タービンの前記回転に応えて、水圧流体を陸上の発生システムに押し進めるために、前記垂直軸タービンと前記基部構造との間に位置付けられるポンプ機構を取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、開示が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１０年１１月１２日に出願された、名称が「タービンシステムおよび方法」の米国特許出願第１２／９４４，９９０号の優先権を主張する。
【０００２】
本明細書は、例えば、流体流動から電力を発生させるために回転するタービンに関する。
【背景技術】
【０００３】
いくつかのタービンシステムは、タービンの回転に応えて電力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】本明細書には、先行技術文献は、記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、数多くの風力タービンシステムは、風力タービンブレードを、軸を中心に回転するように駆動させ、それによって、内部ジェネレータを、電気エネルギーを出力するように駆動させる、一式の風力タービンブレードで、空気流動から風力エネルギーを得ることを試みる。別の例では、従来の水力タービンシステムは、河川の水流または大洋もしくは海洋の潮流からのエネルギーを電気エネルギーに変換することを追求する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に記載されるタービンシステムのいくつかの実施形態は、回転の垂直軸に対して概して垂直な概して水平な方向に流動する水等の軸外流体流動に応えて回転する、タービンを提供する。タービンシステムは、機械的回転運動に変換するための流動する水または他の流体の運動エネルギーを得るために、流体力学原理の相乗的組み合わせを採用することができる。例えば、タービンシステムは、流体流動の方向に関わらず、軸外流体流動に応えて一方向に回転する一体型構造（大洋環境内で潮流からエネルギーを得る際に有用であり得る）として形成される、垂直軸タービンを提供することができる。特定の実施形態では、垂直軸タービンは、ゆっくりと移動する流体流動（流れの緩やかな小川または河川等）中でさえ、向上された効率を提供するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、タービンシステムは、中心軸に対して概して直角な流動方向にタービンに向かって流動する流体に応えて、中心軸を中心に回転する、タービンを含んでもよい。タービンの形状は、タービンの回転運動を推進するように、流体力学原理の相乗的組み合わせに寄与することができる。
【０００８】
本明細書に記載される特定の実施形態は、発電システムで使用するためのタービンを含む。タービンは、垂直軸に対して概して直角な流動方向にタービンに向かって流動する流体に応えて、垂直軸を中心に回転する、垂直軸タービンを備えてもよい。垂直軸タービンは、垂直断面が鐘形状の曲線によって少なくとも部分的に画定される、中央上部ドーム形表面を含んでもよい。また、垂直軸タービンは、それぞれが垂直軸タービンの外周に近接する外側領域から中央上部ドーム形表面に向かって延在する、複数の上向きに突出するフィンも含んでもよい。フィンのそれぞれは、中央上部ドーム形表面の最上領域より低い垂直高さで終端してもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、電力を発生させるためのタービンシステムは、垂直軸タービンを含んでもよい。垂直軸タービンは、中央に位置する凸状に湾曲した上を向く表面を伴う、一体型構造として形成される複数のフィンを含んでもよい。垂直軸タービンは、垂直軸に対して概して直角な第１の流動方向にタービンの上を流動する流体、および垂直軸に対して概して直角な第２の反対流動方向にタービンの上を流動する流体の両方に応えて、垂直軸を中心に第１の方向に回転してもよい。
【００１０】
特定の実施形態では、電力を発生させるためのタービンシステムは、垂直軸に対して概して直角な流動方向にタービンに向かって流動する流体に応えて、垂直軸を中心に回転するように構成される、垂直軸タービンを含んでもよい。垂直軸タービンは、垂直軸の周囲を中心とする上を向く凸湾曲によって画定される、最上表面領域を含んでもよい。また、システムは、垂直軸タービンの回転中に概して静止したままであるように、垂直軸タービンの下方に位置付けられる基部構造も備えてもよい。システムは、基部構造に対する垂直軸タービンの回転に応えて電力を発生させるために、垂直軸タービンと基部構造との間に位置付けられる、電気ジェネレータをさらに備えてもよい。
【００１１】
本明細書に記載される特定の実施形態は、水中の流れの流動から電力を発生させるためにタービンシステムを使用する方法を含んでもよい。本方法は、垂直軸タービンの回転の垂直軸が水流動に対して概して直角に配設されるように、垂直軸タービンを水中に位置付けるステップを含んでもよい。垂直軸タービンは、中央上部ドーム形表面を含む、連続固体の上を向く表面と、それぞれが垂直軸タービンの外周に近接する外側領域から中央上部ドーム形表面に向かって延在する、複数の上向きに突出するフィンとを含んでもよい。また、本方法は、中央上部ドーム形表面の上を流動し、複数の上向きに突出するフィンと相互作用する水によってもたらされる垂直軸タービンの回転に応えて、電力を発生させるステップも含んでもよい。
【００１２】
本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、発電で使用するためのタービンシステムを製造する方法を含む。本方法は、垂直軸タービンを成形するステップを含んでもよい。例えば、垂直軸タービンは、タービンの複数のフィンが、タービンの中央に位置する凸状に湾曲した最上表面を伴う一体型構造として形成されるように成形されてもよい。また、本方法は、垂直軸タービンが、垂直軸に対して概して直角な流動方向にタービンに向かって流動する流体に応えて、基部構造に対して垂直軸を中心に回転するよう構成されるように、垂直軸タービンを基部構造に取り付けるステップも含んでもよい。
【００１３】
本明細書に記載されるこれらおよび他の実施形態は、以下の利益のうちの１つ以上を提供し得る。第一に、タービンシステムのいくつかの実施形態は、機械的回転運動に変換するための流動する水または他の流体中の運動エネルギーを支配するために、流体力学原理の相乗的組み合わせを採用する、タービンを含むことができる。例えば、電力を発生させるための永久磁石ジェネレータのローターシャフトを駆動させるために、または代替えとして、水圧流体を遠隔に位置する（例えば、陸上の）電気ジェネレータ機を通して促すポンプシステムを駆動させるために、この機械的回転運動を使用することができる。
【００１４】
第二に、タービンシステムは、フィンに作用するニュートン力、およびまた、水もしくは他の流体が上部ドーム形表面の上を流動し、タービンの下流側に沿って下る際の圧力回収効果の両方からの、流動する水または他の流体の運動エネルギーを有利に支配する、新規の形状を有するタービンを採用することができる。例えば、タービンは、垂直断面が鐘形状の輪郭によって少なくとも部分的に画定される、垂直軸の周囲の中央に位置する、上部凸状表面を含むことができる。この鐘形状の輪郭は、流体が垂直軸を横断する方向に上部凸状表面の上を流動する際の圧力回収効果に寄与する。この鐘形状の輪郭は、上部凸状表面が、タービンの本体の上の層流を制御し、維持することを可能にする。また、タービンは、タービンの上流部分の上を流動する水または他の流体を支配し、方向付け直す（それによって、回転運動のためのニュートン力に寄与する）ように、ならびに下流部分に流動する（例えば、タービンの上部凸状表面の上を流動し、鐘形状の輪郭を下る）水または他の流体を支配するように構成される、一式の上向きに突起するフィンを含む。加えて、フィンは、タービンの主本体の上の流動流体経路を制御し、流れの流動に対するそれらの配向に基づき、流体を異なる時間に異なるエリアに方向付けるように構成される。さらに、いくつかの状況では、フィンは、タービンの周囲の非層流をこれらの渦の周囲に整流させ、それによってタービンの動作中の抗力の影響または他の非効率性を低減することができる、渦を発生させることによって、タービンの主本体の外の乱流動を管理するように構成されてもよい。
【００１５】
第三に、タービンシステムは、ゆっくりと移動する流体流動（流れの緩やかな小川または河川等）でさえ、相当のレベルの電力を発生させるように構成することができる。さらに、タービンは、タービンの外径と比較して比較的低い垂直外郭で構成することができ、これは、タービンが、水深が比較的浅い（例えば、タービンの直径未満である）際にさえ、相当の力を伴って垂直軸を中心に回転することを可能にする。いくつかの状況では、タービンは、直径が約２．４１ｍ（約７．９フィート）の主本体（回転の垂直軸の周囲を中心とする）を有するように構成することができ、流れの緩やかな河川または小川の概して水平な水流中に浸漬される際にさえ、例えば、電力を産出するのに十分な機械的回転運動を発生させるために使用することができる。他の実施形態では、タービンは、直径が約３．６６ｍ（約１２フィート）の主本体（回転の垂直軸の周囲を中心とする）を有するように構成することができ、垂直軸に対して概して直角に流動する大洋潮流中に浸漬される際に、例えば、電力を産出するのに十分な機械的回転運動を発生させるために使用することができる。いくつかの可搬型実施形態では、タービンは、河川または小川で使用するための可搬型電力ジェネレータを提供するために、直径が約４〜８インチの主本体（回転の垂直軸の周囲を中心とする）を有するように構成することができ、リュックに入れて、または軍装備品と共に搬送することができる。したがって、タービンは、タービンシステムが安全かつ再生可能なエネルギー源を得る一方で、魚または他の海洋生物にとって概して安全な速度で回転してもよい。
【００１６】
第四に、タービンシステムは、垂直軸に対して概して直角な第１の流動方向から接近する流体流動に暴露される際、および第１の流動方向とは反対の第２の流動方向に暴露される際の両方で、タービンが垂直軸を中心に一貫した回転方向に回転するように構築することができる。そのような実施形態では、タービンシステムは、有利に、潮流にさらされる大洋または海洋の底に沿うように浸漬させることができる。例えば、タービンシステムのいくつかの実施形態は、満潮中の潮流に暴露される際、および干潮中の潮流に暴露される際の両方で、垂直軸を中心とした一方向の機械的回転運動（電力を発生させるための）を産出するように構成することができる。そのような状況では、タービンシステムは、反対方向に回転する複数のタービンブレード構造（例えば、満潮流のための１つのブレード構造および干潮流のための別のブレード）を採用する必要がない。
【００１７】
第五に、以下により詳細に記載されるように、タービンは、すべてのフィンおよび上部凸状表面が、保守にあまり手間がかからないよう単一部品構造として形成されるように、一体型構造として構築することができ、これは、タービンシステムが完全に浸漬される大洋および河川用途に特に有利である。特定の実施形態では、タービンは、上部凸状表面およびフィンを含むタービンの主本体を集合的に形成する成形プロセスの一環として、一体型構造として形成することができる。そのような成形プロセスは、上面全体（上部凸状表面、複数の上向きに突出するフィン、および近隣のフィンの間のチャネルベース面を含む）に開口または他の開口部がないタービンを形成するのに有用であり得る。いくつかの好ましい実施形態では、タービンは、タービンの外周の円形縁部に延在する、連続固体の上を向く表面を有する。所望により、駆動シャフトを、駆動シャフトが成形されるタービン本体の下面から下向きに延在するように、タービンの主本体と一体成形することができる。したがって、タービンを、構成要素の数および対応する組み立て時間を大幅に削減し得る低費用な方法で、効率的かつ複製可能に製造することができる。
【００１８】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の記載に説明される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、記載および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】いくつかの実施形態に係る、流動流体中に浸漬されたタービンシステムの側面図である。
【図２】図１のタービンシステムの上面図である。
【図３】図１のタービンシステムの特定の構成要素の斜視分解図である。
【図４】いくつかの実施形態に係る、図１のシステム等のタービンシステムと共に使用するためのタービンの斜視図である。
【図５】図４のタービンの上平面図である。
【図６】図４のタービンの正面立面図である。
【図７】図４のタービンの右面立面図である。
【図８】図４のタービンの背面立面図である。
【図９】図４のタービンの左面立面図である。
【図１０】図４のタービンの下平面図である。
【図１１】図４のタービンの垂直断面図である。
【図１２】いくつかの実施形態に係る、図１のシステム等のタービンシステムを製造するプロセスのフローチャートである。
【図１３Ａ】いくつかの実施形態に係る、図１のシステム等のタービンシステムと共に使用するためのタービンの回転経路の上面図である。
【図１３Ｂ】いくつかの実施形態に係る、図１のシステム等のタービンシステムと共に使用するためのタービンの回転経路の上面図である。
【図１３Ｃ】いくつかの実施形態に係る、図１のシステム等のタービンシステムと共に使用するためのタービンの回転経路の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
様々な図中の同様の参照記号は、同様の要素を指す。
【００２１】
図１〜図２を参照すると、タービンシステム１００のいくつかの実施形態は、垂直軸１１５に対して概して直角な方向からタービン１１０に接近する流体流動５０等の軸外流体流動に応えて、垂直軸１１５を中心に回転するように構成される、タービン１１０を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、タービンシステム１００は、河川、小川、大洋、海洋、または他の水域中を流動する、流れを有する水に応えて電力を産出するように、機械的回転運動１１６を発生させる、垂直軸タービン１１０を備えることができる。描写される実施形態では、タービン１１０は、ゆっくりと移動する流体流動（流れの緩やかな小川、河川、または潮流等）中でさえ、軸外流体流動５０に応えて、発電の向上した効率を提供するように構成することができる、一体型構造として形成される。
【００２２】
また、タービンシステムは、タービン１１０が完全に浸漬される水域の水面４０の下方の底６０に固定される、垂直軸タービン１１０の下方に位置付けられる、基部構造１５０も含むことができる。このように、基部構造１５０は、垂直軸タービン１１０の回転中に概して静止したままであるように構成される。本実施形態では、基部構造は、タービンシステム１００の位置をしっかりと固定するために水域の底６０に打ち込まれる、複数のアンカー１５３を有する、台座構造１５２を含む。また、基部構造１５４は、タービン１１０と基部構造１５０との間に内部空間が少なくとも部分的に画定されるように、タービン１１０の反対に位置付けられる、下部筐体シェル１５４も含んでもよい。以下により詳細に記載されるように、タービンシステム１００のいくつかの実施形態は、タービン１００と基部構造１５０との間の内部空間内に収容される、永久磁石ジェネレータ（または代替えとして、水圧ポンプシステム）を含んでもよい。そのような状況では、タービンシステム１００の構成要素は、深度の浅い水域で動作するように、空間を節約し、比較的薄い低い輪郭を提供するように構築することができる。
【００２３】
少なくとも１本のライン１５６（例えば、電気ケーブル線またはパイプライン）が、基部構造１５０から浸漬されていない電子システム１６０（図２）に向かって延在してもよい。ライン１５６は、基部構造１５０に連結される永久磁石ジェネレータ（以下により詳細に記載される）から発生される電流を、浸漬されていない電子システム１６０に出力してもよい。本実施形態では、電子システムは、陸上位置に位置付けられているが、代替えの実施形態では、電子システムは、水の水面４０の上に構築される水面上プラットフォーム上に位置してもよいことを理解されたい。電子システム１６０は、ライン１５６から外部配線システムに出力される電力を調節するように構成される、インバータおよび伝送システムを含むことができる。例えば、電子システム１６０は、外部電力配線に伝送される三相１２０ＶのＡＣ電力として電力を出力するように構成することができる。いくつかの代替えの実施形態では、容易な保守のために、電子システム１６０が、電気ジェネレータを収容してもよい（水面４０下の基部構造１５０にジェネレータが連結されないように）。これらの状況では、ライン１５６は、タービン１１０の機械的回転運動１１６の力によって電子システム１６０にポンプ送出される、加圧流体経路（例えば、水圧流体）を提供するように構成することができる。そこから、水圧流体は、電気ジェネレータ（電子システム１６０によって収容される）のローターを回転駆動させ、それによって電力を発生させることができる。これらの状況のいずれでも、比較的緩やかに移動する水流中に浸漬される際にさえ、電力を産出するのに十分な機械的回転運動１１６を発生させるために、タービン１１０を使用することができる。
【００２４】
依然として図１〜図２を参照すると、垂直軸タービン１１０は、中央に位置する上部凸状表面１２０と、複数の上向きに突出するフィン１３０とを含んでもよい。本実施形態では、上部凸状表面１２０は、上部凸状表面がその頂部で概してドーム形の形状を有するように、垂直断面が鐘形状の曲線によって少なくとも部分的に画定される（図１１も参照）。フィン１３０のそれぞれは、タービンの外側領域１１１（例えば、図２に示されるタービン本体の外径またはその付近）から中央に位置する上部凸状表面１２０に向かって延在する。以下により詳細に記載されるように、本実施形態では、フィン１３０のそれぞれは、上部凸状表面１２０の最上領域より低い垂直高さで終端する。したがって、本実施形態では、上部凸状表面１２０は、各フィン１３０の終端部の上方に隆起する。
【００２５】
図１〜図２に示されるように、複数のフィン１３０は、垂直軸タービン１１０が、垂直軸１１５に対して概して直角な第１の流動方向に進行する（例えば、図１に示されるように左から右へ流動する、および図２に示されるように下から上へ流動する）流体流動５０に応えて、垂直軸１１５を中心に回転方向１１６に回転するよう促されるように配設される。しかしながら、本明細書の記載から、フィン１３０の配設は、同様に垂直軸１１５に対して概して直角な第２の反対流動方向に進行する流体流動５０に応えて、同様に垂直軸タービン１１０を同一の回転方向１１６に回転させることを理解されたい。換言すれば、タービン１１０は、流体流動５０が図１〜図２に描写されるものとは反対に進行する場合にさえ（例えば、図１では右から左に、図２では上から下に流動する場合にさえ）、同一の回転方向１１６に回転するように促され得る。したがって、タービンのフィン１３０は、垂直軸タービン１１０が、垂直軸に対して概して直角な第１の流動方向にタービンの上を流動する流体、および垂直軸に対して概して直角な第２の反対流動方向にタービンの上を流動する流体の両方に応えて、垂直軸１１５を中心に回転方向１１６に回転するように配設される。
【００２６】
依然として図１〜図２を参照すると、上部凸状表面１２０の形状および上向きに延在するフィン１３０は、タービン１１０の回転運動１１６を推進するように、ニュートン力および圧力回収効果の相乗的組み合わせに寄与し、これは有利に、比較的流れの緩やかな流体流動でさえ、相当の回転力を提供することができる。例えば、タービン１１０が流体５０（例えば、本実施形態では水流動）に浸漬される際、流体５０は、タービン１１０の上流部分１１２の近隣のフィン１３０の間の１つ以上のチャネル１２５に流入し、上部凸状表面１２０の上部の上を流動するように方向付けられる。チャネルのそれぞれは、上部凸状表面１２０に通じるベース面１２６を含む。以下により詳細に記載されるように、チャネル１２５の各ベース面１２６は、タービン１１０の垂直断面が鐘形状の輪郭によって少なくとも部分的に画定されてもよい。したがって、チャネル１２５を通って流動する流体５０は、フィン１３０によって方向付け直される（それによって、タービン１１０の回転を促すニュートン力を提供する）と同時に、また、流体は、チャネル１２５のベース面１２６の鐘形状の輪郭に沿って上向きに上部凸状表面１２０に向かって進行する（それによって、下流部分１１４に沿った圧力回収効果をもたらす）。そこから、流体５０は、上部凸状表面１２０を下り、タービン１１０の下流部分１１４のチャネル１２５のうちの１つ以上に入るように方向付けられる。流体５０がこの経路内を上部凸状表面１２０から下流部分１１４に移動する際、それぞれのフィン１３０に相当の力が作用し、タービン１１０が回転するのに寄与する、下流部分１１４に沿った高圧領域（図４も参照）を発達させる、圧力回収効果がもたらされる。
【００２７】
ここで、図３を参照すると、タービンシステム１００のいくつかの実施形態は、１つ以上の構成要素が、封止された筐体１４０内のタービン１１０と基部構造１５０との間に位置付けられるように構築することができる。筐体１４０の封止は、タービン１１０の機械的回転運動１１６（図１〜図２）の電力への変換を促進する構成要素を収容するために使用されてもよい。本実施形態では、タービン１１０は、基部構造１５０が水面４０下の地面６０にしっかりと固定される一方で、流体５０が当然にタービン１１０の上部凸状表面１２０の上を流動する（図１〜図２を参照）ように、タービンシステム１００の最上部に取り付けられる。すべてのフィン１３０、チャネルベース面１２６、および上部凸状表面１２０が単一の一体型構造として成形されるように、タービン１１０を単一部品構成要素として形成することができる。いくつかの実施形態では、駆動シャフト１３５は、駆動シャフト１３５がタービン１１０の下面から固定して延在するように、タービン１１０と一体成形されてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、基部構造１５０は、共に組み立てられる多数の構成要素を含んでもよい。例えば、台座構造１５２は、台座構造１５２が水域の底６０上に位置付けられている間、アンカーが地面中にあることができるように、それから下向きに延在する複数のアンカー１５３を含むことができる。また、基部構造１５０は、駆動シャフト１３５の端部（タービン１１０に取り付ける端部とは反対の）を受容する、軸受部材１５５も含んでもよい。下部筐体シェル１５４に封止を提供するために、軸受部材１５５の上に基部構造１５０の環状封止１５３を適合させることができる。本明細書の記載から、代替えの実施形態では、異なるサイズ、形状、またはしっかりと固定する技術を有する基部構造に、タービン１１０を回転可能に取り付けることができることを理解されたい。
【００２９】
依然として図３を参照すると、タービン１１０と基部構造１５０との間の内部空間を利用するために、基部構造１５０の下部筐体シェル１５４とタービン１１０との間に、封止された筐体１４０を取り付けることができる。場合によっては、深度の浅い水域で動作することができるように、タービンシステム１００の比較的低い輪郭または垂直高さを達成するために、このタービンシステム１００の構成を使用することができる。封止筐体１４０は、永久磁石ジェネレータ１４５およびギアシステム１４６等の多数の構成要素を包囲するように共に封止される、第１のシェル１４２と第２のシェル１４４とを含むことができる。ギアシステム１４６は、タービン１１０（およびそれに取り付けられた駆動シャフト１３５）の回転運動１１６を永久磁石ジェネレータ１４５のローターのより速い回転速度に変換する、遊星ギアシステムまたは別のギア配設を備えてもよい。永久磁石ジェネレータ１４５は、ローターの回転が固定子のコイル内に電流を生じさせるように、固定子（例えば、スロット内に配設される導電コイルを有する）の内部で回転する回転子を含んでもよい。この発生される電流を、ライン１５６（図２）を介して、陸上またはプラットフォーム上の電子システム１６０に出力することができる。永久磁石ジェネレータの代替えの実施形態（異なる内部構成要素または異なるサイズおよび形状を有する）をタービンシステム１００で採用することができることを理解されたい。駆動シャフト１３５は、タービン１１０の下面から下向きに、封止された筐体１４０を通って基部構造１５０の軸受部材１５５に延在する。封止された筐体１４０は、封止された筐体１４０を通過する駆動シャフト１３５の部分に沿って水密封止を提供するために、第１のシェル１４２および第２のシェル１４４の開口に軸受封止１４３を備えることができる。
【００３０】
いくつかの代替えの実施形態では、封止された筐体１４０の内部の構造１４５は、永久磁石ジェネレータというよりはむしろポンプシステムであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、保守または修理のためのジェネレータへの便利なアクセスを提供するために、浸漬されていない電子システム１６０（図１〜図２）が、電気ジェネレータを収容してもよい（基部構造１５０にジェネレータが連結されないように）。このような状況では、封止された筐体１４０の内部の構造１４５は、タービン１１０の機械的回転運動１１６の力によって水圧流体を、パイプライン（例えば、図２のライン１５６等）を通して電子システム１６０に押し進める、ポンプシステムを含むことができる。そこから、水圧流体は、電気ジェネレータ（電子システム１６０によって収容される）のローターを回転駆動させ、それによって電力を発生させることができる。
【００３１】
ここで、図４〜図１１を参照すると、タービン１１０の上面上の構造の形状は、タービン１１０の回転運動１１６を推進するように、ニュートン力および圧力回収効果の相乗的組み合わせに寄与する。タービン１１０の上面は、中央に位置する上部凸状表面１２０と、複数の上向きに突出するフィン１３０と、近隣のフィン１３０の間に画定されるチャネル１２５（チャネルベース面１２６を伴う）とを含むことができる。本実施形態では、タービンは、タービン１１０の外周１１１より大きい垂直高さに上向きに突出する、５つのフィン１３０ａ〜ｅを備える。以下により詳細に記載されるように、フィン１３０ａ〜ｅが垂直軸１１５を中心に異なる位置に回転する際、各フィン１３０ａ〜ｅは、タービン１１０の上面の上を流動する流体を捕捉し、流体を周囲の流体流動とは異なる経路に沿うよう方向付け直し、タービン１１０の下流部分１１４上に高圧領域１３８を生じさせるように構成される。具体的には、高圧領域１３８は、一般的に、チャネル内の下流位置のそれぞれのフィンの第１の側上（図４に描写される位置にあるフィン１３０ｄ）に形成され、低圧領域１３９は、それぞれのフィンの第２の反対側上に形成される。
【００３２】
本実施形態では、タービン１１０は、中央に位置する上部凸状表面１２０によって画定される上面と、複数の上向きに突出するフィン１３０と、チャネルベース面１２６（近隣のフィン１３０の間に）とを有する。したがって、本実施形態では、タービン１１０が、タービン１１０の外周１１１の円形縁部に延在する、連続固体の上を向く表面を有するように、タービン１１０の上面全体に開口または他の開口部がない。いくつかの実施形態では、タービン１１０の外周１１１は、約１．５２ｍ（約５フィート）以上、約２．１３ｍ〜約６．１０ｍ（約７フィート〜約２０フィート）、および河川または小川用途には好ましくは約２．４１ｍ（約７．９フィート）、ならびにいくつかの大洋用途には好ましくは約３．６６ｍ（約１２フィート）の直径を有してもよい。いくつかの可搬型実施形態では、タービン１１０の外周１１１は、河川または小川での一時使用のための可搬型電力ジェネレータ（例えば、通信機器または他のギアに電力を提供するための）を提供するために、リュックに入れて、または軍人用備品と共に搬送するのが容易であるように、約４インチ〜約１２インチ、好ましくは約６インチの直径を有してもよい。
【００３３】
依然として図４〜図１１を参照すると、本実施形態では、すべてのフィン１３０ａ〜ｅは、タービン１１０の外周１１１に円形縁部の半径方向内向きに位置付けられ、また、すべてのフィンは、タービン１１０の外周１１１より高い垂直高さに上向きに突出する。フィン１３０ａ〜ｅのそれぞれは、実質的に同一の形状およびサイズを有してもよく、凸面１３２と、反対側に配置される凹面１３３とを含んでもよい。各フィン１３０ａ〜ｅの凸面１３２は、中央に位置する上部凸状表面１２０に向かって延在する湾曲した隆起部に沿って、反対側に配置される凹面１３３と交差する。動作中、凸状表面１３２は、水が凸状表面１３２の上を流動する際の抗力を低減する、水中翼形状を有してもよく、一方、凹状表面１３３は、流体流動５０を捕捉し、方向付け直すように構成される。したがって、フィン１３０ａ〜ｅは、垂直軸タービン１１０が、垂直軸１１５に対して概して直角な第１の流動方向にタービン１１０の上を流動する流体、および同様に垂直軸１１５に対して概して直角な第２の反対流動方向にタービンの上を流動する流体の両方に応えて、垂直軸１１５を中心に回転方向１１６（図１〜図２）に回転するように配設される。
【００３４】
図４〜図５に示されるように、複数のフィン１３０ａ〜ｅは、垂直軸に対して非対称に位置付けられる。例えば、本実施形態では、フィン１３０ａ〜ｅのそれぞれは、タービン１１０の外周１１１に近接する外側フィン領域から中央上部凸状表面１２０に向かって延在する長さに沿って湾曲しており、各フィン１３０ａ〜ｅの凹面１３３は、隣接するフィンに向かって垂直軸１１５から離れるように延在する非半径方向に終端する。例証的な一実施例では、フィン１３０ａの凹面１３３は、外周１１１から離れるように中央上部凸状表面１２０に向かって延在するが、凹面１３３は、隣接するフィン１３０ｂを指す方向（中心垂直軸１１５に向かう半径方向ではない）に終端する。代替えの実施形態では、タービン１１０は、垂直軸１１５に対して対称に位置付けられるフィン１３０を備えてもよい、例えば、タービンは、垂直軸１１５に対して対称に位置付けられる、４つのフィン１３０を備えてもよいことを理解されたい。
【００３５】
フィン１３０ａ〜ｅの形状は、タービン１１０の上流部分１１２上のそれぞれのフィン１３０ａ〜ｅに接近する流体流動５０を支配するように構成することができる。さらに、また、フィン１３０ａ〜ｅの形状は、流体流動５０が上部凸状表面１２０の上を進行し、タービン１１０の下流部分１１４に鐘形状の輪郭を下る際に、流体流動を２回目に支配するようにも構成される。いくつかの流動調節では、フィン１３０ａ〜ｅの形状は、流体流動５０の運動エネルギーの支配にさらに別の利益を追加する、タービン１１０の上方の渦発生に寄与してもよい。いくつかの状況では、フィン１３０ａ〜ｅは、回転するタービン１１０の周囲の非層流がこれらの渦の周囲で整流するように促す、またはそれらをこれらの渦の周囲で整流させ、それによって、タービン１１０への抗力を低減する、渦（図４の各渦１１６を参照）を発生させることによって、タービン本体の外の乱流動を管理することができる。図４に示されるように、本実施形態では、フィン１３０ａ〜ｅは、垂直軸１１５に対して概して直角な流体流動５０に応えて、タービン１１０の垂直軸１１６を横断する少なくとも１つの渦１１６を発生させるように構成される。
【００３６】
依然として図４〜図１１を参照すると、タービン１１０の本実施形態では、中央に位置する上部凸状表面１２０は、垂直軸１１５に対して対称である。上部凸状表面１２０は、表面１２０が流体流動５０を誘導するドーム１２０として働くように、垂直断面が鐘形状の輪郭によって画定されてもよい（図１１を参照）。いくつかの実施形態では、図６〜図７に示されるように、フィン１３０ａ〜ｅのそれぞれは、中央上部凸状表面１２０の最上領域（頂部を含む）より低い垂直高さ１２８で終端する（終端点１３６を参照）。フィン１３０ａ〜ｅと上部凸状表面１２０との間のこの構造的関係は、チャネル１２５を通過して上部凸状表面１２０に向かう流体流動５０が、フィン１３０ａ〜ｅによる干渉なく、凸状表面１２０の最上領域の上を通ることができるため、タービン１１０がより効率的に動作し得る（抗力の影響を低減する）ようにし得る。また、いくつかの実施形態でも、中央上部凸状表面１２０の最上領域（頂部を含む）は、すべてのフィン１３０ａ〜ｅより大きい垂直高さ１２１を有する。例えば、フィン１３０ａ〜ｅのそれぞれの最大垂直高さは、上部凸状表面の垂直高さ１２１より小さくてもよい（図６〜図７に示される寸法１２９を参照）。ここでも同様に、いくつかの状況では、フィン１３０ａ〜ｅと上部凸状表面１２０との間のこの構造的関係は、タービン１１０の改善された効率を提供し得る。
【００３７】
したがって、いくつかの実施形態では、タービン１１０の上部凸状表面１２０は、最大垂直高さを有する上面に沿った構造を表す。本構成は、保守または修理のための取り外し中のタービンの容易な制動を提供し得る。例えば、いくつかの状況では、タービン１１０は、上部凸状表面１２０が水の水面４０の上方に上昇される際（フィン１３０ａ〜ｅが水面４０下の流体流動５０に暴露される際にさえ）、回転を自動的に停止してもよい。したがって、タービン１１０の上面に沿った構造は、タービンが浸漬されている間のタービン１１０の改善された効率を提供し、同時に、また、タービン１１０が完全に浸漬されていない際（例えば、上部凸状表面１２０が流体水面４０の上方にある際）の改善された安全性も提供することができる。
【００３８】
図１１に示されるように、上部凸状表面１２０およびチャネルベース面１２６（フィン１３０ａ〜ｅの間の）は、垂直断面が鐘形状の輪郭１２２によって画定される。本実施形態では、鐘形状の輪郭１２２は、垂直軸１１５に沿った任意の垂直断面を示すことを理解されたい。したがって、本実施形態では、上部凸状表面１２０は、タービン１１０の最上領域に、フィン１３０ａ〜ｅの間のチャネルベース面１２６に滑らかに移行するドームを提供する。したがって、特定の実施形態では、図１１に描写される鐘形状の輪郭１２２は、ベース形状から上向きに突出するフィンによって隔てられる「ベース形状」として働いてもよい。以下により詳細に記載されるように、タービン１１０の垂直断面の湾曲した輪郭１２２は、タービン１１０が２回以上の流体流動の方向変化から運動エネルギーを捕捉することを可能にする、圧力回収効果を促進する。
【００３９】
ここで、図１２を参照すると、タービンシステム（タービンシステム１００等）を製造する方法２００のいくつかの実施形態は、タービンを形成する成形作業を含むことができる。例えば、方法２００は、図４〜図１１に図示されるタービン１１０等の垂直軸タービンを成形する作業２１０を含んでもよい。そのような状況では、タービン１１０のすべての構成要素（上部凸状表面１２０、フィン１３０ａ〜ｅ、およびフィンの間のベース面１２６を含む）は、一体型構造として成形されてもよい。例えば、雌型マスター成形型は、それによってタービン１１０の描写される上面が効率的に形成されるように、成形可能なポリマーまたは複合材料（合成ポリマー（ナイロン（登録商標）、Ｍｙｌａｒ（登録商標））、繊維強化ポリマー（繊維ガラス、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標））、もしくは炭素繊維強化プラスチック（炭素繊維）等）を受容することができる。いくつかの実施形態では、駆動シャフト１３５（図３）は、駆動シャフト１３５が、タービン１１０に固定され、タービンの下面１１９（図１０）から下向きに延在するように、タービン１１０と一体成形することができる。一実施例では、駆動シャフト１３５は、成形プロセス中に雌型成形型に隣接する選択される位置に保持される、剛性金属シャフトを備えてもよい。このように、タービン１１０を形成するために使用される成形可能なポリマーまたは複合材料は、成形プロセス中に、駆動シャフト１３５の一方の端部と係合し、それに付着することができる。
【００４０】
また、方法は、任意選択の作業２２０および２３０のうちの１つも含んでもよい。例えば、作業２２０では、永久磁石ジェネレータ１４５（図３）等の電気ジェネレータをタービン１１０と基部構造１５０との間に位置付けるように取り付けることができる。図３に関連して前述されるように、この作業２２０は、基部構造１５０の下部筐体シェル１５４の上に取り付けられる筐体シェル１４２および１４４内に、ジェネレータ１４５を位置付けるステップを含んでもよい。別の実施例では、動作２３０は、ポンプ機構をタービン１１０と基部構造１５０との間に位置付けるように取り付けるステップを含んでもよい。図３に関連して前述されるように、この作業２３０は、基部構造１５０の下部筐体シェル１５４の上に取り付けられる筐体シェル１４２および１４４内に、ポンプ機構を位置付けるステップを含んでもよい。
【００４１】
依然として図１２を参照すると、また、方法２００は、タービン１１０が基部構造１５０に対して回転するよう構成されるように、垂直軸タービン１１０を基部構造１５０に取り付けるステップも含む。例えば、タービン１１０は、垂直軸１１５に対して概して直角な流動方向にタービン１１０に向かって流動する流体に応えて、基部構造１５０に対して垂直軸１１５を中心に回転してもよい。また、方法２００は、水域の底６０にしっかりと固定するための基部構造１５０（垂直軸タービンが取り付けられた）を準備する作業２５０も含むことができる。図１〜図３に関連して前述されるように、基部構造１５０は、タービンシステム１００が水流を有する河川、小川、大洋、または他の水域中に位置付けられる際に、タービンシステム１００の位置を固定するように構成される、多数のアンカー１５３を備えることができる。
【００４２】
ここで、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照すると、使用中、タービンシステム１００は、有利に、比較的緩やかに移動する流れの中でさえ、相当のレベルの電力を発生させるように、流体流動からのエネルギーを支配することができる。具体的には、タービン１１０の形状は、タービン１１０の回転運動１１６を推進するように、ニュートン力および圧力回収効果の相乗的組み合わせを提供することができる。このように、垂直軸タービン１１０は、タービン１１０が、流体がタービンの上面の上を流動する際の２回以上の流体流動の方向変化から、運動エネルギーを捕捉することを可能にする。
【００４３】
例えば、図１３Ａに示されるように、流体流動５０は、流体５０の一部分が上流部分１１２のチャネル１２５（例えば、本実施例では、フィン１３０ａと１３０ｅとの間のチャネル１２５）に促されるように、タービン１１０の上流部分１１２に向かって前進することができる。フィン１３０ａ〜ｅの形状、ならびに表面１２０および１２６を少なくとも部分的に画定する鐘形状の輪郭１２２（図１１）は、タービン１１０の上面に沿った多数の激しい方向変化を通して、流体流動を管理する、ないしは別の方法で制御する働きをすることができる。ここで、近隣のフィン１３０ａと１３０ｅとの間のチャネル１２５に流入するように方向付けられる流体５０は、タービン１１０の回転運動１１６を促すニュートン力を生成するように、少なくともフィン１３０ａの凹面１３３に作用する。したがって、流体流動５０は、流体流動５０がタービン１１２の上流部分に沿って通る際の第１のインスタンにおいて、フィン１３０ａ〜ｅに作用する。チャネルのそれぞれは、上部凸状表面１２０に通じる、それぞれのベース面１２６を含む。したがって、流体流動５０が、図１３Ａに示されるように、チャネル１２５に沿って進む際、近隣のフィン１３０ａおよび１３０ｅは、流体を上部凸状表面１２０に方向付ける働きをする。また、いくつかの状況では、二次流動も、少なくとも１つのフィンの凹状表面に作用して、タービン１１０の回転をさらに促すように、上流部分１１２に沿った別のチャネルに入ってもよい（フィン１３０ｂに作用する点線フロー矢印を参照）。
【００４４】
図１３Ｂに示されるように、上流部分１１２に沿ってチャネル１２５を通って流動する流体５０は、フィン１３０ａ〜ｅによって方向付け直され（それによってタービン１１０の回転を促すニュートン力を提供する）、一方、また、流体５０は、上部凸状表面１２０に向かって、チャネル１２５のベース面１２６の鐘形状の輪郭１１２（図１１）に沿って上方に横断する。この流体流動５０の方向変化は、流体に下流部分１１４に沿った圧力回収効果をもたらす。したがって、流体流動５０は、上流部分に沿ってチャネル１２５から出て、上部凸状表面１２０の頂部の上を進行する。この段階で、流体流動５０は、タービン１１０の下流部分１１４に沿った１つ以上のチャネル１２５への、鐘形状の輪郭１２２（図１１）に沿ったその下向き経路を開始する。特定の流動調節では、タービン１１０の回転中、一部の流体流動は、１つ以上のフィンの凸状表面の上を通ってもよく（フィン１３０ｃおよび１３０ｄの上を通る点線フロー矢印を参照）、依然としてタービン１１０は、効率的に回転し続けることができることを理解されたい。
【００４５】
図１３Ｃに示されるように、流体５０が、タービン１１０の下流部分１１４のチャネル１２５のうちの１つ以上に向かって上部凸状表面１２０を下るように方向付けられる間、流体は、この場合も同様に、それぞれのフィン（描写される本実施形態ではフィン１３０ｂおよび１３０ｃ）の凹状表面に作用する。したがって、タービン１１０の下流部分１１４のこれらのフィン１３０ｂおよび１３０ｃは、この場合も同様に、タービン１１０の回転運動１１６を促すニュートン力の第２のインスタンスを提供する、流体流動の方向変化を捕捉する。さらに、流体５０が上部凸状表面１２０から下流部分１１４にこの経路内を移動する際、チャネル１２５のうちの１つ以上内に、下流部分１１４に沿って高圧領域１３８（図４も参照）を発達させる、圧力回収効果が生じ、これは、さらにより大きい力をタービンの下流部分１１４のそれぞれのフィン１３０ｂおよび１３０ｃに作用させるのに寄与する。したがって、タービン１１０の形状（フィン１３０ａ〜ｅ、上部凸状表面１２０、および鐘形状の輪郭１２２を含む）は、タービン１１０の回転運動１１６を推進するように、ニュートン力および圧力回収効果の相乗的組み合わせに寄与し得、これは、比較的流れの緩やかな水流中でさえ、相当の回転力を有利に提供することができる。
【００４６】
例えば、タービン１１０は、直径が約２．４１ｍ（約７．９フィート）の上面（回転の垂直軸の周囲を中心とする）を有するように構成することができ、流れの緩やかな河川または小川の概して水平な水流に浸漬される際にさえ、相当のレベルの電力を産出するのに十分な機械的回転運動を発生させるために使用することができる。いくつかの実施形態では、タービンシステム１００（直径が約７．９フィートのタービン１１０を有する）が、約１．０３ｍ／ｓ（約２ノット）の流れを有する流れの緩やかな河川または小川内に浸漬される際、タービンは、約３．５ｒｐｍの速度で回転し、同時に、また、相当の軸馬力を伴う機械的回転運動（例えば、例えば相当のレベルの電力またはポンプ送出力を産出するのに十分な）も発生させてもよい。また、タービンシステム１００（直径が約２．４１ｍ（約７．９フィート）のタービン１１０を有する）が、約３．０９ｍ／ｓ（約６ノット）のより適度な流れの中に浸漬される際、タービンは、約１１ｒｐｍの安全な速度で回転し、同時に、また、相当の軸馬力を伴う機械的回転運動（例えば、例として相当のレベルの電力またはポンプ送出力を産出するのに十分な）も発生させてもよい。タービン１１０は、河川、小川、または大洋環境内で再生可能なエネルギーを発生させるように動作する一方で、これらの回転速度で、タービン１１０は、魚または他の海洋生物にとって概して安全であると考えられる。別の実施例では、タービン１１０は、直径が約３．６６ｍ（約１２フィート）の主本体（回転の垂直軸の周囲を中心とする）を有するように構成することができ、垂直軸１１５に対して概して直角に流動する大洋潮流中に浸漬される際、相当の軸馬力を伴う機械的回転運動（例えば、例えば相当のレベルの電力を産出するのに十分な）を発生させるために使用することができる。いくつかの実施形態では、タービンシステム１００（直径が約３．６６ｍ（約１２フィート）のタービン１１０を有する）が大洋潮流中に浸漬される際、タービン１１０は、魚および他の海洋生物にとって安全な速度で回転し、同時に、また、相当のレベルの電力を産出するのに十分であると考えられる機械的回転運動も発生させてもよい。
【００４７】
本発明の多数の実施形態が記載されてきた。それでもなお、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われてもよいことが理解される。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【符号の説明】
【００４８】
５０  流体流動
１００  タービンシステム
１１０  タービン
１１５  垂直軸
１１６  回転運動
１２０  上部凸状表面
１２５  チャネル
１２６  ベース面
１３０  フィン
１３５  駆動シャフト
１４０  封止された筐体
１４２  第１のシェル
１４４  第２のシェル
１４５  永久磁石ジェネレータ
１４６  ギアシステム
１５０  基部構造
１５２  台座構造
１５４  下部筐体シェル
１５５  軸受部材
１５６  ライン
１６０  電子システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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