(57)【要約】風力タービン３０がダクト３４を持つ。中央ダクト部分４６が、それぞれダクト３４の主吸気口５４および排気口５６を持つ吸気ダクト部分４４と排気ダクト部分４８の間に位置している。ローター８０が、中央ダクト部分４６に位置して、シャフト８２を持ち、シャフトからブレード８８が伸びている。ブレード８８は、完全に中央ダクト部分４６内に位置している。好ましくは、スプリッタ６０が吸気ダクト部分４４内に位置して上下のサブトンネル６１、６２を提供し、両方が中央ダクト部分４６に給気する。中央ダクト部分４６の上下の内側壁９１、９２は、シャフト８２の回転軸８４において実質的に中心を合わせられる、実質的に円形の平面形状を持つ。隙間間隔９３、９４が、それぞれ、ブレード８８と上下の内側壁９１、９２との間に位置する。
2007528467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン機器であって、
前記機器の長手方向の軸に沿って延在し、
前記長手方向の軸の第１端部において主吸気口開口部を有する吸気口部分と、
前記長手方向の軸の第２端部において主排気口開口部を有する排気口部分と、
前記吸気口と排気口部分との間に位置する中央部分とを備え、前記吸気口部分が、前記中央部分経由で前記排気口部分に流体的に連結されているダクトと、
前記ダクトの前記中央部分に位置し、
前記中央ダクト部分を通して回転軸に沿って延在する軸を備え、前記回転軸のまわりに回転するように適合されるローターであって、前記長手方向の軸は、前記回転軸と交差し、前記長手方向の軸と前記回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間であり、前記長手方向の軸と前記ダクトを通して流れる風の全体的な風の流れ方向との間で形成される長手方向の角度は、前記機器が風の流れによって駆動されている時は、約４５度未満であり、
前記軸から延在し、前記ダクトの前記中央部分内に、完全に位置しているブレードを備えるローターと、
前記ダクトの前記吸気口部分に位置するスプリッタであって、前記ダクトの前記吸気口部分は、上部サブトンネル及び前記スプリッタによって分割される下部サブトンネルを備え、前記上下のサブトンネルが、前記ダクトの前記中央部分の中央部分吸気口に、両方とも給気し、前記中央部分吸気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分の中央部分排気口より前記主吸気口開口部に、より近くにあり、そして、前記中央部分排気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分吸気口より前記主排気口開口部に、より近くにあるスプリッタと、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有する前記中央ダクト部分の上部内側壁であって、上部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記上部内側壁との間に位置する上部内側壁と、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有し、前記中央ダクト部分の前記上部内側壁の反対側でかつそれに対向する前記中央ダクト部分の下部内側壁であって、下部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間に位置する下部内側壁とを備え、側面隙間間隔が、前記ブレードの側面と前記中央ダクト部分との間に位置する
ことを特徴とする風力タービン機器。
【請求項２】
前記スプリッタは、概ねくさび状であり、より小さなその案内端が、そのより大きな追従端より前記主吸気口開口部に近くに位置することを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項３】
前記上部サブトンネルの上部吸気口の上部吸気口断面領域は、前記上部サブトンネルの上部排気口の上部排気口断面領域より大きく、前記上部サブトンネルの前記上部吸気口は、前記上部サブトンネルの前記上部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記下部サブトンネルの下部吸気口の下部吸気口断面領域は、前記下部サブトンネルの下部排気口の下部排気口断面領域より大きく、前記下部サブトンネルの前記下部吸気口は、前記下部サブトンネルの前記下部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記上下のサブトンネルの前記上下の排気口は、前記ダクトの前記中央部分に、両方とも給気することを特徴とする請求項２に記載の風力タービン機器。
【請求項４】
前記上部吸気口断面領域の寸法は、前記下部吸気口断面領域の約１９％と約３５％との間であることを特徴とする請求項３に記載の風力タービン機器。
【請求項５】
前記ローターは、２、３、４、５、６、７および８からなるグループから選択される数のブレードを有することを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項６】
前記上部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項７】
前記下部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項８】
前記回転軸に対しておよび前記長手方向の軸に対して前記主吸気口開口部の主吸気口断面領域の吸気口重心より高く位置する前記主排気口開口部の主排気口断面領域の排気口重心を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項９】
前記主排気口断面領域は、前記主吸気口断面領域とおよそ等しいことを特徴とする請求項８に記載の風力タービン機器。
【請求項１０】
前記ダクトの第１側部の外に位置し、前記軸の第１端部に回転可能に連結される第１の発電機であって、前記第１の発電機の第１の発電機ローターが、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第１の発電機と、
前記ダクトの第２側部の外に位置し、前記軸の第２端部に回転可能に連結される第２の発電機であって、前記第２の発電機の第２の発電機ローターが、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第２の発電機と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１１】
前記排気口ダクト部分の外側上面区画は、前記長手方向の軸と実質的に平行であり、
実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主排気口開口部にすぐ近くにあることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１２】
前記排気口ダクト部分の外側底面区画は、前記長手方向の軸と実質的に平行であり、
実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主排気口開口部にすぐ近くにあることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１３】
前記ダクトの外側の側面は、実質的に平坦な平面形状を有し、かつ前記長手方向の軸と実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１４】
前記吸気ダクト部分の外側上面区画は、前記長手方向の軸と実質的に平行であり、実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主吸気口開口部にすぐ近くにあることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１５】
内側底面吸気口角が、前記吸気口ダクト部分の内側底面区画と前記長手方向の軸との間に形成され、前記内側底面吸気口角は鋭角をなし、前記内側底面区画は、実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主吸気口開口部にすぐ近くにあることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１６】
内側上面排気口角が、前記排気口ダクト部分の内側上面区画と前記長手方向の軸との間に形成され、前記内側上面排気口角は鋭角をなし、前記内側上面区画は実質的に平坦な平面形状を有し、および前記中央ダクト部分にすぐ近くにあることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１７】
前記内側上面排気口角は、約２６度と約３９度との間であることを特徴とする請求項１６に記載の風力タービン機器。
【請求項１８】
前記中央ダクト部分の中央部分排気口の中央部分排気口断面領域は、前記主排気口開口部の前記主排気口断面領域より小さいことを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項１９】
内側底面排気口角が、前記排気口ダクト部分の内側底面区画と前記長手方向の軸との間で形成され、前記内側底面排気口角は鋭角をなすことを特徴とする請求項１８に記載の風力タービン機器。
【請求項２０】
曲線状の遷移区画が、前記中央部分排気口に位置し、前記排気口ダクト部分の前記内側底面区画と前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間を接続することを特徴とする請求項１９に記載の風力タービン機器。
【請求項２１】
前記ダクトに取り付けられた第１の支持スタンド部分と、
前記第１の支持スタンド部分に回動可能に連結された第２の支持スタンド部分と、
を更に備え、前記第１の支持スタンド部分は、前記第２の支持スタンド部分に対して、垂直軸のまわりに旋回するように適合される
ことを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２２】
前記吸気口ダクト部分は、前記長手方向の軸に沿って第１の長さを有し、前記排気口ダクト部分は、前記長手方向の軸に沿って第２の長さを有し、および、前記中央ダクト部分は、前記長手方向の軸に沿って第３の長さを有し、前記第１の長さは、前記第２の長さとおよそ等しく、かつ前記第３の長さは、前記第１の長さの約２倍であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２３】
前記排気口ダクト部分の内側上面区画は、前記長手方向の軸と実質的に平行であり、実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主排気口開口部にすぐ近くにあり、前記排気口ダクト部分の内側底面区画は、前記長手方向の軸および前記内側上面区画と実質的に平行であり、
前記内側底面区画は、実質的に平坦な平面形状を有し、および前記主排気口開口部にすぐ近くにある
ことを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２４】
前記長手方向の角度は約ゼロ度であり、および、前記ローター角度は約９０度であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２５】
前記側面隙間間隔、前記上部隙間間隔および前記下部隙間間隔は、およそ同じ寸法であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２６】
前記側面隙間間隔は、各々約１０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン機器。
【請求項２７】
風力タービン機器であって、
前記機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って延在し、
前記長手方向の軸の第１端部において主吸気口開口部を有する吸気口部分と、
前記長手方向の軸の第２端部において主排気口開口部を有する排気口部分と、
前記吸気口と排気口部分との間に位置する中央部分とを備え、前記吸気口部分が、前記中央部分経由で前記排気口部分に流体的に連結されているダクトと、
前記ダクトの前記中央部分に位置し、
前記中央ダクト部分を通して回転軸に沿って延在する軸を備え、前記回転軸のまわりに回転するように適合されるローターであって、前記長手方向の軸は、前記回転軸と交差し、前記長手方向の軸と前記回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間であり、前記長手方向の軸と前記ダクトを通して流れる風の全体的な風の流れ方向との間で形成される長手方向の角度は、前記機器が風の流れによって駆動されている時は、約４５度未満であり、
前記軸から延在し、前記ダクトの前記中央部分内に、完全に位置しているブレードを備えるローターと、
前記ダクトの前記吸気口部分に位置するスプリッタであって、前記ダクトの前記吸気口部分は、上部サブトンネル及び前記スプリッタによって分割される下部サブトンネルを備え、前記スプリッタは、概ねくさび状であり、より小さなその案内端が、そのより大きな追従端より前記主吸気口開口部に近くに位置し、
前記上部サブトンネルの上部吸気口の上部吸気口断面領域は、前記上部サブトンネルの上部排気口の上部排気口断面領域より大きく、前記上部サブトンネルの前記上部吸気口は、前記上部サブトンネルの前記上部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記下部サブトンネルの下部吸気口の下部吸気口断面領域は、前記下部サブトンネルの下部排気口の下部排気口断面領域より大きく、前記下部サブトンネルの前記下部吸気口は、前記下部サブトンネルの前記下部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記上下のサブトンネルの前記上下の排気口は、前記ダクトの前記中央部分の中央部分吸気口に、両方とも給気し、前記中央部分吸気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分の中央部分排気口より前記主吸気口開口部に、より近くにあり、そして、前記中央部分排気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分吸気口より前記主排気口開口部に、より近くにあるスプリッタと、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有する前記中央ダクト部分の上部内側壁であって、上部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記上部内側壁との間に位置する上部内側壁と、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有し、前記中央ダクト部分の前記上部内側壁の反対側でかつそれに対向する前記中央ダクト部分の下部内側壁であって、下部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間に位置する下部内側壁とを備え、側面隙間間隔が、前記ブレードの側面と前記中央ダクト部分との間に位置し、
前記主排気口開口部の主排気口断面領域の排気口重心が、前記回転軸に対しておよび前記長手方向の軸に対して前記主吸気口開口部の主吸気口断面領域の吸気口重心より高く位置する、
ことを特徴とする風力タービン機器。
【請求項２８】
風力タービン機器であって、
前記機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って延在し、
前記長手方向の軸の第１端部において主吸気口開口部を有する吸気口部分と、
前記長手方向の軸の第２端部において主排気口開口部を有する排気口部分と、
前記吸気口と排気口部分との間に位置する中央部分とを備え、前記吸気口部分が、前記中央部分経由で前記排気口部分に流体的に連結されているダクトと、
前記ダクトの前記中央部分に位置し、前記中央ダクト部分を通して回転軸に沿って延在する軸を備え、前記回転軸のまわりに回転するように適合されるローターであって、前記長手方向の軸は、前記回転軸と交差し、前記長手方向の軸と前記回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間であり、前記長手方向の軸と前記ダクトを通して流れる風の全体的な風の流れ方向との間で形成される長手方向の角度は、前記機器が風の流れによって駆動されている時は、約４５度未満であり、前記軸から延在し、前記ダクトの前記中央部分内に、完全に位置しているブレードを備えるローターと、
前記ダクトの前記吸気口部分に位置するスプリッタであって、前記ダクトの前記吸気口部分は、上部サブトンネル及び前記スプリッタによって分割される下部サブトンネルを備え、前記スプリッタは、概ねくさび状であり、より小さなその案内端が、そのより大きな追従端より前記主吸気口開口部に近くに位置し、
前記上部サブトンネルの上部吸気口の上部吸気口断面領域は、前記上部サブトンネルの上部排気口の上部排気口断面領域より大きく、前記上部サブトンネルの前記上部吸気口は、前記上部サブトンネルの前記上部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記下部サブトンネルの下部吸気口の下部吸気口断面領域は、前記下部サブトンネルの下部排気口の下部排気口断面領域より大きく、前記下部サブトンネルの前記下部吸気口は、前記下部サブトンネルの前記下部排気口より前記吸気口部分の前記主吸気口開口部に、より近くに位置しており、
前記上下のサブトンネルの前記上下の排気口は、前記ダクトの前記中央部分の中央部分吸気口に、両方とも給気し、前記中央部分吸気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分の中央部分排気口より前記主吸気口開口部に、より近くにあり、
そして、前記中央部分排気口は、前記長手方向の軸に沿って前記中央部分吸気口より前記主排気口開口部に、より近くにあるスプリッタと、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有する前記中央ダクト部分の上部内側壁であって、上部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記上部内側壁との間に位置する上部内側壁と、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有し、前記中央ダクト部分の前記上部内側壁の反対側でかつそれに対向する前記中央ダクト部分の下部内側壁であって、下部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間に位置する下部内側壁とを備え、側面隙間間隔が、前記ブレードの側面と前記中央ダクト部分との間に位置し、
前記主排気口開口部の主排気口断面領域の排気口重心が、前記回転軸に対しておよび前記長手方向の軸に対して前記主吸気口開口部の主吸気口断面領域の吸気口重心より高く位置し、
前記ダクトの第１側部の外に位置し、前記軸の第１端部に回転可能に連結される第１の発電機であって、前記第１の発電機の第１の発電機ローターは、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第１の発電機と、
前記ダクトの第２側部の外に位置し、前記軸の第２端部に回転可能に連結される第２の発電機であって、前記第２の発電機の第２の発電機ローターは、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第２の発電機と、
を備える風力タービン機器。
【請求項２９】
風力タービン機器であって、
前記機器の長手方向の軸に沿って延在し、
前記長手方向の軸の第１端部において主吸気口開口部を有する吸気口部分と、
前記長手方向の軸の第２端部において主排気口開口部を有する排気口部分と、
前記吸気口と排気口部分との間に位置する中央部分とを備え、前記吸気口部分が、前記中央部分経由で前記排気口部分に流体的に連結されているダクトと、
前記ダクトの前記中央部分に位置し、
前記中央ダクト部分を通して回転軸に沿って延在する軸を備え、前記回転軸のまわりに回転するように適合されるローターであって、前記長手方向の軸は、前記回転軸と交差し、前記長手方向の軸と前記回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間であり、前記長手方向の軸と前記ダクトを通して流れる風の全体的な風の流れ方向との間で形成される長手方向の角度は、前記機器が風の流れによって駆動されている時は、約４５度未満であり、
前記軸から延在し、前記ダクトの前記中央部分内に、完全に位置しているブレードを備えるローターと、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有する前記中央ダクト部分の上部内側壁であって、上部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記上部内側壁との間に位置する上部内側壁と、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有し、前記中央ダクト部分の前記上部内側壁の反対側でかつそれに対向する前記中央ダクト部分の下部内側壁であって、下部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間に位置する下部内側壁と、
前記ダクトの第１側部の外に位置し、前記軸の第１端部に回転可能に連結される第１の発電機であって、前記第１の発電機の第１の発電機ローターは、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第１の発電機と、
前記ダクトの第２側部の外に位置し、前記軸の第２端部に回転可能に連結される第２の発電機であって、前記第２の発電機の第２の発電機ローターは、前記回転軸のまわりに回転するように適合される第２の発電機と
を備える風力タービン機器。
【請求項３０】
風力タービン機器であって、
前記機器の長手方向の軸に沿って延在し、
前記長手方向の軸の第１端部において主吸気口開口部を有する吸気口部分と、
前記長手方向の軸の第２端部において主排気口開口部を有する排気口部分と、
前記吸気口と排気口部分との間に位置する中央部分とを備え、前記吸気口部分が、前記中央部分経由で前記排気口部分に流体的に連結されているダクトと、
前記ダクトの前記中央部分に位置し、
前記中央ダクト部分を通して回転軸に沿って延在する軸を備え、前記回転軸のまわりに回転するように適合されるローターであって、前記長手方向の軸は、前記回転軸と交差し、前記長手方向の軸と前記回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間であり、前記長手方向の軸と前記ダクトを通して流れる風の全体的な風の流れ方向との間で形成される長手方向の角度は、前記機器が風の流れによって駆動されている時は、約４５度未満であり、
前記軸から延在し、前記ダクトの前記中央部分内に、完全に位置しているブレードを備えるローターと、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有する前記中央ダクト部分の上部内側壁であって、上部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記上部内側壁との間に位置し、前記上部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満である上部内側壁と、
前記回転軸で実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を有し、前記中央ダクト部分の前記上部内側壁の反対側でかつそれに対向する前記中央ダクト部分の下部内側壁であって、下部隙間間隔が、前記ブレードがそのそばを通過する時、前記ブレードと前記中央ダクト部分の前記下部内側壁との間に位置し、前記下部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満である下部内側壁と、を備え約１０ｍｍ未満の側面隙間間隔が、前記ブレードの側面と前記中央ダクト部分との間に位置することを特徴とする風力タービン機器。
【請求項３１】
前記ローターは、約２メートル未満の直径を有し、前記上部隙間間隔は、約３ｍｍ未満であり、前記下部隙間間隔は、約３ｍｍ未満であり、前記側面隙間間隔の各々は約３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項３０に記載の風力タービン機器。
【請求項３２】
前記ローターは、約３メートル未満の直径を有し、前記上部隙間間隔は、約５ｍｍ未満であり、前記下部隙間間隔は、約５ｍｍ未満であり、前記側面隙間間隔の各々は約５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項３０に記載の風力タービン機器。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に風力タービンに関するものである。一態様において、それは特に電気的な動力発生に用いられる風洞内の風力タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの人々が、風の中に含まれる運動エネルギーを取り込み、発電のような動力を発生させるために利用する方法を追求してきた。紀元前１７００年頃以降、風車が、例えば機械を駆動するか、または水を汲み出し／移動させるための回転エネルギーを提供するなどの動力を発生させるために使用されてきた。近年、風の運動エネルギーから電気を発生させるために数多くの発明および設計が開発され、テストされ、そして一部が実際に使用された。
例えば、水流と比較すると、風の流れの単位断面積に含まれる運動エネルギーは、幾分限られている。一般的に風力発電機を商業的に採用するには、きわめて大規模な装置を必要とする。現在まで、電気を商業的に発生させるのに比較的成功した唯一の風力タービンは、風インペラである。例えば、典型的な風インペラ２０が、図１に示されている。例えば、Ｐａｕｌ  Ｇｉｐｅによる「１９９０年以降の家庭及びビジネス向け再生可能エネルギーのための風力（ＷｉｎｄＰｏｗｅｒ  ｆｏｒ  Ｈｏｍｅ  ＆  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｆｏｒ  １９９０  ａｎｄ  Ｂｅｙｏｎｄ）」という題名の本が、風力発電機として風インペラを使用することについて詳細な記述を提供している。他のほとんどのまたは全ての風力発電機設計は、あまりに複雑なまたはこみいった構造のために、商業的に使用されることができなかった。他の従来の設計の複雑な構造により、この種の風力発電機は一般的に大規模に組み込むのが難しく、および／または大規模に組み込むにはあまりに高価である。
ほとんどのまたは全ての風力発電機は、風のエネルギーを取り込んで、風力発電機を駆動するために使用される空気力学機構に関して、２つのカテゴリのうちの１つに分類されることになる。第１のカテゴリは、風インペラタイプの風力発電機を含む（例えば図１のインペラ２０参照）。風インペラは、一般的に、概ね風の流れ方向に整列配置された軸のまわりに回転するブレードを持つ。この種の回転軸は、通常水平である。ブレードは一般的に、風の流れ方向に対して概ね直角な垂直面内に配置され、各ブレードは風に対して数度傾けられている。風がブレードに対抗して、横切って流れるときに、風は、ヘリコプタブレード上の揚力分力と同様の分力、飛行機の翼上の揚力分力と同様の分力、および／または飛行機のプロペラ上の推進分力と同様の分力によって、しかし、反対の力方向にブレードを押す。風速の他に、各ブレードに及ぼされる「揚」力の大きさは、風に対するブレードの角度、ブレードの空気力学形状（断面形状）およびブレードの寸法に依存する。
風力発電機用のインペラタイプの設計には、例えば、低効率、高騒音、露出した回転するブレードの危険性（例えば、鳥に対して危険）、スペース要件および、所定の環境に対する適切なブレード材料を選択する際の困難を含む多くの欠点がある。
風力発電機の第２のカテゴリは、風の流れ方向に対して概ね垂直な回転軸を有する風力タービンタイプを含む。この種の風力タービンは、一般的に平坦なブレード、ある角度をなすブレードまたは曲がったブレードを持つ。回転軸は、例えば、水平でもよく（例えば米国特許１，３００，４９９、１，９３５，０９７、４，０１７，２０４、４，１２７，３５６、４，１９１，５０５、４，３５７，１３０および５，００９，５６９；および他国／地域特許ＦＲ  ２，４４６，３９１、ＦＲ  ２，４７２０９３、ＤＥ  ２，７３２，１９２、ＧＢ  ２，１８５，７８６およびＵＳＳＲ  １，２６８，７９２を参照）、または垂直であってもよい（例えば米国特許２，３３５，８１７、４，０７４、９５１、４，０７６，４４８、４，２７８，８９６、４，３５０，９００、４，７６４，６８３、５，０３８，０４９、５，０８３，８９９、５，３３２，３５４、６，１５８，９５３、６，１９１，４９６、６，２７０，３０８、６，３０９，１７２および６，５３８，３４０；  および他国／地域特許ＤＥ  ２，５０５，９５４およびＪＰ  １２５１を参照）。
第２のカテゴリの風力発電機は、タービンの駆動力に基づいていくつかのグループに分割されることができる。第１のグループにおいて、風とタービンブレードとの間の抵抗力が、タービンに回転を引き起こすための駆動力を発揮する。この種の抵抗力は、ブレード上を通過する空気とタービンブレード自体との間の速度差異に依存し、以下の等式によって説明される：
γ＝ηρａｉｒ（Δｕ）２／２、
ここでγは風力タービンの駆動力、ηはタービンブレードと空気との間の摩擦係数、ρａｉｒは空気密度、Δｕは空気と風力タービンブレードとの間の速度差異である。摩擦係数がしばしばきわめて小さな数であるので、この種の風力タービンは、駆動力として空気揚力を使用する風力タービン（例えば図１において示される風インペラ）ほど効率的ではない。
抵抗力を使用するこの種の風力タービンは、一般的に、大部分または全面的に露出したブレード、または風ダクトまたは風洞構造内に設置され、または部分的におおわれ、タービンブレード末端と空気ダクトの内側壁との間に大きな間隔を持つブレードを有する（例えば米国特許１，３００，４９９、２，３３５，８１７、４，０７４，９５１、４，１９１，５０５、４，２７８，８９６、４，３５７，１３０、４，７６４，６８３、６，１９１，４９６、６，３０９，１７２および６，５３８，３４０；および他国／地域特許ＤＥ  ２，７３２，１９２、ＧＢ  ２，１８５，７８６およびＵＳＳＲ  １，２６８，７９２を参照）。
第２のカテゴリの第２のグループは、風の運動エネルギーの最大量を使用するよう努める。第２のグループの主要な駆動力は、以下のように表現されることができる：
γ＝Δｐ、
ここで、Δｐは風力タービンブレードの表面と裏面の間の圧力差である。第２のグループにおいて、風力タービンブレードはダクトまたは成型された風洞内に設置される。タービン中の風の流れの道筋に沿って、タービンブレード末端と風ダクト内壁との間の間隔は最小化され、そのため、この種の間隔を通しての風の流れは無視してよい。この風は、風ダクトから流出する前に、タービンブレードを押してローターを回転させなければならない。この種の風力発電機の例は、数多くの特許において図と共に記載されている（例えば米国特許１，９３５，０９７、４，３５０，９００、５，００９，５６９、５，０８３，８９９および５，３３２，３５４；および他の国／地域特許ＦＲ  ２，４４６，３９１およびＦＲ  ２，４７２，０９３を参照）。
理論的には、タービンのこの第２のグループの駆動力は、タービンの第１のカテゴリの揚力より非常に大きいことになる。タービンロータが静止状態にあるときに、駆動力は（特定のブレード位置で）最大、すなわち、風ダクト吸気口領域を通して流れる風の運動エネルギーの１００％に到達する。この最大駆動力は、以下の等式によって説明されることができる：
γ＝ρａｉｒ（ｕｗ）２／２、
ここで、ｕｗは風速である。
タービンブレードと風ダクトとの間の最小化された間隔を有する風力タービンを製造しおよび／または組立てるには、隙間間隔を最小化するために必要とされる公差を制御するために高い水準の製造品質を必要とする。これは、第２のカテゴリの第３のグループに通じる。間隔を最小化する困難および／または費用を避けるために、第３のグループの多くの従来の風力タービン設計は、第２のカテゴリの第１と第２のグループとの間またはそれらの組合せである（例えば米国特許４，０１７，２０４、４，０７６，４４８、４，１２７，３５６、５，０３８，０４９、６，１５８，９５３および６，２７０，３０８；および他国／地域特許ＤＥ  ２，５０５，９５４およびＪＰ  １２５１を参照）。第３のグループにおいて、風タービンの多くは、また、変化する（例えば、漸減する）間隔を有するある種の風通風筒構造をも採用する。この種の通風筒構造においては、通風筒構造の内側壁とタービンブレード末端との間の間隔は、一般的に風の流れの経路の１つのポイントだけまたはきわめて短い長さに沿ってだけで最小化されている。したがって、風によるタービンブレードへの駆動力は、抵抗力と圧力差の組合せである。
風力タービンのインペラタイプのブレード（第１のカテゴリ）は、できる限り多量の風を捕えるために完全に風に対向する。しかし風力タービンの第２のカテゴリについては、通常タービンブレードの半分だけが風に対向している。この種のタービンの別の半分のブレードは通常は風と反対方向に回転する。したがって、風と反対方向に動くブレードは、風からしばしばブロックされる（例えば米国特許１，３００，４９９、１，９３５，０９７、２，３３５，８１７、４，０１７，２０４、４，０７４，９５１、４，１２７，３５６、４，２７８，８９６、４，３５７，１３０、４，７６４，６８３、５，００９，５６９および６，２７０，３０８；および他国／地域特許ＦＲ  ２，４４６，３９１、ＦＲ  ２，４７２０９３、ＤＥ  ２，７３２，１９２、ＧＢ  ２，１８５，７８６およびＵＳＳＲ  １，２６８，７９２を参照）。風力タービンの第２のカテゴリの効率を改善するために、多くの設計が、半分を超えるタービンブレードがローターの所定の回転位置において風によって押されることができるように、風の流れ方向を変えるように開発されてきた（例えば米国特許４，０７６，４４８、４，１９１，５０５、４，３５０，９００、５，３３２，３５４、６，１５８，９５３および６，３０９，１７２；および他国／地域特許ＤＥ  ２，５０５，９５４およびＪＰ  １２５１を参照）。頻繁に、この種の設計には、きわめて複雑な構造が関与する。したがって、この種の風力発電機によって発生される電気と比較すると、この種の設計を製造するコストは、しばしばあまりに大きく、および／または、この種の設計は、大規模機械に適していない。
風の流れの単位断面積における運動エネルギーがきわめて限られているので、多くの設計はベンチュリ形状を有するダクトを用いて風エネルギーを１点に集めることを試みる（例えば米国特許１，９３５，０９７、４，０１７，２０４、４，０７６，４４８、４，１２７，３５６、４，５０８，９７３、４，９６３，７６１、５，００９，５６９および６，２４６，１２６；および他国／地域特許ＦＲ  ２，４７２，０９３、ＧＢ  ２，１８５，７８６およびＵＳＳＲ  １，２６８，７９２を参照）。この種の設計の風ダクトの（風の流れ方向に対して垂直な）吸気口断面積は、通常ローターにおける風力タービンの断面積より非常に大きい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
上で概説された問題および要求は、本発明の実施態様によって対処されることができる。本発明の一態様に従って、ダクト、ローターおよびスプリッタを含む風力タービン機器が提供される。ダクトは、機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って伸びる。ダクトは、吸気口部分、排気口部分および中央部分を含む。吸気口部分は、長手方向の軸の第１端部に位置する。吸気口部分は、主吸気口開口部を持つ。排気口部分は、長手方向の軸の第２端部に位置する。排気口部分は、主排気口開口部を持つ。中央部分は、吸気口と排気口部分の間に位置する。吸気口部分は、中央部分経由で排気口部分に流体的に接続されている。ローターは、ダクトの中央部分に位置する。ローターは、軸およびブレードを含む。軸は、中央ダクト部分中を回転軸に沿って伸びる。ローターは、回転軸のまわりに回転するように適合される。長手方向の軸は、回転軸と交差する。長手方向の軸と回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間である。機器が風の流れによって駆動される時、長手方向の軸とダクトを通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度は、約４５度未満である。ブレードは、軸から伸びる。ブレードは、完全にダクトの中央部分の中に位置する。スプリッタは、ダクトの吸気口部分に位置し、それにより、ダクトの吸気口部分は、スプリッタによって分割される上部サブトンネル及び下部サブトンネルを備える。スプリッタは、概ねくさび状であり、そのより小さな案内端は、そのより大きな追従端より主吸気口開口部により近くに位置する。上部サブトンネルの上部吸気口の上部吸気口断面領域は、上部サブトンネルの上部排気口の上部排気口断面領域より大きい。上部サブトンネルの上部吸気口は、上部サブトンネルの上部排気口より吸気口部分の主吸気口開口部に、より近くに位置する。下部サブトンネルの下部吸気口の下部吸気口断面領域は、下部サブトンネルの下部排気口の下部排気口断面領域より大きい。下部サブトンネルの下部吸気口は、下部サブトンネルの下部排気口より吸気口部分の主吸気口開口部に、より近くに位置する。上下のサブトンネルの上下の排気口は、両方とも、ダクトの中央部分の中央部分吸気口に給気する。中央部分吸気口は、長手方向の軸に沿って中央部分の中央部分排気口より主吸気口開口部に、より近くにある。中央部分排気口は、長手方向の軸に沿って中央部分吸気口より主排気口開口部に、より近くにある。中央ダクト部分の上部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。上部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の上部内側壁との間に位置する。中央ダクト部分の下部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。中央ダクト部分の下部内側壁は、中央ダクト部分の上部内側壁の反対側で対向している。下部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の下部内側壁との間に位置する。側面隙間間隔が、ブレードの側面と中央ダクト部分との間に位置する。主排気口開口部の主排気口断面領域の排気口重心は、回転軸に対しておよび長手方向の軸に対して、主吸気口開口部の主吸気口断面領域の吸気口重心より高く位置する。
本発明の別の態様に従って、ダクト、ローターおよびスプリッタを含む風力タービン機器が提供される。ダクトは、機器の長手方向の軸に沿って伸びる。ダクトは、吸気口部分、排気口部分および中央部分を含む。吸気口部分は、長手方向の軸の第１端部に位置する。吸気口部分は、主吸気口開口部を持つ。排気口部分は、長手方向の軸の第２端部に位置する。排気口部分は、主排気口開口部を持つ。中央部分は、吸気口と排気口部分の間に位置し、吸気口部分は、中央部分経由で排気口部分に流体的に接続されている。ローターは、ダクトの中央部分に位置する。ローターは、軸およびブレード（２以上）を含む。軸は、中央ダクト部分において回転軸に沿って伸びる。ローターは、回転軸のまわりに回転するように適合される。長手方向の軸は、回転軸と交差する。長手方向の軸と回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間である。機器が風の流れによって駆動される時、長手方向の軸とダクトを通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度は、約４５度未満である。ブレードは、軸から伸びる。ブレードは、完全にダクトの中央部分の中に位置する。スプリッタが、ダクトの吸気口部分に位置し、それにより、ダクトの吸気口部分は、スプリッタによって分割される上部サブトンネル及び下部サブトンネルを有する。上下のサブトンネルは、両方とも、ダクトの中央部分の中央部分吸気口に給気する。中央部分吸気口は、長手方向の軸に沿って中央部分の中央部分排気口より主吸気口開口部に、より近くにあり、中央部分排気口は、長手方向の軸に沿って中央部分吸気口より主排気口開口部に、より近くにある。中央ダクト部分の上部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。上部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の上部内側壁との間に位置する。中央ダクト部分の下部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。中央ダクト部分の下部内側壁は、中央ダクト部分の上部内側壁の反対側で対向している。下部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の下部内側壁との間に位置する。側面隙間間隔が、ブレードの側面と中央ダクト部分との間に位置する。
本発明の更に別の態様に従って、ダクト、ローターおよびスプリッタを含む風力タービン機器が提供される。ダクトは、機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って伸びる。ダクトは、吸気口部分、排気口部分および中央部分を含む。吸気口部分は、長手方向の軸の第１端部に位置する。吸気口部分は、主吸気口開口部を持つ。排気口部分は、長手方向の軸の第２端部に位置する。排気口部分は、主排気口開口部を持つ。中央部分は、吸気口と排気口部分の間に位置する。吸気口部分は、中央部分経由で排気口部分に流体的に接続されている。ローターは、ダクトの中央部分に位置する。ローターは、軸およびブレードを含む。軸は、中央ダクト部分中を回転軸に沿って伸びる。ローターは、回転軸のまわりに回転するように適合される。長手方向の軸は、回転軸と交差する。長手方向の軸と回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間である。機器が風の流れによって駆動される時、長手方向の軸とダクトを通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度は、約４５度未満である。ブレードは、軸から伸びる。ブレードは、完全にダクトの中央部分の中に位置する。スプリッタが、ダクトの吸気口部分に位置し、それにより、ダクトの吸気口部分は、スプリッタによって分割される上部サブトンネル及び下部サブトンネルを備える。スプリッタは、概ねくさび状であり、そのより小さな案内端は、そのより大きな追従端より主吸気口開口部により近くに位置する。上部サブトンネルの上部吸気口の上部吸気口断面領域は、上部サブトンネルの上部排気口の上部排気口断面領域より大きい。上部サブトンネルの上部吸気口は、上部サブトンネルの上部排気口より吸気口部分の主吸気口開口部に、より近くに位置する。下部サブトンネルの下部吸気口の下部吸気口断面領域は、下部サブトンネルの下部排気口の下部排気口断面領域より大きい。下部サブトンネルの下部吸気口は、下部サブトンネルの下部排気口より吸気口部分の主吸気口開口部に、より近くに位置する。上下のサブトンネルの上下の排気口は、両方とも、ダクトの中央部分の中央部分吸気口に給気する。中央部分吸気口は、長手方向の軸に沿って中央部分の中央部分排気口より主吸気口開口部に、より近くにある。中央部分排気口は、長手方向の軸に沿って中央部分吸気口より主排気口開口部に、より近くにある。中央ダクト部分の上部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。上部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の上部内側壁との間に位置する。中央ダクト部分の下部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。中央ダクト部分の下部内側壁は、中央ダクト部分の上部内側壁の反対側で対向している。下部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の下部内側壁との間に位置する。側面隙間間隔が、ブレードの側面と中央ダクト部分との間に位置する。主排気口開口部の主排気口断面領域の排気口重心は、回転軸に対しておよび長手方向の軸に対して、主吸気口開口部の主吸気口断面領域の吸気口重心より高く位置する。第１の発電機が、ダクトの第１側部の外に位置しておよび軸の第１端部に回転可能に連結されている。第１の発電機の第１の発電機ローターが、回転軸のまわりに回転するように適合される。第２の発電機が、ダクトの第２側部の外に位置しておよび軸の第２端部に回転可能に連結されている。第２の発電機の第２の発電機ローターが、回転軸のまわりに回転するように適合される。
本発明の更に別の態様に従って、ダクト、ローター、第１の発電機および第２の発電機を含む風力タービン機器が提供される。ダクトは、機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って伸びる。ダクトは、吸気口部分、排気口部分および中央部分を含む。吸気口部分は、長手方向の軸の第１端部にある。吸気口部分は、主吸気口開口部を持つ。排気口部分は、長手方向の軸の第２端部にある。排気口部分は、主排気口開口部を持つ。中央部分は、吸気口と排気口部分の間に位置する。吸気口部分は、中央部分経由で排気口部分に流体的に接続されている。ローターは、ダクトの中央部分に位置する。ローターは、中央ダクト部分において回転軸に沿って伸びる軸を含む。ローターは、回転軸のまわりに回転するように適合される。長手方向の軸は、回転軸と交差する。長手方向の軸と回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間である。機器が風の流れによって駆動される時、長手方向の軸とダクトを通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度は、約４５度未満である。ブレードは、軸から伸びる。ブレードは、完全にダクトの中央部分の中に位置する。中央ダクト部分の上部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。上部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の上部内側壁との間に位置する。中央ダクト部分の下部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。中央ダクト部分の下部内側壁は、中央ダクト部分の上部内側壁の反対側で対向している。下部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の下部内側壁との間に位置する。第１の発電機が、ダクトの第１側部の外に位置しておよび軸の第１端部に回転可能に連結されている。第１の発電機の第１の発電機ローターが、回転軸のまわりに回転するように適合される。第２の発電機が、ダクトの第２側部の外に位置しておよび軸の第２端部に回転可能に連結されている。第２の発電機の第２の発電機ローターが、回転軸のまわりに回転するように適合される。
本発明の更に別の態様に従って、ダクトおよびローターを含む風力タービン機器が提供される。ダクトは、機器の概ね水平な長手方向の軸に沿って伸びる。ダクトは、吸気口部分、排気口部分および中央部分を含む。吸気口部分は、長手方向の軸の第１端部にある。吸気口部分は、主吸気口開口部を持つ。排気口部分は、長手方向の軸の第２端部にある。排気口部分は、主排気口開口部を持つ。中央部分は、吸気口と排気口部分の間に位置する。吸気口部分は、中央部分経由で排気口部分に流体的に接続されている。ローターは、ダクトの中央部分に位置する。ローターは、中央ダクト部分において回転軸に沿って伸びる軸を含む。ローターは、回転軸のまわりに回転するように適合される。長手方向の軸は、回転軸と交差する。長手方向の軸と回転軸との間に形成されるローター角度は、約４５度と約１３５度の間である。機器が風の流れによって駆動される時、長手方向の軸とダクトを通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度は、約４５度未満である。ブレードは、軸から伸びる。ブレードは、完全にダクトの中央部分の中に位置する。中央ダクト部分の上部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。上部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の上部内側壁との間に位置する。上部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満である。中央ダクト部分の下部内側壁は、回転軸において実質的に中心を合わせられる実質的に円形の平面形状を持つ。中央ダクト部分の下部内側壁は、中央ダクト部分の上部内側壁の反対側で対向している。下部隙間間隔が、ブレードがそのそばを通過する時ブレードと中央ダクト部分の下部内側壁との間に位置する。下部隙間間隔は、約１０ｍｍ未満である。約１０ｍｍ未満の側面隙間間隔が、ブレードの側面と中央ダクト部分との間に位置する。他の実施態様（例えば、１０メートルより大きなローター直径を持つ）において、これらの隙間間隔は、１０ｍｍより大きくすることができる。しかし、好ましくは、上部隙間間隔、下部隙間間隔および側面隙間間隔は、タービンを通過する風の量に対してこの種の隙間間隔を無視してよい量だけの風が通過するように、最小化され、かつできる限り小さくされる。
上記では、あとに続く本発明の詳細な説明がより良く理解され得るように、かなり広く本発明の特徴を概説した。本発明の追加的な特徴および利点が、以下に説明され、本発明の請求項の主題を形成する。当業者によって理解されるべきことは、開示される概念および特定の実施態様は、本発明の同じ目的を達成するために、修正するための、または他の構造または処理を設計するための基準として、容易に活用されることができるということである。また、この種の同等構造は、請求項に記載したように本発明の精神と範囲から逸脱しないということも当業者によって認識されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図面を参照すると、同様な参照番号が各種の図面の全体にわたって同様なまたは類似した要素を指定するために本願明細書において使用され、本発明の図示する実施態様が図と共に記載されている。図は必ずしも比例して描画されるというわけではなく、いくつかの実例においては、図示する目的だけのために所々で図面は誇張されておよび／または単純化されている。当業者は、本発明の以下の例証を示す実施態様に基づく本発明の多くの可能な応用および変更を理解するであろう。
概して、本発明の一実施態様は、風力タービンを提供する。本願明細書において示される解説用の風力タービンは、例えばそこへ連結される発電機を持つことによって、電気を発生させるために適合される。しかし、この開示の利点を有する当業者に明らかであるように、本発明の一実施態様は、他の用途を持つことができる。図２−５Ｂは、本発明の第１の実施態様に従う風力タービン３０の各種の図面を示す。図２は、タービン３０の斜視図である。図３は、タービン３０の側面図である。図４は、タービン３０の正面図である。および、図５Ａおよび５Ｂは、タービン３０の上面図である。
タービン３０は、タービン３０の概ね水平な長手方向の軸３８に沿って伸びるダクト３４を有する。この任意に指定された長手方向の軸３８は図３において示され、それは第１の実施態様の各種の態様を説明するための基準点として提供される。この例では、長手方向の軸３８は水平に、および、タービンが風の流れによって駆動される時、概ねダクト３４を通した風の流れの方向に沿って向きを定められる。図５Ｂに示すように、上面図の展望から、タービン３０が風の流れ４０によって駆動される時、長手方向の軸３８とダクト３４を通して流れる風に対する全体的な風の流れ方向との間に形成される長手方向の角度（例えば図５Ｂの風の流れ矢印４０参照）は、好ましくは約４５度未満である。図５Ｂにおいて示される例では、例えば、長手方向の角度は、約ゼロ度である。図２および３において、ダクト３４の側面パネルは、説明のために取り外されている。好ましくは、ダクト３４の側面４１、４２は、以下で更に論じられるように、両方とも平坦な平面形状（例えば図４および５Ｂ参照）を有する。風の流れ４０の一例が、また、タービン３０中の流体力学を説明するために、図２および３において単純化して示されている。当業者にとって明らかであるように、他の風の流れのパターンもまた、実際の応用において経験されるであろう。
ダクト３４は、吸気口部分４４、中央部分４６および排気口部分４８を有する。吸気ダクト部分４４は、長手方向の軸３８の第１端部５１に位置し、風力タービン３０の前面に主吸気口開口部５４を有する（すなわち、長手方向の軸３８の第１の末端５１は、タービン３０の前面にある）。逆に、排気口ダクト部分４８は、長手方向の軸３８の第２端部５２に位置し、タービン３０の後方に主排気口開口部５６を有する。吸気口部分４４は、中央部分４６経由で排気口部分４８に流体的に接続されている。したがって、タービン３０のダクト３４中を通過する風は、主吸気口開口部５４に入り、吸気口部分４４を通して中央部分４６まで流れ、中央部分４６を通して排気口部分４８まで流れ、排気口部分４８を通して流れ、および、主排気口開口部５６を通して、ダクト３４を出る。他の実施例ではしかし、タービン３０の他の二次側または補助の吸気口および／または排気口開口部（図示せず）があってもよい。
図２および３を参照して、スプリッタ６０が、ダクト３４の吸気口部分４４に位置する。好ましくは、スプリッタ６０は吸気口部分４４内で、片側４１から反対側４２まで（横に）伸びている。吸気口部分４４は、したがってスプリッタ６０によって分割される上部サブトンネル６１および下部サブトンネル６２を有する。スプリッタ６０は好ましくは概ねくさび状であり、そのより小さな案内端は、そのより大きな追従端より主吸気口開口部により近くに位置する。上部サブトンネル６１は、上部サブトンネル６１の上部排気口７３（上部排気口断面領域を有する）より主吸気口開口部５４に、より近くに位置する上部吸気口断面領域（すなわち、長手方向の軸３８に対して垂直な）を有する上部吸気口７１を有する。同様に、下部サブトンネル６２は、下部サブトンネル６２の下部排気口７４（下部排気口断面領域を有する）より主吸気口開口部５４に、より近くに位置する下部吸気口断面領域（すなわち、長手方向の軸３８に対して垂直な）を有する下部吸気口７２を有する。図２および３に示すように例えば、上部吸気口断面領域は、好ましくは上部排気口断面領域より大きく、および、下部吸気口断面領域は、下部排気口断面領域より大きい。他の実施例ではしかし、スプリッタ６０は別の形状および寸法を有してもよく、およびサブトンネル排気口７３、７４に対するサブトンネル吸気口７１、７２の寸法は、変更されてもよい。第１の実施態様において、上下のサブトンネル吸気口７１，７２は長手方向の軸３８に沿って主吸気口開口部５４と同じ位置にない。しかし他の実施態様（図示せず）において、スプリッタ６０の案内端６４は、主吸気口開口部５４にまたは吸気口部分４４の外側に伸びてもよい。同様に、スプリッタ６０の追従端６６は、他の実施態様（図示せず）において中央ダクト部分４６まで伸びてなくてもよい。いずれにせよ、上下のサブトンネル６１，６２は、中央ダクト部分４６の中央部分吸気口７６に、両方とも給気する。中央部分吸気口７６は、長手方向の軸３８に沿って中央ダクト部分４６の中央部分排気口７８より、主吸気口開口部５４により近くにある。同様に、中央部分排気口７８は、長手方向の軸３８に沿って中央部分吸気口７６より、主排気口開口部５６により近くにある。
ローター８０が、ダクト３４の中央部分４６に位置する。ローター８０の軸８２は、中央ダクト部分４６中を、回転軸８４に沿って伸びる。ローター８０は、タービン３０の動作中に回転軸８４のまわりに回転するように適合される。したがって、軸８２は、好ましくは、いくつかのタイプの軸受（例えばローラー、油圧）（図示せず）によって、および好ましくは軸８２の両端において支持される。長手方向の軸３８は、回転軸８４と交差する（図３および５Ｂを参照）。図５Ｂに示すように、上面図の展望から、長手方向の軸３８と回転軸８４の間に形成されるローター角度８６は、好ましくは約４５度と約１３５度の間にある。図５Ｂにおいて示される例において、例えば、ローター角度８６は、約９０度である。
ブレード８８が、軸８２から伸びる。ブレード８８は、ダクト３４の中央部分４６内に、完全に位置する。いかなる数のブレード８８（例えば２，３、４，５、６，７、８、など）があってもよい。現在、ブレード８８の標準数は、第１の実施態様（例えば参照図２および３）に示すように、３である。３つのブレード８８を好む、および他の可能なブレード構成を使用する、根拠は、以下で更に論じられる。ブレード８８の形状は、種々の実施態様に対して変更してもよい。例えば、ブレード８８は平面板形状、複数弦平板、曲線状、またはその組合せであってもよい。選択されたブレード８８の形状は、ブレード８８の寸法およびブレード８８を作成するために使用される材料によって決定されてもよい。ブレード８８は、例えば、メタル、アルミニウム、チタン、スチール、カーボン−ファイバ複合材、ファイバ−ガラス複合材、ナイロン複合材、木、プラスチック、その混合物、その合金、その複合材またはその組合せを含む（が、それに限らず）様々な適切な材料のいずれから作成されてもよい。
好ましい実施態様において、大部分の風の流れ４０が下部サブトンネル６２を通過するように、上部サブトンネル６１の上部吸気口断面領域は下部サブトンネル６２の下部吸気口断面領域より非常に小さい。実験的な結果に基づいて、最適範囲は、上部吸気口断面領域が下部吸気口断面領域の約１９％と約３５％の間であるところであることが分かった。より好適な実施態様においては、上部吸気口断面領域は、下部吸気口断面領域の約２２％と約２９％の間である。他の実施態様において、その範囲はより大きくてもよく、実際的なまたは最適な範囲限界は使用するローター直径に依存することになる。ローター直径がより大きな場合、例えば、最適範囲はより小さくてもよい（例えば、約１３％から約１８％まで）。この最適範囲は、所定のタービンの使用場所に対するローター慣性および期待される風速に依存して変化するだろう。より小さなローター直径に対して、最適範囲下限は、別の一例として、約２０％であってもよい。この最適範囲に影響を及ぼす別の要因は、主吸気口開口部５４の断面領域寸法である。
吸気ダクト部分４４において、下部サブトンネル６２（例えば図３参照）に対して下部吸気口断面領域より小さな下部排気口断面領域を有することが好ましい。これは空気を、それが中央ダクト部分４６に入るにつれて、加圧されるべき下部サブトンネル６２のブレード８８に向かって動かすことを可能にし、ブレード８８における圧力を増加する。エネルギー保存によって、それが中央ダクト部分４６のブレード８８を打つ時、風の流れ４０の失われた速度は、ブレード８８に対する圧力に変換される。ブレード８８における圧力を最大化し、かつ排気口圧力（排気口ダクト部分４８における）を最小化することによって、ブレード８８を横切る圧力差が最大化されてもよく、それはより多くの出力およびより大きなタービン効率を生ずる。
図２および３を参照して、中央ダクト部分４６の上部内側壁９１および下部内側壁９２はそれぞれ実質的に円形の平面形状を有する。好ましくは、中央ダクト部分４６の上下の内側壁９１，９２のこの円形の平面形状は、上下の内側壁９１，９２とそのそばを通過するブレード８８との間の隙間間隔９３，９４が最小化されることができるように、回転軸８４において実質的に中心を合わせられる。したがって、上部隙間間隔９３は、ブレード８８がそのそばを通過する時ブレード８８と中央ダクト部分４６の上部内側壁９１との間に位置する。同様に、下部隙間間隔９４は、ブレード８８がそのそばを通過する時ブレード８８と中央ダクト部分４６の下部内側壁９２との間に位置する。
本発明の一実施態様に対するタービン３０は、好ましくは、（例えば、ブレードを横切る抵抗力と比較して）主として風速のブレード８８上の圧力への変換によって駆動されるので、風が中央ダクト部分４６に流れ込むとき、ブレード８８に発揮される圧力を最大化するために上下の隙間間隔９３，９４を最小化することが望ましい。
図５Ａ、すなわち第１の実施態様の上面図を参照すると、ローター８０は仮想線で示される。図５Ａにて図示したように、側面隙間間隔１７０がブレード８８の側面とダクト３４の側面４１，４２との間に位置する。この場合も、本発明の一実施態様に対するタービン３０は、好ましくは、主として風速のブレード８８上の圧力への変換によって駆動されるので、風が中央ダクト部分４６を通して流れるとき、ブレード８８に発揮される圧力を最大化するためにこれらの側面隙間間隔１７０を最小化することが望ましい。
比較的より小さな実施態様において（例えば、約１０メートルより小さいローター直径を有する）、上下の隙間間隔９３，９４は約１０ｍｍ未満であり、側面隙間間隔１７０は約１０ｍｍ未満である。実際には、上下の隙間間隔９３，９４および側面隙間間隔１７０の寸法は、一般的に、他の要因の中で、ローター直径の関数である。ローター直径が増加するにつれて、上下の隙間間隔９３，９４の寸法および／または側面隙間間隔１７０は、しばしば、増加される必要がある。隙間間隔９３，９４、１７０の実際的な寸法限界は一般的に、例えば、製造精度、使用する材料の柔軟性、使用する材料の熱膨張／収縮、を含む（が必ずしもこれに限定されない）いくつかの要因に依存するであろう。逆に、ローター直径が減少するにつれて、上下の隙間間隔９３，９４および／または側面隙間間隔１７０の寸法は減らされてもよい。上部隙間間隔９３、下部隙間間隔９４および側面隙間間隔１７０の寸法は、好ましい一実施態様においてしばしばほぼ同じである。例えば、ローター８０が約３メートル未満の直径を有する場合、上部隙間間隔９３、下部隙間間隔９４および側面隙間間隔１７０のそれぞれを、約５ｍｍ未満とすることができる。別の例として、ローター８０が約２メートル未満の直径を有する場合、上部隙間間隔９３、下部隙間間隔９４および側面隙間間隔１７０のそれぞれを、約３ｍｍ未満とすることができる。したがって好ましい実施態様において、隙間間隔９３，９４、１７０を通過することができる風の流れ４０の量は、（タービン３０中を流れる風と比較すると）無視してよい。隙間間隔９３，９４、１７０は更に小さくすることができるが、あるところで、高い製造公差をタービン３０に経済的に与えることができなくなる。
なお図２−５Ｂを参照して、第１の実施態様は電気を発生させるために、風力タービン３０の応用を説明する。第１の実施態様において、２つの発電機１０１，１０２が、ローター軸８２に連結されている。図３において、発電機の１つ１０２が、ローター軸８２に対して発電機１０２の好適な設置を説明するために仮想線で示されている。好適な構成であるように、各々の発電機１０１，１０２はローター軸８２の各々の末端に回転可能に連結されている。より詳しくは、第１の発電機１０１は、ダクト３４の第１側部４１の外に位置し、およびローター軸８２の第１端部に回転可能に連結されている。したがって、第１の発電機１０１の第１の発電機ローター（図示せず）は、ローター軸８２によって駆動されるにつれて回転軸８４のまわりに回転するように適合される。同様に、第２の発電機１０２は、ダクト３４の第２側部４２の外に位置し、およびローター軸８２の第２端部に回転可能に連結されている。したがって、第２の発電機１０２の第２の発電機ローター（図示せず）は、ローター軸８２によって駆動されるにつれて回転軸８４のまわりに回転するように適合される。第１および第２の発電機１０１，１０２は、好ましくは同じサイズ（例えば同じ重量、同じ寸法および同じワット数出力）であり、ローター軸８２に均衡のとれたトルク負荷を提供し、機械的に均衡のとれた構造を提供する。ローター軸８２の各々の末端上に、対称的に位置する２つの発電機１０１，１０２を有する利点は、軸８２の一端だけに取り付けた１台の（２倍の出力の）より大きな発電機と同じ量の出力を発生しながら、軸８２に発揮される最大応力を半減することができることである。軸への応力を低下させることによって、材料の利用可能な選択肢が広がり、構造的に必要とされる軸８２の材料の分量（すなわち軸８２のコストおよび／または重量）を、減少させることができる。発電機１０１，１０２を支持するための支えおよびブラケットは、説明を簡単にするために示されていない。発電機１０１，１０２およびその代替構造を適切に支持するために必要とされるこの種の支えおよびブラケットは、当業者にとって明らかであろう。他の実施例では、より少ないまたはより多い数の発電機とすることができ、このような発電機は、第１の実施態様に示すものとは異なって搭載および連結されることができる。
再び図２−５Ｂに示される第１の実施態様のダクト３４を参照して、主吸気口開口部５４は、吸気口重心（すなわち主吸気口断面領域の重心）を有する（長手方向の軸３８に対して垂直な）主吸気口断面領域を有する。同様に、主排気口開口部５６は、排気口重心を有する（長手方向の軸３８に対して垂直な）主排気口断面領域を有する。好ましい実施態様において、主吸気口断面領域の領域寸法は主排気口断面領域のそれとおよそ等しい。また、好ましくは、例えば図３に示すように、回転軸８４に対しておよび、長手方向の軸３８に対して、吸気口重心より高く位置した排気口重心を有する。吸気口重心より高い排気口重心を有するこの構成は、空気をより簡単に中央ダクト部分４６から流出させることを可能にするため、および以下で更に詳細に論じられるように、排気口ダクト部分４８の乱流渦パターンを妨げてまたは防止するために好ましい。また、ダクト３４は、長手方向の軸３８のまわりに９０度回転するかまたは１８０度反転して実質的に同等の装置を提供してもよいと意図される。
好ましくは、図２および３に示すように、長手方向の軸３８に実質的に平行の、実質的に平坦な平面形状を有し、かつ、主排気口開口部５６にすぐ近くの、排気口ダクト部分４８の外側上面区画１０８を有する。この種の好適な構成において、外側上面区画１０８は、長手方向の軸３８と実質的に平行な主排気口開口部５６において、タービン３０の最上部を横切って来ている風の流れ４０および好ましくは層流を提供することができる。また、このような場合、好ましくは、長手方向の軸３８と実質的に平行の、主排気口開口部５６にすぐ近くの内側上面区画１１０を有する。これは、主排気口開口部５６でタービン３０を通過する風の流れ４０と主吸気口開口部５４の最上部で、ダクト３４を出る空気とを整合するまたは類似した気流方向を提供する。タービン３０の最上部の上を通過する風の流れ４０が主排気口開口部５６から流出する空気より大きな速度（すなわちより多くのエネルギー）を有する場合、それは、主排気口開口部５６で、排気口ダクト部分４８のすぐ内側の圧力を低下させ、ダクト３４から（吸引ポンプのように）空気を引っ張り出すのを助けるベンチュリ効果を引き起こすことができる。主排気口開口部５６の下げられた圧力は、中央ダクト部分４６の下部内側壁９２に位置するブレード８８を横切って高い差圧を与え、それは次に、ブレード８８に発揮される力を増加する（すなわちより多くの出力を発生する）。
図２−５Ｂに示される第１の実施態様において、例えば、ダクト３４はシートメタルから構成される。したがって、このような場合、内部面のいくつかは、外面と同じ形状および外形とすることができる。シートメタルの使用は、例えば、製造の容易さ、製造するコストの比較的低さ、形状の柔軟性、スケーラビリティ、耐久性を含む数多くの利点を有する。他の実施態様（図示せず）において、しかし、ダクト３４はその他の材料および製造方法を使用して形成されることができる。ダクト３４は、例えばメタル、木、ガラス、アクリル、プラスチック、ＰＶＣ、ガラス繊維複合材、カーボンファイバ複合材、ナイロン複合材、その複合材およびその組合せ、を含む（がこれに限定されない）多種多様の適切な、現在知られているまたは将来開発される、構造材料のいずれからも作られることができる。
また、好ましくは、図２および３に示すように、長手方向の軸３８に実質的に平行の、実質的に平坦な平面形状を有し、かつ、主排気口開口部５６にすぐ近くの、排気口ダクト部分４８の外側底面区画１１２を有する。この種の好適な構成において、外側の底面区画１１２は、実質的に長手方向の軸３８と平行な主排気口開口部５６において、タービン３０の底部を横切って来ている風の流れ４０および好ましくは層流を提供することができる。また、このような場合、好ましくは、長手方向の軸３８と実質的に平行の、主排気口開口部５６にすぐ近くの内側底面区画１１４を有する。これは、主排気口開口部５６でタービン３０の下を通過する風の流れ４０と主排気口開口部５６の底部で、ダクト３４を出る空気とを整合するまたは類似した気流方向を提供する（例えば図３参照）。タービン３０の底部の下を通過する風の流れ４０が主排気口開口部５６から流出する空気より大きな速度（すなわちより多くのエネルギー）を有する場合、それもまた、主排気口開口部５６で、排気口ダクト部分４８のすぐ内側の圧力を低下させ、ダクト３４から空気を引っ張り出す（吸引ポンプのように）のを助けるベンチュリ効果を引き起こすことができる。ここでも、主排気口開口部５６の下げられた圧力は、中央ダクト部分４６の下部内側壁９２に位置するブレード８８を横切って高い差圧を与え、それは次に、ブレード８８に発揮される力を増加する（すなわちより多くの出力を発生する）。
前述のように好ましくは、ダクト３４の側面４１，４２の外部表面は、実質的に平坦でおよび平面状であり、長手方向の軸３８と実質的に平行である（例えば図４、５Ｂ参照）。この際、ダクト３４の側面４１，４２の（ダクト３４の外側の）風の流れ４０は、層流とすることができ、（例えば、発電機１０１，１０２およびそれらの関連するサポート部材（図示せず）を除いて）ほとんど遮るものをなくすることができる（例えば図５Ｂ参照）。このような場合、主排気口開口部５６のダクト３４の側面４１，４２をわたる風の流れ４０は、大部分のその速度を維持することができる。ダクト３４の側面４１，４２を通過する風の流れ４０が主排気口開口部５６から流出する空気より大きな速度（すなわちより多くのエネルギー）を有する場合、それは、ベンチュリ効果を引き起こし、または更に寄与することができ、したがって、主排気口開口部５６で、排気口ダクト部分４８のすぐ内側の圧力を低下させ、ダクト３４から空気を引っ張り出すのを助ける。したがって、ダクト３４の外側の風の流れ４０は、第１の実施態様の設計および構成において考慮されている。目的の一つは、ダクト３４の外側の風の流れ４０の速度維持を最大化するよう努めながら、タービン３０を出る空気と同じまたは概ね同じ気流方向に流れる風の流れ４０を提供し、タービン３０からより大きな電力出力およびより大きな効率を提供することである。第１の実施態様におけるダクトの内側壁および外面の多くは、この目的を念頭に置いて選択され、設計された。
好ましくは、吸気ダクト部分４４の外側の上面区画１１６は、長手方向の軸３８と実質的に平行で、実質的に平坦な平面形状を有し、かつ主吸気口開口部５４にすぐ近くにある（例えば図２，３および５Ｂ参照）。例えば、第１の実施態様がシートメタルから作られるので、吸気ダクト部分４４に対応する内側上面区画１１８もまたあり、これもまた、長手方向の軸３８と実質的に平行で、実質的に平坦な平面形状を有し、かつ主吸気口開口部５４にすぐ近くにある（例えば図３参照）。第１の実施態様において、上部サブトンネル上面区画１２０が、図３に示すように、上部サブトンネル６１の形状に影響を及ぼすように提供される。第１の実施態様において、例えば、上部サブトンネル上面区画１２０は、中央ダクト部分４６の上部内側壁９１と同じシートから形成されることができる。他の実施態様（図示せず）において、上部サブトンネル上面区画１２０は、中央ダクト部分４６の上部内側壁９１とは別のシートから作られることができる。
また、好ましくは、鋭角の内側底面吸気口角１２２が、吸気口ダクト部分４４の内側底面区画１２４と長手方向の軸３８との間に形成される（例えば図３参照）。内側底面区画１２４は、好ましくは平坦な平面状で、および主吸気口開口部５４にすぐ近くにある。この鋭角の内側底面吸気口角１２２は、例えば、吸気口ダクト部分４４に入る雨水をダクト３４から流出させることを可能にするなどの、いくつかの機能を提供することができる。また、この角度１２２は（スプリッタ６０の形状および／または上部サブトンネル上面区画１２０の形状とともに）、それがブレード８８の一つ以上に出会う中央部分４６に入る前に、主吸気口開口部５４に入る風の流れ４０の速度が増加されることができるように、主吸気口開口部５４より小さな中央部分吸気口７６を提供するのに寄与することができる。概して、ブレード８８におけるより高い風速は、ブレード８８に対して、より大きな圧力（すなわちより多くの出力）を与える。第１の実施態様において（例えば図３参照）、吸気口ダクト部分４４の外側底面区画１２８もまた、長手方向の軸３８に対して内側底面吸気口角１２２で傾斜する。しかし、他の実施態様（図示せず）において、吸気口ダクト部分４４の外側底面区画１２８は、吸気口ダクト部分４４の内側底面区画１２４とは異なる角度で傾斜することができる（例えば、別のシートからまたは折り返された部分の異なる区画から形成されることによって）。例えば、他の実施態様（図示せず）において、吸気口ダクト部分４４の外側底面区画１２８は、長手方向の軸３８と実質的に平行とすることができる。
風が（主吸気口開口部５４を通して）ダクト３４内に流入するときに、それは一般的に、概ね水平方向に沿う。および、風が中央ダクト部分４６から流出する時、風の流れの方向は、回転するローター８０によって変えられる（すなわち、上方へ傾く）。このために、中央ダクト部分４６から流出する風の効率を増加するために、上方へそれに応じて傾けられた排気口ダクト部分４８を有することが、好ましい。図３において、風速ベクトル図１３０が、中央ダクト部分４６の下部内側壁９２のおよそ円弧中心において示される。この風速図１３０において、Ｖ１は中央ダクト部分４６に入る風速を表し、Ｖ２はその場所におけるローター速度を表し、ＶはＶ１およびＶ２の合成された速度を表す。好ましくは、排気口ダクト部分４８の内側上面区画１３４（中央部分排気口にすぐ近くの）と長手方向の軸３８との間に形成された内側上面排気口角１３２は、図３に示すように、合成された速度ベクトルＶ（中央ダクト部分４６の下部内側壁９２のおよそ円弧中心における）に実質的に平行である。中央部分排気口７８にすぐ近くの排気口ダクト部分４８の内側上面区画１３４をこの角度１３２にすると、中央ダクト部分４６からより効率的に風を流出させるのを促進することができ、それはこの構成の利点である。実験を通して、内側上面排気口角１３２の（または一般に上に傾けられた排気口ダクト部分の）最適範囲は、約２６度と約３９度の間であることが分かった。最適角度は、所定の用途に対するローター直径に依存する。しかし、他の実施態様（図示せず）においては、中央部分排気口７８のすぐ近くの排気口ダクト部分４８の内側上面区画１３４は、長手方向の軸３８に対して平行であることを含んで、他の角度で構成されてもよい。
図３をなお参照して、外側底面１３８（中央および排気口ダクト部分４６，４８がダクト３４の最下部に沿って出会うところ）と長手方向の軸３８との間に形成される外側底面遷移角度１３６は、好ましくは内側上面排気口角１３２とほとんど同じである。しかし、他の実施態様（図示せず）において、外側底面遷移角度１３６は、内側上面排気口角１３２と異なることができる。また、他の実施例では、外側底面１３８（中央および排気口ダクト部分４６，４８がダクト３４の最下部に沿って出会うところ）は他の形状、例えば凹状または凸状、または例えば、丸コーナを有する平坦な平面状とすることができる。同様に、他の実施例では、他の区画がダクト３４（内側および／または外側）で出会う他の角または端は、丸みをつけるかまたは湾曲させることができる。
第１の実施態様において、図３に示すように、鋭角の内側底面排気口角１４０が、排気口ダクト部分４８の内側底面区画１４２と長手方向の軸３８との間に形成される。第１の実施態様の内側底面区画１４２は、それぞれ平坦な平面形状を有する２つのサブ区画を有する。他の実施態様（図示せず）において、内側底面区画１４２は、１つの一定断面だけとすることができ、および／または、例えば凹状または凸状、または曲線状のような、他の形状を有することができる。好ましくは、曲線状の遷移区画１４４が、中央部分排気口７８に位置し、図３に示すように、排気口ダクト部分４８の内側底面区画１４２と中央ダクト部分４６の下部内側壁９２との間を接続する。中央ダクト部分４６と排気口部分４８との間の円滑な遷移は、排気口ダクト部分４８の乱流渦の形成を減少させる、または防止するために重要である。この種の乱流渦は、ダクト３４から（主排気口開口部５６を通して）流出する風に対して相当な抵抗を引き起こし、これはタービンの効率を著しく低下させる。また、円滑な遷移は、風の流れが中央ダクト部分４６から放出されるにつれて、（ブレード８８が曲線状の遷移区画１４４を通り過ぎるにつれて）圧力のより緩やかな減少を提供する。他の実施態様（図示せず）において、曲線状の遷移区画１４４がなくてもよく、または、曲線状の遷移区画１４４は、第１の実施態様に示すものと異なる形状（例えば異なる曲率半径）を有することができる。また、内側底面排気口角１４０があまりに大きな場合、排気口ダクト部分４８の底で乱流渦が形成されるかもしれないが、それはタービン効率を維持するためには避けられるべきである。好ましくは、中央ダクト部分４６を流出する気流は、この種の流れがダクト３４から風のより効率的な流出を提供するので、渦巻く（例えば乱流渦）よりはむしろ、（例えば、層状タイプの流れを提供するために）排気口ダクト部分４８の曲線状の遷移区画１４４および内側底面区画１４２に貼り付いて、沿って流れる。
第１の実施態様の好適な構造において、中央ダクト部分４６の下部内側壁９２、曲線状の遷移区画１４４および排気口ダクト部分４８の内側底面区画１４２は、メタルの単一シートから形成されてもよい。しかし、風力タービンの寸法がきわめて大きな（例えば、ローターが１０ｍ、２０ｍまたはより大きな直径を有する）場合、単一シートからこれらの区画９２，１４４、１４２を形成することは、（例えば利用可能なシートメタルの寸法限界および／または製造機械の寸法限界によって）実行可能ではないかもしれない。したがって、いくつかの実施態様または用途において、これらの区画９２，１４４、１４２は、別のシートから形成されてもよい。
いくつかの実施態様において、中央部分排気口７８の中央部分排気口断面領域は、主排気口開口部５６の主排気口断面領域より小さくてもよい（例えば図３参照）。
吸気口ダクト部分４４は長手方向の軸３８に沿って、第１の長さ１５１を有し（図３を参照）、排気口ダクト部分４８は長手方向の軸３８に沿って第２の長さ１５２を有し、および、中央ダクト部分４６は長手方向の軸３８に沿って第３の長さ１５３を有する。
第１の実施態様において、および多くの用途に対して好適なように、第１の長さ１５１（吸気口部分４４）は第２の長さ１５２（排気口部分４８）とおよそ等しく、かつ第３の長さ１５３（中央部分４６）は第１の長さ１５１の約２倍である。一般に、しばしば、タービン３０の全長をできる限り小さく保つために（例えば、導入スペース考慮のために、風に対向するために、旋回する容易さのために、より少ない材料費のために、など）、吸気口ダクト部分４４の長さ（すなわち第１の長さ１５１）および排気口ダクト部分４８の長さ（すなわち第２の長さ１５２）をできる限り短くすることが要求される。しかし、また、しばしば、タービン３０中を進行する風のより良い流体力学（例えば吸気口ダクト部分４４の円滑な収縮遷移、排気口ダクト部分４８の円滑な拡張遷移）のために第１および第２の長さ１５１，１５２をより長くすることが要求される。したがって、前述した第１、第２および第３の長さ１５１，１５２、１５３に対する好適な割合は、実験を通して検証されているので、これらの矛盾する設計要素間の良いバランスを提供することができる。しかし、他の実施態様（図示せず）において、これらの割合は異なることができ、第１および第２の長さ１５１，１５２は等しい必要は無い。
図４および５Ｂを参照して、タービン３０（およびローターブレード８８）の幅１５４は、異なる用途のために変更することができる。２つの発電機１０１，１０２がローター軸８２の各々の末端に１つずつ使われる好ましい実施態様において（例えば図４および５Ｂ参照）、タービン３０の好適な幅１５４は、ローター直径の約１．５倍である。この幅１５４は、好ましくはスタンド１５６の直径内で発電機１０１，１０２に対するスペースを提供する（例えば図５Ｂ参照）。他の実施例ではしかし、タービン３０は第１の実施態様に示すものより広く、またはより狭くすることができる。
図２−５Ｂに示すように、タービン３０は好ましくはダクト３４（同じくローター８０および発電機１０１，１０２）を支持するための回転スタンド１５６を含む。第１の実施態様において、第１の支持スタンド部分１５７が、ダクト３４に取り付けられ、ダクト３４に対して固定されている。第１の支持スタンド部分１５７は、好ましくは第２の支持部１５８の軌道内に制限された一組のローラーまたはホイール１５９を介して第２の支持スタンド部分１５８に回動可能におよび／または回転可能に連結されている。したがって、第１の支持スタンド部分１５７（ダクト３４、ローター８０および発電機１０１，１０２とともに）は、第２の支持スタンド部分１５８に対して垂直軸のまわりに旋回し、または回転するように適合される。例えば、第２の支持スタンド部分１５８は、別の物体、別の構造、ビルまたは地面に固定されることができる。タービン３０は、自動制御されたシステム（図示せず）によってスタンド１５６上で旋回／回転させて、風力タービン３０を風の流れ４０に整列させることができる。当業者は、タービン３０を支持するためのスタンド１５６または他の取付具に対する多くの可能な変更をおそらく認識するであろう。
好ましくは、主吸気口開口部５４および、主排気口開口部５６は、各々を覆って搭載された安全格子１６０を有する（例えば図２および４参照）。安全格子１６０は、例えば、メタルワイヤから作られるメッシュスクリーンとすることができる。格子１６０は、例えば、メタル、アルミニウム、スチール、ナイロン複合材およびその組合せを含む（がそれに限定されず）いずれかの適切な材料から作られることができる。ブレード８８をダクト３４内に完全に封入させ、開口部５４，５６を格子１６０でおおうことは、タービンの近くの人々に対する安全を増加させること、使用中のタービンの設置のための融通性を増加させること、およびタービンに鳥または他の異物が入ることを妨げ、または防止することを含む（が、必ずしも限定されず）いくつかの利点を本発明の実施態様に提供する。本発明の実施態様によって提供された、従来の設計（例えば図１参照）と比較して増加した安全性によって、タービン３０は、一般的に人または動物がタービン３０に極めて接近しても危険にさらさない。これは、本発明の一実施態様を設置し、および稼働するためのより多くの設置オプションを提供する。例えば、人または動物を近づけないために、高い台座上または高いポール構造上に風力タービンを搭載しなければならないよりはむしろ、このタービンは、例えば、建物の屋根最上部上に、地上に、および／または都心の地域のビル間（例えば、高いビルの間で強風が発生するところ）に設置されることができる。
図６は、本発明の第２の実施態様に従う、風力タービン３０を示す側面図である。第２の実施態様はローター８０が４つのブレード８８を有することを除いては第１の実施態様と基本的に同じである。３つのブレードに対する４つのブレードの利点は、自動始動がより容易であること、または自動始動を提供するためのローターの停止位置に関する懸念がより少ないことである。自動始動は、静止に関してはローター８０の回転位置に関係なく、タービン３０が風力だけで自己始動する能力を指す。しかし、４つ以上のブレード８８を有することと比較すると、３つのブレード８８の使用は、ローター８０のより軽い重量（すなわち始動のためのより小さい慣性）のために有利である。また、３つのブレードを有するローターを製作するのは、４つ以上のブレードを有するローターより少ないコストにすることができる。さらに、ローターの重量を減少させることは、軸受（図示せず）のより小さい摩擦によりタービン効率を増加させる。本発明の一実施態様が、抵抗力からよりむしろ、主として風速のブレードに対する圧力への変換から出力を導き出しているので（例えば、ブレードとダクト壁との間の最小化された隙間間隔による）、より多くのブレード（例えば８，１０、１２，３０）を使用することよりむしろより少ないブレード（例えば２，３、４，５ブレード）を使用することが好ましい。
第１の実施態様において、上下のサブトンネル６１，６２を提供するスプリッタ６０の使用、同じく中央ダクト部分４６の設計およびローターブレードの設置の対称性、全てが、ローター８０の停止位置に関係なく、自動始動能力を有する３つのブレードローターを有する能力に寄与する。これらの特徴もまた、（例えば、第１および第２の実施態様双方に対して）タービン３０の自己起動を達成するために必要な風速のレベルを下げることに寄与する。上部サブトンネル６１は、ローターブレード８８に対して概ね接線の方向の風の流れ４０の追加の部分を導き、それは、上部サブトンネル６１による、追加の風の流れのタービン駆動への寄与を最大化することを意図されている。また、上部サブトンネル６１から下向きの方向へ風の流れ４０を導くことによって（例えば図３参照）、下部サブトンネル６２を出る風の流れが、ローター８０の通常の回転方向に対向して、上方へ流れる可能性を低下させるか、または最小化する。
これもまた、低風速での風力タービン３０の始動を大いに助ける。他の実施態様（図示せず）において、吸気ダクト部分４４内で２つを超えるサブトンネルとすることができることに注意されたい。
図３および６を参照して、好ましくは、中央ダクト部分４６の内側壁の（上下の）延在された平坦な部分１６２もまた、なおより簡単な自動始動を提供すると共に（すなわち、始動を始めるのに必要な風速がより低い）、ローター８０が停止することができるより大きな角度範囲を提供することによって自動始動を促進するために提供される。ローター８０が３つのブレード８８だけを有する第１の実施態様に対して、これらの延在された平坦部分１６２は、特に有利である。
第１の実施態様の典型的な使用中に、主吸気口開口部５４に流入する風は、スプリッタ６０によって、２つの部分に分割される（例えば図３参照）。ダクト３４に入る風の大部分は、下部サブトンネル６２を通して中央ダクト部分４６に導かれ、ローター８０のブレード８８を押して、ローター８０を回転軸８４のまわりに回転させる。ダクト３４に入る風の別の部分は、上部サブトンネル６１を通して中央ダクト部分４６に導かれるが、下部サブトンネル６２中を通過する風とは異なる角度である（例えば図３参照）。上部サブトンネル６１からの風もまた、ローターを回転させるためにローター８０のブレード８８に対抗して押す。ローター８０が回転軸８４のまわりに回転するので、ローター軸８２は２つの発電機１０１，１０２を駆動する。第１の実施態様において、発電機１０１，１０２が直接軸８２に連結されて示されているが、他の実施態様（図示せず）において、発電機は、（例えば、ベルト経由、ギヤー経由で）間接的にローター軸に連結されてもよい。発電機ローターがタービンローター８０によって回転させられ、駆動されるので、発電機１０１，１０２は、電気的な出力を発生し、それは、電気の現在のまたは将来の使用のために、電力ネットワーク、蓄電池または他の装置に伝送されることができる。
図７および８は、本発明の第３の実施態様に従う、風力タービン３０を示す側面図である。第３の実施態様において、２つのブレード８８が、使われる。この構成は特定の状況では機能するが、それは自己始動（または自動始動）が困難かもしれない。例えば、図７および８において示される停止されたローター位置を比較する。ローター８０が図７に示される位置で停止した場合、ローターが図８に示される位置で停止した場合よりもローター８０は風によって自己始動しやすいであろう。図８に示されるローター位置においては、風は、ローターブレード８８の最上部および最下部を通り越して流れることができ、それは、釣合せ効果（すなわち回転しない）という結果になるだろう。図８に示されるローター位置で自己始動を達成することは、難しい（すなわち、きわめて高い風速を必要とする）か、または不可能だろう。この問題は、図８に示される位置が発生しないようにローター８０の停止位置を制御する（例えば機械的にまたは電気的に）ことによって克服されることができる。したがって、図７のようなローター８０の停止位置に制御することが好ましい。第３の実施態様の自動始動の欠点を克服する別の方法は、ローター軸８２に連結される外部動力源でタービン３０の始動を補助ことである（例えば電気モータ、発電機をしばらくモータとして用いて）。３つ以上のブレードのローターと比較すると、例えば低い慣性および低い製造費用などの、２つのブレードのローター８０を有する利点があるであろう。
本発明の一実施態様は、従来の設計に比べて他の利点を有することができる。本発明の一実施態様は、ローター８０がより低速の回転速度で回転することができるので、および／または、例えば、ローター８０がダクト３４の中に位置するので、動作中に従来の設計（例えば図１参照）より非常に静かにすることができる。例えば第１の実施態様などの本発明の一実施態様は簡単な構造（多くの従来の設計に対して）を提供することができるので、それが合理的なコストできわめて大規模に組み込まれることができる。したがって、詳細設計または実際の実施態様は簡単に保たれることができ（例えばごく少ない軸受、シートメタルの使用）、それはまた、増加した機械的信頼性の利点を提供する。高い信頼性は、したがってより少ない保守（例えばより少ない保全費、より少ない故障時間）をもたらす。また、両側に発電機１０１，１０２を有する一実施態様の均衡のとれた設計は、構造安定のために必要とされるより少ない材料およびスケーラビリティの容易さの利点を提供する。
本発明の実施態様が設置されることができ、および稼働されることができる、以下の例：畑、丘の頂上、山頂、丘の斜面、山腹、ビルの屋根、ビルの側面、任意のレベルのビル間（例えば、高いビル間）、船上、沖合石油掘削機上、水域（例えば湖、河川、海）上のプラットホーム上、給水塔上またはその隣、ユーティリティー配管構造上、ユーティリティー配管にすぐ近く、ユーティリティプラント構造の上、化学プラント構造の上、貯蔵タンクの上、ダムの上、ダム側、橋の下、および橋上、を含む（がこれに限らず）数多くの場所がある。この開示の利点については、当業者は本発明の一実施態様の他の設置および／または用途を認識することができよう。
本発明の実施態様および少なくともいくつかのその利点を詳述したが、理解されるべきことは、各種の変更、置換および改変は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本願明細書においてなされることができるということである。さらに、本出願の適用範囲は、本明細書において記載される処理、機械、製造、組成物、手段、方法および工程の特定の実施態様に制限されることを意図されない。当業者が本発明の開示から容易に理解するであろうように、本願明細書において記載される対応する実施態様と同じ機能を実質的に実行し、または同じ結果を実質的に達成する、現在既存のまたは将来開発される、処理、機械、製造、組成物、手段、方法または工程が、本発明に従って活用されることができる。したがって、添付の特許請求の範囲はそれらの適用範囲内でこの種の処理、機械、製造、組成物、手段、方法または工程を含むことを意図される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下は本発明の例示的な実施態様を例示する図面の簡単な説明である。
【図１】従来技術の一般的な風インペラ。
【図２】本発明の第１の実施態様を示す斜視図。
【図３】本発明の第１の実施態様を示す側面図。
【図４】本発明の第１の実施態様を示す正面図。
【図５Ａ】側面隙間間隔を例示する本発明の第１の実施態様を示す上面図。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施態様を示す上面図。
【図６】本発明の第２の実施態様を示す側面図。
【図７】本発明の第３の実施態様を示す側面図。
【図８】本発明の第３の実施態様を示す側面図。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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