(57)【要約】  本発明は、発電するための装置であって、装置は、少なくとも１つの第１のガス流を供給するように適合された少なくとも１つの第１のガス源（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を備える建築物又は建造物と連結して設置されるように適合されており装置は、前記少なくとも１つの第１のガス源から前記少なくとも１つの第１のガス流（９）の少なくとも一部を受け入れるように、また前記ガス流の運動エネルギーの少なくとも一部を電力に変換するように適合されたガス・タービン（１３）を備える、装置に関する。また、本発明は、そのような装置を備えるシステム設備、及びそのような装置を用いて風を電力に変換する方法に関する。
2013532255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電するための装置であって、前記装置（３）は、少なくとも１つの第１のガス流を供給するように適合された少なくとも１つの第１のガス源（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を備える建築物又は建造物と連結して設置されるように適合されており、前記装置は、前記少なくとも１つの第１のガス源から前記少なくとも１つの第１のガス流（９）の少なくとも一部を受け入れるように、また前記ガス流の運動エネルギーの少なくとも一部を電力に変換するように適合されたガス・タービン（１３）を備える、装置において、前記装置は、少なくとも１つの第２のガス流（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を受け入れるようにさらに構成されており、前記第２のガス流に影響を及ぼし、前記ガス・タービンから前記第１のガス流を排気することに関連して減圧を生成するように形作られている、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、前記少なくとも１つの第２のガス流（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に影響を及ぼし、前記タービンから前記第１のガス流を排気することに関連して渦（２１）を生成するように形作られる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、前記渦の生成に貢献するために、前記第２のガス流の少なくとも一部を、排気される第１のガス流周りで、螺旋経路で流れるように誘導するように構成された少なくとも１つの流れ誘導要素（５７）を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ガス・タービンが、ロータを容れる管状体（４７）を備え、前記管状体が、前記第１のガス流と前記第２のガス流を分離するように構成されており、前記管状体（４７）が、前記第１のガス流を前記ロータの後でその流れ方向に圧縮するように、また前記第１のガス流と前記第２のガス流との接触を可能にする前に前記第２のガス流を膨張させるように形作られる、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ガス・タービンが、前記第１の管状体内部に配置された第２の管状体（４８）を備え、前記第２の管状体が、前記第１のガス流を内側部分（６３）と外側部分（６５）に分割するように形作られる、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、前記第１のガス流及び前記第２のガス流を導くための主ガス流路（２３）を備え、前記ガス・タービンが、前記主ガス流路内部に配置される、ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの２次ガス流路（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）が、前記少なくとも１つの第２のガス流を前記主ガス流路内に搬送するように構成されており、前記２次ガス流路が、前記タービン内への前記第１のガス流のための開口後のある位置で、前記主ガス流路内に開口する、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記減圧の生成に貢献するために、少なくとも１つの２次ガス流路（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）が、前記第２のガス流を前記第１のガス流の流れ方向周りで、またその流れ方向に沿って、渦巻き形経路で流れるように排気するように構成されている、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、前記建築物からの少なくとも１つの換気排気部を備えるガス源（７ａ、７ｂ）からの前記少なくとも第１のガス流又は第２のガス流と連結され、またそれを受け入れるように適合されている、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記建築物又は建造物が、風を集めることによってガス源（７ｃ、７ｄ）を形成するように構成されており、装置が、前記集められた風の前記ガス源から前記第１のガス流及び／又は第２のガス流を収集するように適合された少なくとも１つの風コレクタ（４３ａ、４３ｂ）を備える、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記風コレクタが、前記建築物の側面の一端に配置されるように適合されたスポイラ（４３ｂ）を備え、前記スポイラが、前記風を前記第１のガス流路及び／又は前記２次ガス流路に案内するように形作られている、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記風コレクタが、風を収集及び獲得するために前記建築物の側面の端部にその口部が近接した状態で風開口が配置された風流路（４３ａ）を備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、第１の換気排気部を備える前記建築物又は建造物内の第１のガス源（７ａ）からの前記第１のガス流と連結され、また前記第１のガス流を受け入れるように適合されており、さらに、少なくとも１つの第２のガス流（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を受け入れるために、少なくとも１つの第２の換気排気部（７ｂ）及び少なくとも１つの風コレクタ（４３ａ、４３ｂ）の両方と連結されるように適合されている、ことを特徴とする請求項９及び請求項１０から１２までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
発電するためのシステム設備であって、少なくとも１つの第１のガス流（９）を供給するように構成された少なくとも１つの第１のガス源（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を備える建築物又は建造物を含み、前記第１のガス流の運動エネルギーの少なくとも一部を電力に変換するように適合されているシステム設備において、前記システム設備は、前記建築物又は建造物と連結して設置された、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の装置を備える、ことを特徴とするシステム設備。
【請求項１５】
請求項１から１３までのいずれか一項に記載の装置を用いて少なくとも１つの第１のガス流から発電するための方法であって、
建築物又は建造物と連結して形成された少なくとも１つの第１のガス源から少なくとも１つの第１のガス流を受け入れ、前記ガス・タービンに供給するステップと、
前記装置内の前記ガス・タービンを用いて前記少なくとも１つの第１のガス流の運動エネルギーの少なくとも一部を電力に変換するステップと、
少なくとも１つの２次ガス流を受け入れ、それに影響を及ぼし、前記ガス・タービンから前記第１のガス流を排気することに関連して減圧を形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電するための装置に関する。また、本発明は、少なくとも１つの第１のガス流を供給するように適合された第１のガス源を備える建築物又は建造物と連結する、この装置のシステム設備に関する。また、本発明は、この装置を用いて発電するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題により、再生可能且つクリーンなエネルギー源から発電することが望ましい。１つのそのようなエネルギー源が、風力であり、風力は、風力タービンの使用によって抽出されることが知られており、風力タービンは、一般に、風によって回転し、発電機の一部に接続される、又は発電機の一部を形成するロータを備える。風力に伴う１つの問題は、ベッツ（Ｂｅｔｚ）限界として知られる、所与の風速で風から引き出すことができるエネルギーの量が制限されることである。原理上では、風から抽出可能な動力は、風力タービンにわたる速度低下の２乗に比例する。風力及び風力タービンの理論は、たとえば「Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｂｕｉｌｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」、Ｓａｎｄｅｒ  Ｍｅｒｔｅｎｓ、２００６年、ＩＳＢＮ０９０６５２２３５８に見出すことができる。別の問題は、発電が現在の天候条件に依存することである。この欠点を軽減する１つの既知の方法は、バッテリをバッファとして用意することであり、より安定した電流を引き出すことができる。
【０００３】
米国特許出願第２００７／０２２２２２５号には、風力タービンが建築物の頂部で屋根の縁部に隣接して配置して示されている。建築物の側面が風を収集し、屋根の縁部、したがって風力タービンの位置に風を向けて送り、その結果、風力タービンにより大きな気流を供給することができる。或いは、風力タービンをマウンテン・ウォール又は同様の構造物に隣接して配置することができる。この構成に伴う１つの欠点は、風が依然として断続的であり、したがって発電が大きく変動することである。
【０００４】
Ａｎｄｙ  Ｇｒａｎｔらによる論文「Ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ」、Ｅｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＩＢＰＳＡ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ、ＮＬ  ２００３年８月１１〜１４日には、風力タービンに供給する目的でより集中した風の流れを達成するために建築物の側面に流路開口を配置するためのモデルが示されており、風を集中させるために上記と同じ原理を使用する。
【０００５】
論文「Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ」、Ｓ  Ｊ  Ｗａｔｓｏｎら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｅｒｉｅｓ  ７５（２００７）０１２００１には、風力タービンを建築物の頂部で流路の内部に配置したとき得られる風の流れについて、コンピュータ・シミュレーションの結果が示されている。
【０００６】
特許文献の米国特許第６，３６５，９８５号には、ガス・タービンが、換気システムの排気部と連結されて示されている。その実施形態の１つでは、ガス・タービンが排気部から離れて配置されているが、ガス流れが距離と共に衰えるため、低い効率を達成することしかできない。別のその実施形態では、ガス・タービンを排気部と連結するためにシュラウドが配置されているが、しかしこれは圧力が増大することに通じ、その結果、換気ファンがより激しく動作する必要があり、エネルギー利得を風力タービンによる発電からオフセットする。米国特許第７，５３８，４４７号には、換気排気部から流れを受け入れる風力タービンの別の例が示されており、案内体が配置され、案内体の外側の排気流れを風力タービンに導く。しかし、この装置の効率は不確かである。
【０００７】
特許文献の米国特許出願第２００９／０２３０６９１号には、ロータ、シュラウドの形態のミキサ、及びエゼクタの組合せを備え、この組合せの構造が独立型の風力タービンの効率を高めると考えられる風力タービンが示されている。ミキサは、ロータを通過する風の部分と、ロータの周りを流れてミキサに流入する部分とを混合する。
【０００８】
特許文献の米国特許第４，４９９，０３４号には、高さ１００ｍの中空の塔を備える、既知の設計による冷却塔が示されており、ここでは、空気が底部で複数のより小さな流路を通って供給され、その空気が工業プロセスからの廃熱によって加熱され、上昇して塔から逃げる。この文献は、塔内部での渦の生成を示しており、この渦が逃げ口の上方で継続し、したがって塔の有効高さを上げる。さらに、廃熱から発電するために、ガス・タービンが、底部におけるより小さな流路内部に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第２００７／０２２２２２５号
【特許文献２】米国特許第６，３６５，９８５号
【特許文献３】米国特許第７，５３８，４４７号
【特許文献４】米国特許出願第２００９／０２３０６９１号
【特許文献５】米国特許第４，４９９，０３４号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｂｕｉｌｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」、Ｓａｎｄｅｒ  Ｍｅｒｔｅｎｓ、２００６年、ＩＳＢＮ０９０６５２２３５８
【非特許文献２】Ａｎｄｙ  Ｇｒａｎｔらによる論文「Ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ」、Ｅｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＩＢＰＳＡ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ、ＮＬ  ２００３年８月１１〜１４日
【非特許文献３】「Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｕｃｔｅｄ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ」、Ｓ  Ｊ  Ｗａｔｓｏｎら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｅｒｉｅｓ  ７５（２００７）０１２００１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一目的は、ガス流から発電するための改良された装置を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、この目的は、請求項１に記載の装置により達成され、この装置は、同請求項の特徴部によりさらに形作られる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、この目的はまた、請求項１４に記載のシステム設備により達成される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、この目的はまた、請求項１５に記載の方法により達成される。
【００１５】
少なくとも１つの第２のガス流を受け入れるようにこの装置を構成し、この第２のガス流に影響を及ぼし、ガス・タービンから第１のガス流を排気することに関連して減圧（ｓｕｂ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を生成するようにこの装置を形作ることにより、いくつかの利点を達成することができる。１つの利点は、ロータの両端間の圧力差がこの２次流がなかった場合より大きくなるため、ガス・タービンの効率を向上させることができることである。また、これは、一部には、第２のガス流が、ガス・タービンによる変換に使用可能なエネルギーに間接的に貢献し得るためであり得る。別の利点は、圧力がガス・タービンの排気側でより低いため、第１のガス流が、その流れに対する抵抗をあまり受けないことであり、本発明による装置は、ガス流にとって高い流れ抵抗に逆らって動作することに対して、より弱点がある、又はそのように動作することから悪影響を受ける可能性があるガス流源と共に使用することができる。別の考えられる利点は、ガス流の流れを、第２のガス流からの助けで増大させることができることである。また、この装置は、第１のガス流の排気部にて第１のガス流と２次ガス流を混合することができるように構成されることが好ましい。これは、減圧を生み出す助けとなり得る。
【００１６】
一実施形態によれば、この装置は、主ガス流路を備え、ガス・タービンが主ガス流路内部に配置される。主ガス流路は、少なくとも第１のガス流を主流路内部のガス・タービンに導くように適合されることが好ましい。これにより、次いでタービンがベッツ限界を超えた効率で動作することができるので、装置の効率が改善されることになる。
【００１７】
この装置は、建築物又は建造物と連結して設置されるように適合されることが好ましい。この装置は、好ましくは建築物の上部内又は上部上に、より好ましくは建築物の屋根上に設置されるように適合され、建築物は高層建築物であることが好ましい。建造物は、工場、足場、又は煙突など、任意の建造物とすることができる。また、建造物又は建築物は、通常、強力換気を備える道路トンネル、又はトンネル内部を走行する列車若しくは市街電車によって風が生み出される可能性がある列車若しくは市街電車のトンネルなど、トンネルであってもよい。建造物又は建築物は、高々度に位置する、且つ／又は高発電を確保するために強い風力源を備えていることが好ましい。
【００１８】
建築物は、１つ又は複数のガス源を備えることが好ましく、これらのガス源は、互いに独立であっても、独立でなくてもよい。一実施形態によれば、建築物又は建造物は、少なくとも１つの第１のガス源を備える。したがって、第１のガス源は、建築物と連結して設置されることが意図されている装置から外にあることが好ましいが、設置後には、装置とガス源は少なくともある程度互いに関連付けられることが好ましく、装置は、ガス源からの複数の流れのうちのガス流を受け入れるように適合されることが好ましい。装置は、ガス源と流体連結して配置されることが好ましく、第１（又は第２）のガス流の少なくとも一部を装置に、好ましくは装置内に連通させることができ、より好ましくは、ガス源の第１のガス流の少なくとも大部分を装置内に移送することができる。第２のガス流は、第１のガス流のためのガス源以外の第２のガス源から生じることが好ましい。次いで、装置は、少なくとも１つの２次ガス流路から第２のガス流を受け入れることが好ましい。また、装置は、２次流路とは別個の第１のガス流路から第１のガス流を受け入れることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、第１のガス源又は第２のガス源は、建築物又は建造物それ自体の形状によって形成されてもよい。他の実施形態では、ガス源は、建築物内にある装置又はシステムを含めることによって形成されてもよい。ガス源からのガス流は、風など自然現象によって生成されても、ファンを用いてなど、人工的に生成されてもよい。好ましい実施形態によれば、建築物は、ガス流を搬送するように構成された、第１のガス源の少なくとも一部を形成する少なくとも１つのガス流路を備える。経験的には、次いでこのガス流路は、装置の存在にかかわらずガス流を搬送することになる。
【００２０】
減圧という用語を用いて、第２のガス流が止められた場合生じるはずの圧力より低い圧力が意図されている。一実施形態では、減圧は、ベンチュリ管の作用と同様に、第２のガス流が第１のガス流を有する流路への開口を吹き抜けることによって達成され得る。他の実施形態では、減圧は、従来のペルシャのウィンド・キャッチャ（Ｐｅｒｓｉａｎ  ｗｉｎｄ  ｃａｔｃｈｅｒ）と同様に、第１のガス流のための排気開口を、第２のガス流内で、第２のガス流の下流方向に開口するように配置することによって達成され得る。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、この装置は、少なくとも１つの２次ガス流に影響を及ぼし、タービンから第１のガス流を排気することに関連して渦を生成するように形作られる。渦を生み出すことにより、第２のガス流の速度が増大し、第２のガス流の圧力が減少する。また、第２のガス流は、渦の一部になるように第１のガス流に影響を及ぼし、ガス・タービンからの排気部に位置するはずである渦の目が、非常に低い圧力を有することになり、タービンからの第１のガス流の排気を助ける。また、渦は、第１のガス流と第２のガス流が大気に排気されるとき、低騒音を実現する。これは、装置が住宅又は事務所建築物と連結してなど建築物上に配置されることが意図されているので、重要である。
【００２２】
一実施形態によれば、この装置は、渦の生成に貢献するために、２次ガス流の少なくとも一部を、排気される第１のガス流周りで、螺旋経路で流れるように誘導するように構成された少なくとも１つの流れ誘導要素を備える。流れ誘導要素は、渦の生成に貢献するために、２次ガス流の少なくとも一部を排気される第１のガス流の流れ方向に対してある角度で流れるように誘導するように構成された少なくとも１つのベーンを備えることが好ましい。ベーンは、ガス流を所望の方向に誘導するうえで非常に効率的である。したがって、ベーンは、第２のガス流を、渦を形成する方向に流れるように誘導することができる。１つ又は複数のベーンが、２次ガス流を、渦を形成するために螺旋経路に沿って流れるように誘導するように構成されることが好ましい。したがって、２次ガス流は、渦の外周の流れを形成することになる。１つ又は複数のベーンは、ガス・タービンの本体から外向きに延在することが好ましく、第２のガス流は、第１のガス流の排気部に近接して渦を形成するように誘導される。好ましい一実施形態では、１つ又は複数のベーンはまた、ガス・タービンを装置内部で支持し取り付けるように構成される。ベーンは、タービンが配置される主ガス流路の内壁に対してガス・タービンを支持し取り付けることが好ましい。
【００２３】
一実施形態によれば、ガス・タービンは、ロータを容れる管状体を備え、この管状体は、第１のガス流と２次ガス流を分離するように構成される。第１のガス流は、管状体内部を流れ、２次ガス流は、管状体外部を流れることが好ましい。この装置は、第１のガス流と２次ガス流を管状体によって混合し、もはやガス流を分離しないようになることが好ましい。管状体は、第１のガス流をロータの後でその流れ方向に圧縮するように形作られることが好ましい。したがって、第１のガス流の速度が増大し、その圧力が上昇する。また、管状体は、第１のガス流と２次ガス流との接触を可能にする前に２次ガス流を膨張させるように構成されることが好ましい。さらに、管状体の外側は、２次ガス流に影響を及ぼし、管状体からの第１のガス流の排気部で減圧を形成するように形作られることが好ましい。
【００２４】
一実施形態によれば、ガス・タービンは、第１の管状体内部に配置された第２の管状体をさらに備え、第２の管状体は、第１のガス流を内側部分と外側部分に分割するように形作られる。したがって、混合を２段階で実施することができるので、第１のガス流と２次ガス流の混合が簡素化され、したがって減圧又は渦の生成もまたより簡単に達成される。
【００２５】
一実施形態によれば、この装置は、第１のガス流と第２のガス流を共に導くための主ガス流路を備え、ガス・タービンが主ガス流路内部に配置される。両方の流れを同じ流路内部で導くことにより、共通の容積が固定されるので、ガス流の流れの制御が簡素化される。したがって、ガス流の濃度、及びそれらの流れをより容易に推定することができ、その結果、装置を最適化することができる。これにより、より低い減圧をこの装置で達成することができる。
【００２６】
一実施形態によれば、少なくとも１つの２次ガス流路が、少なくとも１つの２次ガス流を主ガス流路内に搬送するように構成され、２次ガス流路は、タービン内への第１のガス流のための開口後のある位置で、主ガス流路内に開口する。したがって、タービン内への第１のガス流のための開口前に、２次流れの進入による圧力の増大が回避されるが、これは回避されない場合、第１のガス流に対する障害物をもたらし、装置の効率を低下させる可能性がある。２次ガス流路はまた、タービンの延長部及び／又はタービンを囲む管状体内のある位置で主ガス流路内に開口することが好ましい。
【００２７】
他の実施形態では、２次ガス流路は、タービンを出て主ガス流路に入る第１のガス流の排気開口前後から１ｍ以内のある位置で主ガス流路内に開口する。２次ガス流路は、タービンの管状体の外面と主ガス流路の内面との間に形成される間隙内に２次ガス流を吹き込むように開口することが好ましい。
【００２８】
一実施形態によれば、減圧の生成に貢献するために、少なくとも１つの２次ガス流路が、２次ガス流を第１のガス流の流れ方向周りで、またその流れ方向に沿って、渦巻き形経路で流れるように排気するように構成される。少なくとも１つの２次ガス流路は、渦の生成に貢献するために、２次ガス流を第１のガス流の流れ方向周りで、またその方向に沿って渦巻き形経路で流れるように排気するように構成されることが好ましい。２次ガス流路をたとえば主流路に対してある角度で主流路と連結するように配置することにより、２次ガス流の開始流れ経路を容易に制御することが可能である。２次流路は、渦内の接線方向のガス・パッケージ（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｇａｓ  ｐａｃｋａｇｅ）の所望の流れ経路に対応するある角度で配置されることが好ましい。少なくとも１つの２次ガス流路は、渦巻き形の運動及び渦を生み出すために、２次ガス流を好ましくはタービン周りで、またタービンに沿って、且つ／又はタービンを越えて螺旋経路で誘導するように構成されることが好ましい。
【００２９】
一実施形態によれば、この装置は、建築物からの少なくとも１つの換気排気部を備えるガス源からの少なくとも第１のガス流又は第２のガス流と連結され、またそれを受け入れるように適合される。換気排気部は、風力源とは異なり一定且つ予測可能な流れをもたらし、したがって装置の信頼性が改善される。さらに、普通なら廃棄されていたはずの大量のエネルギーを回収することができる。換気排気部が、ガス・タービンに入ることが意図されている第１のガス流をもたらすように構成されている場合、ガス・タービンの後ろで圧力を低下させるために２次流れを使用することにより、流れを妨害することも換気ファンをより激しく動作させることもなしに、ガス・タービンを換気排気部により近接して、又はおそらくは換気排気部と直接気密連結で連結することが可能になる。換気排気部が２次ガス流をもたらすように連結される場合、助けとなる２次ガス流の存在が確保される。
【００３０】
一実施形態によれば、建築物又は建造物が、風を集めることによってガス源を形成するように構成され、この装置は、集められた風のガス源から第１のガス流及び／又は２次ガス流を収集するように適合された少なくとも１つの風コレクタを備える。風をガス源として使用することにより、おそらくはそのサイズは別として、ほとんど無料のエネルギー供給が使用され、このエネルギー供給は、クリーンであり再生可能である。風を集めることにより、その流れが増大することになり、その結果、エネルギーを風からより効果的に得ることができる。風を集めることは、建築物の側面など大きな表面を、風の流れを装置の風コレクタに向かって案内するように配置することによって行うことができる。
【００３１】
一実施形態によれば、風コレクタは、建築物の側面の一端に配置されるように適合されたスポイラを備え、スポイラは、風を第１のガス流路及び／又は２次ガス流路に案内するように形作られる。風は通常、表面の縁部に集まるが、風は表面に対して平行に流れるため、その運動量により、風の大部分が、縁部を回り込む前に縁部を越えてある距離を流れることになる。したがって、縁部で風の予想される移動経路に対して適合された湾曲表面を備えるスポイラを配置することにより、集められた風を装置に向かって案内することができ、その流れを改善することができる。さらに、スポイラの形態の風コレクタは、風の流れを装置内に、すなわち２次ガス流路内、第１のガス流路若しくはガス・タービン内、又は主ガス流路内に導く開口を備えることが好ましい。
【００３２】
他の実施形態によれば、風コレクタは、風を収集及び獲得するために建築物の側面の端部にその口部が近接した状態で風開口が配置された風流路を備える。風を風流路に入れることにより、風は、流路に入った後で逃げることができなくなり、風が集められ、また効率的に収集される。次いで風流路は、風を第１のガス流路、ガス・タービン、２次ガス流路、又は主流路内に導くことができる。風流路は、建築物又は建造物内に設けられることが好ましく、一実施形態では、この装置は、風コレクタを備えるのではなく、そのような風コレクタと連結されるように適合される。しかし、システム設備の一実施形態では、システム設備は、トンネルの形態の風コレクタと、風コレクタと連結された装置とを共に備えることが好ましい。また、これは、スポイラが建造物又は建築物上に永久的に接続されて設けられる場合、先の風コレクタの場合でもよい。
【００３３】
書類作成時点で本発明の最良の形態と考えられる一実施形態によれば、この装置は、第１の換気排気部を備える建築物又は建造物内の第１のガス源からの第１のガス流と連結される、またその第１のガス流を受け入れるように適合され、さらに、少なくとも１つの２次ガス流を受け入れるために、２つの２次ガス源と連結されるように適合され、２つの２次ガス源のうち一方は、少なくとも１つの第２の換気排気部であり、他方は、少なくとも１つの風コレクタである。第１のガス源が換気排気部であるため、この装置は、かなり一定の流量及び圧力で第１のガス流のほぼ一定の供給を受けることになる。さらに、この装置は、２つのガス源の１つから２次ガス流を受け入れる。したがって、天候が強風である場合、２次ガス流は風から生じ、第１の換気排気部から生じる第１のガス流からのエネルギー抽出を向上させることができる。これは、風が換気からのガス流より強い可能性が非常に高く、また換気ファンが不利な動作をするかどうかに関する懸念なしに風からの運動エネルギーを抽出することができるので、有利である。しかし、風がない場合、２次ガス流は第２の換気排気部から生じることが可能であり、したがって、装置は引き続き動作し、換気システムからエネルギーを回収することができる。２次ガス流が減圧を生み出すため、第１の換気ファンは、装置によるエネルギー利得を無駄にするほどには不利な動作をしないことになる。さらに、第２のガス流は、他のタービンが２次ガス流からエネルギーを引き出すことなしに装置から出るので、この装置は、やはり第２の換気ファンに逆らって動作しないことになる。また、この装置は、ガス流のための複数のガス源の１つを選択するように構成されたセレクタを備えることが好ましい。この場合、この装置は、第２の換気排気部又は風コレクタの１つを第２のガス流源として選択するように構成されたセレクタを備える。したがって、現在の天候条件にとって最適なガス源を選択することができる。
【００３４】
一実施形態によれば、ガス・タービンの発電機は、シュラウドによって囲まれ、管状体内部に配置される。シュラウドは、空力的に低摩擦をもたらすように形作られることが好ましく、したがって滑らかな丸い表面を備えることが好ましい。一実施形態では、シュラウドは、第１のガス流の流れ方向に沿って細くなり、その長さに沿ってガス圧力を低減し、より低い圧力降下をもたらす助けとなる。他の実施形態では、シュラウドは凸形とすることができ、渦巻き形経路に従うように第１のガス流に影響を及ぼし、第２のガス流と良好に混合することが好ましい。
【００３５】
次に、本発明について、添付の図面を参照して、本発明のいくつかの非制限的な例として述べる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ】建築物に設置された本発明による装置のシステム設備の図である。
【図１ｂ】図１ａにおける装置の１つの図である。
【図１ｃ】本発明の一例によるガス・タービンの一部を形成する管状体の側部からの図である。
【図１ｄ】本発明の一例によるガス・タービンの一部を形成する管状体の側部からの図である。
【図２ａ】本発明の他の例によるガス・タービンの一部を形成する管状体の側部からの図である。
【図２ｂ】本発明の他の例によるガス・タービンの一部を形成する管状体の側部からの図である。
【図３ａ】建築物と連結する本装置のシステム設備のためのガス源及びウィンド・キャッチャの一例の図である。
【図３ｂ】建築物と連結する本装置のシステム設備のためのガス源及びウィンド・キャッチャの他の例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１には、システム設備１が示されており、システム設備１は、建造物（この例では建築物５の形態である）と連結して設置された発電用の装置３を備える。このシステム設備は、ガス流を生成するように適合された複数のガス源７ａ〜ｄを備える。この例では、ガス源７ａ〜ｄは、装置３と建築物５との協働により形成される。他の例では、その代わりに、ガス源は、完全に建築物だけによって、又は完全に装置だけによって形成されることができる。この例では、この装置は、複数のガス源から、少なくとも１つの第１のガス流９と、１つ又は複数の２次ガス流１１ａ〜ｃとを受け入れるように適合されている。この装置は、発電機１７と連結されたロータ１５を備えるガス・タービン１３を備え、ガス・タービン１３は、第１のガス流９を受け入れ、タービンを通過させるように構成され、また、第１のガス流の運動エネルギーの一部を電気に変換することによって発電するように構成されている。ガス・タービンは、標準的なタイプのものでも非標準的なタイプのものでもよいが、適切なサイズ及び能力を有するように選択されるべきである。
【００３８】
本発明の一態様によれば、装置３は、少なくとも１つの２次ガス流１１ａ〜ｃを装置内に受け入れるように構成され、さらに、これらの第２のガス流１１ａ〜ｃに影響を及ぼし、ガス・タービンから第１のガス流９を排気することに関連して減圧を生成するように形作られる。したがって、第１のガス流９は、タービンを通過するとき、その流れに対する抵抗が減り、これにより、第１のガス流のより大きい流れ若しくはより速い流れ、発電機にとっての変換効率の向上、及び／又は、単純に、第１のガス流の流れを生成するときにガス源７ａが受ける抵抗の減少が可能になり得る。第２のガス流１１ａ〜ｃが、第１のガス流の一部を捕獲することができ、第１のガス流の排気部を通るときに、それを２次流れに従わせることができ、したがって減圧を生み出すという現象によって、減圧は生み出されることが可能である。しかし、この例では、装置３は、移動経路、容積、２次ガス流１１ａ〜ｃの速度、したがってその圧力も制御するように形作られており、第１のガス流について減圧を生み出すようになっている。２次ガス流の速度を増大すると、ベルヌーイの法則によるエネルギー変換により、ガス流の圧力が同時に低下する。
【００３９】
この例では、この装置は、少なくとも１つの２次ガス流１１ａ〜ｃに影響を及ぼし、タービンからの第１のガス流９の排気部１９と関連して渦２１を生成するように形作られる。したがって、渦は、排気部１９において、より低い圧力を生み出し、第１のガス流９は、より容易にタービンを通って流れ、出て行くことができる。この例では、排気部が渦の中央に配置された状態で、タービンからの第１のガス流の排気部１９の周りを旋回するように、また、排気部１９から概して離れる方向に螺旋状に流れるように、渦２１が生成され、第１のガス流をタービンから抜け出させる助けとなるようになっている。
【００４０】
システム設備１及び装置３は、第１のガス流を導くための、またガス・タービン１３を流路内に収容するための主ガス流路２３を備える。主流路２３は、第１のガス流の少なくとも大部分を、タービンに向かって、またタービン内に導くように構成される。これは、第１のガス流がロータ１５を通ることを容易に避けることはできないので、タービンの効率を高める。この例では、タービン１３は、流路内部に嵌るように、主流路２３の内径より小さい直径で形作られている。この例では、この装置は、ガス・タービンの外壁と主流路２３の内壁との間に間隙２５を形成するように、小さい直径で形作られている。したがって、第１のガス流９の小部分は、タービンの外側を通過することができ、ロータを通ることによる圧力降下を受けない。これは、何らかの理由で、助けとなる２次ガス流が一時的にない場合に有利であり、第１のガス流は、補助のない状態でロータを通る必要がないことになる。補助のない状態は、高い圧力降下、及び、第１のガス流を生成するガス源に逆らって動作することを引き起こすことになる。場合により、第２のガス流の利用可能性及び強さに応じて、ガス・タービンをバイパスする第１のガス流のサイズ、又はその一部分を制御するために、場合により、流れ制御部材を配置することができる。
【００４１】
さらに、システム設備及び装置は、２次ガス流を導くための少なくとも１つの２次ガス流路２７ａ〜ｃを備える。この例では、システム設備及び装置は、３つの２次ガス流路２７ａ〜ｃを備えるが、任意の適切な数の流路を設けることができる。これらの２次ガス流路は、２次ガス流をそれぞれのガス源から主ガス流路に導くように構成される。この例では、２次ガス流路２７ａ〜ｃは、ガス・タービンと同じ高さで、しかしガス・タービンへの吸気開口２９の後で主ガス流路内に開口する。３つの２次流路の、主流路２３内への排気開口３１ａ〜ｃは、主流路の周囲周りに等距離で離隔される。さらに、２つの２次ガス流路２７ａ〜ｃは、主流路の方向に対して斜めにされ、その結果、それらの排気部は、渦２１の接線流れ成分を形成する方向を向く。したがって、３つの２次流路は、３つの２次ガス流を、螺旋渦を形成するための方向に排気することとなり、したがって減圧を生み出す。
【００４２】
この例では、建築物５は、いくつかのガス源、この例では４つのガス源７ａ〜ｄを備える。第１のガス源７ａ及び第２のガス源７ｂは互いに同様であり、図１ａに最もよく示されており、第３のガス源７ｃは、図３ａとの組合せで図１ａに最もよく示されており、第４のガス源７ｄは、図３ｂとの組合せで図１ａに最もよく示されている。
【００４３】
この例では、第１のガス流９を生成する第１のガス源７ａは、第１のガス流路３５と、第１の流路内部に配置された換気ファン３７とを備える換気排気部３３を備える。換気ファン３７は、建築物のための強制換気を実現するように構成される。さらに、第１のガス流路３７は、主ガス流路内へ、並びに装置及びガス・タービン内へ第１のガス流９を移送するために主ガス流路２３と接続される。したがって、第１の流路は、ガス・タービン内への吸気開口２９の前の位置で主ガス流路２３の開始部に接続される。第２のガス源７ｂは、同様に構成された換気排気部３９を備えるが、この例では、第２のガス流１１ｂを生成するように構成される。したがって、第２のガス源７ｂは、さらに装置内へ、及びガス・タービンへの吸気開口２９の後ろの主流路内へガス流を移送するために、２次ガス流路２７ｂと連結される。
【００４４】
システム設備の第３のガス源７ｃ及び第４のガス源７ｄに共通することは、部分的に建築物５によって形成され、風を集めるように構成されるということである。この例では、風を表面の延長部に従わせ、したがって風の流れを集中させる建築物の側面４１ａ、４１ｂによって、建築物は、風を集める。新しい建造物又は建築物を構築する場合、風を所望の方向に誘導するように表面を斜めにすることによって、又は風を捕らえるために、凸形側面など湾曲側面を形成することによって、これらの側面は、ガス源を形成するように適合させられることができる。この例では、側面４１ａ、４１ｂは、建築物の頂部で集まるように建築物に沿って風を押し上げる。
【００４５】
図３ａでは、この装置は、風コレクタ４３ａを備えており、風コレクタ４３ａは、図１ａにも建築物の左側に示されており、集められた風を収集するための風流路４３ａを備える。風流路４３ａは、風開口４５を備えており、風開口４５は、建築物の側面４１ａの上端部にその口部が近接するよう配置されている。したがって、風開口４５は、建築物の側面ほぼ全体から、集められた風を受け入れ、その風を風流路４３ａ内に導き、風流路４３ａは、その風をさらに主ガス流路に導く２次ガス流路２７ａと連結される。
【００４６】
図３ｂでは、この装置は、風コレクタ４３ｂを備えており、風コレクタ４３ｂは、図１ａにも建築物の右側に示されており、集められた風を収集するための湾曲プロファイル４３ｂを備える。湾曲プロファイルは、建築物の側面４１ｂの上端部に配置され、集められた風を２次ガス流路２７ｂの入口に案内するように形作られている。集められた風が建築物５の表面に沿って流れるため、風の運動量によって、集められた風は、主風の一般的な方向をとるようになる前に、建築物の縁部からある距離だけ延在する。したがって、この例では、湾曲表面４３ｂは、このプロファイルがなかった場合に従われるはずの、集められた風の自然な経路に従うように適合される。したがって、湾曲プロファイルは、集められた風を収集し、それを２次流路２７ｂの入口に向かって、さらに主流路２３内へ案内する。この湾曲プロファイルは、再建築費を回避するために、風流路をまだ備えていない、すでに存在する建築物又は建造物で使用すると有利である。
【００４７】
風コレクタに対する別の代替例は、建築物の頂部に単純に配置された、外向きに面する入口開口を有する、また２次流路に連結されている、風流路（図示せず）を形成することである。この風流路は、集められた風のより大きな部分を収集するために、湾曲プロファイルの高さと同様に、建築物の屋根からいくらか高くして配置されることが好ましい。
【００４８】
ガス・タービン１３は、発電するために発電機１７と連結されているロータ１５を備える。ロータ１５は、管状体４７内部に収容され、したがって管状体４７は、ガス・タービンを通して第１のガス流９を導くために内部中空部４９を備える。さらに、管状体４７は、２次ガス流が管状体の外側を通過することができるように形作られる。したがって、管状体は、第１のガス流と２次ガス流を互いに分離するように構成される。また、管状体４７は、第１のガス流を中空部内に入れるための第１の吸気開口２９と、第１のガス流を中空部から排気するための第２の排気開口１９とを備える。ロータ１５は、管状体の前端部に、また吸気開口２９から短い距離内、この例では管状体の最前方２０％内に配置される。管状体は、管状体の端部で第１のガス流と第２のガス流との間の距離が短くなり、ガス・タービンの後で２つのガス流を容易に混合することができるように、薄壁５１を備える。第１のガス流と２次ガス流の混合は、管状体からの排気開口の後で、減圧及び渦を生み出す助けとなる。
【００４９】
この例では、発電機１７は、第１のガス流れに対する空力的に低摩擦をもたらすように形成される外面を有するシュラウドによって覆われ、囲まれている。この例では、シュラウドの外面は、第１のガス流の流れ方向に沿って凹形と共に滑らかに細くなる。
【００５０】
ロータ・ファン１５のベーンは、さらに空力的に形作られ、この例では、わずかに螺旋の形でガス・タービン内に移動する第１のガス流を受け入れるように適合される。第１のガス流はファン３７によって生成されるので、第１のガス流９は、わずかな螺旋運動を必然的に与えられることになり、この運動を考慮するためにガス・タービンのベーンを斜めにすることにより、ガス・タービン１３の効率が高まる。
【００５１】
管状体４７は、内部中空部４９の形状を画定する内面５３を備える。この例では、この内面は、中空部の直径を第１のガス流の移動方向に沿って減少させるように凸形である。したがって、第１のガス流は、ロータを通った後、管状体及びタービンから排気される前に、圧縮されることになる。また、管状体は、ガス・タービンの形状を画定する外面５５を形成する。外面５５は、第２のガス流に影響を及ぼし、前記減圧及び渦を形成することに貢献するように形作られる。この態様では、外面は、２次ガス流の膨張を可能にするために、その前面から管状体の端部に向かって減少する直径を有する。また、外面５５は、第２のガス流１１ａ〜ｃだけでなく、該当する場合、第１のガス流９又は第１のガス流の一部も通ることができるように、主ガス流路２３の内壁と外面５５の間に間隙２５を形成するように形作られる。
【００５２】
この例では、この装置は、管状体４７の外面上に取り付けられた３つのベーンの形態の流れ誘導要素５７を備え、流れ誘導要素５７は、減圧、又はこの例では渦を形成するように２次ガス流の少なくとも一部を導くように構成される。ベーン５７は、凸形形状であり、第１のガス流の流れ方向に対して螺旋運動を始めるように、２次ガス流１１ａ〜ｃを導くように斜めにされており、第１のガス流９は螺旋の中心にされており、渦２１が生み出される。したがって、ベーン５７は、渦の生成に貢献するために、２次ガス流を、排気される第１のガス流の流れ方向に対してある角度で流れるように導くように構成される。ベーン５７は、金属板など薄い板から形成されるが、プラスチック、又は薄いシェイプレジスタント（ｓｈａｐｅ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）板を形成する能力を有する任意の他の材料で形成されてもよい。また、流れ誘導要素５７は、装置内部のガス・タービンを主流路２３の内面に支持及び取り付けるように構成される。したがって、他の形で圧力降下の増大を引き起こす可能性がある追加の支持体を必要としない。他の例では、管状体は、溝、斜めの表面、突起、ベーンなど、またそれらの任意の組合せなど、２次ガス流の移動又は流れを制御するための他のタイプの流れ誘導要素を備えることができる。また、流れ誘導要素は、２次ガス流及び／又は第１のガス流内に乱流を引き起こし、２つのガス流を互いにより良好に混合することができるように構成されてもよい。
【００５３】
さらにこの装置は、特定のガス流を求めていくつかのガス源の１つを選択するように適合されたガス源セレクタ５９を備える。したがって、どのガス源から特定のガス流が生じるかを制御することが可能である。したがって、優勢な風の方向に応じて、建築物の風側に位置するガス源を選択することができる。この例では、ガス源セレクタ５９は、換気排気部の形態の第２のガス源７ｂ、又は２次ガス流１１ｂのためのガス源として湾曲プロファイルを備える風コレクタ４３ｂの形態の第４のガス源７ｄのうちの１つを選択するように構成される。当然ながら、装置が任意の数のガス源セレクタ５９を含むことができ、任意の第１及び／又は２次ガス流路及び流れにガス流を送るためにどのガス源をも自由に選択するように構成されてもよい。
【００５４】
図２ａ〜ｂには、主流路２３内部に配置されるように適合されたガス・タービンを備える装置の第２の例が示されている。図２ａ〜ｂにおけるガス・タービン・アセンブリは、図１ｃ〜ｄに示されているガス・タービン１３と機能的に同様であり、図１ａ〜ｂに示されているシステム設備１及び装置３内のこれらの部分の代わりとすることができる。したがって、図２ａ〜ｂにおける同様の部分には、図１ａ〜ｂにおける対応する部分と同じ符号が与えられている。
【００５５】
したがって、図２ａ〜ｂにおける装置は、発電するためにファン、ロータ、及び発電機を含むガス・タービン１３と、ガス・タービン１３の周りに配置された第１の管状体４７とを備える。さらに、図２ａ〜ｂにおける装置は、第１の管状体４７の中空部内に配置された追加の第２の管状体４８を備える。第２の管状体４８は、第１のガス流を内側部分６３と外側部分６５に分割するように形作られる。したがって、第２の管状体４８は、第１のガス流の一部６３を入れて、管状体４８内部を流すように形作られており、一方、第１のガス流の第２の部分６５は、第２の管状体４８の外面と第１の管状体４７の内面との間に形成された間隙内を流れる。したがって、図１ａ〜ｂに関連して述べたのとちょうど同じように、また同じ利点と共に、第１のガス流の一部を使用し、第１の管状体４７外部を同時に流れる第２のガス源からの第２のガス流との組合せでより良好な混合を実現することができる。
【００５６】
さらに、この装置は、ガス・タービンの周りで、またガス・タービンの後で渦巻き形又は螺旋の経路で流れるように第２のガス流に影響を及ぼすように構成される。この例では、第１の管状体４７の外面が、流れ誘導要素を備え、流れ誘導要素は、渦巻き形又は螺旋の流れ経路をとるように第２のガス流に影響を及ぼすように構成される。この例では、流れ誘導要素は、第１の管状体４７の外面上で螺旋パターンを形成する溝を備え、その表面上に第２のガス流が導かれる。溝を備えたそのような流れ誘導要素は、当然ながら図１ａ〜ｂにおける管状体４７上に設けることもでき、図１ａ〜ｂにおけるベーンは、図２ａ〜ｂにおける管状体の表面上に設けることができ、第３に、ベーンと溝の組合せを設けることもできる。最後に、外面は、全く流れ誘導要素なしに、滑らかに形作ることもできる。
【００５７】
さらに、この装置は、第２の管状体４８内部に配置された、またガス・タービンの発電機を囲むように構成されたシュラウド６１を備える。この例では、シュラウド６１は凸形であり、したがって第１のガス流の内側部分６３をわずかに圧縮するように適合される。さらに、この装置は、シュラウド６１と内部管状部材４８との間の空間内部で渦巻き形又は螺旋の経路で流れるように第１のガス流の内側部分６３に影響を及ぼすように構成される。この例では、内部管状体６１及び／又は第２の管状体４８が、螺旋の流れ経路をとるように第１のガス流の第２の部分に影響を及ぼすように構成された流れ誘導要素を備えてもよく、内部管状体もまた、渦の生成に貢献する。これは、斜めのベーンをシュラウド６１と第２の管状体４８との間の空間内に形成することによって、並びに／又は渦巻き形パターンで走る溝をシュラウド６１の外面上及び／若しくは第２の管状体４８の内面上に形成することによって、達成することができる。このようにして生み出される乱流は、より低いガス圧力、及び／又はガス・タービンを離れた後でのガス流間のより良好な混合に通じる可能性がある。
【００５８】
本発明は、示されている実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲の枠組みの中で自由に変えることができる。具体的には、示されている例は、本発明の概念及び原理を明瞭に例示することができるように選択されており、そこから当業者なら、より最適化された、局地的な環境及び条件に合った実用的な装置又はシステム設備を形成することができる。
【図１ａ】
2013532255.tif 000003
【図１ｂ】
2013532255.tif 000004
【図１ｃ】
2013532255.tif 000005
【図１ｄ】
2013532255.tif 000006
【図２ａ】
2013532255.tif 000007
【図２ｂ】
2013532255.tif 000008
【図３ａ】
2013532255.tif 000009
【図３ｂ】
2013532255.tif 000010
【国際調査報告】
2013532255.tif 000011
2013532255.tif 000012
2013532255.tif 000013