(57)【要約】  タービンに向かって相対的に移動する空気のエネルギーを使用して、タービン入口側空気流路に入る空気を集中して空気速度を増大する風力タービンが開示される。入口側流路は集中されて加速された空気をロータの翼に吐出し、翼は空気と相互作用してロータを回転させる。ロータの運動を使用して発電機を作動することができる。ロータの回転面は、流路入口開口部の面に対して実質的に直角であり得る。回転翼に隣接する流路内のバッフルおよび固定翼が、加速空気の質量流を実質的に均一にし、望ましくは回転翼の領域全体にわたって向ける。タービンはコンパクトでありかつ静かに作動する。【選択図】図１
2013517422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的大きな面積の入口開口部を有する入口端部と比較的小さい面積の出口開口部を有する出口端部との間の、選択された有効長さおよび構成の周囲空気入口側流路であって、その入口端部と出口端部との間で断面積が減少する周囲空気入口側流路と、
前記流路出口開口部に隣接して配置され、前記出口開口部で終端する前記長さの流路の後方部分と実施的に整列される軸の周りを回転可能なロータであって、前記ロータ軸の周りに規則的に離間され、前記出口開口部を通って移動する空気と相互作用して前記ロータ軸の周りで前記ロータを回転させることができる放射状に延在する翼の配列を含むロータと、
を含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項２】
請求項１に記載の風力タービンにおいて、前記入口開口部から延在する前記長さの入口側流路の前方部分が、前記長さの流路の後方部分に対してかなりの角度をつけて配置されることを特徴とする風力タービン。
【請求項３】
請求項２に記載の風力タービンにおいて、前記角度の値がおよそ９０°であることを特徴とする風力タービン。
【請求項４】
請求項１に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼の近傍に隣接して前記流路内に配置された固定翼の配列であって、空気がそれら固定翼を通過して移動するとその空気を所望の経路に沿って前記回転翼の方へ向けるように作用する固定翼の配列を含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項５】
請求項４に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼が前記ロータの周囲から延在し、前記ロータの周囲に翼の環状配列を形成し、前記固定翼の配列が環状であり、前記回転翼の配列と領域が似ていることを特徴とする風力タービン。
【請求項６】
請求項１に記載の風力タービンにおいて、前記出口開口部に隣接して終端する前記長さの入口側流路の少なくとも一部が、前記出口開口部を通って移動する空気の質量流を前記回転翼配列の領域において実質的に均一にするように画定されることを特徴とする風力タービン。
【請求項７】
請求項６に記載の風力タービンにおいて、実質的に均一な空気質量流を引き起こす前記入口側流路の画定が、前記空気流路部分内の少なくとも１つの仕切壁を含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項８】
請求項７に記載の風力タービンにおいて、前記空気流路部分内に複数の仕切壁を含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項９】
請求項２に記載の風力タービンにおいて、前記出口開口部に隣接して終端する前記長さの入口側流路の少なくとも一部分が、前記出口開口部を通って移動する空気の質量流を前記回転翼配列の領域において実質的に均一にするように画定されることを特徴とする風力タービン。
【請求項１０】
請求項９に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼配列が環状であり、前記ロータの周囲に沿って配置されることを特徴とする風力タービン。
【請求項１１】
請求項２に記載の風力タービンにおいて、前記タービンを支持する基部であって、前記ロータ軸に実質的に垂直である面を画定する基部と、前記ロータ軸に実質的に平行である軸の周りで回転するために前記基部を支持する土台と、前記基部と前記土台との間に連結され前記土台の上で前記基部を回転させるように選択的に作動できる駆動装置とを含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風力タービンにおいて、前記駆動装置が相対風風向センサを含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項１３】
請求項２に記載の風力タービンにおいて、前記タービンが支持される土台を含み、前記土台が車輪を含み、前記車輪によって前記タービンが、選択された使用場所までおよびその場所で移動することができることを特徴とする風力タービン。
【請求項１４】
請求項２に記載の風力タービンにおいて、前記入口側流路への前記入口開口部が、前記入口開口部を画定する構造に結合可能である少なくとも１つのドアによって閉鎖可能であり、前記ドアが、前記入口開口部の有効領域を効果的に増大するために前記タービンの使用中に配置できることを特徴とする風力タービン。
【請求項１５】
風力エネルギーから電力を生成する方法において、発電機を提供するステップと、ロータであって、通過する空気と相互作用して前記ロータの回転を生成するように画定された翼の配列を支持するロータを提供するステップと、比較的大きい有効入口開口領域と比較的小さい有効出口開口領域とを有する空気流路であって、前記入口および出口開口領域が前記流路に沿って離間され、前記流路が開口領域間で断面積が漸進的に低減する空気流路を提供するステップと、前記出口開口部を通過して移動する空気が前記回転翼と効果的に相互作用して前記ロータの回転を生成するように前記ロータを前記流路出口開口部に十分に隣接して配置するステップと、前記発電機が前記ロータの回転に反応して電気的エネルギーを生成するように作動するように前記発電機を前記ロータと連結するステップと、周囲空気が前記入口開口領域に向かって相対的に移動してくる方向に前記入口開口領域が面するように前記流路を正しい向きに配置するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記回転翼への空気の質量流を前記回転翼配列全体にわたって実施的に均一にするように前記流路内の空気流の分配を制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法において、前記流路出口開口領域に隣接して、空気流が向かう固定翼の配列を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法において、前記空気流路および前記ロータの位置を通過する周囲空気の移動方向を検出するステップと、検出された方向に前記入口開口領域を向かせるように前記流路の向きを調整するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法において、前記空気流路および前記ロータを居住用構造物に配置するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、屋根の傾斜が、建物に向かって選択された方向に移動する風を前記流路入口開口領域の方へ向けることができるような方法で、傾斜した屋根を有する建物に前記流路と前記ロータとを配置するステップを前記配置ステップが含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、配置するステップが、前記空気流路および前記ロータを前記居住用構造物の外壁上に支持するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載の方法において、前記発電機が車両の移動中車両を通過する相対風に反応して作動できるような方法で、電力の生成以外の理由のために移動可能な車両に、前記空気流路、前記ロータ、および前記発電機を配置することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記車両がトラックトラクターであることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法において、前記車両が列車の構成要素である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、低プロファイルを有し、運転時低騒音であり、電力を生成するために使用できる風力タービンに関する。より詳細には、本発明は周囲の風を集めその空気を集中し、タービン空気入口側流路のスロート部にある放射状に翼の付いたロータに向け、そこを通すように仕向ける、そのような風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
風を動力とした機構を使用して電力を生成することが知られている。そのような目的のための公知の機構は大別すると２種類ある。すなわち、水平軸の周りを回転する航空機のプロペラに似たロータを一般に備えた風力タービンと、円筒型ロータの構成要素として垂直に延在する長い羽根を一般に備えた垂直軸型風力タービンである。そのような２種類の風力タービンのロータは、回転可能なシャフトに連結され、シャフトは電力を出力する発電機に適切に連結されている。発電機はＤＣ出力を一般に生成し、ＤＣ出力はインバータを使用するなどして所望の周波数のＡＣ出力に一般に変換される。
【０００３】
そうした種類の風力タービンは両方とも、まれに例外もあり得るが、設置場所が固定されている。また、そうした種類の風力タービンは両方とも、かなり高さがある。水平軸風力タービンの発電機はハウジング（一般に「ナセル」と呼ばれる）内に囲繞される。ハウジングは、ロータの水平回転軸上の中央ハブから共通の垂直面内に放射状に伸びる回転翼の端部と地表との間に適切な間隔を提供するのに十分な高さを有するタワーの頂部に配置される。１２０メートルを超える十分な全高を有する水平軸風力タービンが使用される。
【０００４】
そのような水平および垂直軸タービンは共通の属性を共有する。すなわち、それらのロータは、周囲の風の状況にさらされ、それに直接反応して機能する。そうした理由のため、その地域の風が特有の最低速度を超える速度になって初めてタービンが十分な速さで、すなわち十分な出力（トルク）を持って回転し、有効な発電機出力が生成される。
【０００５】
設置場所が固定されるという、そうした公知の風力タービンの要件は、不利な制約である。また、それらのかなり大きな高さも、風力タービンが安全に、またはそれらの出現に対する反発がなく使用できる場所を制限する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上で概説した水平軸および垂直軸型風力タービンと概念および構造的配置において有意に異なる風力駆動式発電タービンを提供する。本発明によるタービンは小さい高さのものであることができ、かつ移動可能であることができる。それらの小さい高さによって本タービンは例えば都市領域の建物で使用可能になる。移動可能な場合、本タービンは、実用性の例として、建設活動の支援において、または軍事活動の支援においてなど、異なる場所で必要とされる時に使用できる。本風力タービンは運転時に静かであり、かつ維持管理のために容易に接近できる。本タービンは広範囲の寸法かつ発電能力で提供可能である。
【０００７】
構造の点で大まかに言えば、本発明は、入口端部と出口端部との間に延在する入口側周囲空気流路を有する風力タービンを提供する。それら端部間に、流路は選択された有効長と構成を有する。入口端部は、流路出口端部において開口する流路出口と比較して相対的に大きい面積の入口開口部を有する。その端部間に、流路構成は流路断面積の低減を含む。ロータが流路出口開口部に近接して配置される。ロータは、出口開口部で終端する流路長さの後方部分と実質的に整列される軸の周囲を回転できる。ロータはロータ軸の周囲に規則的に離間されて設けられた放射状に延在する翼の配列を含む。翼は、ロータ軸周りでのロータの回転を生成するために、流路出口開口部を通って移動する空気と相互作用することができる。
【０００８】
手順の点で大まかに言えば、本発明は、風力エネルギーから電力を生成するための方法を提供する。本方法は発電機、ロータおよび空気流路を提供することを含む。ロータは翼の配列を支持し、翼はそれらを通過して移動する空気と相互作用してロータの回転を生成するように画定される。空気流路は比較的大きい有効入口開口面積と比較的小さい出口開口面積とを有する。入口および出口開口部は流路に沿って離間され、流路は開口間で断面積が低減する。本方法は流路出口開口部に十分に近づけてロータを配置することを含み、出口開口部を通って移動する空気が効果的に回転翼と相互作用して、ロータの回転を生成できるようにする。本方法の別の手順的ステップは、発電機がロータの回転に反応して電気エネルギーを生成して運転するように、発電機をロータに連結することである。本方法の別のステップは、周囲空気が入口開口部に向かって相対的に移動してくる方向に入口開口部が面するように流路の向きを正しく配置することである。
【０００９】
空気が流路入口開口部に向かって相対的に移動する時、空気は入口側流路に入り、流路に沿って出口開口部およびロータまで移動する。流路の低減する断面積によって、流路内の空気速度は、空気が流路に沿って移動する時に増大する。結果として、回転翼と相互作用する流路に入る空気は単位容積あたりより活動的である。回転翼と相互作用する空気の増大した速度は、移動している空気（風）内の利用できるパワーが空気速度の３乗に比例するために有意である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
設計原理、本発明によるタービンの現在好まれるある構造的構成、および本発明の手順的な影響が、以下に続く記載に添えられかつそれを説明する図面で描かれる。それら説明は以下の図面によって構成される。
【００１１】
【図１】図１は、本発明の特定の原理を説明するために本発明のタービンの簡略化された概略図を表した図面である。
【図２】図２は、タービンロータの頂面図を示した図である。
【図３】図３は、車輪付き土台上に支持される本発明のタービンの長手方向断面立面図を示した図面である。
【図４】図４は、図３に示されたタービンの入口（前方）端部の、図３の線４−４に沿った立面図である。
【図５】図５は、本発明のタービンの固定翼および回転翼の拡大断片断面図である。
【図６】図６は、本発明のタービンがどのように勾配屋根を有する建物に配置され得るかを示した、部分的に断面の立面図である。
【図７】図７は、どのようにタービン空気入口側流路および固定翼が画定され得るかを示した分解斜視図である。
【図８】図８は、固定位置に配置された本発明によるタービンが、周囲の風の方向に面するようにどのように位置を調整され得るかを示した図面である。
【図９】図９は、タービンの土台がタービンの上に配置される場合の、吊り下げた状態でタービンを可動に支持する領域であり得る構造の断片的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明による風力タービンの運転と構造の原理を説明するために提示される。図１は低断面発電風力タービン１０を、簡略化し、いくらか理想化した形態で示す。タービンは円形ロータ１１を含み、円形ロータは、所望の長さおよび形状の規則的に離間して設けられた放射状に伸びる複数の羽根１２を円周上に支持する。ロータは出口端部１５と略平行な面内で、および入口側空気流路１３内で回転するように配置され、入口側空気流路１３はロータから入口側空気流路に沿って上流方向に離間して設けられた入口端部１４を有する。任意選択的な出口側空気流路１６は、ロータから下流方向に離間して設けられた出口端部１７を有することができる。
【００１３】
ロータの上流側でロータに密接に隣接した入口側流路１３の部分１８は好ましくは真っ直ぐであり、ほぼ一定の直径であり、ロータの回転軸と整列され、流路のその部分が流路スロート部を画成する。入口１４とスロート部１８との間の流路１３は、入口からスロート部に進む断面面積が好ましくは実質的に滑らかに減少するように画成される。電力を生成するその運転時間の間、空気（実際の風または相対風）がタービンの方へ動いてくる方向に流路１３の入口端部１４の開口部が向くようにタービンは方向を合わせられる。入口側空気流路の後方に向かって先細になる形状は、入口に入り流路に沿って移動する空気と協働し、空気が流路に沿って移動するにつれ、その空気の速度を上げる。その結果、ロータ１１の上流側の流路１３内の空気は、流路入口に単に移動する空気よりも、空気の単位容積あたり、より活動的である。ゆえに、回転翼間の空間に入る空気は、より速く移動し、流路入口に単に移動する同等の容積の空気よりも回転翼により力強く作用できる。
【００１４】
本発明による風力タービンのロータに作用する空気の集中し加速する特性が、そうしたタービンを、風がタービンロータに単に吹き、タービンロータと相互作用する前に有効な速度増加および集中プロセスを経ない先に概説された種類の風力タービンと区別する。
【００１５】
ロータ１１を通過した後、タービン１０を通って流れる空気は、タービンから出るかあるいは、存在する場合ロータ１１と出口１７との間に延在する出口側流路１６に入る。出口側空気流路１６は、スロート部８６の面積から、タービンの入口開口部と実質的に同じ面積であることもできる出口側流路の出口開口部の面積まで断面面積が増加することもできる。出口側空気流路１６は、タービンを出る空気の速度および圧力がタービンに入る空気の圧力および速度と実質的に等しくなるように、中の空気を漸進的に広げて速度を低減することができる。しかし、特に低い全高がタービンの特性として望まれる場合、出口側空気流路を含まない本発明によるタービンが効果的であり好まれ得るということが分かっている。
【００１６】
入口側空気流路１３のおよびその異なる部分の前述の記載は、ロータ１１に関する言及は別にして、直線ベンチュリ管の記載と一致する。流路１３がその長さに沿って直線であり得るということは本発明の範囲内である。しかし、タービン１０の端部間をよりコンパクトにするために、およびこのあと本明細書で議論されるすなわち明確にされるその他の理由のために、本発明の原理を実装する場合、流路１３のスロート部１８が、入口端部１４に隣接する流路の実質的水平部分に対して実質的に垂直であるように流路１３を形成することが好ましい。図１はそのような流路構成を示し、これは「直角流路」またはＲＴＰとして本明細書に言及される。本発明のタービンの入口側空気流路の湾曲は９０°湾曲を超え得るということが予想される。
【００１７】
タービン入口側空気流路がロータまで真っ直ぐで、そしてロータを通過する場合、ロータを通過する空気の速度および質量流量は、回転翼が位置付けられるロータ外周縁の周りの異なる箇所で通常は実質的に均一になるだろう。これは望ましい状態である。他方、ロータの上流のタービン入口側空気流路に湾曲がある場合、空気が質量を持っているという事実がロータにおける空気の質量分配を不均一にする可能性もあり、ロータにおける空気の質量の大きな割合がおそらく、流路湾曲の外側に対応する流路スロートの部分に見出されるだろう。図１に示されるような直角に曲がる流路を持つタービン内のそうした不均衡な空気の分配を中和し抑制するために、タービン１０は、流路内を回転翼のすぐ前から流路入口に向かって延在する一次仕切壁またはバッフル２０を好ましくは備える。仕切壁２０は流路入口部分の外形と協働するように配置されて形成され、入口１４に入る空気の全量の実質的に等しい割合が、回転翼１２が配置されるロータの環状領域の前方および後方半部に流れるようにする。図２および後続の記載を参照のこと。前方範囲とロータに隣接する後方端部との間の一次仕切壁の配置および形成は、流路１３の各半部（ロータの前方に続く半分とロータの後方に続く半分）が、入口１４からロータ位置まで移動する空気の速度を増大するために実質的に等しい効果を有するように定義される。
【００１８】
図１に示されるように、一次仕切壁２０は流路１３内にその上流端部においてほぼ水平に好ましくは配置される。流路内を仕切壁２０の上を移動する空気はロータ１１の前方部分に向けられる上側空気流を構成し、流路内を仕切壁２０の下を移動する空気はロータの後方部分に向けられる下側空気流を構成する。上側および下側空気流の各々は、上側前方二次仕切壁２１”および下側後方二次仕切壁２１”から構成される１つ以上の二次仕切壁２１によって実質的に等しくさらに細分化することも可能であり、好ましくはそのように細分化される。一次仕切壁２０と同じように、二次仕切壁の構成は、流路１３内で、ロータ１２に向かって移動する上側および下側空気流の各細分区画内の空気が実質的に等しい速度増大効果を経るように定義される。結果として回転翼１２の全てに、実質的に同じ状態の空気速度および質量分配がかかる。タービン１０内に設置される二次仕切壁２１の数はタービンのサイズによって変えることもでき、４または５個の二次仕切壁２１’および２１”が、大きな直径のロータを有するタービンでは適切であり得る。
【００１９】
図１および５に示されるように、タービン１３は、特にそれが直角に曲がった入口側空気流路を有する場合、回転翼１２のすぐ前に、規則的に離間して固定された固定翼２２の組を備えることができる。固定翼はそれらを通過して移動する空気と協働し、その翼を出る空気の移動方向が回転翼の形状に対して所望の方向を有するようにする。固定翼の効果により、回転翼が、通過空気によって回転翼にかけられる力により能率的にかつ効果的に反応できるようになり、ロータ１１をロータの所望の方向により力強く回転させる。固定翼は好ましくはタービン軸の放射方向に延在し、タービンの土台または基礎に対して固定される内側および外側支持用円筒型シュラウド間に支持することができる。図７を参照のこと。内側固定翼シュラウド支持材が、ロータに隣接するシュラウドから内側に延在することができ、シュラウド支持材が、空気が流路スロート部１６を通過して上側に移動する場合のように、ロータの下に配置される場合、シュラウド支持材はロータの回転に対し少なくともいくらかの支持をそれに対してタービン軸の周りで提供することができる。また、所望なら、タービンを多段タービンとし、固定翼および回転翼からなる少なくとも１つの別のグループを、空気がスロート部１８を通過して移動する時に空気が衝突する固定翼および回転翼の第１のグループの下流に隣接して配置できることは明らかになるであろう。
【００２０】
タービンロータ１１の回転が発電機２４のロータを回転するように使用され、それによって、発電機から直接使用できる電力が生成される。発電機がＤＣ発電機でありかつＡＣ電力が使用に望まれる場合、発電機の出力をインバータ２５に適用することもできる。直角に曲がった入口側空気流路を使用することによりタービンロータを垂直軸の周りで回転させることができる本発明の実行において、ロータはロータから下方に延在できる回転可能出力シャフト２６の上側端部に連結可能である。シャフト２６の下側端部は発電機に直接連結可能である。しかし、さらに好ましくは、タービン出力シャフトは、１：１と異なる（好ましくは超える）有効歯車比を有し得る直角駆動装置２７を介して発電機に連結される。ロータシャフトおよび発電機入力シャフトが整列される場合、遊星歯車装置を使用して２本のシャフトを連結することが可能である。
【００２１】
タービン内で回転するためにロータシャフト２６を支持するベアリングの使用に加えて、ロータシャフトを支持するためにスラストベアリングを使用することも望ましい。両方向に有効なスラストベアリングが望ましいが、その理由はロータを通過して移動する空気が、ロータとそのシャフトを空気流の方向に動かすのに十分な力をその翼にかけ得るからである。
【００２２】
図２は、直角に曲がった入口側空気流路を有するタービン１０内で有用なロータ１１の断片的な平面図であり、流路のスロート部を介して空気が上方向に移動する。回転翼１２（そのうち３個のみが示される）がロータの全周囲の周りに存在することを表すために図２に破線２７が存在する。タービンの前および後方向が示される。図２は、一次流路仕切壁２０の上端がロータに対して終端し、前方３０および後方３１等面積半環状弓型領域を画定する位置を示す。ロータが回転する時、回転翼はこの弓型領域を通過する。図２はまた、二次仕切壁２１’および２１”の上側後端の領域３０および３１に関連する場所を示す。すなわち、流路１３に沿って仕切壁２０の上側を移動する空気は、スロート部１８を通って、図２に示される領域３０と実質的に同じ集合形状であるダクト用吐出開口部を通って固定翼および回転翼まで流れる。同様に、流路１３に沿って仕切壁２０の下を移動する空気は、図２の領域３１と実質的に同じ集合形状であるダクト用吐出開口部を通って固定翼および回転翼に近づく。それらダクト用吐出開口部は合わさって固定翼の下に環状部を形成する。その環状部は、タービン内側の実質的に環状の円筒状空間の境界を形成でき、その円筒状空間の周囲を流路入口部分の内側−前方半部および下側−後方半部が通る。ロータシャフト２６、発電機２４、インバータ２５、およびロータと発電機を連結する関連要素を、その円筒状空間内に配置することができる。その空間の底部を、タービンの土台に取り付けることができ、またはそうした土台の一部とすることができる。その空間は、空気流路１３を画定する構造から分離したそれ自身の筐体３３（図８を参照のこと）を有することができる。
【００２３】
図２はまたロータ１１が中央ハブ３４を有し得ることを示し、中央ハブ３４に対してシャフト２６の上端をロータの回転軸と整列して固定することができる。
【００２４】
図３はタービンを上に支持可能な土台が、アクスルと車輪３７とを有するトレーラフレーム３６（ボートトレーラのフレームと同様のフレームなど）であり得ることを示す。トレーラの前端部は３８で示される。図３はまた、ロータシャフト２６を原動力とする直角駆動装置２７の出力部が、ベルト４０によってギヤボックス３９に連結可能であることを示す。
【００２５】
図３および４は、入口側空気流路１３の入口開口部の有効領域が、入口開口部の周囲において流路構造に可動式に装着された補助構造によって拡大可能であることを示す。図４において、流路の固定構造が、開口部の境界である上部４２、底部４３、および側部４４を画定する。可動式車両に支持されるタービン１０が図３に示されているので、車両が移動している時、ならびにおそらくはタービンが使用されていない時も、流路１３の開口部を閉鎖することは有益であり得る。そのため、流路入口開口部を選択的に閉鎖するためのドアをタービン１０に装備することができる。そのようなドアは上側および下側ドア４５および４６であることができ、ドア４５および４６は流路入口開口部のそれぞれ上縁および下縁に対してヒンジ結合することができる。ドア４５およびドア４６は入口開口部の全幅に沿って延在可能である。ドア４５および４６は、流路入口開口部の側縁４４に装着される可動（ヒンジ式）側部パネル４７によって補完することができ、側部パネルは、出口開口部の面に実質的に配置される時、入口開口部の高さに沿って延在するが、好ましくは部分的にのみ開口部の幅を越える。入口開口部が閉鎖される時、ドアおよび側部パネルは実質的に出口開口部の面で閉鎖位置に移動可能であり、このとき側部パネルはドアに重ね合わせられている。
【００２６】
タービンを運転することが望ましい時間の間、ドアおよびパネルを開放して、所定の空気捕捉位置に移動させることができ、その空気捕捉位置ではドアおよびパネルは流路入口開口部の面に対して角度をつけて配置される。図３において、閉鎖位置から約１３５°移動したドア４５および４６が示され、側部パネルは同じ角度だけ移動した可能性があり、ドアおよび側部パネルはそれらの開放位置に適切に保持されている。図４は、開放ドアと側部パネルの隣接する縁部間の空間が隅板要素４８によって閉鎖可能であることを示す。隅板はたとえば好適に成形された（三角形などの）帆布片によって画定可能であり、ドアおよび側部パネルの隣接する縁部に環索およびピンにより固定可能である。流路入口開口部の固定された境界の周囲の開放ドアおよび側部パネル、ならびに導入された隅板の構成は、流路入口開口部の有効領域を有意に増加する。
【００２７】
図３および図４は、開口している上縁部、底縁部および側縁部４５〜４７で境界が定められた領域の片側をそれぞれ閉鎖するドア４５および４６の使用を示す。所望なら、その開口部の全高で寸法決めされたドアを装着することができ、そのような全高のドアはそれらが閉鎖される時、互いに重なる関係で配置することができる。
【００２８】
図５は回転翼１２と固定翼２２との間の有効な関係を示す。好ましくは、図示のように、固定翼の上縁と、隣接する回転翼の下縁との間に空間がある。この空間は本発明によるタービンの所望の静かな運転に有益である。
【００２９】
図６は、直角に曲がった入口側空気流路を有する本発明によるタービン１０’は、空気が固定翼２２と回転翼１２とを通って下方に流れるようにその流路入口１４をその出口の上に配置できることを示す。タービン１０’は、吹雪または地表に沿ってまたは地表近くを移動する他の粒子状物質が衝突し得る場所での使用に有利であり得る。さらに図６は、屋根表面がタービンの空気入口流路と空気出口流路の境界を形成する勾配屋根５１を有する建物５０の上にタービン１０’が支持可能であることを示す。
【００３０】
本発明によるタービンが、図３で示されるトレーラなど、可動式土台に支持される場合、タービン入口側空気流路の入口１４が、向かってくる風に直接面するようにタービンを地表に簡単に配置することができ、風が感知できるほどに向きを変えた場合、タービンを必要に応じて再配置または正しい向きに向け直すことができる。しかし、本発明は、タービン土台の向きを直すことが現実的でないほどに大きな直径のロータを有するタービン、ならびにタービンの向きを直すためにタービンに近づくことが実際的でないまたは現実に不可能である建物の上に配置されたタービンも想定している。後者の状況において、タービンはそれらの土台の上で自己配向してもよく、自己配向するタービン１０”の説明は図８に見出される。タービン１０”の空気流路１３およびその中の構造は上で記載されたようなものであり得る。このタービンの入口側空気流路１３は基部５５の上に支持可能であり、基部５５は、屋根の上または地表など固定された土台５７上にローラ５６などにより可動式に支持することができる。タービンは好ましくはタービン軸（すなわちタービンロータの回転軸）および基部の回転軸が５８で一致するように基部に取り付けられる。上で記したように、ロータ駆動シャフトおよび関連の動力生成装置は、空気流路１３を形成する構造から分離した軸５８と整列された円形ハウジング３３内に配置可能である。入口側空気流路構造はハウジング３３の周囲を移動できる場合があり、ハウジング３３は土台５７上に支持可能であり、基部５５の中央穴を通って延在可能である。特定の例において、タービン１０”の空気流路構造は、出口空気流路構造が、存在する場合、風向計の尾翼と類似の方法で機能できるため、自己配向可能であり、タービンの外側に作用する風力が軸５８の周囲でタービンを回転させることができる。タービンロータの直径が大きい場合など、他の例において、タービン基部４０を、基部に支持されるリングギヤと係合するモータ駆動式ピニオンギヤなど好適な基部駆動機構５９（ヨードライブとして示される）によって回転させることができる。図８を参照のこと。基部駆動機構の操作は、タービンに好適に配置されるかまたはタービンと連動する風向センサ６０から得られる情報を用いて制御できる。
【００３１】
自己配向タービンが大きい場合、存在するならば入口側空気流路スロート部の上に配置される空気流路構造の部分に可動式支持を提供することが有益であり得る。そのような支持は図１１に示され、タービン空気流路構造の出口部分１６が流路スロート部の上に配置されている。より具体的には、流路出口部分１９は、流路部分の下側外面に接続されたローラ６２によって、軸５８と垂直に配置され好ましくは土台５７上に適切に配置される環状プラットフォーム６３に可動式に支持することができる。プラットフォーム６３は、好ましくは円形パターンで軸５８と同軸に配置される支持部材６４に支持可能である。支持材６４のパターンの直径は、タービンがプラットフォーム支持材の内側で軸５８の周囲を３６０°回転できるほど十分に大きい。
【００３２】
図７は本発明のタービンの入口側空気流路の態様を定義するのに有用な構造部材の拡大斜視図である。示される部材は底部流路サブ組立部品７０、上部流路サブ組立部品７１、および固定子サブ組立部品７２である。サブ組立部品７０はタービン基部面とそのロータ面との間の距離に近似の高さを有する円形構造フレームワーク７３を画定する。フレームワーク７３の上側前半分には、上側入口側空気流路の表面を形成し、一次空気流路仕切壁２０の後方部分を下側デフレクタ縁部７５において連結できる半円形空気デフレクタ７４が配置される。下側半円形空気デフレクタ７６がサブ組立部品７０の下半分にその後方において支持される。デフレクタ７６は直円錐部分の半分として成形可能であり、上方に凹型である。デフレクタ７６に移動する空気はデフレクタ７４の下を通過する。デフレクタ７６の上縁部はフレームワーク７３の真ん中の高さにあるように示されている。サブ組立部品７０の前方部分は、その矩形開口入口端部１４の後方で入口側空気流路１３の別の態様を定義するために、側部（７７）で、底部（７８）で、および上部（図示せず）で閉鎖可能である。
【００３３】
サブ組立部品７１が、円形構造リング部材７９および半円形円筒状湾曲スカート８０によって基本的に構成されるように示されており、スカート８０は下側デフレクタ７６の上縁８１の間隔と等しい距離だけリング部材７９に属する。リング部材７９がサブ組立部品７０の上側構造リングに適切に配置され固定される時、スカート８０はその縁部８１でデフレクタ７６に連結してフレームワーク７３の上側後方半分を閉鎖する。
【００３４】
固定子組立部品７２は、内側８３および外側８４円形円筒状翼支持シュラウドの間に支持される固定翼２２を含む。固定子組立部品は好ましくは形状が環状である。固定子組立部品はタービンが組み立てられる時サブ組立部品７１のリング部材７９に連結される。
【００３５】
本発明のタービンは反転位置で取り付け可能であることは先に明記した。空気が回転翼を通過して下方に流れる反転タービンの形態が図６に示され、この例では、タービンはその支持構造に対してその軸の周りを動くことはできない。反転位置においてタービンの支持材に対してその回転軸の周りを動くことができるタービンを取り付けることが可能であり、角度をつけて動くことができるタービンが上から支持可能である１つの方法を図９が示す。
【００３６】
図９に示されるように、タービン支持リング９０を、ブラケット基部９２に属するブラケット９１によって土台（図示せず）の下で支持可能である。いくつかのブラケットおよびブラケット基部組立部品を支持リング９０にリングの周囲に離間された位置で取り付けることができる。各ブラケット基部を好適な土台の底面に連結することができる。反転タービンの基部を複数のトロリー組立部品９４を介して支持リングによって支持することができ、その１つが図９に示される。トロリー組立部品９４はフレーム９５を含むことができ、フレーム９５はタービン基部に適切に固定でき、フレーム９５には上側９６および下側９７トロリーローラが回転可能に取り付けられる。ローラは好ましくは支持リング９０の外形と密接に噛みあうように形成された外周を有する。トロリー組立部品が支持リングに沿って移動するが、支持リングに対して縦にまたは径方向に移動しないようにトロリーローラはフレーム９５に配置される。関連タービンの支持リング軸に対する角度の付いた動きは、上側トロリーローラの１個以上に連結された１個以上の駆動モータの操作によって得ることができる。
【００３７】
およそ８０フィートのロータ直径を有する本発明による直角に曲がった流路タービンがそのロータ面において約１２フィートの高さを有し得ることが予想される。
【００３８】
上に記載したように風の中で利用可能な動力は風速の３乗に比例する。つまり、風速を２倍にすると、利用可能な動力が８の倍数で増加する。風速のわずかな差が、利用可能なエネルギーの、および生成される電気の大きな差を、従って生成される電気のコストの大きな差を意味する場合もある。本発明のタービンは、入口側空気速度を有意に増加する比較的小さな構造によって特徴づけられ、相当量の電気を生成可能であることが理解される。本発明のタービンの低プロファイル（小さい高さ）は、高プロファイルのタービンが使用できないまたは受け入れられない場所で本タービンを使用できることを意味する。
【００３９】
本発明のタービンはタービンの入口側空気開口部に向かって相対的に移動する空気のエネルギーに反応して稼働する。タービンが地理的に固定された場所で使用される時、そうした相対的な空気の移動は、その場所を通過して移動する風によるものである。タービンを通過する相対風の生成以外の理由で移動される車両にタービンを配置する事例などのように、そうした相対的な空気をタービン自体の移動によって引き起こすことが可能であることが認識されよう。そのような車両の例は列車およびトラックである。そのような車両はそれらの有益な活動のかなりの部分の間、穏やかな速度〜高速で移動する。従って、本発明は上に記載された種類のタービンをそのような車両で使用することも企図する。
【００４０】
例えば本発明のタービンの小型版をトラックまたはトラックトラクターの運転室の上に取り付けて車両の運転に有用な電気を生成することができる。車両に冷凍または生鮮食品を配送するための貨物スペースがある場合など、タービンによって生成された電力を車両上の冷蔵システムを稼働するために適用することができる。また、タービンが生成した電気エネルギーを車両のバッテリーを充電（または再充電）するために使用して、車両が移動していない時または低速で移動している時、車両の電気装置を稼働することができる。
【００４１】
本発明を具現化する特定の構造的配置を参照しておよび本発明の特定の手順的態様を参照して本発明を上に記載してきた。前述の記載は、本発明を具現化できるまたは手順的に実行できるすべての形態の包括的な列挙であることを意図せず、そのように読まれるべきでもない。本発明の記載された態様の変更および修正が、本発明の正当な範囲から逸脱することなく実行できる。
【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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【国際調査報告】
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