(57)【要約】  収束部分と、収束部分のアウトレットに隣接する流体タービン部分と、流体タービン部分に隣接する発散部分とを備える流体タービンで使用するための流体タービン装置。流体は、収束部分を通って入り、発散部分を通って出る。収束部分及び発散部分は、格納壁パネルを支持するモジュラー格子状構造を使用して構成される。ディフューザーによって形成された内部真空及び収束部分及び発散部分上の風のせん断応力は制限されることができる。収束部分及び発散部分の構成は、一般的な風速に適合するように調整されることができる。回転ディフレクターの壁は、低風速状態の間、収束部分及び発散部分の有効領域を増加するために使用される。水平に取り付けられた空気力学的ディフレクターは、発散部分及びタービン部分上の及び収束部分の側壁上の風の応力及び抗力を低減するために使用される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの流体タービンで使用するための流体タービン装置であって、
インレット及びアウトレットを有する収束部分であって、インレットはアウトレットよりも高い領域を有し、アウトレット領域に対するインレット領域の第１の比率と、複数の収束部分の格納壁パネルを支持するモジュラー格子状構造とを有する、収束部分と、
収束部分のアウトレットに隣接する流体タービン部分であって、少なくとも一つの流体タービンを備えると共に中心軸を有する、流体タービン部分と、
流体タービン部分に隣接する、インレット及びアウトレットを有する発散部分であって、インレットはアウトレットよりも低い領域を有し、インレット領域に対するアウトレット領域の第２の比率と、複数の発散部分の格納壁パネルを支持するモジュラー格子状構造とを有する、発散部分と、
収束部分の格納壁パネル及び発散部分の格納壁パネルを選択的に展開及び格納するためのコントローラーと、を備え、
流体は、収束部分を通って入り、発散部分を通って出る、流体タービン装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体タービン装置において、
収束部分のインレットの周縁部の周囲のディフレクターの第１の連続壁と、
発散部分のアウトレットの周縁部の周囲のディフレクターの第２の連続壁と、を更に備える、流体タービン装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流体タービン装置において、
コントローラーに接続されると共にコントローラーによって制御されるオペレーションアラームシステムを更に備える、流体タービン装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の流体タービン装置において、
発散部分のモジュラー格子状構造は、流体タービン部分の中心線から出て延びる複数の構造部材を備え、
発散部分の複数の構造部材は、第２の比率を調整するため及び風のせん断応力及び発生した内部真空を制限するために展開されると共に格納される発散部分の格納壁パネルを支持する、流体タービン装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の流体タービン装置において、
発散部分のモジュラー格子状構造は、流体タービン部分の中心線から出て延びる複数の構造部材を備え、
収束部分の複数の構造部材は、第１の比率を調整するため及び風のせん断応力及び発生した内部真空を制限するために展開されると共に格納される収束部分の格納壁パネルを支持する、流体タービン装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載の流体タービン装置において、
コントローラーは、収束部分及び発散部分の格納壁パネルの特定の群を漸進的かつ選択的に展開及び格納して、風のせん断力及び内部真空を制御すると共に、風速測定に基づくと共に４．０ｍ／ｓ乃至１２．０ｍ／ｓの風速の範囲にわたって最大電力発生を維持する、流体タービン装置。
【請求項７】
請求項３記載の流体タービン装置において、
オペレーションアラームシステムは、
収束部分及び発散部分の格納パネルのプログラムされた位置と、収束部分及び発散部分の格納パネルの実際の位置との間の異常な検知に基づいてアラーム信号を発生する、流体タービン装置。
【請求項８】
請求項２記載の流体タービン装置において、
ディフレクターの第１の連続壁及びディフレクターの第２の連続壁は、収束部分のインレット及び発散部分のアウトレットの有効領域を増加するために低風速状態で選択的に展開される、流体タービン装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の流体タービン装置において、
収束部分、発散部分及び流体タービン部分は、各々、風の応力及び抗力を最小限に抑えるために、水平に取り付けられた空気力学的ディフレクターを更に備える、流体タービン装置。
【請求項１０】
請求項４記載の流体タービン装置において、
隣接する発散部分の構造部材の間に発散部分の格納壁パネルの各々を架ける少なくとも一つの補強バーを更に備える、流体タービン装置。
【請求項１１】
請求項４記載の流体タービン装置において、
隣接する収束部分の構造部材の間に収束部分の格納壁パネルの各々を架ける少なくとも一つの補強バーを更に備える、流体タービン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、風力タービンに関し、より具体的には、大きな収束及び発散する部分を使用する増大された風力タービン及びより小さい大きさの水平壁に関し、その垂直壁は、強風において著しい風のせん断力及び抗力を発生することができる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、増大された風力タービンで発達された力は、全ての壁の面積に比例する。より大きな壁の面積は、一般的に、支持構造要素に抗する大きな壁の力を意味し、全体的な増大された風のせん断効果及び抗力効果を意味する。強風状況や大きな表面積を含むアプリケーションでは、これらの力は、壁に大きな損傷を引き起こし、収束部分及び発散部分の破壊を引き起こし、現地住民に対する落下物及び飛散物の危険を引き起こし、タービンタワーの転覆を引き起こす。増大されたタービンの収束部分及び発散部分で発生された真空の力は、風速が増加すると共に増加し、壁パネルは、壁や収束部分及び発散部分の構造の崩壊を防止するために徐々に格納されなければならない。側壁のパネルは、風エネルギーの増大及び減少に従って、展開され及び徐々に格納されることができることが重要である。この動作は、異常な動作状況に対するオペレーターへの警報でコンピューター制御されなければならない。
【０００３】
フロータービンの前に配置された収束デバイス及びフロータービンの下流側に配置された発散デバイスは、収束デバイスと発散デバイスとの間に配置されたタービンのダクトチャンネルの流れ流線の速度又は運動エネルギーを増大する。運動エネルギーの増大は、ベンチュリ効果として知られている。
【０００４】
ディフューザーアシスト付きの風力タービン（ＤＡＷＴ）は、風発生要素に入る前に風を加速する一体壁付き構造を使用する風力タービンのクラスである。ＤＡＷＴは、ディフューザーによって形成されたベンチュリ効果の結果として、ローターブレードを通るより高い風速で動作することが十分に確立される。これらのディフューザー構造及びそれらの効果のコンセプトは、何十年もたっているが、市場で広く受け入れられていない。
【０００５】
ＤＡＷＴが商業的成功を収めていないことの主な理由は、そのディフューザー構造の大きなサイズがその適用を制限しているという事実からきている。増大されていないタービンのローターの風が吹き抜ける領域を単に増大するためにより経済的になっている。ディフューザーの大きさの制限は、経済的な問題だけでなく、設計上の問題である。非常に強風における大きなディフューザーは、途方もなく大きい力を発達し、これらの力に抵抗するために必要な構造は、複雑で高価である。
【０００６】
極限の風の事態で転倒して曲がることに抵抗することに関する構造的な要件は、全ての浮力タービンがＩＳＯ規格によって設計される必要があることである。従来のＤＡＷＴのタービン構造は、貧弱な抗力特性を有する。ローターのより高い剛率と組み合わせることは、支持構造の三つの羽付きタービン、ヨーベアリング及び基盤よりも実質的に大きい構造的なコストにつながる。
【０００７】
これらの理由に対し、従来のＤＡＷＴは、実用規模で風力エネルギー生産を改善する解決策を有していない。従って、電力は増加し、構造コストを相殺するには不十分であることが証明される。構造的な問題が低減される小型風力発電用途では、それらが同じコストの出力を向上させることができることを示すことができる場合は、従来のＤＡＷＴは、標準的な三つの羽付き風力タービンよりもよい。
【０００８】
現在まで、ダクト付きタービン部分に接続された収束部分及び発散部分を使用する実用規模の増大されたタービンのための商業的デザインは存在しない。収束部分は、発散部分よりも大きさが小さいが、非常に大きな構造にすることができ、高い風の状況に抵抗することができ、従って、設計上の課題が存在する。収束部分及び発散部分は、直線状であり直線構成の形状を生成する外壁を有し、あるいは、その壁は、円形にすることができ、円錐形状を生成することができ、又は、より複雑な形状を生成する直線状と湾曲上の混合壁にすることができる。
【０００９】
タービンが動作中の通常の風速は、４ｍ／ｓから１２ｍ／ｓに変化し、風力エネルギーの対応する密度は、３９．３から１０６２．７Ｗ／ｍ２に２７倍増大する。構造的設計は、弱い風の状況で厳密に動作する収束部分及び発散部分のために提供されることができるが、これは、動作コストを大幅に増加させるタービンによって生成されたエネルギーの量を十分に低減するであろう。
【００１０】
風力エネルギーが風速の３乗に比例するので、４ｍ／ｓから１２ｍ／ｓに風速を３倍にすることは、２７（３×３×３＝２７）のファクターによって増加されたエネルギーを意味する。ユニットが、全ての動作状況に対して一つの大きさとして動作するように設計されることとなった場合、構造部材の必要とされる重量及び大きさ及びパネルの強度は、タービン装置を経済的に実行できなくなるであろう。４ｍ／ｓの風力に対して設計された収束部分及び発散部分の同じ大きさは、１２ｍ／ｓの速度で破壊され又は実行できないであることは疑いがない。
【００１１】
風力エネルギーの変化は、収束部分及び発散部分の壁上の二つの効果を有する。第一に、構造の壁に沿って流れる風によって生じた抗力は、風速の３乗に比例し、第二に、収束部分及び発散部分で発生した真空レベルもまた風速の３乗で増加する。
【００１２】
出願人による前のＰＣＴ特許出願（タービン装置、出願番号第ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００７９７）では、風速の最適な増加を得るための収束構成及び発散構成を確立した。引用された構成は、空気がローターを動かすために使用されるガスである場合に最も適用であった。
【００１３】
動的類似の現象により、レイノルズ数が類似している場合は、収束発散装置を通る流れに対して同様の結果が得られることができるということを誰でも知っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
大きく増大した風力タービンを構築するために、強風のせん断力及び真空力と関連した設計の問題に対処する必要があり、その解決は、経済的でなければならず、非常に滑らかな内壁面を有する必要性を干渉しない必要がある。従って、増大された風力タービンを通る風速を増大するために利用される異なる形状の大きな収束及び発散に関連する、高い風のせん断力及び抗力及び真空力の問題を解決するための革新的な解決が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、上述の必要性の少なくとも一つを解決する装置を提供することである。
装置の主要な設計上の利点は、タービンローターを通過する際に空気の運動エネルギーを最大化すると共に、風速が増加するにつれて、収束及び発散の大きさが徐々に減少されることができるように格納式のパネルとしての壁を構築するための、非常に大きな収束部分及び発散部分の使用である。これらの二つの上述の要素は、普通の風速に対して適切であるように収束部分及び発散部分の大きさを調整し、タービン設置のコスト／ｋＷｈを減少し、より競争力のあるエネルギー源を生じる。
【００１６】
本発明の目的
本発明の第１の目的は、空気の流れによって直接的に駆動される流体タービンによって効率的に電気を生成するための装置を提供することであり、流体の流れの速度は、最適な大きさの構成を有する収束部分及び発散部分の適用によって、最大化される。
【００１７】
本発明の第２の目的は、風速が増大するにつれて収束及び発散の適切な壁領域の進歩的な格納を可能にする一体構造ではなく、モジュール構造を使用して非常に大きな収束部分及び発散部分を構築することにより得られるエネルギーを最大化にすることである。
【００１８】
第３の目的は、低風速時に、収束及び発散の領域が、それらの最も大きな全体的な形状であり、高風速状態で、収束及び発散の領域が、それらの最も小さな形状をとるように、全体的なエネルギー生産を最適化するためのシステムを提供することである。システムは、壁が徐々に格納されるにつれて、ローターブレードを通る風速及びタービン内に形成された真空が比較的一定のままであるように、設計される。
【００１９】
第４の目的は、風のエネルギーから低コストの電力を生成するシステムを提供することである。これは、風速が増加するにつれてタービン装置及びタワー構造の全体に発生した増加する抗力を低減するため、及び真空のレベルが増加するにつれて形状を保持するように設計された壁パネルを利用するために、設計された非常に大きな収束構造及び発散構造を使用する能力を必要とする。
【００２０】
本発明によれば、少なくとも一つの流体タービンで使用するための流体タービン装置が提供され、
流体タービン装置は、
インレット及びアウトレットを有する収束部分であって、インレットはアウトレットよりも高い領域を有し、アウトレット領域に対するインレット領域の第１の比率と、複数の収束部分の格納壁パネルを支持するモジュラー格子状構造とを有する、収束部分と、
収束部分のアウトレットに隣接する流体タービン部分であって、少なくとも一つの流体タービンを備えると共に中心軸を有する、流体タービン部分と、
流体タービン部分に隣接する、インレット及びアウトレットを有する発散部分であって、インレットはアウトレットよりも低い領域を有し、インレット領域に対するアウトレット領域の第２の比率と、複数の発散部分の格納壁パネルを支持するモジュラー格子状構造とを有する、発散部分と、
収束部分の格納壁パネル及び発散部分の格納壁パネルを選択的に展開及び格納するためのコントローラーと、を備え、
流体は、収束部分を通って入り、発散部分を通って出る。
【００２１】
好ましくは、本発明の上述の目的及び他の目的は、流体タービンローターと接触する速度を増加する増大された風力タービンを形成するためにモジュラー格納壁部分を有する収束及び発散構造を提供することにより実現され、
タービン装置は、
装置の周りを流れる風によって及ぼされる重量、風のせん断力及び抗力の形態である、タービン装置の重量、垂直方向の力及び水平方向の力を支持するための風力タワー構造と、
各タービン装置における格納式壁を有する収束部分であって、収束部分はインレット及びアウトレットを有し、インレットはアウトレットよりも高い領域を有し、アウトレット領域に対するインレット領域の第１の比率を有する、収束部分と、
収束部分のアウトレットに隣接する、各タービン装置における流体タービン部分であって、流体タービンを備える流体タービン部分と、
流体タービン部分に隣接する、各タービン装置における格納式壁を有する発散部分であって、発散部分はインレット及びアウトレットを有し、インレットはアウトレットよりも低い領域を有し、インレット領域に対するアウトレット領域の第２の比率を有する、発散部分と、
収束部分の格納壁パネル及び発散部分の格納壁パネルを構成するパネルを支持するための格子状構造と、
収束及び展開されることができると共に、発散部分によって形成された真空状態の下で動作するときに平らな表面を保持するために格納機構の方向に配向された補強バーを備えた、一組の可撓性パネルと、
一般的な風速を監視すると共に、エネルギーを最大化すると共に構造の破損のリスクを最小限にするために収束部分及び発散部分の特定のパネルを徐々に展開又は格納する、コンピュータ化された制御システムと、
収束及び発散の実際の配置と、特定の風速のためにそのプログラムされた配置との間のあらゆる以上をオペレーターに通知するアラームシステムと、
発散部分のアウトレットの周縁部及び収束部分のインレットの周縁部の周囲に配置された一組の格納ディフレクターと、を備え、
流体は、収束部分を通って入り、発散部分を通って出て、
流体タービン装置は、収束部分のインレット領域に対する発散部分のアウトレット領域の第３の比率を有する。
【００２２】
好ましくは、収束部分、流体タービン部分及び発散部分の組み合わせは、ベンチュリ効果が形成されるものでなければならない。ベンチュリ効果は、ベルヌーイの原理と連続方程式の組み合わせから得る。収束部分は、流体タービン部分へのインレットを加圧するように機能するのに対し、発散部分は、流体タービン部分の出口で真空を形成するように機能する。
【００２３】
好ましくは、直列に接続すると共に、流体タービン部分の中心線に沿って流体タービン部分から出て延びる複数の構造部材は、収束部分及び発散部分の格納パネル／壁を支持する。
【００２４】
好ましくは、流体タービン部分の構成に対する特定の距離における格納壁のグループは、上述の第１の比率、第２の比率及び第３の比率が、風速が増加及び減少する際に流体タービン部分を介して風速を比較的一定に保持するように調整されるように、提供される。この格納壁のグループは、風力タワー構造に対してタービン装置によって異なる風速で発生された抗力及び風のせん断力を調整しかつ制限する。
【００２５】
好ましくは、流体タービン装置の収束部分は、そのアウトレットよりも大きいインレットを有する部分として画定される。収束部分のアウトレットは、流体タービン部分のインレットと接触する。格納壁を用いる収束部分の長さ及び構成は、高い風速で形成される抵抗を最小限にするように調整されると共に、より均一な空気の流れが流体部分のインレットで形成されるように収束部のアウトレットで速度プロファイルを均一に形成するように調整される。
【００２６】
好ましくは、発散部分は、そのアウトレットよりも小さいインレットを有する部分として画定される。発散部分のインレットは、流体タービン部分のアウトレットと接触する。格納壁を用いる発散部分の長さ及び構成は、高い風速で形成される抵抗を最小限にするように調整されると共に、より均一な真空が流体部分のインレットで形成されるように発散部のインレットで速度プロファイルを均一に形成するように調整される。
【００２７】
好ましくは、流体タービン部分から出て延びる複数の構造部材は、最小値が１で最大値が８の垂直及び水平モジュールを提供するように構成されることが画定されると共に、各モジュールがその外側の壁を確立する収納可能な固定壁を支持しなければならないことが画定される。各モジュールの固定壁の表面に対する格納壁の表面の表面領域の割合は変更できる。
【００２８】
好ましくは、様々な収束部分及び発散部分の断面の形状は、（円形形状、矩形形状、環状形状など）変更できる。しかしながら、大きな収束部分及び発散部分の断面の好適な形状は、直線状形状である。より小さな収束部分及び発散部分は、円形形状であり、発散部分の層流を維持するために流体タービン部分のアウトレットの断面の形状と同様にするのが好ましい。
【００２９】
好ましくは、流体タービン部分は、発散部分及び／又は収束部分とは異なる形状を有することができることに留意すべきである。この場合では、移行部分は、層流を維持するために、流体タービン部分と、発散部分及び／又は収束部分との間に設置される。
【００３０】
さらなる実施形態では、格納壁は、織物及び補強材で作られ、あるいは、ヒンジ式の金属部分で作られることができる。双方の場合において、駆動機構は、格納壁パネルの各々を展開及び格納するために利用される。格納壁パネルは、一般的な風速の関数で画定されるグループで画定される。風速が増加すると、収束構造及び発散構造内の真空を制限するために、収束構造及び発散構造に対して風によって発生した抗力を制限するために、及びエネルギーの可能な最大量が構造上の損傷のリスクなしに流体タービンによって生成されることを確実にするために、パネルは徐々に格納される。
【００３１】
本発明のこれらの目的及び他の目的及び利点は、詳細な説明を読み、図面を参照することによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、その壁が格納された状態にある、本発明の好適実施形態にかかる、可能な直線形状の収束−発散の概略断面図である。
【図２】図２は、その壁が展開された状態にある、図１に示された、可能な直線形状の収束−発散の概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の好適実施形態にかかる、可能な直線形状のパネルのモジュラーパネル部分の概略断面図である。
【図４ａ】図４ａ及び図４ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、補強バーを有するモジュラー可撓性パネルの概略側面図、及びその格納／展開機構の断面図である。
【図４ｂ】図４ａ及び図４ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、補強バーを有するモジュラー可撓性パネルの概略側面図、及びその格納／展開機構の断面図である。
【図５ａ】図５ａ及び図５ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、円形状の発散部分の概略側面図、及び空力ディフレクターが水平に取り付けられた円形状の流体タービン部分の断面図である。
【図５ｂ】図５ａ及び図５ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、円形状の発散部分の概略側面図、及び空力ディフレクターが水平に取り付けられた円形状の流体タービン部分の断面図である。
【図６ａ】図６ａ及び図６ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、水平に取り付けられた空力ディフレクターを有する収束部分の概略側面図及び断面図である。
【図６ｂ】図６ａ及び図６ｂは、それぞれ、本発明の好適実施形態にかかる、水平に取り付けられた空力ディフレクターを有する収束部分の概略側面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、例示的実施形態に関連して説明されるが、本発明の範囲をそのような実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されるべきである。一方、添付の特許請求の範囲によって画定されるように含まれるすべての代替の変更例及び均等物を包含することが意図される。
【００３４】
以下の説明において、図面中の同様の特徴は、同様の参照符号が付与され、図面を簡略化するために、前の図面において既に特定されている場合にはいくつかの図面においていくつかの要素は参照されない。
【００３５】
収束部分及び発散部分を使用すると共に格納壁パネルで構成された新規な流体タービン装置が以下に説明される。本発明は、特定の例示的な実施形態（複数の実施形態）に関して説明されるが、本明細書中に記載れた実施形態（複数の実施形態）は、単なる例示であり、本発明の範囲がそれによって限定されるものではないことを理解されるべきである。
【００３６】
一般的にタービン装置における、特に収束部分及び発散部分の構造における、風のエネルギー及び力の大きな変化は、効率的に動作するために、収束部分及び発散部分の設計が収束部分及び発散部分の壁の領域の漸進的な減少を可能にする必要があることを意味する。これは、収束部分及び発散部分のパネルを支持するためにモジュラー格子状構造を必要とする。簡単に述べると、風速が増加すると、選択されたパネルは格納され、風速が減少すると、選択されたパネルは展開される。
【００３７】
コンピューター制御システムなどのコントローラーは、壁に関する抗力及び真空力を制御するために及び全ての風速において最大エネルギー量を生成するために、個々のパネルを選択的に展開又は格納する。収束部分及び発散部分の大きさに対する風速の調和のこの柔軟性は、収束部分及び発散部分と共に作動するＤＡＷＴタービンの経済的妥当性を確保するために絶対的に必要である。
【００３８】
コントローラーが壁パネルの展開の異常を検知する場合、アラームは、収束及び発散構造又はタービン装置が構造上の損傷を招く前にオペレーターが直ちに行動をとるために鳴らされる。
【００３９】
収束部分が発散部分と共に使用されるとき、収束部分の動作は、通常真空下で動作するという点で発散部分のように変わる。収束部分及び発散部分を通って進むときの空気流の流れの状態は、それらの効率にきわめて重要である。最大の問題は、境界層剥離である。ひとたび側壁の面に沿って移動する空気が空気の流れの主要な本体部に対してあまりにも大きなエネルギーを失うと、境界層流の流れは、その壁から分離し、渦を巻き始める。収束部分又は発散部分の全体の効率が低下し始める。これは、内壁パネルが平らで非常に滑らかなままであることを確実にすると共に、収束及び発散の構造の部材が空気の流れに対して最小限の障害を形成することを確実にする機能を設計が組み込むことを必要とする。
【００４０】
従って、パネルが可撓性材料で作られている場合、拡散部分によって形成された真空条件下でそれらを直線状（平ら）に保つために、パネルは、構造部材間にパネルを架ける補強バーを含む。パネルが水平軸線を中心にしてそれ自体を巻き付けることによって格納される場合、そのバーは、パネルに対して水平に配置される。パネルが垂直軸線を中心にしてそれ自体を巻き付けることによって格納される場合、そのバーは、パネルに垂直に配置される。
【００４１】
発散部分又は発散部分の一部が直線形ではなく円形の形状であった場合、風のせん断力及び抗力の挑戦は、異なって対処される。風のせん断力及び抗力の主要な課題は、風がタービンダクトトンネルの中心軸に対して直角に発散部分に当たった場合に発生する。これは、タービンが風に従うように設計されているので完全に異常事態であると共に、風のせん断力及び抗力に対して最悪の状況となる。
【００４２】
風のせん断力及び抗力に対する代替の解決は、その水平方向の中心線に沿って円形のディフューザーの両側に空力ディフレクターを取り付けることである。ディフレクターは、風上側のせん断力を減少させ、ディフューザーの風下側の抵抗を低減させる。
【００４３】
（図面に示されたような）ボーガー最適化理論を使用して設計された収束部分は、発散部分のアウトレットの表面領域よりもかなり小さいインレット表面領域を有する。従って、それは、発散部分よりも寸法が小さく、側壁の高さは、その上部及び底部の幅よりもかなり短い。側壁のより小さい寸法が付与されると、円形状のディフューザーに対して上述された収束部の両方の側壁の空力ディフレクターと同じタイプを取り付けることが可能である。水平の風力は、垂直の風力よりも常にはるかに深刻であることが理解される。
【００４４】
収束部分及び発散部分によって発生された真空を制限するために、格納パネルは、収束部分の上部分及び底部分に取り付けられる。これらのパネルを格納及び展開することにより、収束部分の効率は増加及び減少し、これは、発散部分の効率を変更する。収束部分の効率を単に減少させることにより、発散部分によって発生された真空を制限することが可能である。
【００４５】
上述のように、パネルの格納及び展開は、好ましくは、コンピューター制御下で行われ、エネルギー生産を最大にすると共に発生される真空を制限するようにプログラムされる。しかしながら、風のせん断力及び風の抗力の脅威は、収束部分、円形の発散部分及び円形の流体タービン部分の水平壁に取り付けられたディフレクターの使用によって対処されることができる。
【００４６】
図１、２及び３は、拡張タービン装置のために考慮されると共に直線状構成、円錐状構成及び環状構成を含む、収束部分及び発散部分の主要な構成を示す。好適実施形態では、収束部分（２）及び発散部分（４）は、直線状であり、円筒状のタービン部分（３）を囲む。しかしながら、円錐形状及び環状の収束部分及び発散部分を使用することができる。
【００４７】
図３に示されるように、モジュラー及び格納壁パネル（６）は、独立的に制御される。風速が増加し始めて風力タービン装置の抗力が増加すると、流体タービン部分から最も遠い収束部分及び発散部分のモジュラー部分の格納壁パネルは、格納される。風のせん断力及び抗力及び内部真空が増加し続ける場合、流体タービン部分から次に最も遠い部分にある格納壁パネル（６）は、格納される。風速が増加し続けた場合にこの進行が継続し、その結果は、収束部分及び発散部分の長さの短縮及び収束部分のインレット領域及び発散部分のアウトレット領域の縮小である。進行順序は、風速及びタービン発電機の容量の関数である。
【００４８】
同様に、風速が低下し始める場合、収束部分及び発散部分の次に最も遠い部分が展開される。これは、収束部分及び発散部分を長くし、収束部分のインレット領域及び発散部分のアウトレット領域を増大する。その目的は、電力生産率を均一にすることであり、それによって、電気システムの負荷を最適化し、そして、収束及び発散の構造部材上の及びタービンタワー構造上の水平力を制限することである。
【００４９】
収束−発散の図示しない好適実施形態では、収束部分及び発散部分の最も遠い端部分は進退することができる。これは、収束部分及び発散部分の延長を可能とする。
図４ａ及び図４ｂに最もよく示されるように、好ましくは、装置は、隣接する発散部分構造部材（５）の間に発散部分の格納壁パネル（６）の各々を架ける少なくとも一つの補強バー（７）を更に備え、あるいは、隣接する収束部分構造部材（５）の間に収束部分の格納壁パネル（６）の各々を架ける少なくとも一つの補強バー（７）を更に備える。上述のように、パネル（６）が（パネル展開格納機構（８）を使用して）水平軸線を中心にしてそれ自体を巻き付けることによって格納される場合、そのバーは、パネルに水平に配置される。パネルが垂直軸線を中心にしてそれ自体を巻き付けることによって格納される場合、そのバーは、パネルに垂直に配置される。
【００５０】
例えば図５ａ及び図５ｂに示されたさらに好適な実施形態では、回転または枢動可能なディフレクター（１２）は、連続した壁を形成するために、発散部分（４）のアウトレット及び収束部分（２）のインレットの周りに配置される。これらのディフレクター（１２）は、収束インレット及び発散アウトレットの有効表面積を増加させる役割を果たし、低風の状態で展開されるのみである。それらの役割は、低風の状態におけるタービンの収束部分及び発散部分で生成された真空を増加させるのを助けることである。それらの非作動位置では、ディフレクター（１２）は、収束部分及び発散部分の壁に平行であり、それらの作動位置では、ディフレクター（１２）は、その壁に直角である。回転または枢動機構は、水圧式、空気圧式、ギア式、又は電気式、あるいは、あらゆる他の等価なシステムにすることができる。
【００５１】
好ましくは、図５ａ乃至図６ｂに良く示され、上述したように、収束部分、発散部分及び流体タービン部分は、各々、風の応力及び抗力を最小限に抑えるために、水平に取り付けられた空気力学的ディフレクター（１３）を更に備える。
【００５２】
当業者は理解されるように、複数のタイプの流体タービンは、本発明の装置、例えば、単一の又は二重の壁付きタービンで使用されることができる。また、各流体タービンに対して、様々な組み合わせ、例えば、ブレードの様々な数及び／又は構成、水タービン部分の壁とタービンローターとの間の空間などが使用されることができる。
【００５３】
当業者は理解されるように、収束部分及び発散部分のパラメーターは、本明細書に示された例と比べて異なることができる。同様に、流体タービン部分は、発生される電力の量に応じて異なることができる。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載され、添付の図面に示されているが、本発明は、これらの明確な実施形態に限定されるものではなく、種々の変更および修正が本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。
【符号の説明】
【００５５】
１    タービンタワー構造
２    収束部分
３    流体タービン部分
４    発散部分
５    構造部材
６    展開及び格納可能な壁パネル
７    可撓性パネル補強バー
８    パネル展開及び格納機構
９    風力タービン装置
１２    回転ディフレクター
１３    水平に取り付けられた空力ディフレクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ−５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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