(57)【要約】流体のエネルギーにて駆動される原動機が提供される。このような原動機は、第１フェアリングと、前記第１フェアリングから離間して配置されて前記第１フェアリングとの間に隙間を形成する第２フェアリングと、前記第１及び第２フェアリングの間を延設されるシャフトに配置されるブレードアセンブリとを備える。前記第１及び第２フェアリングそれぞれは、増加した速度にて流体を前記隙間に誘導するための湾曲した周縁部を有する。前記流体が前記隙間に流れ込むと、前記流体は前記ブレードアセンブリに接触して、前記ブレードアセンブリを前記シャフトにより規定される軸を中心に回転させる。前記ブレードアセンブリの前記回転は、発電機における発電に使われてもよい。前記原動機は、携帯電話タワーに配置されて前記タワーの構成部品を駆動するため及び／又は前記送電網に給電するための発電に使われてもよい。
2012514158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のエネルギーによって駆動される原動機であって、 
第１フェアリングと、
前記第１フェアリングから離間して配置されて前記第１フェアリングとの間に隙間を形成する第２フェアリングと、
前記第１フェアリングと前記第２フェアリングとの間で実質的に垂直方向に延設されて、垂直軸を規定するシャフトと、
前記第１及び第２フェアリングの間において、前記シャフトに配置されるブレードアセンブリとを備え、
前記第１及び第２フェアリングは、それぞれ、流体を前記隙間に誘導するための湾曲した周縁部を有し、
（ｉ）前記フェアリングのうち少なくとも１つの高さは、前記隙間の高さの少なくとも１５％であり、（ｉｉ）前記流体は前記隙間に流れ込み、前記ブレードアセンブリに接触して前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させることを特徴とする原動機。
【請求項２】
請求項１に記載の原動機であって、前記フェアリングそれぞれの前記周縁部が実質的に平らな連続した表面に移り変わる原動機。
【請求項３】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは少なくとも２つのブレードを有する原動機。
【請求項４】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは第１湾曲ブレードを有しており、前記第１湾曲ブレードは前面及び背面を有しており、前記前面はくぼんでおり、前記背面はふくらんでおり、前記前面は流体を捕捉するための空洞を形成する原動機。
【請求項５】
請求項４に記載の原動機であって、前記第１湾曲ブレードは中空に形成されており、空気が第２湾曲ブレードに向かうように流れ、前記第２湾曲ブレードから排出される原動機。
【請求項６】
請求項４に記載の原動機であって、前記背面は前記流体を誘導するよう構成された湾曲した形状を有する原動機。
【請求項７】
請求項４に記載の原動機であって、前記第１湾曲ブレードは、湾曲して前記流体に入り込む先端部をさらに有する原動機。
【請求項８】
請求項４に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、前記シャフトから延設される腕部をさらに有しており、前記第１湾曲ブレードは前記腕部の遠位端に取り付けられている原動機。
【請求項９】
請求項８に記載の原動機であって、前記腕部は湾曲しており、前記湾曲腕部はくぼんだ側及びふくらんだ側を有している原動機。
【請求項１０】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、はずみ車と、前記はずみ車の周面部から延設される複数の湾曲ブレードとを有する原動機。
【請求項１１】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、はずみ車と、前記はずみ車の内部に組み込まれた複数の湾曲ブレードとを有する原動機。
【請求項１２】
請求項１に記載の原動機であって、前記流体は空気である原動機。
【請求項１３】
請求項１に記載の原動機であって、前記第１フェアリングと、前記第２フェアリングと、前記ブレードアセンブリとは互いに接続されており、単一の部材として前記垂直軸を中心に回転する原動機。
【請求項１４】
請求項１に記載の原動機であって、前記第１及び第２フェアリングはそれぞれ円形状である原動機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の原動機であって、前記第１フェアリングは第１直径を有しており、前記第２フェアリングは第２直径を有しており、前記第１直径は前記第２直径よりも小さい原動機。
【請求項１６】
請求項１に記載の原動機であって、それぞれのフェアリングの前記周縁部は放物線状であり、前記周縁部は２つの前記フェアリングの間に形成された前記隙間に向かい内側に湾曲している原動機。
【請求項１７】
請求項１に記載の原動機であって、複数のガイド羽根が、前記第１及び第２フェアリングの前記周縁部に設置されている原動機。
【請求項１８】
請求項１に記載の原動機は、流れガイドをさらに備え、前記原動機は、前記流れガイド内部に設置され、前記流れガイドは前記流体を前記原動機に向けて誘導する原動機。
【請求項１９】
請求項１に記載の原動機であって、前記フェアリングのうち少なくとも１つの前記高さは、前記隙間の高さの少なくとも２０％である原動機。
【請求項２０】
請求項１に記載の原動機であって、前記フェアリングのうち少なくとも１つの前記高さは、前記隙間の高さの少なくとも３０％である原動機。
【請求項２１】
請求項１に記載の原動機であって、（ｉ）前記ブレードアセンブリは接触エリアを有しており、（ｉｉ）前記接触エリアの一部分は、前記フェアリングの径方向外側にあり、（ｉｉｉ）前記流体は、横から前記フェアリング付近を流れて前記接触部分に接触する結果、前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させる。
【請求項２２】
請求項１に記載の原動機は、 
内部を貫通する通路を有する流れガイドをさらに備え、前記原動機は、前記流れガイドの前記通路に近接して配置されており、前記流体が前記流れガイドの前記通路を流れて前記原動機の前記隙間に入り込み、前記ブレードアセンブリに接触して前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させる原動機。
【請求項２３】
請求項２２に記載の原動機であって、前記原動機は前記流れガイドの前記通路内部に配置される原動機。
【請求項２４】
請求項１に記載の原動機であって、前記周縁部は円形状である原動機。
【請求項２５】
信号を送信するように構成されたタワーに設置された原動機から発電する方法は、
信号を送信するように構成されたタワーに原動機を設置し、前記原動機は、第１フェアリングと、前記第１フェアリングから離間して配置される第２フェアリングと、前記第１及び第２フェアリングの間に配置されるブレードアセンブリとを備え、前記ブレードアセンブリは、前記ブレードアセンブリに流体が接触した場合に前記第１及び第２フェアリングの間において垂直軸を中心に回転するように構成されており、
発電機内の前記回転するブレードアセンブリからエネルギーを発生させ、 
前記エネルギーを送電網、又は装置、又はエネルギー保存区域に送る方法。
【請求項２６】
前記請求項２５に記載の方法であって、前記タワーは携帯電話タワーである方法。
【請求項２７】
前記請求項２５に記載の方法であって、前記原動機は前記タワーの上端部付近に設置される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体的に原動機と使用方法に関するものである。より詳細には、本発明は、流体の流れから発電する装置と発電する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長年、回転ブレードを使って、風及び／又は水エネルギーを、有益な作業を成し遂げるのに必要な他の形態のエネルギーに変換してきた。例えば、伝統的な風車や風力タービンは、プロペラ表面を用いて風の流れをとらえて、風の流れ内のエネルギーを水平水車のシャフトの回転に変換してきた。しかし、これらの伝統的な風車は、多くの欠点を持っている。例えば、伝統的な風車のプロペラ又はブレードは、一般的には１つの方向を向いている。風がプロペラの方向に吹いていない場合、風車は動作せず、風エネルギーは別の形態のエネルギーに思うように変換されない。さらに、風の向きが最適であろうがなかろうが、水平軸風車は高エネルギーで高速度の風を利用することができない。なぜなら、そのような風は回転するブレードに過負荷を与えて、損傷や故障をもたらしうるからである。従来の水平型風車の場合、３５ｍｐｈを超える風速の時には、これらの問題を回避するために停車しなければならない。風エネルギーは、速度の３乗によって増加する。風速が高いときにブレード運転を停止することは、重大な不利益を意味する。なぜなら、このときは、風エネルギーのほとんどを変換に利用できるときであるからだ。
【０００３】
垂直軸風力タービンも利用できる。垂直軸タービンは、水平軸風車の欠点の多くを解決しているのだが、垂直軸タービンは、垂直軸タービン固有の問題を抱えている。例えば、いくつかの従来技術の装置（例えば、国際公開特許ＷＯ２００９／０４７６７９に記載される装置）は、望ましくない方法で空気の流れをブレードエリアへ変更する。ここでは、流体は、装置の流体デフレクターの中空の中心に吸引される。装置を適切に運転するためには、流体デフレクター同士の間に大きな隙間が必要とされる。特に、装置は、ブレードを回転させるための好適な渦の形成には大きな隙間を必要とする。よって、そのような装置は非効率であり、望ましくない大きな高さを有することになる。
【０００４】
よって、効率がよく、実用的な改良された原動機が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
流体のエネルギーによって駆動される原動機が提供される。このような原動機は、第１フェアリングと、第１フェアリングから離間して配置されて第１フェアリングとの間に隙間を形成する第２フェアリングと、第１及び第２フェアリングの間を延設されるシャフトに配置されるブレードアセンブリとを備える。フェアリングのうちの少なくとも１つの高さは、フェアリング間に形成される隙間の高さの少なくとも１５％である。第１及び第２フェアリングはそれぞれが流体を隙間に案内するための湾曲した周縁部を有している。流体が隙間に流入するとき、流体はブレードアセンブリに接触し、それゆえブレードアセンブリを、シャフトにより規定される垂直軸を中心に回転させる。ある実施形態においては、それぞれのフェアリングの周縁部は、実質的に平らな連続した表面に移り変わる。
【０００６】
信号を送信するように構成されたタワーに配置される原動機によって発電されてもよい。原動機は、第１フェアリングと、第１フェアリングから離間して配置される第２フェアリングとを備える。ブレードアセンブリは第１及び第２フェアリングの間に配置されており、流体がブレードアセンブリに接触すると垂直軸を中心に回転さうるように構成される。回転するブレードアセンブリからエネルギーを発生させて発電機に蓄えられる。蓄えられたエネルギーは、その後、送電網に送ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態例における原動機の上面図である。
【０００８】
【図１Ｂ】図１Ｂは、わかりやすくするために上側フェアリングを取り除いた状態の、図１Ａに示された原動機の上面図である。
【０００９】
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示された原動機の側面図である。
【００１０】
【図２Ａ】図２Ａは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの実施形態例の上面図である。
【００１１】
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の等角図である。
【００１２】
【図２Ｃ】図２Ｃは、ブレードアセンブリの一部を形成するブレードの断面である。
【００１３】
【図３Ａ】図３Ａは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の上面図である。
【００１４】
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の上面図である。
【００１５】
【図４】図４は、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の上面図である。
【００１６】
【図５Ａ】図５Ａは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の上面図である。
【００１７】
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示されたブレードアセンブリの側面図である。
【００１８】
【図６Ａ】図６Ａは、本発明における原動機で使われるブレードアセンブリの別の実施形態例の上面図である。
【００１９】
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示されたブレードアセンブリの側面図である。
【００２０】
【図７Ａ】図７Ａは、非対称的なサイズのフェアリングを有する原動機を示す等角図である。
【００２１】
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示された原動機の上面図である。
【００２２】
【図８】図８は、タワーに設置された原動機を示す概略図である。
【００２３】
【図９Ａ】図９Ａは、流れガイド内に設置された原動機を示す部分等角図である。
【００２４】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示された原動機と流れガイドの側面図である。
【００２５】
【図１０Ａ】図１０Ａは、建物の上縁部のすぐはずれにある高速の層状の空気の流れを誘導するための流れガイドを示す概略図である。
【００２６】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、障害物の周囲の空気の流れを誘導するための流れガイドを示す概略図である。
【００２７】
【図１１Ａ】図１１Ａは、原動機及びフェアリングを適用した側面図であり、ここではブレードの流体との接触エリアはフェアリングの外側に配置されている。
【００２８】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに示されるアセンブリの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
発電の好ましい構造と方法がここに説明される。本技術を用いる原動機の実施形態が説明される。本発明は、開示される原動機の構造と使用法に限定されず、むしろ、特許請求の範囲の文言におけるいかなる発電適用例に開示される技術の使用法をも含むものとする。
【００３０】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは原動機例を示す。図示されたように、原動機１０は、第１フェアリング１４と、第２フェアリング１８と、シャフト２６に設置されたブレードアセンブリ２２とを含んでもよい。図１Ｃに示されるように、第１フェアリング１４は、隙間３０が２つのフェアリングの間に形成されるように第２フェアリング１８から離間して設置されている。ブレードアセンブリ２２が第１及び第２フェアリング１４、１８間でシャフト２６において自由に回転できるように、隙間３０は十分な大きさである必要がある。図１Ｃに示されるように、流体３４は第１及び第２フェアリング１４、１８の間を流れて、隙間３０に入りブレードアセンブリ２２に接触し、それゆえブレードアセンブリ２２を回転させる。流体３４はいかなる流体（例えば空気、水）であってもよい。ブレードアセンブリ２２のみが回転する図示された実施形態とは対照的に、フェアリング１４、１８とブレードアセンブリ２２とを互いに接続して単一の部材として回転してもよい。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示されるように、フェアリング１４、１８はそれぞれ水平面と同方向に向けられており、内側面３６と、外側面３８と、周面部４２とを有する。図１Ａ、１Ｂに示されるように、フェアリング１４、１８は好ましくは円形状である。さらに、フェアリング１４と１８のうちいずれか、又は両方の高さは、好ましくはフェアリング１４、１８間の隙間３０の高さの少なくとも１５％である。さらに好ましくは、少なくとも２０％であり、それよりもさらに好ましくは３０％である。フェアリングの高さが大きければ、ブレードエリアへの流体の流速を高める。円形であり水平面と同方向に向けられたフェアリングを有することで、原動機１０は全方向対応となりうる。つまり、原動機１０は、流体３４がどの方向に流れていようとも運転することができる。しかし、フェアリング１４、１８は円形状を有することに限定されず、他の形状を有してもよいことを理解する必要がある。
【００３２】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示されるように、フェアリング１４、１８の内側面３６は連続しており、それぞれの直径は、対応する外側面３８の直径未満である。連続するという語句は、穴によって実質的に断続されていないことを意味することが理解される必要がある。連続する内側面は、所望のベンチュリ効果を生むことを促進する。それに加え、フェアリング１４、１８は、フェアリング１４の内側面３６がフェアリング１８の内側面３６に対向するように配置される。内側面３６と外側面３８の高さの差とともに、内側面３６と外側面３８との直径の差のために、またフェアリング１４、１８の相互の位置関係のために、図１Ｃに示されるように周面部４２は、流体３４をブレードアセンブリ２２に向けて誘導する。周面部４２は、好ましくはベルヌーイ形状であり、隙間３０に向かって内側に湾曲している。つまり、周面部４２はそれぞれが円弧形状を有するか、放物線形状を有する必要がある。湾曲した周面部４２を有することで、流れる流体３４が隙間３０に向けて誘導されるだけではなく、ブレードアセンブリ２２に向けても誘導される。また隙間３０に進入するときのスピードが上昇する。よって、原動機１０は流体３４が低スピードで流れるような環境において運転することができ、いかなるスピードにおいても高速でエネルギーを変換できる。
【００３３】
例えば、風の利用可能な動力は以下の式により与えられる。
2012514158.tif 000003
式１  風動力の方程式
ここで、
Ｐ＝風の利用可能な動力（計測単位：ワット）
Cp＝ブレード効率
A＝ブレードの受風面積（単位：平方メートル）
ρ＝空気密度
v＝風速
風が吹き出すスピードを変更することはできない。しかし、ブレードが受ける風のスピードを増加させることはできる。これは、ベンチュリ効果の一種を発生させるフェアリング１４、１８の利用によって実行できる。ここで、外部の流体の流れ場の断面積、はフェアリング１４、１８の間の隙間３０において実質的に減少されて、それゆえにフェアリング１４、１８間での速度を実質的に増加させる。典型的なベンチュリ管での速度の増加は、以下の式で与えられる。
A１V１＝A２V２  式２  ベンチュリ管方程式
ここで、A１はベンチュリ管に進入する流体の流れ場の面積、A２は管の内部の最も小さい部分での断面積である。V１は外部での流体の流速であり、V２は内部での流体の流速である。
【００３４】
上記式から、内部流体の流れ面積に対する外部流体の流れ面積の比率が上昇すると、管の内部の流体の流速が上昇することがわかる。ベンチュリ管とは異なり、流体は、あらゆる方位において進入でき・利用されるが、それ以外は、フェアリング１４、１８は同様に運転される（程度はそれほどではないが）。進入した流体の流れの断面積は、内部で原動機ブレードアセンブリ２２にぶつかる流体の速度を増加させるためにトレードオフされる。よって、フェアリング１４、１８は、ブレードアセンブリ２２への流体速度を増加させて垂直軸風力タービンの低いブレード効率を克服でき、その結果、フェアリング１４、１８の利点を用いて、動力出力が増加される。また、複数の原動機を積み重ねること可能になるため、動力を増大させてコミュニケーションタワー（communications towers）への適用が可能になる。
【００３５】
図１Ｃに示されるように、シャフト２６は、少なくとも部分的にフェアリング１４、１８の間を貫通する。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示されるように、シャフト２６と、シャフト２６に設置されるブレードアセンブリ２２は、フェアリング１４、１８の中心付近に設置される。シャフト２６は、図示されるように部分的にフェアリング１４、１８の間を貫通するが、シャフト２６は、完全にフェアリング１４、１８間を貫通することもできることが理解されるべきである。
【００３６】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、４、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂはいくつかの互いに異なるブレードアセンブリ２２の構造を示す。それぞれのブレードアセンブリは、好ましくは、垂直軸を中心に回転するが、そのような配置方向には限定されない。さらに、いくつかの構造が示されるが、原動機１０は、開示された実施形態に限定されるものではない。原動機１０は、図に示されたようなブレードアセンブリの利点を組み込んだ他のブレードアセンブリを含んでもよい。
【００３７】
この点を考慮し、図２Ａは、原動機（例えば、原動機１０）において用いられるブレードアセンブリ７０の実施形態例を示す。図示されるように、ブレードアセンブリ７０は、第１ブレード７４と第２ブレード７８を備える。それぞれのブレード７４、７８はシャフト８２に装着され、前面８６と背面９０とを備える。図２Ａに示されるように、それぞれのブレード７４、７８は、前面８６がくぼみ背面９０がふくらむように湾曲している。つまり、前面８６はそれぞれの対応する先端部９４からシャフト８２に向けて内側に湾曲して延び、背面９０は、それぞれの対応する先端部９４からシャフト８２に向けて外側に湾曲して延びている。ブレード７４、７８が湾曲するために、流体１０２が、ブレードのふくらんだ背面９０に沿って流れるときに、流体１０２の水平成分が、ブレードの帰路においてブレードを、流入する流体に引き込もうとする。
【００３８】
図２Ａに示されるように、前面８６は、それぞれが流入する流体（例えば、風）を捕捉するための空洞１０６を形成している。流体が流れるにつれ、空洞１０６は流体を捕捉してブレードアセンブリ７０を回転させる。それゆえ、ブレード７４、７８の形状や特徴のために、それぞれのブレード７４、７８は、回転するブレードアセンブリ７０の設置場所によっては流れている流体によって押されたり引っ張られたりすることができる。
【００３９】
図２Ａに示されるように、一方の先端部９４は湾曲して流れている流体の中に入り込むように湾曲し、他方の先端部９４は流れている流体からそれるように湾曲している。このような特徴が、ブレードアセンブリ７０の回転を促進する。この点を考慮し、ブレードアセンブリ７０の先端部９４は、レバレッジを駆使して流れている流体から最大限の動力を得ている。
【００４０】
図２Ｂは、図２Ａに示されるブレードアセンブリと同様のブレードアセンブリを示すが、２つではなく、３つのブレードを備えている。図示されるように、ブレードアセンブリ１１０は、第１ブレード１１４と、第２ブレード１１８と、第３ブレード１２２とをする。
それぞれのブレード１１４、１１８、１２２は、ふくらんだ背面１２６と、空洞１３４が形成されているくぼんだ前面１３０とを有している。前面１３０と、背面１２６と、空洞１３４は、ブレードアセンブリ７０で説明されたものと同様であり、従って同様の方法で運転し、従来のブレードに対して同一の利点を提供する。
【００４１】
図２Ｃは、ブレードアセンブリ（例えば、ブレードアセンブリ２２、又はブレードアセンブリ７０）の一部を形成しうるブレードの断面を示す部分断面図である。図示されるように、ブレード１５０は、前面１５４と背面１５８とを有している。前面１５４は空洞１６２を形成し、背面１５８は、ブレード１５０が流体内に切り込むときに、流体をそらせるような形状になっている。背面１５８は円形状に示されるが、背面１５８は流体に切り込むための他の構造も持ちうることが理解されるべきである。例えば、背面１５８は湾曲した形状を有することもできる。
【００４２】
図３Ａ、３Ｂは、原動機（例えば、原動機１０）において用いられるブレードアセンブリの２つの他の実施形態を示す。図３Ａ、３Ｂに示されるブレードアセンブリは、それぞれが腕部に設置された小さなブレードを有している。このような構造はより経済的でありうるし、ブレードアセンブリがレバレッジを最も発揮できる位置を流れる流体の動力に、焦点をあわせることができる。
【００４３】
図３Ａに示されるように、ブレードアセンブリ１６２は、シャフト１７０に設置された３つの腕部１６６を有している。ここで、それぞれの腕部１６６は、腕部１６６の遠位端から延びるブレード１７４を有する。ブレード１７４が腕部１６６の遠位端から延びているために、ブレードアセンブリ１６２がレバレッジを最も発揮できる位置を流れる流体の動力に、焦点をあわせることができる。
【００４４】
図３Ａに示されるように、それぞれの腕部１６６は湾曲しており、ふくらんだ裏側１７８とくぼんだ前側１８２とを有している。このような特殊な構造を有するため、腕部１６６に沿って流れる流体１８４は、腕部の帰りの時に、腕部１６６を流体内に引っ張り込むことを促進する。同様に、ブレード１７４はふくらんだ背面１８６と、空洞１９４が形成されたくぼんだ前面１９０とを有している。背面１８６と、前面１９０と、空洞１９４とはブレードアセンブリ７０で説明されたものと同様であるため、同様の方法で運転されて従来のブレードに対して同一の利点を提供する。
【００４５】
図３Ｂに示されるブレードアセンブリが３つではなく４つの腕部とブレードを有することと、湾曲せずにまっすぐな腕部を有することを除き、図３Ｂが示すブレードアセンブリは、図３Ａに示されるブレードアセンブリ１６２と同様である。図示されるように、ブレードアセンブリ２００は、シャフト２０８に配置される４つの腕部２０４を有している。ここで、それぞれの腕部２０４は、腕部２０４の遠位端から延びるブレード２１２を有している。ブレード２１２が腕部２０４の遠位端から延びるため、ブレードアセンブリ２００がレバレッジを最も発揮できる位置を流れる流体の動力に、焦点をあわせることができる。ブレード２１２は、ふくらんだ背面２１６と、空洞２２４が形成されたくぼんだ前面２２０とを有する。背面２１６と、前面２２０と、空洞２２４は、ブレードアセンブリ７０において説明されたものと同様のであり、従って同様の方法で運転し、従来のブレードに対する同一の利点を提供する。
【００４６】
図４は、原動機（例えば、原動機１０）において用いられうるブレードアセンブリの他の実施形態を示す。図示されるように、ブレードアセンブリ２３０は、シャフト２３８に装着されたはずみ車２３４と、はずみ車２３４の周囲から延びるいくつかのブレード２４２とを有している。図示されるように、それぞれのブレード２４２は、ふくらんだ背面２４６と、空洞２５４が形成されたくぼんだ前面２５０とを有している。背面２４６と、前面２５０と、空洞２５４は、ブレードアセンブリ７０において説明されたものと同様であり、従って同様の方法で運転し、従来のブレードに対する同一の利点を提供する。
【００４７】
図５Ａ、５Ｂは、原動機（例えば、原動機１０）において用いられうるブレードアセンブリの他の実施形態を示す。図５Ａ、５Ｂに示されるブレードアセンブリは、ブレードがはずみ車の内部に組み込まれること以外は、図４に示されるものと同様である。この点を考慮し、ブレードアセンブリ２７０は、シャフト２７８に装着されるはずみ車２７４と、はずみ車２７４に組み込まれたいくつかのエアフォイル２８２とを有している。図５Ａに示されるように、それぞれのエアフォイル２８２は、ふくらんだ背面２８６とくぼんだ前面２９０とを有している。図５Ｂに示されるように、はずみ車２７４の部分とともにそれぞれの前面２９０は、流体２９８を捕捉するための空洞２９４を形成している。
【００４８】
図６Ａ、６Ｂは、原動機（例えば、原動機１０）において用いられうるブレードアセンブリの他の実施形態を示す。図６Ａ、６Ｂに示されるブレードアセンブリは空洞に形成されており、流体をブレード内部に流通させることができる。図示されるように、ブレードアセンブリ３０２は、第１ブレード３０６と、第１ブレード３０６と相互に接続された第２ブレード３１０とを有している。相互に接続されたブレードはシャフト３１４に装着されている。それぞれのブレード３０６、３１０はふくらんだ背面３１８と、空洞３２６が形成されたくぼんだ前面３２２とを有している。図６Ａ、６Ｂに示されるように空洞３２６同士が接続されて、流れている流体３３０がその中を通過できるようになっている。流体３３０を通過させることで、トルクが回転するブレードアセンブリに追加されて、望ましくない場所での圧力の発生が低減されうる。例えば、流れている流体３３０は、相互に接続されたブレード３０６、３１０の入り口３３４と出口３３８の両方において、流体の流れの運動量の変化から力を得ることができる。これらの運動量の変化は、望ましい力の分力を生み出す（つまり、入り口においてブレードを押して（push）、出口においてブレードを推進する（propel））。背面３１８と前面３２２とはブレードアセンブリ７０において説明されたもの同様であり、従って、同様の方法で運転して従来のブレードに対する同一の利点を提供する。
【００４９】
図７Ａ、７Ｂは、非対称的なサイズのフェアリングを有して流体が進入するのにより広い角度を許容する原動機を示している。図示されるように、原動機３５０は,
第１フェアリング３５４と、第２フェアリング３５８と、第１と第２フェアリングの間に配置されるブレードアセンブリ３６２とを備える。図示されるように、第１フェアリング３５４は、第２フェアリング３５８よりも小さなサイズであってもよい。それゆえ、もし流体が上側から流れてきたとしても、流体は、フェアリングに邪魔されることがないため、ブレードアセンブリ３６２に向かって誘導される。原動機３５０は、小さな上側フェアリングを有するように示されているが、下側フェアリングが上側フェアリングよりも小さい場合もありうることが理解される必要がある。
【００５０】
図７Ａ、７Ｂに示されるように、原動機は、突出したガイド羽根を備えてもよい。図示されるように、フェアリング３５４、３５８はそれぞれが、流れている流体をブレードアセンブリ３６２にむけて誘導する突出したガイド羽根３６６を有している。好ましくは、ガイド羽根３６６は、それぞれのフェアリング３５４、３５８の周面部３７０に配置されている。図示はしていないが、ガイド羽根３６６は、手動又は自動で回転させて、自身を周面部３７０の周りにおける流体の流れの方向にあわせることができる。
【００５１】
本発明における原動機は、従来の風車にとっては実用的ではなかった様々な構造体に設置してもよい。例えば、図８に示されるように、原動機４００は、タワー４０４の先端部に設置されてもよい。タワー４０４は、信号を送信するタワー（例えば、携帯電話タワー）をも含むような、いかなる種類のタワーであってもよい。原動機４００は水平面に寝かせて設置されるので、原動機４００は、タワー４０４へのせん断応力を最小限にすることができ、従ってユーザーは、原動機４００をタワー４０４の先端部に設置することができる。よって、原動機４００を、より高速でより少ない乱流の風を活用できるような位置に設置できる。もちろん、原動機４００は、より高速でより少ない乱流の風となるように、タワー内の他の位置に適宜設置できる。
【００５２】
図８に示されるように、発電機４０８を、タワー４０４付近の低い場所又は地上に設置することができる。また、発電機４０８は、シャフト４１２によって原動機４００に接続されてもよい。原動機４００が風によって駆動されると、シャフト４１２が回転して発電機４０８が発電をする。その後、電気は送電網（例えば、図８の送電網４１６）に送られるか、後の利用のためにエネルギー保存区域に蓄えられる。又は、電気は、装置によってすぐに消費されてもよい。このような構造を持っているため、発電機４０８を地上付近に配置して、より簡易にメンテナンスができるようにしてもよい。さらに、発電機４０８の重量がタワーにかかるわけではないので、大きな発電機を使ってもよい。このような構造の場合、電力をタワー４０４の電機部品に供給できるので、タワー４０４を必ずしも送電網に接続する必要がなくなる。
【００５３】
原動機４００は水平面に寝かせて設置されるので、原動機４００の高さを低く保つことができて、積み上げることができる。原動機４００を、追加の原動機やその他の機器の上に積むことができる。例えば、図８に示されるように、原動機４００をエアフォイル４２０の上に積むことができる。原動機を積載することで、それぞれの原動機用のブレードアセンブリをそれぞれ異なる角度で配位して、トルクの変動を平準化することができる。さらに、入手できる電力量が増えるであろう。
【００５４】
本発明における原動機は、流れガイドの内部に配置することもできる。例えば、図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、１０Ｂは、互いに異なる流れガイドに配置された原動機を示す。これら流れガイドの適用によって、ブレードアセンブリに向かう流体の速度の上昇を促進させて、障害物の周囲の流体を誘導を促進して乱気流を避けることができる。
【００５５】
図９Ａ、９Ｂに示されたように、ブレードアセンブリ５００は流れガイド５０４内部に配置される。図示されるように、流れガイド５０４は、タワー５０８に接続されて、四角い形状をしてもよい。流れガイド５０４は中空であり、四角のそれぞれの辺に入り口を有するような通路５１２を備えてもよい。よって、流体が、いかなる方向からでも進入してブレードアセンブリ５００に向けて誘導される。
【００５６】
図１０Ａ、１０Ｂは、建物の屋上に設置された別の流れガイドを示す。建物の屋上に流れガイドを配置することで、建物の上縁部からすぐはずれたところのより高い層状の空気の流れを原動機に向けて誘導でき、障害物の周囲の空気流れを誘導してタービンに到達させる。図示されるように、流れガイド６００は、建物６０４の屋上に配置されてもよい。流れガイド６００は、障害物（例えば、障害物６０８）の周囲の風を誘導して、原動機６１６に向けて層状の空気流れ６１２を誘導できる。図示されるように、原動機６１６は、流れガイド６００内部に配置されてもよく、風の動力を利用した発電を促進できる。
【００５７】
図１１Ａ、１１Ｂは、別の原動機を示している。図示されるように、原動機７００は、第１フェアリング７０４と、第１フェアリング７０４と互いに近接して配置された第２フェアリング７０８とを有しており、ブレードアセンブリ７１２が自身の軸を中心に自由に回転する間に、流体が横からフェアリング７０４、７０８付近を流れる。図示されるように、第１フェアリング７０４、第２フェアリング７０８は、それぞれが、ブレードアセンブリ７１２の大部分を覆うように延びる周面部７１６を有している。特に、面７１６の上側部７４０は、ブレードアセンブリ７１２を超えて延設することもできる。
【００５８】
図示されるように、ブレードアセンブリ７１２は、垂直軸を中心に回転して、第１ブレード７６０と第２ブレード７６４とを備える。それぞれのブレード７６０、７６４は、ふくらんだ背面７６８と空洞７７６が形成されるくぼんだ前面７７２とを有する。前面７７２と、背面７６８と、空洞７７６とはブレードアセンブリ７０において説明されたものと同様であり、従って、同様の方法で運転でき、従来のブレードに対する同一の利点を提供する。それに加えて、ブレード７６０、７６４は、内部が中空であり、空気の流れ通路７８０を提供する。
【００５９】
原動機１０、７００とそれぞれ対応するサブシステムの説明は解説目的であるため、本発明は、ここで提供される特定の説明や用途に意図されていない。また、明示的に特許請求の範囲で引用される特定の構造をのぞき、特定のサブシステムへの一部分の適用も、いかなる場合でも本発明の範囲を狭めることを意図しない。例えば、原動機１０、７００は、エネルギーや他のエネルギー動力の用途のために、火力発電や、液体の循環や、使用や備蓄のための水からの水素分離に使うことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２ＢＣ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５ＡＢ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７ＡＢ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年7月28日(2010.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のエネルギーによって駆動される原動機であって、 
第１フェアリングと、
前記第１フェアリングから離間して配置されて前記第１フェアリングとの間に隙間を形成する第２フェアリングと、
前記第１フェアリングと前記第２フェアリングとの間で実質的に垂直方向に延設されて、垂直軸を規定するシャフトと、
前記第１及び第２フェアリングの間において、前記シャフトに配置されるブレードアセンブリとを備え、
前記第１及び第２フェアリングは、それぞれ、流体を前記隙間に誘導するための湾曲した周縁部を有し、
（ｉ）前記フェアリングのうち少なくとも１つの高さは、前記隙間の高さの少なくとも１５％であり、（ｉｉ）前記ブレードアセンブリが回転するエリア全体において、前記フェアリングそれぞれの前記周縁部が実質的に平らな連続した表面に移り変わり、（ｉｉｉ）前記流体は前記隙間に流れ込み、前記ブレードアセンブリに接触して前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させることを特徴とする原動機。
【請求項２】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは少なくとも２つのブレードを有する原動機。
【請求項３】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは第１湾曲ブレードを有しており、前記第１湾曲ブレードは前面及び背面を有しており、前記前面はくぼんでおり、前記背面はふくらんでおり、前記前面は流体を捕捉するための空洞を形成する原動機。
【請求項４】
請求項３に記載の原動機であって、前記第１湾曲ブレードは中空に形成されており、空気が第２湾曲ブレードに向かうように流れ、前記第２湾曲ブレードから排出される原動機。
【請求項５】
請求項３に記載の原動機であって、前記背面は前記流体を誘導するよう構成された湾曲した形状を有する原動機。
【請求項６】
請求項３に記載の原動機であって、前記第１湾曲ブレードは、湾曲して前記流体に入り込む先端部をさらに有する原動機。
【請求項７】
請求項３に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、前記シャフトから延設される腕部をさらに有しており、前記第１湾曲ブレードは前記腕部の遠位端に取り付けられている原動機。
【請求項８】
請求項７に記載の原動機であって、前記腕部は湾曲しており、前記湾曲腕部はくぼんだ側及びふくらんだ側を有している原動機。
【請求項９】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、はずみ車と、前記はずみ車の周面部から延設される複数の湾曲ブレードとを有する原動機。
【請求項１０】
請求項１に記載の原動機であって、前記ブレードアセンブリは、はずみ車と、前記はずみ車の内部に組み込まれた複数の湾曲ブレードとを有する原動機。
【請求項１１】
請求項１に記載の原動機であって、前記流体は空気である原動機。
【請求項１２】
請求項１に記載の原動機であって、前記第１フェアリングと、前記第２フェアリングと、前記ブレードアセンブリとは互いに接続されており、単一の部材として前記垂直軸を中心に回転する原動機。
【請求項１３】
請求項１に記載の原動機であって、前記第１及び第２フェアリングはそれぞれ円形状である原動機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の原動機であって、前記第１フェアリングは第１直径を有しており、前記第２フェアリングは第２直径を有しており、前記第１直径は前記第２直径よりも小さい原動機。
【請求項１５】
請求項１に記載の原動機であって、それぞれのフェアリングの前記周縁部は放物線状であり、前記周縁部は２つの前記フェアリングの間に形成された前記隙間に向かい内側に湾曲している原動機。
【請求項１６】
請求項１に記載の原動機であって、複数のガイド羽根が、前記第１及び第２フェアリングの前記周縁部に設置されている原動機。
【請求項１７】
請求項１に記載の原動機は、流れガイドをさらに備え、前記原動機は、前記流れガイド内部に設置され、前記流れガイドは前記流体を前記原動機に向けて誘導する原動機。
【請求項１８】
請求項１に記載の原動機であって、前記フェアリングのうち少なくとも１つの前記高さは、前記隙間の高さの少なくとも２０％である原動機。
【請求項１９】
請求項１に記載の原動機であって、前記フェアリングのうち少なくとも１つの前記高さは、前記隙間の高さの少なくとも３０％である原動機。
【請求項２０】
請求項１に記載の原動機であって、（ｉ）前記ブレードアセンブリは接触エリアを有しており、（ｉｉ）前記ブレードアセンブリ接触エリアの接触部分は、前記フェアリングの径方向外側にあり、（ｉｉｉ）前記流体は、横から前記フェアリング付近を流れて前記フェアリングの径方向外側にある前記ブレードアセンブリの前記接触部分に接触する結果、前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させる。
【請求項２１】
請求項１に記載の原動機は、 
内部を貫通する通路を有する流れガイドをさらに備え、前記原動機は、前記流れガイドの前記通路に近接して配置されており、前記流体が前記流れガイドの前記通路を流れて前記原動機の前記隙間に入り込み、前記ブレードアセンブリに接触して前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させる原動機。
【請求項２２】
請求項２１に記載の原動機であって、前記原動機は前記流れガイドの前記通路内部に配置される原動機。
【請求項２３】
請求項１に記載の原動機であって、前記周縁部は円形状である原動機。
【請求項２４】
信号を送信するように構成されたタワーに設置された原動機から発電する方法は、
信号を送信するように構成されたタワーに原動機を設置し、前記原動機は、第１フェアリングと、前記第１フェアリングから離間して配置される第２フェアリングと、前記第１及び第２フェアリングの間に配置されるブレードアセンブリとを備え、前記ブレードアセンブリは、前記第１及び第２フェアリングの間において垂直軸を中心に回転するように構成されており、（ｉ）前記フェアリングのうち少なくとも１つの高さは、前記隙間の高さの少なくとも１５％であり、（ｉｉ）前記ブレードアセンブリが回転するエリア全体において、前記フェアリングそれぞれの前記周縁部が実質的に平らな連続した表面に移り変わり、（ｉｉｉ）前記流体は前記隙間に流れ込み、前記ブレードアセンブリに接触して前記ブレードアセンブリを前記垂直軸を中心に回転させ、
発電機内の前記回転するブレードアセンブリからエネルギーを発生させ、 
前記エネルギーを送電網、又は装置、又はエネルギー保存区域に送る方法。
【請求項２５】
前記請求項２４に記載の方法であって、前記タワーは携帯電話タワーである方法。
【請求項２６】
前記請求項２４に記載の方法であって、前記原動機は前記タワーの上端部付近に設置される方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の原動機であって、前記流れガイドは建物の縁部に設置されて、前記建物の縁部のはずれの増加された速度の空気の流れを前記原動機の前記隙間全体に供給する原動機。
【請求項２８】
請求項２７に記載の原動機であって、前記流れガイドは原動機が配置される場所の端部に向かって減少する断面積を有しており、前記空気の流れの速度が前記原動機の前記隙間全体に向かって増加する原動機。
【請求項２９】
請求項２７に記載の原動機であって、前記流れガイドは、前記建物の上にある障害物の周囲の空気流れを誘導する原動機。
【国際調査報告】
2012514158.tif 000023