JP2013532256A - 風から電気エネルギーを生成するための施設 - Google Patents

Abstract

電気エネルギーを生成するための設備は、複数のシュラウドと、複数の風力タービンと、発電システムと、複数のモジュールと、枢動装着システムと、支持構造とを有する。各シュラウドは、シュラウドを通過する卓越風の速度を高めるスロートを有する。複数の風力タービンはそれぞれ、複数のシュラウドのうちの１つのスロート中に動作可能に配置される。発電システムは、複数の風力タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される。支持タワーは、表面の上のシュラウドと風力タービンを支持するための中央タワーを含み、外周タワー、支え線および／または他の構造構成要素をさらに含むことができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、一般に発電デバイスに関し、より詳細には、風力発電施設に関する。

従来技術は、シュラウドのスロートにおける卓越風の速度を高め、卓越風からエネルギーを捕捉するためのタービンの能力を増大させるために、シュラウドを使用することを教示する。しかしながら、従来技術のシュラウドは、シュラウドを通過する風の量を増加させると同時に、シュラウドに対する抵抗を最小限に抑えるように成形されたシュラウドは教示するものではない。

山本の米国特許第７，２９３，９６０号は、たとえば、６角形のシュラウドを含む浮遊式風力発電施設を教示している。シュラウドの形状、特に、シュラウドの外側表面は、無視できない抵抗を生成する形状を有する。

Ｆｒｉｅｓｔｈの米国特許出願公開第２００８／１２４１７号は、かなりの抵抗を一緒に生成する、平坦面と非空気力学的に成形された平坦な外側表面とを含むシュラウドを教示している。

また、本開示で教示される施設は、極めて高層であり得るタワー建築物を含む。そのよう高層構造では、極値風でタワーが故障しないように、抵抗を最小限に抑えることが重要である。

従来技術は、小さい面積の土台の上での風からのエネルギーの捕捉を最適化するために、いくつかの実体のあるタワーを連結している。Ｆｒｉｅｓｔｈは、コアタワーと、水平方向と捩じれとの安定性を与えるための複数の支え線とを含むタワー建築物を教示する。同様のタワー建築物の別の例が、Ｗｅｉｓｂｒｉｃｈの米国特許第５，５２０，５０５号に示されている。

上記で説明した参照文献は、全体的に参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、以下に説明する目的を果たす、構造および使用におけるある特定の利益を教示する。

本発明は、卓越風から電気エネルギーを生成するための施設を提供する。本施設は、複数のシュラウドと、複数の風力タービンと、発電システムと、複数のモジュールと、枢動装着システムと、支持構造とを含む。各シュラウドは、シュラウドを通過する卓越風の速度を高めるスロートを有する。複数の風力タービンはそれぞれ、複数のシュラウドのうちの１つのスロート中に動作可能に配置される。発電システムは、複数の風力タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される。

本発明の主な目的は、従来技術が教示していない利点を有する施設を提供することである。

別の目的は、タービンのシャフトにおける電力生成量を、同じ風速におけるシュラウドを装備していない同じサイズの風力タービンの生成量の約３．３倍まで増加させる施設を提供することである。

別の目的は、シュラウドのない同じサイズのタービンによって電力を生成するために必要とされる最小速度の約３分の２の風速度で電力を生成し、その結果、従来の風力タービンが必要とするよりも低い通常の風速で、多くの地理的エリアで電力を生成できるようにすることが可能な施設を提供することである。

別の目的は、風力発電のために利用可能な新しい地理的エリアによって、需要地点おいてまたはその近くの電力を供給し、さらなる電力生成のために追加の電力伝送設備を提供する必要を低減する、またはなくすことが可能である施設を提供することである。また、このように配置することにより、長距離にわたる伝送による電力損失が低減され、したがって、ユーザの電力のコストが低減される。

別の目的は、広範囲の風速により様々な範囲の最適な効率で動作させることができる異なるサイズの発電機のバッテリーに、タービンからの出力をルート決定することによって、電力生成効率を改善する施設を提供することである。

別の目的は、それは、モジュール中の２つのポンプからの、制御、モータおよびジェネレータのうちの１つのセットへの油圧流体の流れを合成することによって、さらに電力生成効率を改善することが可能である施設を提供することである。

別の目的は、従来の風力発電設備と比較して、風力発電生成のための必要とされる土地の量を大幅に低減するタワー支持構造を含む施設を供給することである。また、この構造により、従来の風力発電設備と比較して、より高い高度で利用することができ、またはより高い風速を実現することができる。

さらなる目的は、様々なニーズを満たすように、より大きく、またはより小さくスケーリングすることができる施設を提供することである。

例として、本発明の原理を示す添付の図面と併せて読むと、以下のより詳細な説明から、本発明の他の特徴および利点が明らかになるであろう。

添付の図面に本発明が示される。

本発明の一実施形態による施設の斜視図であり、支持構造と複数のモジュールとが示されている。 支持構造を取り除いた状態の複数のモジュールの斜視図である。 本施設の発電システムの概略図である。 本施設のシュラウドの斜視図である。 図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿ったシュラウドの断面図である。 本施設のプラットフォームの斜視図である。 シュラウドの切欠斜視図であり、図３のシュラウド内に配置された図３Ｃのプラットフォームが示され、また、シュラウド中の内部支持体が示されている。 シュラウド内部構造システムの正面断面図である。 モジュールとモジュールが回転可能に装着されたレールとの分解斜視図である。 上側フレームの斜視図である。 外側トラックの詳細を示す図である。 下側フレームの斜視図である。 前方内側トラックの詳細を示す図である。 後方内側トラックの詳細を示す図である。 モジュール制御システムの概略図である。 モジュールがない支持構造の平面図である。 コアタワーの斜視図である。 外周タワーの斜視図である。 トラス−レールシステムの斜視図である。 リングトラスの斜視図である。 径方向トラスの正面図である。 外周トラスの正面図である。 レールトラスの正面図である。 レールの平面図である。 張り綱対の正面図である。

上記で説明した図面は、表面の上の卓越風から電気エネルギーを生成するための施設である本発明を示している。

図１Ａは、本施設の一実施形態の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの施設の斜視図であり、施設の複数のモジュールをよりよく示すために支持構造が取り外されている。この実施形態は単独で、または複数設置すると、建設現場に制限がある場合に大きい電力需要を満たす際に最も効率的である。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本施設は、発電システムと、複数のシュラウドと、複数の風力タービンと、複数のモジュールと、枢動可能な装着システムと、支持構造とを含む。支持構造は、捕捉される風の量を最大にするとともに、施設の占有面積を最小限に抑えるために、表面（たとえば、地面、水面または他の場所）のはるかに上方で多数の風力タービンを支持する。

図２に、発電システムの一実施形態の概略図を示す。図２の発電システムは、風力タービン２０４と、油圧システム２０６と、電気生成システム２０８と、支柱２１０と、プラットフォーム２１２とを含む。油圧システム２０６は、ポンプ２１４と、制御システム２１６と、モータ２１８と、ラインおよび他の構成要素２２０とを含み得る。油圧システム２０６は、タービン２０４からの機械的エネルギーを、ポンプ２１４を介して流体流れの形態のエネルギーに変換する。流体流れは、次いで、コントローラ２１６によって適切な油圧モータ２１８に分配される。油圧モータ２１８は、次いで、流体流れを機械的エネルギーに変換し、その機械的エネルギーは発電機２２２に伝達される。

発電システムの制御システム２１６は、電力の生成を最適化するために、ポンプからの流体流れを異なるサイズのモータ２１８および論理に分配するための分配エレメント（たとえば、バルブ）を含む。制御システム２１６は、また、図４に示すモジュール中の複数のポンプ２１４からの流れを受け入れることができる。

タービン２０４とポンプ２１４とラインおよび他の構成要素２２０の一部分とは、支柱２１０によって支持される。次いで、支柱２１０は、図３Ａに示すシュラウドによって支持される。制御システム２１６とモータ２１８と電気生成システム２０８の一部分と油圧ラインおよび他の構成要素２２０の一部分とは、以下でより詳細に説明するように、シュラウドによって支持される。発電システムの一実施形態が示されているが、当技術分野で知られている代替的な発電システム（たとえば、機械的伝動装置および他の代替物）を利用することもでき、そのような代替実施形態は、本発明の範囲内であると見なすべきである。

図３Ａは、複数のシュラウドのうちの１つの一実施形態を示す。図３Ａに示すように、シュラウドは、図１Ａに示すように、風力タービン２０４の周りに配置された空気力学的な中空シェルである。図３Ａのシュラウドは、水平軸３２４と内側表面３０４と外側表面３０６で特別に成形された環状体とすることができる。シュラウドは、また、前方部３０８と後方部３１０とを有する。この前後の向きは、図４に示されるモジュールにすべての構成要素にも当てはまる。

内側表面３０４の最小直径Ｄは、スロート３１２である。シュラウドの寸法および風力発電システムの多くの他の寸法は、スロート３１２の直径Ｄに比例する。図１Ａに示したように、タービン２０４は、スロート３１２に配置される。

図３Ｂに、図３Ａのシュラウドの断面を示す。図２Ａおよび図２Ｂのシュラウドは、水平軸３２４のまわりを３６０度の完全円で回転する図３Ｂの形状の経路によって形成された、中空の回転シェルまたは環状体である。図３Ｂの形状は、点３２６、３２８、３３２および３３８と、線３３０、３３４、３３６および３４０とを含む。図３Ａのシュラウドの前方部３０８は、より詳細には、図３Ｂの形状を回転させたときに点３２６によって生成される円として規定される。点３２６は、軸３２４から０．７Ｄの距離に配置されているが、軸３２４から０．５５Ｄ〜０．９５Ｄの範囲内に配置してもよい。図３Ａのシュラウドの後方部３１０は、より詳細には、図３Ｂの形状を回転させたときに点３２８によって生成される円として規定される。点３２８は、点３２６を含んでいる垂直面の後方部まで１．５Ｄの水平距離に配置されているが、点３２６の後方部まで０．５Ｄ〜２．５Ｄの範囲内に配置してもよい。

図３Ｂに示すように、この実施形態のシュラウドの外側表面３０６は、軸３２４から直角に軸３２４から離れて進み点３２６で始まる外側前方曲線３３０を含む。曲線３３０の方向は、軸３２４に垂直な後方部に対して１５度程度変動し得る。曲線３３０は、軸３２４に平行に進み、軸３２４から０．７５Ｄの距離の点３３２で終端する。終端における曲線３３０の方向は、軸３２４に平行な線から離れるように１０度程度変動し得る。軸３２４からの点３３２の距離は、０．６Ｄ〜２Ｄで変動し得る。点３３２は、点３２６から後方部まで０．０７５Ｄの水平距離に配置されている。点３３２は、点３２６から後方部まで０．０５Ｄ〜１．５Ｄで変動し得る。第１の実施形態では、曲線３３０は４分の１楕円であるが、任意の形状をとってもよい。図３Ｂの形状における外側後方部の線３３４は、点３３２で始まり、点３２８で終端する。第１の実施形態では、線３３４の軸３２４に対する傾斜は変動する。線３３４の最小傾斜は、点３３２において軸３２４に向かって４度であり、最大傾斜は、点３２８において軸３２４に向かって６．５度である。線３３４の傾斜は、軸３２４に対して平行から軸３２４に向かって１５度まで変動し得る。

図３Ｂに示すように、内側表面３０４は、軸３２４に向かって軸３２４に対して直角に進み内側前部の点３２６で始まる曲線３３６を含む。起点における曲線３３６の方向は、軸３２４に垂直な後方部に対して１５度程度変動し得る。終端における曲線３３６の方向は、軸３２４に平行な線から離れるように１０度程度変動し得る。本実施形態では、点３３８は、点３２６から後方部まで０．３Ｄの水平距離に配置される。代替実施形態では、点３３８は、点３２６から後部まで０．１Ｄから１．５Ｄで変動し得る。第１の実施形態では、曲線３３６は４分の１楕円であるが、異なる実施形態では代替形状としてもよい。軸３２４を中心として回転させると、点３３８の経路がシュラウドのスロート３１２を形成する。図３Ｂの形状における内側後部の線３４０は、点３３８で始まり、点３２８で終端する。線３４０の軸３２４に対する傾斜は変動する。線３４０の最小傾斜は、点３３８において軸３２４から離れるように４度である。線３２０の最大傾斜は、点３２８において軸３２４から離れるように６．５度である。線３４０の傾斜は、軸３２４から離れるように０度から１５度まで変動し得る。

この実施形態のシュラウドの建設には、以下のいくつかのさらなる決まりが含まれる。シュラウド構造は、フレーム梁５０２および５２２への構造接続を設ける。シュラウド構造は、支柱２１０およびプラットフォーム２１２への構造支持を設ける。シュラウド構造は、構造的安定性のために、また組立てを容易にするために、必要に応じて、図３Ｅに示す内部ブレーシングを提供する。この実施形態では、シュラウドはまた、シェルの内部への入口（たとえば、ドア）を含むように構築することができる。このようにして、シュラウドは、発電システムの保守のために、必要に応じて、内部作業域を設けることができる。内部作業領域は、タービン２０４を修理するための出口を設けることができ、さらに、内部作業域が保守作業員によって使用中であるときに使用するために、内部照明および換気システムを設けることができる。

図３Ｃは、本施設のプラットフォーム２１２の一実施形態の斜視図である。図３Ｄは、シュラウドの切欠き斜視図であり、図３Ａのシュラウド内に配置された図３Ｃのプラットフォームが示されている。図３Ｃおよび図３Ｄの実施形態では、プラットフォーム２１２は、シュラウド内に配置され、制御システム２１６と、モータ２１８と、電気生成システム２０８の一部分と、油圧ラインおよび他の構成要素２２０の一部分とを含んでいる。この実施形態では、シュラウドは、プラットフォーム２１２および上述の構成要素を含み、それらを保護すること、ならびに保守労働者がこれらの構成要素に対して作業を行うための安全な場所を提供するというさらなる目的をはたすものである。

プラットフォーム２１２はシュラウドに内蔵され得るが、所望の場合、またはシュラウドの大きさがプラットフォームを収容するのに十分でない場合、他の場所にプラットフォームを配置してもよい。電気生成システム２０８は、小さいものから大きいものまでサイズが増大する直流電流発電機２２２と、モジュールバス２２４と、共有直流電流バス２２６と、任意選択の交流電気コンバータ２２８を含む。それぞれの図４のモジュールのための発電機２２２およびモジュールバス２２４は、その図４のモジュールのためのプラットフォーム２１２上に配置される。共有直流電流バス２２６および任意選択の交流電気コンバータ２２８は、図１Ａの施設の基部に配置することができる。図２の発電システムは、直流電流電気、または電力グリッドに適合する交流電気を生成することができる。

図３Ｅは、シュラウド内部構造システム３４６の正面断面図である。シュラウド内部構造システム３４６は、内側表面３０４と外側表面３０６との間に内部支持体３５０を含む。内部支持体３５０の一配列が示されているが、代替的な構造および配列を使用してもよく、当技術分野で知られているそのような代替形態は、本発明の範囲内であると見なすべきである。

図４は、図１Ａのモジュール、およびそのモジュールが回転可能に装着されるレールの分解斜視図である。図４の実施形態では、各モジュールは、２つの（図３Ａに示した）シュラウドと、そのシュラウド中に配置された（図２に示した）発電システムの一部分とを含む。代替実施形態では、各モジュールは、３つ以上のシュラウドを含んでもよく、シュラウドは、異なる配列で（たとえば、一対のシュラウドを片側に、一対のシュラウドを横に並べて、または縦に重ねて、あるいはシュラウドを代替的な個数および配列で）設けてもよい。そのような代替形態は、本発明の範囲内であると見なすべきである。

図４に示すように、各モジュールは、シュラウドを接続するためのフレームをさらに含むことができる。図４の実施形態では、フレームは、（図５Ａに示す）上側フレームと、（図５Ｃに示す）下側フレームとを含むことができる。図５Ａの上側フレームおよび図５Ｃの下側フレームは、シュラウドを定位置に保持し、図１Ａに示したように、それらをコアタワーの両側に支持する。

図４および図５Ａに示すように、上側フレームは、前端部５０４および後端部５０６でシュラウドの上部に接続されたフレーム上側の梁５０２を含む。梁５０２は軸３２４のすぐ上にあるのが好ましい。また、他の好適なシュラウド載荷点５０８を梁５０２に接続してもよい。上側フレームは、２つのビーム前端部５０４間のフロントバー５１２と、２つの梁の後端部５０６間に後方バー５１４とをさらに含むことができる。

図５Ｂは、外側トラック５１０の詳細を示している。図４および図５Ｂに示すように、上側フレームは、４つの梁端部５０４および５０６の上に取り付けられた、装着された１つまたは複数の対のホイールまたはトラック５１０を含む。図４に示すように、これらのトラック５１０は、垂直方向の荷重をモジュールから外側レール７０４に伝達する。図４、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態では、枢動可能な装着システムは、本明細書に記載されるレールおよびトラックを含む。枢動可能な装着システムは、また、当業者に知られている代替実施形態を含み得る。

図５Ｃに、下側フレームの一実施形態を示す。図５Ｃの下側フレームは、図４のモジュールの上部ではなく下部に配置されるように上下を回転させたことを除いて、多くの点で、図５Ａの上側フレームと等しい。図５Ｃの下側フレームの図５Ａの上側フレームとの具体的な違いは、以下の通りである。梁５２２の梁端部５２４および梁端部５２６の上部に、図３Ａのシュラウドが接続される。梁５２２の端部５２４および梁端部５２６の下部に、トラック５１０が接続される。前方バー５３２の下部および後方バー５３４の下部に、トラック５１６が取り付けられる。下方に配置された外側レール７０４および内側レール７０６に、トラック５１０およびトラック５１６が組み付けられる。

図４、図５Ｄおよび図５Ｅに示すように、複数のトラック５１６は、内側レール７０６に係合するために、風によってシュラウドにかけられた水平方向の荷重を支えるための上側フレームと下側フレームとに接続される。図５Ｄに前方内側トラックの詳細を示す。図５Ｅに後方内側トラックの詳細を示す。トラック５１６は、前方バー５１２の上に取り付けられ、前方バーの中間点を中心とすることができる。トラック５１６は、また、後方バー５１４の上に取り付けることができ、同様に後方バーの中間点を中心とすることができる。これらのトラック５１６は、水平方向の荷重を上側フレームから（図５Ｅの）内側レール７０６に伝達するように配置される。

図５Ａおよび図５Ｃに示すように、トラス部材５１８は、上側フレームの水平方向の荷重を、（図４に最も良く示されているように）梁５０２の前端部５０４および後端部５０６から複数のトラック５１６に伝達する。これらのトラス部材５１８は、水平方向の荷重を梁５０２からトラック５１６に伝達するための安定した構造を提供するように配列される。本実施形態では、上側フレームの部材５０２、５１２、５１４および５１８は、トラック５１０および５１６を除いて、１つの水平面上に整列される。

図４に示すように、トラック５１０および５１６は、図７に示される構造に固定された円形レール７０４および７０６上をそれぞれ転がる。トラック５１０および５１６、ならびにレール７０４および７０６により、図４のモジュールは、（図８に示す）コアタワーの周りの回転できるようになる。トラック５１０および５１６は、図５Ａのフレームの一部である。レール７０４および７０６は、図７の構造の一部である。図５Ｂの外側トラックは、外側レール７０４に係合する。内側トラック５１６は、図４のモジュールの前で内側レール７０６に係合する。図５Ｅに、図４のモジュールの上でのその後方への、内側レール７０６の内側トラック５１６の組付けを示す。

図４のモジュールは、図５Ａの上側フレームと図５Ｃの下側フレームとの間を対角的に接続しているケーブルの対であるモジュール支え線対４０２を示す。１つのモジュール支え線対４０２は、上側フレームおよび下側フレームの前方の垂直面に配置される。別の支え線対４０２は、上側フレームおよび下側フレームの後方の垂直面に配置される。これらのモジュール支え線対４０２は、各モジュールに構造上および寸法上の安定性を与える。

図６は、図４のモジュールの各々に含まれるモジュール制御システムの概略図である。モジュール制御システムは、風向感知デバイス６０４と、モジュール制御デバイス６０６と、複数の外側トラック５１０を駆動するための複数の電気モータ６０８とを含む。モジュール制御システムは各モジュールに設置され、それにより、常に卓越風に向かい合って配置される。風向感知デバイス６０４が、当業者に知られている技術を使用して風の方向の変化を感知すると、モジュール制御デバイス６０６は、電気モータ６０８を使用して、その風に対して正しい配向にモジュールを維持するようにモジュールを回す。

図７に、支持構造の一実施形態の平面図を示す。この実施形態の支持構造は、図８に示すコアタワーと、図９に示す外周タワーと、上述したトラス−レールシステムと、支え線７０２とを含む。この実施形態では、外周タワーは６つであるが、タワーの数は、当業者の要求に応じて変えることができる（３つ以上のタワーを使用してもよい）。

図１０に示すように、トラス−レールシステムは、（図１１に示す）リングトラスと、（図１２に示す）６つの径方向トラスと、（図１３に示す）６つの外周トラスと、（図１４に示す）６つのレールトラスと、１つまたは２つの外側レール７０４と、１つまたは２つの内側レール７０６と、１２個または２４個のブレース７０８とを含む。図１２の径方向トラス、図１３の外周トラス、図１４のレールトラス、およびブレース７０８の数は、使用される図９の外周タワーの数と相関して変化する。

図１０のトラス−レールシステムは、図１１の径方向トラスを用いて、図８のコアタワーを図１１のリングトラスに接続し、図１１のリングトラスを図９の外周タワーに接続する。図１０のトラス−レールシステムは、図１２の外周トラスを用いて、隣接する図９の外周タワーを互いに接続する。図１０のトラス−レールシステムは、図１３のレールトラスを用いて、隣接する図１１の径方向トラスを互いに接続する。図１０のトラス−レールシステムはそれぞれ、１つまたは２つの外側レール７０４と、１つまたは２つの内側レール７０６と備える。外側レール７０４および内側レール７０６は、図４のモジュールの外側トラック５１０および内側トラック５１６から垂直方向の荷重および水平方向の荷重をそれぞれ受けるために、必要に応じて設けられる。ブレース７０８は、図１１のリングトラスに内側レール７０６を接続することによって、内側レール７０６に補足的な横方向支持を与える。図１０のトラス−レールシステムは、図４のモジュールをそれら間で支持することができるように、十分な垂直方向間隔で設けられる。図４の個々のモジュールは、所有者の裁量で省略してもよく、空間は空いたままにしても、他の目的のために使用してもよい。図１０のトラス−レールシステムは、図４のモジュールの上と、モジュールの間と、モジュールの下とに配置される

図８に、コアタワーの第１の実施形態を示す。図８のコアタワーは、正三角形をなす３本の垂直方向の脚部８０２を有する。脚部８０２は、０．４３３Ｄの水平距離だけ離隔し、図８のコアタワーの面８０４として識別される。また、コアタワーの脚部の数は４つとすることができ、脚部間の距離は、０．１Ｄから０．７Ｄまで変動し得る。３つの面８０４の各々は、脚部８０２間の一定のパターンのレース８０６を有する。このレースパターンは一定の間隔で反復し、その間隔は図８のコアタワーのパネル８０８を規定する。図８のコアタワーのセクター８１０は、図１０のトラス−レールシステムの中心線間の垂直距離と等しくなるように、垂直に重ねられて接続された十分なパネルとして規定される。図１１のリングトラスは、各セクター８１０の最も上のパネル８０８の中央に取り付けられる。各セクター８１０の最も上のパネル８０８の脚部８０２は、取り付けられた図１１のリングトラスを支持するために強化される。各脚部８０２の底部は、特定の現場の土壌、および課される荷重に適した任意の構成とすることができる土台８１２によって支持される。

図９に、外周タワーの第１の実施形態を示す。図９の外周タワーは、正三角形をなす３本の垂直方向の脚部９０２を有する。また、図９の外周タワーは、４本の脚部を有するように構成してもよい。脚部９０２のうちの１つは、図８のコアタワーの中心に向かって配向される。脚部９０２は約０．１０Ｄの水平距離だけ離隔し、図９の外周タワーの面９０４として識別される。面９０４の幅は、０．０５Ｄから０．２５Ｄまで変動し得る。３つの面９０４の各々は、脚部９０２の間に一定のパターンのレース９０６を有する。このレースパターンは、図８のコアタワーのパネル８０８の高さに等しくなるように、十分な回数だけ反復される。このパネル高さは、図９の外周タワーのセクション９０８を規定する。図９の外周タワーのセクター９１０は、図１０のトラス−レールシステムの中心線間の垂直距離と等しくなるように、垂直に重ねられて接続された十分なセクション９０８として定義される。図１２の径方向トラスおよび図１３の外周トラスは、各セクター９１０の最も上のセクション９０８の中央に取り付けられる。各セクター９１０の最も上のセクション９０８の脚部９０２は、取り付けられた図１２の径方向トラスおよび図１３の外周トラスを支持するために強化される。各脚部９０２の底部は、特定の現場の土壌、および課される荷重に適した任意の構成とすることができる土台９１２によって支持される。

図１１に、リングトラスの第１の実施形態を示す。図１１のリングトラスは、上部リング１１０２と下部リング１１０４を含む。リング１１０２およびリング１１０４はそれぞれ、６つの等しい部材１１０６を含む。６つ以上または６つ未満の図９の外周タワーを使用する場合、リング１１０２およびリング１１０４の部材の数はそれに合わせて変更される。図１１のリングトラスの辺の長さは、それが図８のコアタワー全体に及び、図８のコアタワーの脚部８０２に接続するのに十分な長さとなる。リング１００２とリング１００４との間の垂直距離は０．１１６７Ｄであるが、０．０５Ｄから２．５Ｄまで変動し得る。最も上のリング１１０２の各角部は、垂直方向の支柱１１０８を用いて、すぐ下にある最も下のリング１１０４の角部に接続される。隣接する支柱１１０８間の図１１のリングトラスの各部分は、図１１のリングトラスの面１１１０として規定される。面１１１０の各々は、フレームに構造的安定性を与えるために、隣接する支柱１１０８間に一定のパターンのレース１１１２を有する。それぞれの図１１のリングトラスは、図８のコアタワーの周囲に配置され、それにより、その角部のうちのいくつかは、図８のコアタワーの脚部８０２と垂直方向に整列する。これらの整列した角部は、各セクター８１０の最も上のセクション８０８の中央で図８のコアタワーに取り付けられる。

図１２に、径方向トラスの第１の実施形態を示す。それぞれの図１２の径方向トラス長さは、水平方向に配向される。図１１の径方向トラス深さは、上部コード１２０２および下部コード１２０４と垂直方向に配向される。上部コード１２０２と下部コード１２０４との間の垂直距離は０．１１６７Ｄであり、図１１のリングトラス深さと正確に整合し、それとともに変動する。上部コード１２０２および下部コード１２０４の全長は、連続する一列の対角レース１２０６と接続される。図１２の径方向トラスの全長は１．６５５Ｄであるが、１．５Ｄから０２．５Ｄまで変動し得る。それぞれの図１２の径方向トラスの内側端部１２０８は、図１１のリングトラスの１つの頂点に接続される。それぞれの図１１のリングトラスには、図１２の径方向トラスが６つ接続されている。図１２の径方向トラスの数は、図９の外周タワーの数に合うように変動する。それぞれの図１２の径方向トラスの外側端部１２１０は、その位置で、図９の外周タワーの内側脚部９０２に接続される。

図１３に、外周トラスの第１の実施形態を示す。それぞれの図１３の外周トラス長さは、水平方向に配向される。それぞれの図１３の外周トラス深さは、上部コード１３０２および下部コード１３０４と垂直方向に配向される。上部コード１３０２と下部コード１３０４との間の垂直距離は０．１１６７Ｄであり、図１２の径方向トラス深さと正確に整合し、それとともに変動する。上部コード１３０２および下部コード１３０４の全長は、連続する一列の対角レース１３０６と接続される。図１３の外周トラスの全長は１．９１２４Ｄであるが、１．５Ｄから２．５Ｄまで変動し得る。図１２の外周トラスの各端部は、その位置で、図９の外周タワーの内側脚部および図１１の径方向トラスに接続される。

図１４に、レールトラスの第１の実施形態を示す。それぞれの図１４のレールトラスは、水平方向に配向される。図１４のレールトラス深さは、上部コード１４０２および下部コード１４０４と垂直方向に配向される。上部コード１４０２と下部コード１４０４との間の垂直方向距離は０．１１６７Ｄであり、図１２の径方向トラス深さと正確に整合し、それとともに変動する。上部コード１４０２および下部コード１４０４の全長は、連続する一列の対角レース１４０６と接続される。図１４のレールトラスの全長は、１．２４７４Ｄであるが、１．０Ｄから２．０Ｄまで変動し得る。図１４のレールトラスの各端部は、図１２の径方向トラスに接続される。

図１５に、外側レール７０４および内側レール７０６の第１の実施形態の平面図を示す。外側レール７０４の半径は１．０９７Ｄであり、０．７５Ｄから１．５Ｄまで変動し得る。外側レール７０４は、点１５０２で、６つの図１２の径方向トラスに６０度間隔で取り付けられる。外側レール７０４は、２箇所の点１５０４で、図１２の径方向トラス間の６つの図１４のレールトラスの各々に取り付けられる。図１３のレールトラスへの取付け位置１５０４は離間しており、それにより、レール７０４はその周囲全体にわたって２０度間隔で取り付けられる。レール７０４の取付け１５０２および１５０４の数、ならびにそれらの角度間隔は、図１２の径方向トラスの数とともに変動する。

内側レール７０６の半径は約０．２５５Ｄであり、０．５Ｄから１．５Ｄまで変動し得る。内側レール７０６は、点１５０６で、６つの図１２の径方向トラスに６０度間隔で取り付けられる。内側レール７０６は、図１２の径方向トラス間の途中にある点１５０８で、水平方向の荷重を耐えるために、ブレース７０８によって支持される。ブレース７０８は、レール７０６と図１１リングトラスとの間に、図７Ｂに示すように配置される。レール７０６の取付け１５０６の数およびそれらの角度間隔は、図１２の径方向トラスの数とともに変動する。

図１６は、図７の構造の外側面の部分正面図である。図１６には、支え線７０２の対の構成が示されている。支え線７０２は、隣接する図９の外周タワー間を、また、隣接する図１０のトラスとレールシステムレベルとの間を対角的に接続する。しかしながら、下部の支え線７０２の対は、下部の図１０のトラスとレールシステムとの間を、また、２つの隣接する図９の外周タワーの基部との間を接続する。支え線７０２は、図７の構造に構造的安定性を与える。

第１の実施形態の動作
それぞれの図４のモジュールは、絶えず、卓越風に直接的に向かい合うように配向される。それぞれの図３Ａのシュラウドの前方部３０８に入る風の速度は、外側前方曲線３３０と内側前方曲線３３６の慎重に選択された空気力学的な形状によって、スロート３１２において約５０パーセントだけ高まる。この高まった風速は、次いで、人が使用するための電気エネルギーを生成するために、スロート３１２に配置されたタービン２０４と、それに関連する図２の発電システムとを駆動する。図３Ａのシュラウド形状および図２の発電システムはともに、電力生成量をできる限り増大させるように選択および最適化される。

図３Ａのシュラウドの上を通過する風は抵抗を生成する。図３Ａのシュラウド全体の空気力学的な形状は、抵抗を低減するために、実現可能な程度まで最適化される。これは、風力発電システムのすべての構造構成要素は、風力を耐える同時にと本システムの重量を支持するための強度を提供しなければならないので有意である。この強度のコストは、本システムの商用実現可能性に影響を及ぼす。

本出願で使用される場合、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）、および「１つの（ｏｎｅ）」という単語は、別段に明記されていない限り、１つまたは複数の参照された品目を含むように定義される。また、「有する（ｈａｖｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎ）」、および類似する用語は、別段に明記されていない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を意味するように定義される。さらに、本明細書で使用される用語は、同様の用語および／または等価の用語、ならびに／あるいは本特許出願の教示を仮定した場合に当業者には明らかであると見なされる代替実施形態を含むように定義される。

Claims (17)

1. 表面の上の卓越風から電気エネルギーを生成するための施設において、前記施設が、
   複数のシュラウドであって、各シュラウドが、前記シュラウドを通過する前記卓越風の速度を高めるスロートを形成する、シュラウドと、
   各々が前記複数のシュラウドのうちの１つの前記スロート中に配置される、複数の風力タービンと、
   複数の風力タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電システムと、
   各々が、前記複数のシュラウドのうちの少なくとも２つおよびそれに関連する前記風力タービン、ならびに前記発電システムの少なくとも一部分を有する、複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールの各々が、前記卓越風に向かい合うように必要に応じて回転することができるように、前記複数のモジュールの各々を枢動可能に支持するための枢動可能な装着システムと、
   前記表面の上に前記複数のモジュールを支持する支持構造と
   を備える、施設。
2. 前記複数のシュラウドの各々が、
   取り囲まれたキャビティをそれらの間に規定する内側表面および外側表面と、
   前記シュラウドに強度および剛性を与える、前記取り囲まれたキャビティ内の構造部材と、
   前記スロート内の前記風力タービンを支持するために延びる、前記シュラウドによって支持された複数の支柱と、
   前記発電システムの構成要素を支持するための、前記取り囲まれたキャビティ中のプラットフォームと
   を備える、請求項１に記載の施設。
3. 前記枢動可能な装着システムが、
   各々が前記支持構造のトラスシステムに装着される、各モジュールの上下に内側レールおよび外側レール
   を備える、請求項１に記載の施設。
4. 前記枢動可能な装着システムが、
   前記モジュールの上側フレームおよび下側フレームに装着された複数のトラックであって、前記複数のトラックの各々が、前記内側レールまたは前記外側レールのうちの１つに前記トラックを装着するための少なくとも１つのホイールを有し、前記ホイールのうちのいくつかは、前記外側レールに垂直方向に係合し、それにより、前記モジュールの重量が前記外側レールによって支持され、前記ホイールのうちのいくつかは、前記内側レールに水平方向に係合し、それにより、前記卓越風によって前記モジュールにかけられる水平方向力が、前記内側レールによって支持される、複数のトラック
   をさらに備える、請求項３の施設。
5. 前記複数のシュラウドの各々が、水平軸をもつ環状形状を有する、請求項１に記載の施設。
6. 前記複数のシュラウドの各々が、
   環状の立上りエッジおよび立下りエッジで交わる内側表面および外側表面であって、前記環状の立上りエッジがエッジ直径を有し、前記内側表面および前記外側表面の半ラジアル断面が一定の形状をなし、前記形状は、前記シュラウドの前記水平軸を中心として回転して前記内側表面および前記外側表面を規定する、内側表面および外側表面と、
   前記立上りエッジと前記立下りエッジとの間に前記内側表面によって形成され、前記エッジ直径よりも小さいスロート直径（Ｄ）を有し、それによって前記卓越風の前記速度に対して前記スロートを通る風の速度を高める、スロートと、
   前記スロートを通過する前記風の量および速度を最大化し、前記シュラウドの前記内側表面に沿った風の乱流および抵抗を最小化するように成形された、前記内側表面の内側前方曲線であって、前記内側前方曲線が、前記環状の立上りエッジで始まり、その位置における前記シュラウドの軸からの距離が、０．５５Ｄ〜０．９５Ｄであり、その軸に直角な平面から１５度以内の角度の方向に前記軸に向かって延び、前記軸に平行な線の１５度以内の方向で前記スロートで終端する、内側前方曲線と、
   前記内側前方曲線の前記形状と連携して、前記スロートを通過する前記風の前記量を最大化し、前記シュラウドの前記外側表面に沿った風の乱流および抵抗を最小化するように成形された前記外側表面の外側前方曲線であって、前記外側前方曲線が、前記環状の立上りエッジで始まり、前記軸に直角な平面から１５度以内の角度の方向に前記軸から離れるように延び、前記軸に平行な線の１０度以内の方向で前記軸から０．６Ｄ〜２．０Ｄの距離で終端する、外側前方曲線と
   さらに備える、請求項５の施設。
7. 前記モジュールの各々が、同じ方向に向き、前記少なくとも２つのシュラウドの上の水平方向の上側フレームおよび前記少なくとも２つのシュラウドの下の水平方向の下側フレームによって接続される、前記シュラウドのうちの少なくとも２つを備える、請求項１に記載の施設。
8. 前記モジュールの各々が、
   前記モジュールに構造上および寸法上の安定性を与えるための、前記上側フレームと前記下側フレームとの間を対角線的に接続する少なくとも２つのフレーム支え線対であって、一方のフレー支え線対が、前記上側フレームおよび前記下側フレームの前方の垂直面にあり、他方のフレーム支え線対が、前記上側フレームおよび前記下側フレームの後方の垂直面にある、フレーム支え線対
   をさらに備える、請求項７に記載の施設。
9. 前記モジュールの各々が、風向感知デバイスと、モジュール制御デバイスと、前記卓越風に向かい合うように前記モジュールを回転させるための複数のホイールを駆動するための複数の電気モータとを備えるモジュール制御システムをさらに備える、請求項８に記載の施設。
10. 前記発電システムが、
    前記モジュールの各々中の油圧システムであって、
    ｉ．前記風力タービンの各々に動作可能に接続された油圧ポンプ、および
    ｉｉ．前記油圧ポンプからの流体流れを機械的エネルギーに変換するための選択された油圧モータに、前記流体流れを動作可能に向けるための電動コントローラ
    を備える、油圧システムと、
    前記油圧モータからの前記機械的エネルギーを直流電流電気に変換するための発電機を有する直流電流電気システムと、
    前記モジュール中の前記選択された油圧モータによって生成された前記直流電流電気をすべての合成するモジュールバスと、
    前記モジュールのすべてから前記直流電流電気を収集するための共有直流電流バスと
    を備える、請求項１に記載の施設。
11. 前記発電システムが、
    グリッドへの送出のために同期された交流電気に直流電流電気を変換するための、前記共有直流電流バスに動作可能に接続された交流電気コンバータ
    をさらに備える、請求項１０に記載の施設。
12. 前記支持構造が、
    コアタワーと、
    前記コアタワーの周りに配置された少なくとも３つの外周タワーと
    備える、請求項１に記載の施設。
13. 前記支持構造が、垂直間隔で前記モジュールの各々の上下に水平方向に配向された複数のトラスシステムをさらに備え、前記モジュールを前記トラスシステム間で回転できるようにすると同時に、前記トラスシステムによって支持され、前記トラスシステムの各々が、
    ｉ．前記コアタワーの周りに多角形を形成するリングトラスであって、前記リングトラスが外周タワーの数と同数の複数の頂点を有し、前記リングトラスが前記コアタワーに接続され、前記リングトラスが各径方向トラスの１つの端部およびレールブレースの１つの端部を支持する、リングトラスと、
    ｉｉ．各々が前記リングトラスの１つの頂点と前記外周タワーとの間を接続する、複数の径方向トラスと、
    ｉｉｉ．各々が２つの隣接する前記外周タワー間を接続する、複数の外周トラスと、
    ｉｖ．各々が隣接する前記径方向トラスのうちの２つの間を接続する、複数のレールトラスと
    を備える、請求項１２に記載の施設。
14. 表面の上の卓越風から電気エネルギーを生成するための施設において、前記施設が、
    複数のシュラウドであって、各々が、
    水平軸をもつ環状の形状、
    環状の立上りエッジおよび立下りエッジで交わる内側表面および外側表面であって、前記環状の立上りエッジがエッジ直径を有し、前記内側表面および前記外側表面の半ラジアル断面が一定の形状をなし、前記形状は、前記シュラウドの前記水平軸を中心として回転して前記内側表面および前記外側表面を規定する、内側表面および外側表面、
    前記立上りエッジと前記立下りエッジとの間に前記内側表面によって形成され、前記エッジ直径よりも小さいスロート直径（Ｄ）を有し、それによって前記卓越風の前記速度に対して前記スロートを通る風の速度を高める、スロート、
    前記スロートを通過する前記風の量および速度を最大化し、前記シュラウドの前記内側表面に沿った風の乱流および抵抗を最小化するように成形された、前記内側表面の内側前方曲線であって、前記内側前方曲線が、前記環状の立上りエッジで始まり、その位置における前記シュラウドの軸からの距離が、０．５５Ｄ〜０．９５Ｄであり、その軸に直角な平面から１５度以内の角度の方向に前記軸に向かって延び、前記軸に平行な線の１５度以内の方向で前記スロートで終端する、内側前方曲線、ならびに
    前記内側前方曲線の前記形状と連携して、前記スロートを通過する前記風の前記量を最大化し、前記シュラウドの前記外側表面に沿った風の乱流および抵抗を最小化するように成形された前記外側表面の外側前方曲線であって、前記外側前方曲線が、前記環状の立上りエッジで始まり、前記軸に直角な平面から１５度以内の角度の方向に前記軸から離れるように延び、前記軸に平行な線の１０度以内の方向で前記軸から０．６Ｄ〜２．０Ｄの距離で終端する、外側前方曲線
    を有する、複数のシュラウドと、
    各々が前記複数のシュラウドのうちの１つの前記スロート中に配置される、複数の風力タービンと、
    複数の風力タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電システムと、
    複数のモジュールであって、各々が前記複数のシュラウドのうちの少なくとも２つ、および前記シュラウドを接続するためのフレームを有する、複数のモジュールと、
    前記複数のモジュールの各々が、前記卓越風に向かい合うように必要に応じて回転することができるように、前記複数のモジュールの各々を枢動可能に支持するための枢動可能な装着システムと、
    前記表面の上に前記複数のモジュールを支持する支持構造と
    を備える、施設。
15. 表面の上の卓越風から電気エネルギーを生成するための施設において、前記施設が、
    複数のシュラウドであって、各シュラウドが、立上りエッジと立下りエッジとの間の内側表面によって形成され、前記立上りエッジのエッジ直径よりも小さいスロート直径を有し、それによって前記卓越風の速度に対して前記スロートを通る風の速度を高めるスロートを有する、複数のシュラウドと、
    各々が前記複数のシュラウドのうちの１つの前記スロート中に配置される、複数の風力タービンと、
    複数の風力タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電システムと、
    各々が、前記複数のシュラウドのうちの少なくとも２つおよびそれに関連する前記風力タービン、前記発電システムの少なくとも一部分、ならびに前記シュラウドを相互接続するためのフレームを有する、複数のモジュールと、
    前記表面の上に前記複数のモジュールを支持する支持構造であって、前記支持構造が、中心タワー、トラスシステム、および他の構造支持エレメントを備える、支持構造と、
    前記複数のモジュールの各々が、前記卓越風に向かい合うように必要に応じて回転することができるように、前記複数のモジュールの各々を枢動可能に支持するための枢動可能な装着システムであって、各モジュールのための前記枢動可能な装着システムが、
    各々が前記支持構造のトラスシステムに装着される、各モジュールの上下に内側レールおよび外側レール、ならびに
    前記モジュールの上側フレームおよび下側フレームに装着された複数のトラックであって、前記複数のトラックの各々が、前記内側レールまたは前記外側レールのうちの１つに前記トラックを装着するための少なくとも１つのホイールを有し、前記ホイールのうちのいくつかは、前記外側レールに垂直方向に係合し、それにより、前記モジュールの重量が前記外側レールによって支持され、前記ホイールのうちのいくつかは、前記内側レールに水平方向に係合し、それにより、前記卓越風によって前記モジュールにかけられる水平方向力が、前記内側レールによって支持される、複数のトラック
    を備える、枢動可能な装着システムと
    を備える、施設。
16. 前記支持構造が、垂直間隔で前記モジュールの各々の上下に水平方向に配向された複数のトラスシステムをさらに備え、前記モジュールを前記トラスシステム間で回転できるようにすると同時に、前記トラスシステムによって支持され、前記トラスシステムの各々が、
    ｉ．前記コアタワーの周りに多角形を形成するリングトラスであって、前記リングトラスが外周タワーの数と同数の複数の頂点を有し、前記リングトラスが前記コアタワーに接続され、前記リングトラスが各径方向トラスの１つの端部およびレールブレースの１つの端部を支持する、リングトラスと、
    ｉｉ．各々が前記リングトラスの１つの頂点と前記外周タワーとの間を接続する、複数の径方向トラスと、
    ｉｉｉ．各々が２つの隣接する前記外周タワー間を接続する、複数の外周トラスと、
    ｉｖ．各々が隣接する前記径方向トラスのうちの２つの間を接続する、複数のレールトラスと
    を備える、請求項１５に記載の施設。
17. 前記枢動可能な装着システムの前記内側レールおよび前記外側レールが、前記複数のトラスシステムによって支持される、請求項１６に記載の施設。

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