JP2015532692A - 風力エネルギー変換システムを備える建築物 - Google Patents

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Abstract

【課題】風力エネルギー変換システムを備える建築物を提供すること。【解決手段】本発明による建築物の実施形態は、略垂直の集束ノズルであってもよいダクトを備える風力エネルギー変換システムを含み得る。エネルギー抽出器は、ダクトに流体連結することができる。一部の実施形態では、建築物の中の空間は、風力エネルギー変換システムの部分でもよく、ダクトによってエネルギー抽出器に流体連結することができる。【選択図】図12

Description

本開示は、一般に、風力エネルギー変換に関し、より詳細には、本開示は、風力エネルギー変換システムを備える建築物に関する。
エネルギー不足、エネルギーのコスト高、およびその他のエネルギー問題では、エネルギーコストを補う支援となる、小規模(例えば住宅規模または建築物規模)再生可能エネルギー技術への関心が高まっている。例えば、エネルギーを消費する建築物に小規模太陽光発電システムが備えられるようになっている。
風力エネルギーは、より一般的になりつつある別の再生可能エネルギー源である。例えば、風力エネルギー変換システムのなかには、塔の頂上に設置されるタービンの発電機を風によって回転させ、結果的に電力を生成するものもある。しかし、こうした風力エネルギー変換システムは、大型で見た目が悪く、低効率、高資本コスト、保全コストおよび/または容認しがたい騒音および振動が大きいこともあり、小規模用途では魅力に欠けるでないこともある。
上述の理由によって、および本明細書を読んで理解すれば当業者には明白となる他の理由によって、風力エネルギー変換システムを備える建築物のニーズが当業界に存在する。
建築物の実施形態は、略垂直の集束ノズルでもよいダクトを備える風力エネルギー変換システムを備えてよい。エネルギー抽出器は、ダクトに流体連結されてよい。一部の実施形態では、建築物の中の、例えば階層などの空間が、風力エネルギー変換システムの一部であってよく、ダクトによってエネルギー抽出器に流体連結され得る。風力エネルギー変換システムは、建築物を建造することの一部として取り付けられてよい、または建築物の建造後に取り付けられてよい。
一実施形態に係る、少なくとも1つの風力エネルギー変換システムを備える建築物の切断斜視図である。 別の実施形態に係る、建築物の外部に設置された風力エネルギー変換システムの風送達システムを示す。 別の実施形態に係る、複数の風力エネルギー変換システムを備える建築物の例である。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムの風送達システムの例の切断斜視図である。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのノズルアセンブリの切断図である。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのノズルアセンブリを示す。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのエネルギー抽出部を示す。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのエネルギー抽出部を示し、エネルギー抽出部は、1つ以上の水平軸タービンを有する。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのエネルギー抽出部を示し、エネルギー抽出部は、1つ以上の垂直軸タービンを有する。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのエネルギー抽出部を示し、エネルギー抽出部は、1つ以上の非回転発電機を有する。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムのエネルギー抽出部を示し、エネルギー抽出部は、1つ以上のタービンおよび1つ以上の非回転発電機を有する。 別の実施形態に係る、複数の非回転振動型発電機を有するエネルギー抽出器の例である。 別の実施形態に係る、風力エネルギー変換システムを有する建築物を示す。 別の実施形態に係る、建築物の少なくとも1つの空間を備える風力エネルギー変換システムを有する建築物を示す。 図13Aの切断図である。
以下の詳細説明では、本明細書の一部をなし、例として特定の実施形態を示す添付図面を参照する。図面では、同じ符号は、いくつかの図にわたって実質的に類似する構成要素を表す。他の実施形態を利用してもよく、本開示の範囲を逸脱しない範囲で、構造の変化を加えてもよい。したがって、以下の詳細説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
一部の実施形態では、建築物は、風力エネルギー変換システムを備える。風力エネルギー変換システムは、建築物の中に組み込まれてよく、または建築物に隣接してよい。一部の実施形態では、建築物内の空間が、風力エネルギー変換システムの一部であってよく、ダクトによってエネルギー抽出器に流体連結されてよい。空間に開口する建築物の窓は、風力エネルギー変換システムへの吸入口として機能し得る。
風力エネルギー変換システムは、建築物の建造の一部として建築物に取り付けられてもよく、または既存建築物に加えられてもよい。風力エネルギー変換システムを含み得る建築物には、単世帯住宅、複数世帯アパート、オフィス複合体、高層建築物(例えば摩天楼)、工業設備、または電力を必要とする何らかの他の建築物が含まれる。
一部の実施形態では、風力エネルギー変換システムは、風を受け、風を加速させ、加速した風を、風送達システムから風を受けるとエネルギーを出力するように構成されたエネルギー抽出器を含み得るエネルギー抽出部に送達する、風送達(例えば風吸入)システムを備えてよい。一部の実施形態では、エネルギー抽出器は、電気を発生させる目的で風からエネルギーを抽出することができる。
エネルギー抽出器は、風の運動エネルギーを機械的(例えば回転)エネルギーに変換する1つ以上のタービンを備えてよい。タービンは、電力を発生する発電機を回転させることができる。一部の実施形態では、エネルギー抽出器は、風送達システムに直列に流体連結された複数のタービンを備えてよい。
他の実施形態では、エネルギー抽出器は、電力を生成することができる1つ以上の非回転発電機を備えてよい。例えば、非回転発電機は、例えば風の運動エネルギーを振動エネルギーに変換するように構成された振動型発電機であってもよい。非回転発電機は、発電機が、風が発電機の上を流れたことに応答して振動するとき、電荷を生成することができる(例えば電圧を出力することができる)、圧電材料などの電荷生成材料を備えてよい。電力は、蓄電池に、電気負荷に直接、および/または送電網に送達され得る。一部の実施形態では、エネルギー抽出器は、風送達システムに直列に流体連結された複数の非回転発電機を備えてよい。他の実施形態では、エネルギー抽出器は、1つ以上のタービンおよび/または1つ以上の非回転発電機を備えてよい。
排出システムは、エネルギー抽出部のあとにあってもよい。送達システムおよび/または排出システムの部分は、構造の内部におよび/または構造に隣接して配置されてもよく、および屋根、天井、床、壁および/または基礎などの建築物の構造要素を横切る場合がある。送達システムおよび/または排出システムの部分は、地表面より上、またはそれより下を通ってよい。エネルギー抽出器は、建築物の内側に、またはその外側にあってもよい。
建築物の中の風力エネルギー変換システムを使用する利点としては、限定されるものではないが、より効果的な配電、特定の負荷帯域、機械類または機械設備に電力を供給する複数の下位グリッドの生成、雑音および振動の低減、電力網および発電構成要素へのアクセスの改良、および効率的な建築物建造方法が挙げられる。
一部の実施形態では、風送達、エネルギー抽出器、および/または風排出構成要素を建築物に一体化させることで、建築物審美性に肯定的な影響を及ぼすことができる。送達システム、エネルギー抽出器および/または排出システムの部分などの風力エネルギー変換システムの部分は、さらに、構造的部材および支持部材として働くこともできる。風力エネルギー変換システムの部分を使用して、建築物の中で技術および電気生成方法を公開するか、または強調することができる。これは、例えば透明な構成要素を利用して、送達システム、エネルギー抽出器および/または排出システムの部分を見せることによって達成され得る。
図1は、少なくとも1つの風力エネルギー変換システム105を備える建築物100の切断斜視図である。一部の実施形態では、建築100は、複数の風力エネルギー変換システム105を備えてよい。建築物100は、住宅、アパート複合体、オフィス複合体、高層建築物、工業的設備など、これらに限定するわけではないが、電力を必要とする任意の型の建築物でもよい。
風力エネルギー変換システム105は、エネルギー抽出器を含み得るエネルギー抽出部115、例えばエネルギー抽出アセンブリに流体連結することができる風送達システム110を備えてよい。例えば、エネルギー抽出器は、1つ以上のタービンおよび/または1つ以上の非回転発電機などを備えてよい。風送達システム110は、エネルギー抽出部115に流体連結されたダクト125に流体連結されているノズルアセンブリ120を備えてよい。例えば、ダクト125は、略垂直(例えば垂直)でもよい。
一部の実施形態では、ダクト125の少なくとも一部を建築物100の内部の中に設置してもよい。例えば、図1に示すように、ダクト125は、建築物110の屋根130を貫通しておよび建築物100の1つ以上の床135を貫通してよい。例えば、ダクト125は、屋根の開口およびそれが貫通するそれぞれの床の開口を通ってよい。他の実施形態では、ダクト125は、建築物100のエレベーターシャフトでもよい。
一部の実施形態では、風力エネルギー変換システム105は、建築物100を製造する方法の一部として製造されてもよい。他の実施形態では、建築物100が例えばアドオンとして製造された後、風力エネルギー変換システム105を取り付けてもよい。一部の実施形態では、風送達システム110は、図2に示すように建築物100の外側に設置されてよい。一部の実施形態では、エネルギー抽出部115およびその中のエネルギー抽出器は、図1,図2に示すように、建築物100の内部に、例えば地表面近くに、または地表面より下(例えば建築物100の地階)にあってもよい。
エネルギー抽出器がタービンを備える実施形態では、そのタービンに連結された発電機は、建築物100の内部に存在してよい。あるいは、エネルギー抽出部115は、建築物100の外部に設置されてよい。発電機を建築物100の内部に設置する利点は、発電機を屋外環境から防護することである。このことは、いくつかの既存の太陽光または風力技術では可能ではない。
図3は、複数の風力エネルギー変換システム105を有する建築物100の例である。例えば、風力エネルギー変換システム105のノズルアセンブリ120は、建築物100の上縁部に沿って配置することができる。他の実施形態では、図3の複数の送達システム110を、単一のエネルギー抽出部115(図3に図示せず)に流体連結させてもよく、この実施形態では、建築物100は、単一のエネルギー抽出部115を備える単一の風力エネルギー変換システム105と、単一のエネルギー抽出部115に流体連結された複数の送達システム110とを有する。エネルギー抽出部115は、1つ以上のタービンおよび/または1つ以上の非回転発電機を含み得るエネルギー抽出器を備えてよいことに留意されたい。
図4は、風力エネルギー変換システム105の風送達システム110の別の例の切断斜視図である。図4の例では、ノズルアセンブリ120は、動作中、その中を通って流れる風の方向に集束する略水平(例えば水平)の集束ノズル420を備える。ダクト125は、一部の実施形態では、図4に示すように、動作中、その中を通って流れる風の方向に集束する略垂直(例えば垂直)の集束ノズル425を備えてよい。ノズル420がダクト125に対して回転可能になるように、ノズル420は、例えばベアリング452によってダクト125に、したがってノズル425に回転可能に連結することができる。ノズル420は、円形、方形、長方形、または任意の多角形角形の断面形状を有することを留意されたい。
ダクト125、したがってノズル425は、エネルギー抽出部115に流体連結されていることを留意されたい。よって、ノズル420は、風を加速させ、加速された風をノズル425に向かわせる。ノズル425は、ノズル420からの風をさらに加速させ、さらに加速された風をエネルギー抽出部115に向かわせる。
アクチュエータ486、例えば圧電アクチュエータは、ノズル420の外表面および/またはノズル425の外表面に物理的に連結されてよい。例えば、アクチュエータ486は、ノズル420の外表面および/またはノズル425の外表面と直接物理的に接触して連結されてよい。アクチュエータ486は、制御装置490から信号(例えば電線を通る電気信号、無線信号など)を受信するために、制御装置490に通信可能に連結する(例えば、電気的に連結される、無線で連結されるなど)ことができる。
風速計492などの風速センサを、風送達システム110上に載置してもよい。風速計492は、信号(例えば電線を通る電気信号、無線信号など)を感知された風速を表示する制御装置490に送信するために、制御装置490と通信可能に連結する(例えば、電気的に連結される、無線で連結されるなど)ことができる。風向計494などの風向センサを、風向を感知するように風送達システム110上に載置してもよい。風向計494は風を受け、ノズル420を風に向けるように、ダクト125に対してノズル420を回転させる。
別の実施形態では、風向計494から信号(例えば電線を通る電気信号、無線信号など)を受信すると、制御装置490は、信号(例えば電線を通る電気信号、無線信号など)をベアリング452に隣接して設置される偏揺れモータ(図示せず)に送信することができる。偏揺れドライブ(図示せず)は、偏揺れモータをノズル420に機械的に連結することができる。信号は、ノズル420を続いて回転させる偏揺れドライブを起動させて、ノズル420を風に向けるように偏揺れモータに指示する。
風速計492から風速を示す信号を受信すると、制御装置490は、風速に基づいて信号(例えば電線を通る電気信号、無線信号など)をアクチュエータ186に送信することができる。次いで、アクチュエータ186は、風速に基づいて、力をノズル420の外表面、および/またはノズル425の外表面に及ぼすことによって、ノズル420の大きさおよび/または形状、および/またはノズル425の大きさおよび/または形状を調整することができる。すなわち、ノズル420の大きさおよび/または形状、および/またはノズル425の大きさおよび/または形状は、風速に基づいて調整することができる。例えば、アクチュエータ486は、ノズル420の1つ以上の直径および/またはノズル425の1つ以上の直径を調整することができる。
図5は、一部の実施形態の図1〜図4のノズルアセンブリ120を取り替えることができるノズルアセンブリ520の切断図である。例えば、ノズルアセンブリ520は、ダクト125したがってノズル425(図4)に流体連結され得る。
ノズルアセンブリ520は、略垂直(例えば垂直)の集束ノズル522および略垂直(例えば垂直)の集束ノズル524を備えてよい。ノズル522は、ノズル524内に延在することができ、ノズル524と略同軸(例えば同軸)であってもよい。ノズル522への吸入口は、ノズル524への吸入口より上の垂直水準にある。ノズル522および524は、ダクト125したがってノズル425に流体連結されてよい。ノズル522の外表面は、風をノズル524の中に偏向させることができる偏光器として機能することができる。
風は、ノズルアセンブリ520の周囲でほぼ360°(例えば360°)などの、ほぼいかなる方向からでもノズルアセンブリ520に入ることができる。このことは、風力エネルギー変換システムの吸入口または風力エネルギー変換システムのタービンを風に向ける必要性を回避し、例えば、このことにより、偏揺れシステムが不要になる。
アクチュエータ486は、例えばノズル522の外表面および/またはノズル524の外表面と直接接触して、ノズル522および/またはノズル524に物理的に連結されてよい。アクチュエータ486は、制御装置490などの制御装置に通信可能に連結されること(例えば、電気的に連結される、無線で連結されるなど)ができる。制御装置は、風速計492によって検出された風速に基づいて、電線を通る電気信号、無線信号などの信号をアクチュエータ486に送信するように構成されてよく、これは、信号、例えば電線を通る電気信号、無線信号などを、風速を示す制御装置に送信する。
ノズル522に連結されたアクチュエータ486は、制御装置から信号を受信すると、ノズル522に力を及ぼすことによって、ノズル522の大きさおよび/または形状を調整し、および/またはノズル524に連結されたアクチュエータ486は、制御装置から信号を受信すると、ノズル524に力を及ぼすことによって、ノズル524の大きさおよび/または形状を調整する。例えば、ノズル522および/またはノズル524の大きさおよび/または形状は、風速に基づいて調整することができる。ノズル425に連結されたアクチュエータ486したがってダクト125は、制御装置からの信号に応答して、ノズル425したがってダクト125の大きさまたは形状を調整することができることを留意されたい。
一部の実施形態では、複数の羽根610は、例えば、図6に示すように、複数の羽根610の隣接する羽根610間に集束流路620が存在するように、ノズル522およびノズル524の少なくとも1つの内部内に延在してよい。アクチュエータ486は、ノズル522およびノズル524内に延在する羽根610のそれぞれに(例えば直接接触して)連結されてよい。図6には示されていないが、アクチュエータ486は、図5に示すように、さらに、ノズル522およびノズル524に連結され得る。
羽根610のそれぞれに物理的に連結され得るアクチュエータ486は、ノズル522およびノズル524に連結され得るアクチュエータ486に加えて、制御装置に(例えば電気的に有線、無線などで)連結されることができる。制御装置は、風速に基づいて、信号(例えば、電線を通した無線信号、無線信号など)をアクチュエータ486に送信するように構成されてよい。アクチュエータ486は、風速に基づいて制御装置から信号を受信すると、複数の羽根610、ノズル522および/またはノズル524に力を及ぼすことによって、集束流路620の大きさおよび/または形状を調整することができる。
図7,図8,図9は、一部の実施形態に関して図解し、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器は、1つ以上のタービン710を備えてよい。図7,図8の例では、エネルギー抽出部115は、略水平(例えば水平)でもよい。よって、図7,図8の1つ以上のタービン710は、水平軸タービンでもよい。図9の例では、エネルギー抽出部115は略垂直(例えば垂直)でもよく、したがって、図9の1つ以上のタービン710は、垂直軸タービンでもよい。
一部の実施形態では、エネルギー抽出部115から排出される風は、図8,図9に示すように、例えば排出ダクト712によって建築物100の壁の開口を通って導かれてもよい。例えば、開口は、通常は開口を閉じるように付勢され得るルーバ714で被覆されてよい。ルーバ714は、エネルギー抽出部115から排出される風によって開かれるように構成することができる。
一部の実施形態では、タービン710は、図7〜図9に示すように直列に配置されてよい。例えば、直列のタービン710は、図7に示すようにシャフト730によって発電機720に機械的に連結され得る。動作時に、ダクト125からの風は、タービン710のブレードを越えて流れ、タービン710にシャフト730を回転させ、これが、続いて発電機720を回転させる。発電機720は、ギヤード発電機またはギヤレス発電機、例えば天然ガス用途で使用されることのあるタイプの高速発電機であってもよい。
あるいは、他の実施形態では、直列のタービン710は、図10Bに示すように複数の発電機720のそれぞれに連結されてよい。すなわち、直列のタービン710の各タービン710は、単一の発電機720に個別に連結されてよい。
一部の実施形態では、エネルギー抽出部115は、ダクト125より下流にあり、それに流体連結されている集束ノズル740を備えてよい。集束ノズル740は、ノズル740の中で風流の方向を集束させている。エネルギー抽出部115は、1つ以上のタービン710より下流にあり、それに流体連結されている拡散筒745を備えてよい。拡散筒745は、拡散筒745の中の風流の方向に広がっている。例えば、エネルギー抽出部115は、一部の実施形態ではベンチュリ管でもよい。
ノズル740は、ダクト125と1つ以上のタービン710との間にあってもよい。1つ以上のタービン710は、ノズル740と拡散筒745との間にあってもよい。一部の実施形態では、排出ダクト712は、拡散筒745の下流にあってもよく、それに流体連結されてよい。
図10Aの例では、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器は、直列の1つ以上の非回転振動型発電機1000を備えてよい。各発電機1000は、圧電材料などの電荷生成(例えば電圧生成)材料を備えてよい。発電機1000は、流体(例えば風)がその上を流れたことに応答して振動するように構成されてよく、電荷生成材料は、発電機1000が振動することに応答して交流電荷(例えば電圧)を生成するように構成されてよい。1つ以上の発電機1000は、図7,図8,図9のエネルギー抽出器部115のタービン710を取り替えることができることを留意されたい。よって、1つ以上の発電機1000は、ノズル740と拡散筒745との間にあってもよい。さらに、図7,図10A,図10Bでは、類似の(例えば同じ)構成要素を示すために、共通の符号が使用されていることに留意されたい。
図10Bの例では、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器は、1つ以上の非回転振動型発電機1000と直列になった1つ以上のタービン710を備えてよい。例えば、直列の複数のタービン710は、直列の複数の非回転振動型発電機1000と直列に配置されてよい。直列の複数のタービン710がある場合、一部の実施形態では、各タービン710を、単一の発電機720に個別に連結することができる。他の実施形態では、図10Aに示すように単一の発電機に直列に連結された複数のタービン710は、図10Bの単一の発電機720に個別に連結されたタービン710に取り替えることができる。
図11は、複数の(例えば積層体)など、1つ以上の非回転振動型発電機1000を有する非回転振動型発電機システム1100の例である。各非回転振動型発電機1000は、電極対1014間に配置され得る電荷生成材料1012を有してよい。端部境界制約1030などの境界制約を、各発電機1000に物理的に連結させてもよい。例えば、端部境界制約1030を、各発電機1000の一方または両方の端部に連結させてもよい。1つ以上の塊1050を、各発電機1000の上に設置してもよい。例えば、塊1050は、能動的な塊、例えばそれに印加される電流に応答して変形可能な形状記憶材料でも、または受動的な塊でもよい。引張力調整器1055を、各発電機1000の端部に物理的に連結してもよい。一部の実施形態では、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器は、図10Aまたは図10Bに示すように直列になった複数の非回転振動型発電機システム1100を含んでいてもよく、または、図10Bに示すように1つ以上のタービン710と直列になった1つ以上の非回転振動型発電機システム1100を備えてよい。
制御装置1060は、各発電機1000(図10A,図10B,図11)に、および境界制約、能動的な塊および引張力調整器1055(図11)に(例えば電気的に有線でまたは無線で)連結されてよい。制御装置1060は、端部境界制約1030などの境界制約の剛性、能動的な塊の分布、および引張力調整器1055によって発電機1000上に加えられる引張力、の少なくとも1つが、エネルギー抽出部115の中に流れる風の流量、および/または発電機1000によって生成された電力に基づいて調節されるように構成することができる。制御装置1060から分離した、またはそれに組み込まれた変換器は、発電機1000に電気的に連結され得、発電機1000の振動によって生成された交流電圧を直流電圧に変換するように構成されてよい。
図12は、風力エネルギー変換システム1205を備える高層建築物などの建築物1200を図示する。風力エネルギー変換システム1205は、建築物1200を建造する方法の一部として取り付けられてもよく、または建築物1200が、例えば建築物1200に対する改造として(例えば増築として)建造された後、取り付けられてもよい。
風力エネルギー変換システム1205は、エネルギー抽出部115(例えば、エネルギー抽出部115,115)に流体連結することができる風送達システム1210を含んでいてもよく、各エネルギー抽出部115は、上記のように図1,図7〜図9,図10A,図10Bに関連し得る。エネルギー抽出部115,115のそれぞれは、図7〜図9,図10Bに示されるような1つ以上のタービン710、図10A,図10Bに示されるような1つ以上の非回転振動型発電機1000、図10A,図10B,図11に示されるような1つ以上の非回転振動型発電機システム1100、図10Bに示されるような1つ以上のタービン710および1つ以上の非回転振動型発電機1000、または図10Bに示されるような1つ以上のタービン710および1つ以上の非回転振動型発電システム1100を含み得るエネルギー抽出器を備えてよい。
風力エネルギー変換システム1205の風送達システム1210は、略垂直(例えば垂直)の集束ノズル522および略垂直(例えば垂直)の集束ノズル524を含み得るノズルアセンブリ1220を備えてよい。ノズル522は、ノズル524内に延在することができ、それと略同軸(例えば同軸)であってもよい。ノズル522への吸入口は、ノズル524への吸入口より上の垂直水準にある。風は、ノズルアセンブリ1220の周囲でほぼ360°(例えば360°)などの、ほぼいかなる方向からでもノズルアセンブリ1220に入ることができる。このことは、風力エネルギー変換システムの吸入口または風力エネルギー変換システムのタービンを風に向ける必要性を回避し、例えば、このことにより、偏揺れシステムが不要になる。
図5に関連して示されるように、アクチュエータ486などのアクチュエータ(図12に図示せず)は、ノズル522および/またはノズル524に連結することができ、アクチュエータが、風速に基づいて制御装置から信号(例えば電線を通した信号または無線信号)を受信すると、ノズル522および/またはノズル524に力を及ぼすことによって、ノズル522のおよび/またはノズル524の大きさおよび/または形状を調整することができるように、制御装置に(例えば電気的に有線、無線などで)連結することができる。
物体1225は、ノズル522内に延在しもよく、風をノズル522の中に偏向させるように働くことができる。一部の実施形態では、ノズルアセンブリ1220は、物体1225がノズル522内に延在することを除いて図5のノズルアセンブリ520と同じでもよい。ノズルアセンブリ1220は、建築物1200の屋根より上に伸張し得るので、したがって、風は、ノズルアセンブリ1220に入ることができることを留意されたい。例えば、ノズル522および524への吸入口は、建築物1200の屋根より上にあり得る。
一部の実施形態では、ノズル522は、エネルギー抽出部115に流体連結され得るダクト125に流体連結されてよく、ノズル524は、エネルギー抽出部115に流体連結され得るダクト125に流体連結されてよい。一部の実施形態では、図12で示すように、ダクト125の一部は、ダクト125の中にあってもよく、ダクト125の壁を貫通して、エネルギー抽出部115と連結しもよい。
例えば、ダクト125,125は、互いに独立してよく、例えば、ダクト125,125の流路は、相互に連絡していなくてもよい。よって、それぞれがダクト125,125に流体連結する、エネルギー抽出部115,115のエネルギー抽出器は、相互に独立して動作することができる。ダクト125,125のそれぞれは、図4に関連して上述したようであってもよく、集束ノズル425を含んでいてもよく、ノズル522および524に連結されたアクチュエータ486に(例えば電気的に有線、無線などで)連結された制御装置に(例えば電気的に有線、無線などで)連結されたアクチュエータ486をそれらの外表面上に有してよいことを留意されたい。
エネルギー抽出部115,115のエネルギー抽出器は、建築物1200の異なる垂直水準(例えば、異なる床上の場合)にあり得ることを留意されたい。例えば、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器は、エネルギー抽出部115のエネルギー抽出器が設置されている床より上方にある床の上に設置される場合がある。
図13A,図13Bは、風力エネルギー変換システム1305を有する、高層建築物などの建築物1300を図示し、図13Bは、図13Aの切断図である。風力エネルギー変換システム1305は、建築物1300を建造する方法の一部として取り付けられてもよく、または建築物1300が、例えば建築物1300への改造として(例えばアドオンとして)建造された後、取り付けられてもよい。
一部の実施形態では、風力エネルギー変換システム1305は、エネルギー抽出部115に流体連結される風送達システム1310を含んでいてもよく、エネルギー抽出部115は、上述のように図1,図7〜図9,図10A,図10Bと関連していてもよい。例えば、風力エネルギー変換システム1305のエネルギー抽出部115は、図7〜図9,図10Bに示されるような1つ以上のタービン710、図10A,図10Bに示されるような1つ以上の非回転振動型発電機1000、図10A,図10B,図11に示されるような1つ以上の非回転振動型発電機システム1100、図10Bに示されるような1つ以上のタービン710および1つ以上の非回転振動型発電機1000、または図10Bに示されるような1つ以上のタービン710および1つ以上の非回転振動型発電システム1100を含み得るエネルギー抽出器を備えてよい。
風送達システム1310は、図4に関連して上述したように集束ノズル425を含み得るダクト125を備えてよい。例えば、ダクト125は、その中を通って流れる風の方向に収束する略垂直(例えば垂直)の集束ノズルでもよい。一部の実施形態では、ダクト125は、建築物1300のエレベーターシャフトの少なくとも一部でもよく、またはそれの中に設置されてよい。ダクト125は、エネルギー抽出部115に流体連結されている。物体1312は、ダクト125内に延在してもよく、風をダクト125の中に偏向させるように構成され得る。
風送達システム1310は、隣接する床1317と1317i+1との間に、建築物1300の空間(例えば1つの階層)1315を備えてよい。例えば、階層1315は、点検用の階層でもよく、および/または、建築物1300の換気および/または空気調節のために設けられてもよい。階層1315は、物体1312を収納することができる。図13Bに示すように、物体1312がダクト125内に延在するので、物体1312の一部は、床1317を貫通して階層1315より下の階層に伸張することができる。階層1315は、地表面より上のいくつかの階層であってもよく、建築物1300の上層階でもよいことに留意されたい。
風は、階層1315の窓1318を通って階層1315に入ることができる。例えば、窓1310は、風送達システム1310への、したがって風力エネルギー変換システム1305への吸入口を成し得る。一部の実施形態では、ダクト125への吸入口1320は、階層1315の、床1317にあってもよい。よって、ダクト125は、階層1315に開口し、それに流体連結している。ダクト125は、エネルギー抽出部115に到達する前に、床1317から下方に1つ以上の床を通って伸張してもよい。例えば、エネルギー抽出部115、したがってその中のエネルギー抽出器は、おそらく、ダクト125に通じる吸入口1320、したがって階層1315より下の、建築物の1つ以上の床(例えば階層)である建築物1300の床の上にある。ダクト125は、階層1315を、エネルギー抽出部115に、したがってエネルギー抽出部115のエネルギー抽出器に流体連結することができる。
一部の実施形態では、羽根1325は、窓1318のそれぞれから物体1312まで階層1315を通ってよい。羽根1325は、風を、窓1318から物体1312まで階層1315を貫通させて導くように構成されてよく、続いて、物体1312が、風を吸入口1320からダクト125の中に導く。
建築物用風力エネルギー変換システムを取り付ける方法の実施形態は、略垂直の集束ノズルの少なくとも一部を建築物の中に配置することと、略垂直の集束ノズルがエネルギー抽出アセンブリに流体連結されるように、略垂直の集束ノズルをエネルギー抽出アセンブリに接続することとを含んでよい。一部の実施形態では、方法は、建築物の建造の一部として実施されてもよい。他の実施形態では、方法は、建築物の建造後に、例えば建築物の改装の一部として実施されてもよい。
1つの実施形態では、略垂直の集束ノズルの少なくとも一部を建築物の中に配置することは、略垂直の集束ノズルを建築物の1つ以上の床に通すことを含んでよい。別の実施形態では、略垂直の集束ノズルをエネルギー抽出アセンブリに接続する前に、エネルギー抽出アセンブリを建築物に取り付けてもよい。
一部の実施形態では、方法は、略水平の集束ノズルが略垂直の集束ノズルに流体連結されるように、略水平の集束ノズルを略垂直の集束ノズルに接続することを含んでよい。別の実施形態では、方法は、1つ以上のアクチュエータを略垂直の集束ノズルおよび/または略水平の集束ノズルの外表面に物理的に連結することと、アクチュエータを制御装置に通信可能に連結することとを含んでいてもよく、1つ以上のアクチュエータは、制御装置から信号を受信すると、略垂直の集束ノズルおよび/または略水平の集束ノズルの形状を変更するように構成され、信号は、風速に基づく。
略垂直の集束ノズルは、第1の略垂直の集束ノズルを備えてよい。1つの実施形態では、方法は、第2の略垂直の集束ノズルが第1の略垂直の集束ノズルに流体連結されるように、第2の略垂直の集束ノズルを第1の略垂直の集束ノズルに接続することを含んでいてもよく、第3の略垂直の集束ノズルが第1の略垂直の集束ノズルに流体連結されるよう、第3の略垂直の集束ノズルが第2の略垂直の集束ノズル内に延在するように、第3の略垂直の集束ノズルを配置することを含んでよい。
別の実施形態では、方法は、第2の略垂直の集束ノズルおよび第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つの内部に、複数の羽根を取り付けることを含んでよい。さらなる実施形態では、方法は、1つ以上アクチュエータを第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つに物理的に連結することと、1つ以上のアクチュエータを制御装置に通信可能に連結することとを含んでいてもよく、制御装置は、風速に基づいて信号を1つ以上のアクチュエータに送信するように構成されている。
風力エネルギー変換システムを建築物に取り付ける方法の別の実施形態は、ダクトが建築物の中の少なくとも1つの空間に開口するように、ダクトを建築物に取り付けることと、ダクトがエネルギー抽出アセンブリを少なくとも1つの空間に流体連結するように、エネルギー抽出アセンブリを建築物に取り付けることとを含んでよい。一部の実施形態では、ダクトを建築物に取り付けることは、エレベーターシャフトの少なくとも一部を建築物に取り付けることを含んでよい。他の実施形態では、方法は、建築物を建造することの一部として、または建築物が、例えば建築物への改造として(例えば増築として)建造された後、実施されてもよい。
別の実施形態では、方法は、物体がダクト内に延在するように、物体を少なくとも1つの空間に取り付けることを含んでよい。さらなる実施形態では、方法は、それぞれが、空間の1つ以上の窓から物体まで少なくとも1つの空間を通る1つ以上の羽根を少なくとも1つの空間に取り付けることを含んでよい。
建築物用風力エネルギー変換システムを取り付ける別の実施形態の方法は、第1の略垂直の集束ノズルが建築物の外側に開口するように、第1の略垂直の集束ノズルを取り付けることと、第1エネルギー抽出器を建築物に取り付けることと、第1の略垂直の集束ノズルを第1のエネルギー抽出器に流体連結する第1のダクトを、建築物に取り付けることと、第2の略垂直の集束ノズルが第1の略垂直の集束ノズル内に延在するようにかつ第2の略垂直の集束ノズルが建築物の外側に開口するように、第2の略垂直の集束ノズルを取り付けることと、第2のエネルギー抽出器を建築物に取り付けることと、第2の略垂直の集束ノズルを第2のエネルギー抽出器に流体連結する第2ダクトを、建築物に取り付けることと、第2の略垂直の集束ノズル内に延在する物体を取り付けることとを含んでよい。一部の実施形態では、第1のダクトの流路は、第2のダクトの流路と連絡していなくてもよい。方法は、建築物の建造の一部として実施されてもよく、または建築物が、例えば建築物への改造として(例えば増築として)建造された後、実施されてもよい。
他の実施形態では、第2のダクトを建築物に取り付けることは、第2のダクトの一部を第1のダクトの中に取り付けることと、第2のダクトの別の部分を第1のダクトの壁に通すことと、第2のダクトの他の部分を第2のエネルギー抽出器に接続することとを含んでよい。
結論
本明細書では特定の実施形態を図示して説明してきたが、請求される対象の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ制限されるものであると明白に意図されている。

Claims (52)

  1. 略垂直の集束ノズルと、
    前記略垂直の集束ノズルに流体連結されたエネルギー抽出器と
    を備える風力エネルギー変換システムを備える建築物。
  2. 前記風力エネルギー変換システムは、前記略垂直の集束ノズルが前記略水平の集束ノズルと前記エネルギー抽出器との間にあるように、前記略垂直の集束ノズルに流体連結された略水平の集束ノズルをさらに備え、前記略水平の集束ノズルは、前記略垂直の集束ノズルに対して回転するように構成されている、請求項1に記載の建築物。
  3. 前記略垂直の集束ノズルおよび前記略水平の集束ノズルが、前記建築物の外側にある、請求項2に記載の建築物。
  4. 1つ以上のアクチュエータは、前記略垂直の集束ノズルおよび/または前記略水平の集束ノズルの外表面に連結され、1つ以上の前記アクチュエータが、制御装置から信号を受信すると前記略垂直の集束ノズルおよび/または前記略水平の集束ノズルの形状を変更するように構成され、前記信号が、風速に基づく、請求項2に記載の建築物。
  5. 前記風力エネルギー変換システムが、前記略垂直の集束ノズル内に延在し、風を前記略垂直の集束ノズルの中に偏向させるように構成されている物体をさらに備える、請求項1に記載の建築物。
  6. 前記略垂直の集束ノズルが、第1の略垂直の集束ノズルであり、前記風力エネルギー変換システムが、第2の略垂直の集束ノズルをさらに備え、前記第1の略垂直の集束ノズルは、前記第2の略垂直の集束ノズル内に延在する、請求項5に記載の建築物。
  7. 前記略垂直の集束ノズルが、第1の略垂直の集束ノズルであり、前記風力エネルギー変換システムが、前記第1の略垂直の集束ノズル内に延在する第2の略垂直の集束ノズルをさらに備える、請求項1に記載の建築物。
  8. 前記風力エネルギー変換システムが、前記第1の略垂直の集束ノズルおよび前記第2の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つの内部内に延在する複数の羽根をさらに備える、請求項7に記載の建築物。
  9. 前記風力エネルギー変換システムが、
    前記第1の略垂直の集束ノズルおよび前記第2の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つに連結された1つ以上のアクチュエータと、
    前記第1の略垂直の集束ノズルおよび前記第2の略垂直の集束ノズルの前記少なくとも1つに連結された前記1つ以上のアクチュエータに連結された制御装置と
    をさらに備え、
    前記制御装置が、風速に基づいて信号を前記第1の略垂直の集束ノズルおよび前記第2の略垂直の集束ノズルの前記少なくとも1つに連結された前記1つ以上のアクチュエータに送信するように構成されている、請求項7に記載の建築物。
  10. 前記略垂直の集束ノズルが、前記建築物の1つ以上の床を貫通する、請求項1に記載の建築物。
  11. 前記エネルギー抽出器が、1つ以上のタービン、および/または1つ以上の非回転発電機を備える、請求項1に記載の建築物。
  12. 1つ以上の前記非回転発電機のそれぞれが、電荷生成材料を含む振動式非回転発電機である、請求項11に記載の建築物。
  13. 前記1つ以上の非回転振動型発電機のそれぞれに連結された境界制約の剛性と、前記1つ以上の非回転振動型発電機のそれぞれの上での能動的な塊の分布と、引張力調整器によって前記1つ以上の非回転振動型発電機のそれぞれの上に加えられる引張力との内の少なくとも1つが、1つ以上の前記非回転振動式発電機によって生成された電力および/または前記風力エネルギー変換システムの中に流れる風の流量に基づいて調整されるように構成された制御装置をさらに備える、請求項12に記載の建築物。
  14. 前記略垂直の集束ノズルが、第1の略垂直の集束ノズルであり、前記風力エネルギー変換システムが、前記第1の略垂直の集束ノズルに流体連結された第2の略垂直の集束ノズルと、前記第1の略垂直の集束ノズルに流体連結され、前記第2の略垂直の集束ノズル内に延在する第3の略垂直の集束ノズルとをさらに備える、請求項1に記載の建築物。
  15. 前記風力エネルギー変換システムが、前記第2の略垂直の集束ノズルおよび前記第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つの内部内に延在する複数の羽根をさらに備える、請求項14に記載の建築物。
  16. 前記風力エネルギー変換システムが、
    前記第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つに連結された1つ以上のアクチュエータと、
    前記第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルの前記少なくとも1つに連結された前記1つ以上のアクチュエータに連結された制御装置とをさらに備え、
    前記制御装置が、風速に基づいて信号を前記第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルの前記少なくとも1つに連結された前記1つ以上のアクチュエータに送信するように構成されている、請求項14に記載の建築物。
  17. 前記第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルが、前記建築物の外部にある、請求項14に記載の建築物。
  18. 風送達システムと、
    前記風送達システムから風を受けるとエネルギーを出力するように構成されたエネルギー抽出器と
    を備える建築物であって、
    前記風送達システムは、
    前記建築物の中の少なくとも1つの空間であって、前記少なくとも1つの空間の1つ以上の窓が前記風送達システムへの吸入口である、少なくとも1つの空間と、
    前記少なくとも1つの空間に開口するダクトであって、前記ダクトが前記少なくとも1つの空間を前記エネルギー抽出器に流体連結する、ダクトとを備える、建築物。
  19. 前記建築物の中の前記少なくとも1つの空間が、前記建築物の少なくとも1つの階層である、請求項18に記載の建築物。
  20. 前記風送達システムが、前記少なくとも1つの空間に設置され、前記ダクト内に延在する物体をさらに備え、前記物体が、前記少なくとも1つの空間に流れている風を前記ダクトの中に偏向させるように構成されている、請求項18に記載の建築物。
  21. 前記風送達システムが、前記1つ以上の窓のそれぞれから前記物体まで前記少なくとも1つの空間を通る羽根をさらに備える、請求項20に記載の建築物。
  22. 前記ダクトが、集束ノズルである、請求項18に記載の建築物。
  23. 1つ以上のアクチュエータが、前記集束ノズルの外表面に連結され、前記1つ以上のアクチュエータが、制御装置から信号を受信すると前記集束ノズルの形状を変更するように構成され、前記信号が、風速に基づく、請求項22に記載の建築物。
  24. 前記ダクトが、前記建築物のエレベーターシャフトである、請求項18に記載の建築物。
  25. 前記エネルギー抽出器が、前記建築物の中の前記少なくとも1つの空間より下の、前記建築物の1つ以上の床である前記建築物の床の上に設置されている、請求項18に記載の建築物。
  26. 前記エネルギー抽出器が、1つ以上のタービン、および/または電荷生成材料を有する1つ以上の非回転振動型発電機を備える、請求項18に記載の建築物。
  27. 前記エネルギー抽出器が、集束ノズルと広がった拡散筒との間にある、請求項18に記載の建築物。
  28. 第1の略垂直の集束ノズルと、
    第1のダクトによって前記第1の略垂直の集束ノズルに流体連結された第1のエネルギー抽出器と、
    前記第1の略垂直の集束ノズル内に延在する第2の略垂直の集束ノズルと、
    第2のダクトによって前記第2の略垂直の集束ノズルに流体連結された第2のエネルギー抽出器と、
    前記第2の略垂直の集束ノズル内に延在する物体と
    を備える建築物。
  29. 前記第1のダクトの流路が、前記第2のダクトの流路と連絡していない、請求項28に記載の建築物。
  30. 前記第2のダクトの一部が、前記第1のダクトの中にある、請求項29に記載の建築物。
  31. 前記第1のダクトおよび前記第2のダクトが、それぞれ第3および第4の略垂直の集束ノズルである、請求項29に記載の建築物。
  32. 1つ以上のアクチュエータが、前記第1および第2のノズルの少なくとも1つの外表面に連結され、前記1つ以上のアクチュエータが、制御装置から信号を受信すると前記第1および第2のノズルの前記少なくとも1つの形状を変更するように構成され、前記信号が、風速に基づく、請求項28に記載の建築物。
  33. 前記第1および第2のエネルギー抽出器が、1つ以上のタービン、および/または電荷生成材料を有する1つ以上の非回転振動型発電機をそれぞれが備える、請求項28に記載の建築物。
  34. 建築物用の風力エネルギー変換システムを取り付ける方法であって、
    略垂直の集束ノズルの少なくとも一部を前記建築物の中に配置することと、
    前記略垂直の集束ノズルがエネルギー抽出アセンブリに流体連結されるように、前記略垂直の集束ノズルを前記エネルギー抽出アセンブリに接続することと
    を含む、方法。
  35. 前記方法が、前記建築物の建造の一部として実施される、請求項34に記載の方法。
  36. 前記方法が、前記建築物の建造後に実施される、請求項34に記載の方法。
  37. 略水平の集束ノズルが、前記略垂直の集束ノズルに流体連結されるように、前記略水平の集束ノズルを前記略垂直の集束ノズルに接続することをさらに含む、請求項34に記載の方法。
  38. 1つ以上のアクチュエータを前記略垂直の集束ノズルおよび/または前記略水平の集束ノズルの外表面に物理的に連結することと、前記アクチュエータを制御装置に通信可能に連結することとをさらに含み、前記1つ以上のアクチュエータが、前記制御装置から信号を受信すると前記略垂直の集束ノズルおよび/または前記略水平の集束ノズルの形状を変更するように構成され、前記信号が、風速に基づく、請求項37に記載の方法。
  39. 前記略垂直の集束ノズルが、第1の略垂直の集束ノズルであり、
    第2の略垂直の集束ノズルが前記第1の略垂直の集束ノズルに流体連結されるように、前記第2の略垂直の集束ノズルを前記第1の略垂直の集束ノズルに接続することと、
    第3の略垂直の集束ノズルが前記第1の略垂直の集束ノズルに流体連結されるよう、前記第3の略垂直の集束ノズルが前記第2の略垂直の集束ノズル内に延在するように、前記第3の略垂直の集束ノズルを配置することと
    をさらに含む、請求項34に記載の方法。
  40. 複数の羽根を前記第2の略垂直の集束ノズルおよび前記第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つの内部に取り付けることをさらに含む、請求項39に記載の方法。
  41. 1つ以上アクチュエータを前記第1、第2および第3の略垂直の集束ノズルの少なくとも1つに物理的に連結することと、前記1つ以上のアクチュエータを制御装置に通信可能に連結することとをさらに含み、前記制御装置が、風速に基づいて信号を連結された前記1つ以上のアクチュエータに送信するように構成されている、請求項39に記載の方法。
  42. 前記略垂直の集束ノズルの少なくとも一部を前記建築物の中に配置することが、前記略垂直の集束ノズルを前記建築物の1つ以上の床に通すことを含む、請求項34に記載の方法。
  43. 前記略垂直の集束ノズルを前記エネルギー抽出アセンブリに接続する前に、前記エネルギー抽出アセンブリを前記建築物に取り付けることをさらに含む、請求項34に記載の方法。
  44. 風力エネルギー変換システムを建築物に取り付ける方法であって、
    ダクトが前記建築物の中の少なくとも1つの空間に開口するように、前記ダクトを前記建築物に取り付けることと、
    前記ダクトがエネルギー抽出アセンブリを前記少なくとも1つの空間に流体連結するように、前記エネルギー抽出アセンブリを前記建築物に取り付けることと
    を含む方法。
  45. 前記ダクトを前記建築物に取り付けることが、エレベーターシャフトの少なくとも一部を前記建築物に取り付けることを含む、請求項44に記載の方法。
  46. 物体が前記ダクト内に延在するように、前記物体を前記少なくとも1つの空間に取り付けることをさらに含む、請求項44に記載の方法。
  47. 前記空間の1つ以上の窓から前記物体まで前記少なくとも1つの空間を通る1つ以上の羽根を前記少なくとも1つの空間に取り付けることをさらに含む、請求項46に記載の方法。
  48. 前記方法が、前記建築物の建造の一部として実施されるか、または前記建築物の建造後に実施される、請求項44に記載の方法。
  49. 建築物用風力エネルギー変換システムを取り付ける方法であって、
    第1の略垂直の集束ノズルが前記建築物の外側に開口するように、前記第1の略垂直の集束ノズルを取り付けることと、
    第1のエネルギー抽出器を前記建築物に取り付けることと、
    前記第1の略垂直の集束ノズルを前記第1のエネルギー抽出器に流体連結する第1のダクトを前記建築物に取り付けることと、
    第2の略垂直の集束ノズルが前記第1の略垂直の集束ノズル内に延在するように、かつ第2の略垂直の集束ノズルが前記建築物の前記外側に開口するように、前記第2の略垂直の集束ノズルを取り付けることと、
    第2のエネルギー抽出器を前記建築物に取り付けることと、
    前記第2の略垂直の集束ノズルを前記第2のエネルギー抽出器に流体連結する第2のダクトを前記建築物に取り付けることと、
    前記第2の略垂直の集束ノズル内に延在する物体を取り付けることと
    を含む方法。
  50. 前記第1のダクトの流路が、前記第2のダクトの流路と連絡していない、請求項49に記載の方法。
  51. 前記第2のダクトを前記建築物に取り付けることが、前記第2のダクトの一部を前記第1のダクトの中に取り付けることと、前記第2のダクトの他の部分を前記第1のダクトの壁に通すことと、前記第2のダクトの前記他の部分を前記第2のエネルギー抽出器に接続することとを含む、請求項50に記載の方法。
  52. 前記方法が、前記建築物の建造の一部として実施されるか、または前記建築物の建造後に実施される、請求項49に記載の方法。
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