JP2019007484A - 翼形のエンクロージャを有するタービン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】きわめて効率的であり、自身の損傷を防止するとともに、他の物体の損傷も防止するエネルギ変換システムを提供すること。【解決手段】エンクロージャ支持体によって鉛直方向に積み重ねられた構成にて支持された２つ以上のエンクロージャを有するエネルギ変換システムが提供される。エンクロージャは、翼形であり、複数の反対方向に回転する流体タービンを囲んでいる。エンクロージャ内に形成された流体案内構造物が、タービンの通過を含むエンクロージャへの流体の流入および流出を案内する。流体案内構造物は、エンクロージャへと形成された平行なスラットである。【選択図】図１

Description

本開示は、エネルギ変換タービンシステムに関する。より詳細には、本開示は、エネルギ変換プロセスの効率を向上させる翼形の保護エンクロージャを有するタービン駆動発電システムに関する。

風力タービンが、水をくみ上げ、穀物をすりつぶし、他の機械的な装置に動力を供給するために、数百年にわたって使用されてきた。より最近では、風力は、発電の手段として採用されている。一般に、風力タービンは、風に面する一式の回転ブレードを備える背の高い堅固な塔（タワー）で構成される。大部分の風力タービンは、１００ｆｔを超える長さのブレードを有し、タービンごとに複数のブレードを備えている。これらの風力タービンの限界のいくつかは、ふらつきおよび誘発される振動を防止すべくバランスを維持する高い速度に起因するブレードの端部におけるタービンブレードの不安定性によって引き起こされる。ブレードが囲まれていないため、ブレードのピッチを変える他には、ブレードの速度を抑えることが不可能である。これらの理由で、風力タービンは、強風において損傷を被り、使用できなくなる可能性がある。また、空気を貫いて運動するタービンブレードは、年間に何百万もの鳥やコウモリを死亡させる原因であり、その多くは、絶滅の危機に瀕している種である。

したがって、移動または流動する流体の運動エネルギをポテンシャルエネルギおよび有用なエネルギに変換するエネルギ変換システムであって、きわめて効率的であり、自身の損傷を防止するとともに、他の物体の損傷も防止するエネルギ変換システムについて、ニーズが存在する。

上述のニーズおよび他のニーズは、流体案内構造物を有する保護囲い構造体によって満たされる。囲い構造体は、前端部および後端部を有する翼状のエンクロージャ本体を含む。囲い本体は、エンクロージャ本体の内側に形成された囲まれた内に少なくとも２つの流体タービンを収容するように構成される。囲まれた領域は、エンクロージャ上面およびエンクロージャ下面と、前端部に位置するエンクロージャ前面と、後端部に位置し、エンクロージャ前面へと接続されたエンクロージャ後面とによって定められる。複数の第１の流体案内構造物が、エンクロージャ前面を通って囲まれた領域へと流体を案内するために、エンクロージャ前面に形成される。同様に、複数の第２の流体案内構造物が、エンクロージャ本体の後端部を通って囲まれた領域から流出する流体を案内するために、後面に形成される。結果として、流体の流路が、第１の流体案内構造物と第２の流体案内構造物との間に形成される。さらに、タービンマウントが、囲まれた領域の内側に少なくとも２つのタービンを取り付けるために、囲まれた領域内に配置される。タービンマウントは、タービンマウントに取り付けられたタービンを流体の流路内に位置させるように構成される。

特定の実施形態において、エンクロージャ本体は、エンクロージャ本体の前端部と後端部との間に形成される翼弦線を中心にして右側外面の鏡像である左側外面によって形成された対称な翼形である。いくつかの場合、エンクロージャ後面は、放物線の形状である。

内部流れ構造物を、エンクロージャ前面を通って囲まれた領域へと流れる流体の向きを変えるために、囲まれた領域内に配置することができる。内部流れ構造物は、流体の流路に沿って流れる流体を流体の少なくとも２つの分岐する流れへと分割するための流れ分割ノーズを有するカウリングを含むことができ、流体の１つの流れが、タービンマウントの各々に向かって案内される。場合により、カウリングは、流れ分割ノーズによって互いに接続された２つの凹状の流れ案内面を含む。タービンを受け入れるための少なくとも１つの開口部を有する内部セパレータを、前端部と後端部との間において囲まれた領域内に形成することができる。内部セパレータは、内部セパレータと前端部との間の第１の囲まれた部分と、内部セパレータと後端部との間の第２の囲まれた部分とを形成する。第１の囲まれた部分から第２の囲まれた部分へと通過する流体は、内部セパレータの開口部のうちの１つを通過しなければならない。タービンを、流体の流路内に位置するように、タービンマウントにおいて内部セパレータに取り付けることができる。特定の場合、中実な移行面が、エンクロージャ前面とエンクロージャ後面との間に形成され、タービンマウントは、中実な移行面内に配置される。

第１および第２の流体案内構造物は、平行な鉛直方向のスラット（薄板）を含むことができ、これらのスラットは、スラット間に形成される空間を有し、エンクロージャ前面およびエンクロージャ後面に形成される。第１の複数のスラットは、凸状のエンクロージャ前面を形成することができる。スラットは、平行なスラットの間の空間をもたらすための開位置と、空間をなくすための閉位置との間で、移動可能であってよい。他の場合においては、可動パネルが、第１の複数の平行なスラットまたは第２の複数のスラットの少なくとも一方を完全または部分的に覆い、空間を塞がない開位置と、空間を塞ぐための閉位置との間を選択的に移動するように構成される。

本開示のさらなる利点が、詳細な説明を参照し、図面と併せて検討することによって明らかになり、図面は、細部をより分かり易く示すために縮尺どおりではなく、図面において、類似の参照番号は、いくつかの図を通して類似の要素を示している。

翼形のエンクロージャを有する保護囲い構造体の俯瞰図であり、高圧および低圧の領域を示している。 図１の保護囲い構造体の斜視図である。 図１の保護囲い構造体の斜視図である。 図１の保護囲い構造体を切断した正面図である。 図１の保護囲い構造体を切断した側面図である。 図１の囲い構造体の断面図であり、複数のパネルは閉位置に位置している。 図６の囲い構造体の断面図であり、複数のパネルは開位置に位置している。 エンクロージャ支持体に回転可能に取り付けられた鉛直方向に積み重ねられたエンクロージャの塔を示す斜視図である。 流体媒体中の地面に固定された浮力エンクロージャを示す斜視図である。 地面に繋がれた空気中の空中版のエンクロージャを示す斜視図である。

本開示は、流動する流体に関連する運動エネルギを、電気エネルギまたは電気機械エネルギなどのポテンシャルエネルギに変換する方法に関する。流体は、空気など、圧縮性であってよく、あるいは水など、非圧縮性であってよい。図１〜図５を最初に参照すると、複数のタービン−発電機１０８を囲むためのエンクロージャ装置１００が設けられる。以下でさらに説明されるように、エンクロージャ１００は、タービン１０８のエネルギ変換効率を向上させるべく、エンクロージャの内部および周囲に高圧および低圧の領域を生じさせるように、エンクロージャを通って流れ、さらにはエンクロージャの周囲を流れる流動流体の流体力学を変更する羽根または翼のように形作られている。

エンクロージャ構造体１００は、前端部１０２ａおよび後端部１０２ｂを有するエンクロージャ本体１０２と、エンクロージャ上面１１０、エンクロージャ下面１１２、前端部１０２ａに位置する幅広いエンクロージャ前面１１４、および後端部１０２ｂに位置する比較的狭いエンクロージャ後面１１６によって定められた囲まれた領域とを含む。エンクロージャ本体１０２の前端部１０２ａは、エンクロージャ本体１０２の後端部１０２ｂよりも幅が広いため、エンクロージャ本体は、涙滴または翼（すなわち、羽根状）の形状を有する。いくつかの場合において、エンクロージャ後面１１６は、上方から見下ろし、あるいは下方から見上げたときに、放物線の形状である。したがって、エンクロージャ本体１０２は、エンクロージャ本体１０２の前端部１０２ａと後端部１０２ｂとの間に形成される翼弦線１３４を中心にして一方側の外面が反対側の外面の鏡像である対称な翼形を有する。

エンクロージャ本体１０２は、エンクロージャ本体の囲まれた領域の内部に収められる少なくとも２つの流体タービン１０８のための保護ハウジングとして機能する。タービン１０８は、タービンマウント１２２を介してエンクロージャ本体１０２の囲まれた領域の内部に取り付けられる。タービン１０８は、囲い構造体１００に作用する回転力を低減または排除するために、反対方向に回転（すなわち、逆回転）する。タービンマウント１２２は、エンクロージャ本体１０２の囲まれた領域を、タービンマウントと前端部１０２ａとの間に位置する第１の囲まれた部分１２６ａと、タービンマウントと後端部１０２ｂとの間に位置する第２の囲まれた部分１２６ｂとを含む２つの部分に分割する。

タービンマウント１２２には、取り付け開口部１２７が形成されており、タービン１０８は、これらの取り付け開口部に取り付けられる。好ましくは、取り付け開口部１２７に取り付けられたとき、タービン１０８は、タービン１０８の回転軸１４０がエンクロージャ本体１０２の翼弦線１３４に対して平行（すなわち、０°）になるように向けられる。しかしながら、他の場合において、タービン１０８の回転軸１４０は、エンクロージャ本体の翼弦線１３４に対して垂直（すなわち、９０°）であってもよい。さらに、他の場合において、タービン１０８の回転軸１４０は、翼弦線１３４に対して何らかの他の角度（すなわち、０°〜９０°の間）であってもよい。

タービンマウント１２２の取り付け開口部１２７は、タービン１０８が互いに離れて位置するように配置される。タービンマウントは、エンクロージャ１０２を通って流れる流体の一部分を各々のタービン１０８へと導く内部流れ構造物またはカウリング１２８をさらに含むことができる。カウリング１２８は、タービンマウント１２２の取り付け開口部１２７の間に位置する。カウリング１２８は、各々のタービン１０８に１つの流れが導かれるように、流動流体を分岐流へと分割するＶ字形の流れ分割ノーズ１３０を備える。カウリング１２８は、流体をタービン１０８へと案内する流れ分割ノーズ１３０の各側から外側へと延びる凹状または凸状の流れ案内面１３６によって形成される。この設計の１つの有益な側面は、タービン１０８の各々を通る流体の流れを均衡させ、システムへのトルクを低減する傾向を有することである。発電機１４８も、タービンマウント１２２に取り付けることができる。発電機のシャフト１５０が、接続手段を用いてタービンのシャフト１５２に接続される。接続手段１５４は、例えば歯車接続またはベルト接続を含むことができる。

エンクロージャ前面１１４は、流体を真っ直ぐにし、エンクロージャ前面１０２ａを通って囲まれた領域へとタービン１０８を通って導く複数の第１の流体案内構造物１１８を含む。さらに、第１の流体案内構造物１１８は、デブリをエンクロージャ１０２またはエンクロージャ内に取り付けられたいずれかのタービン１０８を通過することがないようにエンクロージャ前面１０２ａの周囲へと導く。同様に、エンクロージャ後面１１６は、囲まれた領域から流出する流体を真っ直ぐにし、エンクロージャ本体１０２の後端部１０２ｂを通って案内するための複数の第２の流体案内構造物１２０を含む。流体案内構造物１１８，１２０は、流体の流れを真っ直ぐにし、システムの全体的な効率を向上させる。

内部流体流路が、第１の流体案内構造物１１８と第２の流体案内構造物１２０との間に形成される。この流路に沿って移動するとき、流体は、第１の流体案内構造物１１８を介してエンクロージャ前面１１４を通ってエンクロージャ本体１０２の囲まれた領域へと流入し、囲まれた領域およびタービン１０８を通り、次いで第２の流体案内構造物１２０を介してエンクロージャ後面１１６を通って囲まれた領域から流出する。

流体案内構造物１１８，１２０は、エンクロージャ上面１１０とエンクロージャ下面１１２との間に取り付けられた平行なスラットである。他の場合は、流体案内構造物１１８，１２０は、バーまたはメッシュを含むことができる。スラットは、スラット間に空間が形成され、流体がこれらの空間を介してエンクロージャ本体１０２に容易に出入りするように、間隔を空けて位置している。全体としてのエンクロージャ本体１０２、とりわけスラット１１８，１２０が、保護の機能を果たす。それらは、タービン１０８をデブリによる損傷から保護するとともに、動物のタービンとの接触を防止するように設計される。したがって、スラット１１８，１２０間の間隔は、所定のサイズを超えるデブリ、動物、鳥、魚、または他の物体がエンクロージャ本体１０２へと通過することがないようなサイズとされる。

また、スラット１１８，１２０の形状は、つぶれ、衝撃による損傷などに対してエンクロージャを保護する役に立つ剛性および強度をエンクロージャ前面１１４にもたらす。とくに、第１の流体案内構造物１１８（すなわち、前部スラット）は、上方、下方、またはいずれかの側面から見た場合に、凸状のエンクロージャ前面１１４（すなわち、外側へと湾曲している）を形成する。エンクロージャ前面１１４を正面から見たとき、スラット１１８は、放物線形状（図１および図２において見て取ることができる）をもたらすように曲げられている。それらの頂点は、互いに隣接しており、エンクロージャ前面１１４の中心の付近かつ流れ分割ノーズ１３０のまさに前方に位置している。スラット１１８は、流体がエンクロージャを通って流れるときの流体の流れの方向とは反対の方向にエンクロージャ本体１０２から外側へと湾曲している。これにより、エンクロージャ１０２の前面に剛性および強度がもたらされる。さらに、エンクロージャ前面１１４に接触するデブリまたは動物が、その場に付着する可能性が低く、湾曲した表面に沿って移動を続け、囲い構造体１００を通り過ぎる可能性が高い。

スラット１１８，１２０およびエンクロージャ１００の本体１０２の形状および間隔は、一般に、流体がエンクロージャ本体１０２の内部および周囲を通過する際の流体の流れの力学を変更することによって、囲い構造体１００の性能を向上させる。とくに、図６および図７に示されるように、低圧領域ＬＰは、第２の囲まれた部分１２６ｂにおいてエンクロージャの内側にある。高圧の領域ＨＰは、第１の囲まれた部分１２６ａに位置する。これにより、タービンマウント１２２に取り付けられたタービン−発電機をまたいでより大きな圧力低下ΔＰを生じさせることができ、したがってエネルギ変換率が向上する。

特定の実施形態において、スラット１１８，１２０は、開位置において一定の向きを有する。しかしながら、エンクロージャを通過する流体の体積、速度、および圧力を変化させるために、エンクロージャ本体１０２の前端部または後端部のいずれかを部分的または完全に閉じることが望まれる可能性がある。さらに、エンクロージャ１０２を通過する流体の流れを、システム１００への回転トルクを最小にするように調整することができる。エンクロージャ１０２を通過する流体の速度を変化させる別の理由は、高速の風または水において装置を損傷から保護することである。高すぎる速度で回転するタービンは、過剰な振動または設計パラメータを超える他の要因に起因して損傷を被る可能性がある。エンクロージャ１０２を通る流体の速度および圧力を変更する別の理由は、エネルギ変換プロセスの効率を最大にすることである。一般に、タービンは、所定の流体速度の範囲において効率的に動作する。この場合、流入および流出する流体の速度を、この範囲に収まるように、スラット１１８、１２０を調整することによって変更することができる。これにより、囲い構造体１００は、従来からの風力タービンであれば停止となるであろう強風においても、動作することができる。

これらの調整を行うために、上述の空間の幅または高さを、エンクロージャを通過する流体の体積、速度、および圧力を変化させるために変更することができる。エンクロージャ本体１０２は、動力式のヒンジ１４４によって前端部１０２ａの左右の縁に沿って取り付けられた１対の移動式の中実パネル１４２を含む。パネル１４２は、ヒンジ１４４によって、エンクロージャ本体１０２への流体の流入を阻止する閉位置（図６）から、エンクロージャ本体への流体の流入を許す開位置（図７）まで移動する。好ましくは、閉位置において、パネル１４２は、エンクロージャ本体１０２への流体の進入が防止されるように、水（または、空気）を通さないシールを互いに形成し、かつ前端部１０２ａと形成する。さらに、パネル１４２を、完全に閉じた状態と完全に開いた状態との間の中間位置に移動させることも可能である。

加えて、エンクロージャ本体１０２の後端部１０２ｂに位置するスラット１２０間の間隔を変えるために、スラットを、完全に閉じた位置（図６）から、完全に開いた位置（図７）まで、あるいは両者の間の部分的に開いた位置まで、回転させることができる。スラット１２０が完全に閉じられたとき、流体は、エンクロージャ本体１０２の後端部１０２ｂから流出しない傾向になる。むしろ、図６に示されるように、流体は、エンクロージャ本体１０２の外側の周囲を流れる傾向になる。スラット１２０が完全に開かれたとき、流体は、エンクロージャ本体１０２の後端部１０２ｂから自由に流出する。したがって、流体の流れを、スラット１２０を完全に閉じた状態と完全に開いた状態との間の中間的な位置に選択的に配置することによって調整（すなわち、低減）できることを、理解できるであろう。各々のスラット１２０の上端部および下端部に、スラットをエンクロージャ上面１１０とエンクロージャ下面１１２との間に回転可能に配置する回転軸１４６が設けられる。スラット１２０をそれぞれの軸１４６を中心にして個別に、あるいはまとめて選択的に回転させるための回転手段が設けられる。回転手段は、例えば歯車、アクチュエータ、ばね、磁石などを含むことができる。

図示の実施形態において、各々のスラット１２０の回転軸１４６は、スラットの中央からオフセットされている。そのため、軸の一方側に位置する第１の部分１２０ａは、第２の部分１２０ｂの長さＬ２よりも短い長さＬ１を有する。スラット１２０は、より大きい第２の部分１２０ｂがより小さい第１の部分１２０ａの下流に位置するように配置される。より大きい第２の部分１２０ｂは、より小さい第１の部分１２０ａよりも大きい表面積を有する。このため、第２の部分１２０ｂに作用する流体の力は、第１の部分１２０ａに作用する流体の力より大きくなり、スラット１２０を開位置へと移動させようとする。結果として、スラット１２０は、流体がエンクロージャ本体１０２を通って流れるときに自動的に開くことができる。その場合、上述の回転手段は、スラット１２０を強制的に閉じるために使用される。

囲い構造体１００の効率は、エンクロージャ前面１１４を通って流れ、次いでタービン１０８を通って流れ、エンクロージャ後面１１６を通って流出する流体の量を最大にすることによって、改善される。したがって、図１に示されるように、エンクロージャ本体１０２は、前端部１０２ａに位置するエンクロージャ前面１１４とエンクロージャ後面１１６との間に形成された中実な移行面１３２を含む。前面および後面１１４，１１６とは異なり、中実な移行面１３２には空間の開口部が存在しない。したがって、中実な移行部１３２内にタービンマウント１２２を取り付けることによって、エンクロージャ本体１０２の第１の囲まれた部分１２６ａが、第２の囲まれた部分１２６ｂから分離される。結果として、エンクロージャ本体１０２を通って流れる流体のすべて、または少なくとも実質的にすべてが、第１の囲まれた部分１２６ａから第２の囲まれた部分１２６ｂへと流れるために、取り付け開口部に取り付けられたタービン１０８などの取り付け開口部１２７を通って流れなければならない。さらに、エンクロージャ上面１１０およびエンクロージャ下面１１２も、好ましくは中実である。これにより、第２の囲まれた部分１２６ｂを通って流れる流体が、第２の流体案内構造物１２０を介してエンクロージャ本体１０２を出ることが保証される。

囲い構造体１００の効率をさらに最大にするために、エンクロージャ本体１０２は、タービン１０８を到来する流体の流れに向かって自動的に回転させることができる追加の設計上の特徴を有する。とくには、エンクロージャ後面１１６が引き伸ばされることで、エンクロージャ１０２を運動する流体の流れの中に配置された風向計と同様の様相で回転させる。エンクロージャ本体１０２から延びるフィン１３８が、到来する流体の流れに向けてタービン１０８およびエンクロージャ前面１１４を回転させようとする囲い構造体１００の傾向をさらに強める。

図８に、すでに述べた囲い構造体１００に構造的および機能的に類似する２つ以上のエンクロージャ２０２を有するエネルギ変換システム２００が示されている。エンクロージャ２０２は、鉛直方向に積み重ねられた構成でエンクロージャ支持体２０４に取り付けられる。この特定のエネルギ変換システム２００を、空気などの圧縮整流体へと配置して、この媒体の運動からの運動エネルギをポテンシャルエネルギに変換することができる。例えば、システム２００を使用して、風力からの運動エネルギをポテンシャルエネルギに変換することができる。

システム２００を安定化させるために、安定化構造物２０６がエンクロージャ支持体２０４に取り付けられる。とくには、安定化構造物２０６の１つの機能は、水平荷重（例えば、風または水の荷重）の影響を低減することである。安定化構造物２０６は、エンクロージャ支持体の周囲のさまざまな位置に配置された３つ以上の水平な第１のスタビライザ２０８を含む。各々の第１のスタビライザ２０８の近位端２０８ａは、エンクロージャ支持体２０４に取り付けられ、遠位端２０８ｂは、エンクロージャ支持体から横方向外側へと、エンクロージャの後端部を過ぎて延びる。さらに、安定化構造物は、上端２１０ａが第１のスタビライザ２０８の遠位端２０８ｂに取り付けられた鉛直な第２のスタビライザ２１０を含む。第２のスタビライザ２１０の下端２１０ｂは、地面Ｇに係合して、安定化構造物２０６を地面Ｇに固定する。いくつかの場合に、安定化構造物２０６は、単一の鉛直な支持体２１０に取り付けられた複数の水平な支持体２０８を含む追加の支持体を有する。例えば、図示の装置において、水平な支持体２０８は、エンクロージャ２０２の上方および下方の両方に取り付けられ、それぞれの遠位端２０８ｂにおいて単一の鉛直な支持体２１０に結合する。図８に示されるように、積み重ねられたエンクロージャを含んでいる複数の塔を、相互接続してもよい。他の実施形態においては、単一のタワーを設けてもよい。

エンクロージャ２０２は、各々のエンクロージャの前端部がエンクロージャ支持体２０４を中心にして独立して回転し、後端部がエンクロージャ支持体から外向きに延びるように、エンクロージャ支持体２０４に取り付けられる。各々のエンクロージャ２０２は、他のエンクロージャとは独立に回転する。エンクロージャ２０２は、前端部が流れている流体へと向くように自動的に回転する。遠位端２０８ｂがエンクロージャ２０２の後端部よりも横方向外側に位置するがゆえに、エンクロージャは、安定化構造物２０６と衝突することなく、エンクロージャ支持体２０４を中心にして自由に完全に回転することができる。

前端部３０４および後端部３０６を有する保護囲い構造体３００の別の浮動式の実施形態が、図９に示されており、これは、海洋または河川などの流動する液体媒体中で使用することができる。囲い構造体３００およびその内部の構成要素は、構造および機能に関して、すでに述べた囲い構造体１００と同様である。図４および図５を参照すると、浮動式の保護囲い構造体は、随意により、１つ以上のバラストタンク３０８を含むことができる。タンクは、構造体の浮力を大きくし、あるいは小さくするために、空気または水で満たすことができる。これは、例えば装置を所望の深さに沈め、あるいは装置を取り出すために有用である。バラストタンク３０８は、構造体の外面に取り付けることができ、あるいは内部に取り付けることができる。図示の実施形態において、タンク３０８は、中実な移行面１３２においてタービンマウント１２２に取り付けられている。空間を節約するために、タンク３０８は、タービンの上方および下方に配置される。

図９に戻ると、囲い構造体３００は、浮かぶように設計され、したがって選択された液体において浮揚性である。エンクロージャ本体３０２が直立した姿勢を維持することを保証するために、エンクロージャおよびその内部の構成要素は、平均して、後端部３０６の密度が前端部３０４の密度よりも小さくなるように設計される。例えば、いくつかの場合には、後端部３０６が前端部３０４よりも軽くなるように、エンクロージャ本体３０２自体に異なる材料を使用することができる。他の実施形態においては、構造体の浮力を調整するために、バラストタンク３０８を使用することができる。さらに、上述したように、フィン１３８を、流れの方向および地面Ｇに対する正しい向きの維持において助けとなるように、エンクロージャ本体３０２の外側に取り付けることができる。最後に、エンクロージャ本体３０２を、ケーブル、チェーンなどのコネクタ３１０によって海底または河床などの地面Ｇに取り付けることができる。地面Ｇに取り付けられると、エンクロージャ本体３０２は、前端部３０４が流体の流れに面するように、接続点を中心にして自由に回転することができる。

同様に、図１０は、図９に示した実施形態と同様の集合体のサイズ、抵抗、および重量に応じた所定の速度を有する充分に強い充分な風力４０２の存在において空中にとどまるように構成された前端部４０４および後端部４０６を有する保護囲い構造体４００の別の空中用の実施形態を示している。囲い構造体４００およびその内部の構成要素は、構造および機能に関して、すでに述べた囲い構造体１００と同様である。外側については、構造体４００は、特定の風条件の下で構造体を空中に維持するための充分な揚力をもたらすような寸法および構成とされた２つ以上の羽根４０８を備えている。最後に、エンクロージャ本体３０２を、ケーブル、チェーンなどのコネクタ３１０によって海底または河床などの地面Ｇに取り付けることができる。地面Ｇに取り付けられると、エンクロージャ本体３０２は、前端部４０４が流体の流れに面するように、接続点を中心にして自由に回転することができる。

この開示の好ましい実施形態の以上の説明は、例示および説明の目的で提示されている。すべてを述べ尽くそうとするものではなく、本開示を開示された正確な形態に限定しようとするものでもない。上述の教示に照らして、自明な変更または変種が可能である。実施形態は、本開示の原理およびその実際の応用の最良の説明を提供することによって、当業者にとって本開示を種々の実施形態にて、想定される個々の用途に適した種々の変更を伴いつつ利用することを可能にする取り組みにおいて、選択および説明されている。すべてのそのような変更および変種は、妥当に法律的に公平に与えられる幅に従って解釈されるときに添付の特許請求の範囲によって決定される本開示の技術的範囲に包含される。

１００ システム、エンクロージャ、エンクロージャ装置、エンクロージャ構造体、囲い構造体
１０２ エンクロージャ本体、エンクロージャ
１０２ａ 前端部、エンクロージャ前面
１０２ｂ 後端部
１０８ 流体タービン、タービン−発電機
１１０ エンクロージャ上面
１１２ エンクロージャ下面
１１４ エンクロージャ前面
１１６ エンクロージャ後面
１１８ 第１の流体案内構造物、スラット
１２０ 第２の流体案内構造物、スラット
１２０ａ 第１の部分
１２０ｂ 第２の部分
１２２ タービンマウント
１２６ａ 第１の囲まれた部分
１２６ｂ 第２の囲まれた部分
１２７ 取り付け開口部
１２８ カウリング
１３０ 流れ分割ノーズ
１３２ 移行面、移行部
１３４ 翼弦線
１３６ 流れ案内面
１３８ フィン
１４０ 回転軸
１４２ 中実パネル
１４４ ヒンジ
１４６ 回転軸
１４８ 発電機
１５０ シャフト
１５２ シャフト
１５４ 接続手段
２００ エネルギ変換システム
２０２ エンクロージャ
２０４ エンクロージャ支持体
２０６ 安定化構造物
２０８ 第１のスタビライザ、支持体
２０８ａ 近位端
２０８ｂ 遠位端
２１０ 第２のスタビライザ、支持体
２１０ａ 上端
２１０ｂ 下端
３００ 保護囲い構造体
３０２ エンクロージャ本体
３０４ 前端部
３０６ 後端部
３０８ バラストタンク
３１０ コネクタ
４００ 保護囲い構造体
４０２ 風力
４０４ 前端部
４０６ 後端部
４０８ 羽根

Claims (20)

1. 複数の流体案内構造物を有する保護囲い構造体であって、
   前端部および後端部を有する対称な翼形のエンクロージャ本体であって、前記エンクロージャ本体は、該エンクロージャ本体の内部に形成される囲まれた領域内に少なくとも２つの流体タービンを囲うように動作可能であり、前記囲まれた領域は、エンクロージャ上面およびエンクロージャ下面、前記前端部に位置するエンクロージャ前面、ならびに前記後端部に位置し且つ前記エンクロージャ前面に接続されるエンクロージャ後面によって画成されている、エンクロージャ本体と、
   前記エンクロージャ前面を通して前記囲まれた領域内へ流体を案内するために前記エンクロージャ前面に形成された複数の第１の流体案内構造物と、
   前記エンクロージャ本体の前記後端部を通して前記囲まれた領域から流出する流体を案内するために前記後面に形成された複数の第２の流体案内構造物であって、それにより前記第１の流体案内構造物と前記第２の流体案内構造物との間に流体の流路が形成される、第２の流体案内構造物と、
   前記囲まれた領域の内部に少なくとも２つのタービンを取り付けるために前記囲まれた領域内に配置されたタービンマウントであって、該タービンマウントに取り付けられたタービンを前記流体の流路内に位置付けるように構成されたタービンマウントと
   を有する囲い構造体。
2. 前記エンクロージャ本体は、該エンクロージャ本体の前記前端部と前記後端部との間に形成される翼弦線を中心とした、右側外面の鏡像である左側外面によって形成された対称な翼形である、請求項１に記載の囲い構造体。
3. 前記エンクロージャ前面は、第１の複数の平行なスラットによって形成され、前記エンクロージャ後面は、第２の複数の平行なスラットによって形成され、前記第１および第２の流体案内構造物は、前記平行なスラットの間の空間によって画成される、前記エンクロージャ前面および前記エンクロージャ後面に形成された開口部である、請求項１に記載の囲い構造体。
4. 前記第１の複数の平行なスラットまたは前記第２の複数のスラットの少なくとも一方が、前記平行なスラットの間の前記空間を提供する開位置と、前記空間をなくす閉位置との間で移動可能である、請求項３に記載の囲い構造体。
5. 前記第１の複数の平行なスラットまたは前記第２の複数のスラットの少なくとも一方を覆うための可動パネルをさらに有し、前記可動パネルは、前記空間を塞がない開位置と、前記空間を塞ぐための閉位置との間で選択的に移動するように構成されている、請求項３に記載の囲い構造体。
6. 前記第１の複数のスラットは、凸状のエンクロージャ前面を形成する、請求項３に記載の囲い構造体。
7. 前記エンクロージャ前面を通して前記囲まれた領域内へ流れる流体の向きを変えるために前記囲まれた領域内に配置された内部流れ構造物をさらに有する、請求項１に記載の囲い構造体。
8. 前記内部流れ構造物は、前記流体の流路に沿って流れる流体を、少なくとも２つの分岐する流体の流れへと分割するための流れ分割ノーズを有するカウリングを含み、流体の流れの１つが、前記タービンマウントの各々に向かって案内される、請求項７に記載の囲い構造体。
9. カウリングが、前記流れ分割ノーズによって互いに結合された各流路のための凸状または凹状の流れ案内面を有する、請求項８に記載の囲い構造体。
10. 前記エンクロージャ前面と前記エンクロージャ後面との間に形成された中実な移行面をさらに有し、前記タービンマウントは、前記中実な移行面内に配置される、請求項１に記載の囲い構造体。
11. 前記エンクロージャ後面は、放物線の形状である、請求項１に記載の囲い構造体。
12. 前記前端部と前記後端部との間で前記囲まれた領域内に形成される内部セパレータであって、前記タービンを受け入れるための少なくとも１つの開口部を有している内部セパレータをさらに有し、前記内部セパレータは、前記内部セパレータと前記前端部との間の第１の囲まれた部分、および前記内部セパレータと前記後端部との間の第２の囲まれた部分を形成し、前記第１の囲まれた部分から前記第２の囲まれた部分へと通過する流体は、前記内部セパレータの前記開口部のうちの１つを通過しなければならず、前記タービンマウントは、前記内部セパレータに取り付けられている、請求項１に記載の囲い構造体。
13. 前記エンクロージャ前面を通して流れる流体を、前記少なくとも１つの開口部を通して前記第２の囲まれた部分へと再案内するために前記第１の囲まれた部分内に配置された内部流れ構造物をさらに有する、請求項１２に記載の囲い構造体。
14. タービン装置であって、
    前端部および後端部を有する翼形のエンクロージャ本体であって、前記エンクロージャ本体は、該エンクロージャ本体の内側に形成される囲まれた領域内に少なくとも２つの流体タービンを囲うように動作可能であり、前記囲まれた領域は、前記前端部に位置するエンクロージャ前面、および前記後端部に位置し且つ前記エンクロージャ前面に接続されるエンクロージャ後面によって画成されている、エンクロージャ本体と、
    前記エンクロージャ前面を通して前記囲まれた領域内へ流体を案内するために前記エンクロージャ前面に形成された複数の第１の流体案内構造物と、
    前記エンクロージャ本体の前記後端部を通して前記囲まれた領域から流出する流体を案内するために前記後面に形成された複数の第２の流体案内構造物であって、それにより前記第１の流体案内構造物と前記第２の流体案内構造物との間に流体の流路が形成される、第２の流体案内構造物と、
    前記囲まれた領域の内部に少なくとも２つのタービンを取り付けるために前記囲まれた領域内に配置されたタービンマウントであって、該タービンマウントに取り付けられたタービンを前記流体の流路に位置付けるように構成されたタービンマウントと、
    前記囲まれた領域内に収容される少なくとも２つの反対向きに回転するタービンであって、前記タービンマウントで前記エンクロージャ本体に取り付けられており、また移動する流体の流れの中に前記装置が配置されて流体が前記流体の流路に沿って移動するときに回転するように動作可能であるタービンと、
    前記回転するタービンの運動エネルギをポテンシャルエネルギへと変換して該ポテンシャルエネルギを貯蔵するための、前記回転するタービンに連絡するエネルギ変換および貯蔵手段と
    を有するタービン装置。
15. 前記２つのタービンの各々が、前記エンクロージャ本体の前記前端部と前記後端部との間に形成される翼弦線に平行な回転軸を有する、請求項１４に記載の装置。
16. ２つ以上のエンクロージャを鉛直方向に積み重ねられた構成に支持するためのエンクロージャ支持体をさらに有する、請求項１４に記載の装置。
17. エネルギ変換システムにおいて、
    ２以上のエンクロージャであって、各エンクロージャが、
    前端部および後端部を有する翼形のエンクロージャであって、前記エンクロージャ本体は、該エンクロージャの内部に形成される囲まれた領域内に少なくとも２つの流体タービンを囲うように動作可能であり、前記囲まれた領域は、エンクロージャ上面およびエンクロージャ下面、前記前端部に位置するエンクロージャ前面、ならびに前記後端部に位置し且つ前記エンクロージャ前面に接続されるエンクロージャ後面によって画成されている、エンクロージャと、
    前記エンクロージャ前面を通して前記囲まれた領域内へ流体を案内するために前記エンクロージャ前面に形成された複数の第１の流体案内構造物と、
    前記エンクロージャの前記後端部を通して前記囲まれた領域から流出する流体を案内するために前記後面に形成された複数の第２の流体案内構造物であって、それにより前記第１の流体案内構造物と前記第２の流体案内構造物との間に流体の流路が形成される、第２の流体案内構造物と、
    前記囲まれた領域の内部に少なくとも２つのタービンを取り付けるために前記囲まれた領域内に配置されたタービンマウントであって、該タービンマウントに取り付けられたタービンを前記流体の流路に位置付けるように構成されたタービンマウントと、
    前記２以上のエンクロージャの各々の前記囲まれた領域内に収容される２以上の反対向きに回転するタービンであって、前記タービンマウントで前記エンクロージャに取り付けられており、また移動する流体の流れの中に前記装置が配置されて流体が前記流体の流路に沿って移動するときに回転するように動作可能であるタービンと
    を有するエンクロージャと、
    前記２以上のエンクロージャを鉛直方向に積み重ねられた構成に支持するためのエンクロージャ支持体であって、前記エンクロージャの各々の前記前端部が、該エンクロージャ支持体を中心にして別個独立に回転し、前記後端部が、該エンクロージャ支持体から遠ざかるように外方向に延びる、エンクロージャ支持体と
    を有する、エネルギ変換システム。
18. 前記エンクロージャ支持体に取り付けられた第１の端部および地面に取り付けられた第２の端部を有する安定化構造物をさらに有する、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記エンクロージャ支持体の周囲に配置され、前記エンクロージャ支持体に取り付けられた近位端と、前記エンクロージャ支持体から横方向外側へと前記エンクロージャの前記後端部を過ぎて延びる遠位端とを有している３つ以上の第１のスタビライザと、
    前記３つ以上の第１のスタビライザの各々に取り付けられた上端部と、地面に取り付けられた下端部とを有している３つ以上の第２のスタビライザと
    をさらに有し、
    ２つ以上の第１のスタビライザは、少なくとも１つのエンクロージャの上方および下方など、前記エンクロージャ支持体に沿って分布し、同じ第２のスタビライザに取り付けられている、
    請求項１８に記載のシステム。
20. 前記エンクロージャは、エンクロージャマウントにおいて前記エンクロージャ支持体を中心にして最大３６０°回転するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。