JP5483484B2 - 混合器と排出器とを有する風力タービン - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００８年３月２４日出願の同時係属中の米国特許出願第１２／０５４，０５０号（以下「本出願人らの親出願」）の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２００７年３月２３日出願の本出願人らの米国仮特許出願第６０／９１９，５８８号（以下「本出願人らの仮出願」）の優先権を主張している。本出願人らは、本出願人らの親出願および本出願人らの仮出願の開示の全体を参考として援用している。

（技術分野）
本発明は、全体的に風力タービンを扱う。さらに詳細には、本発明は、風力タービンのための方法を扱う。

風力タービンは、通常、「ロータ」と称されるプロペラ状の装置を含み、該プロペラ状の装置は、動いている空気流に向けられている。空気が、ロータに当たると、ロータをそれの中心回りで回転させるように、空気がロータに力をもたらす。ロータは、歯車、ベルト、チェーン、または他の手段などの連動装置を介して、発電機または機械デバイスのいずれかに接続される。かかるタービンは、電力を発生させ、そして、バッテリに電力を供給するために使用される。タービンはまた、回転ポンプおよび／または動く機械部分を駆動させるために使用される。大規模な電力を発電する「ウインドファーム」において風力タービンを見つけることは、非常によくあることであり、該ウインドファームは、かかるタービンのそれぞれが、互いに対しておよび／または周囲の環境に対して最も小さい影響で最大の電力抽出を可能にするように設計されている幾何形状パターンで、かかるタービンを複数含む。

流体の力を回転力に変換するロータの能力は、ロータの直径と比較して非常に大きな幅の流れに置かれたときには、１９２６年にＡ．Ｂｅｔｚによって証明されたような「Ｂｅｔｚ」限界として知られている、接近する流れの力の５９．３％という充分に証明された理論値によって限定される。この生産性の限界は、図１Ａに示された従来技術に分類される複数の羽根のある従来の軸状風力／水力タービンに特に当てはまる。

「Ｂｅｔｚ」限界を超えて風力タービンの能力の可能性を増加させようとする試みが、行われている。ロータを囲むシュラウドまたはダクトが、使用されている。例えば、Ｈｉｅｌらの特許文献１（図１Ｂを参照）、ｄｅ Ｇｅｕｓの特許文献２（図１Ｃを参照）、Ｏｍａｎらの特許文献３（図１Ｄを参照）、およびＴｏｃｈｅｒの特許文献４を参照されたい。適切に設計されたシュラウドは、接近する流れがダクトの中心に集められると、接近する流れを加速させる。概して、適切に設計されたロータに関しては、この流速の増加が、ロータにさらに大きな力をもたらし、結果として、より高いレベルの電力抽出をもたらす。多くの場合はこのようであるが、ロータの羽根は、より強い風と共に含まれる剪断力や引張力によって壊れる。

伝えられるところでは、Ｂｅｔｚ限界の２倍の値が、記録されているが、立証されていない。非特許文献１、非特許文献２を参照し、そして、本出願人らによって著され、かつ、公開を承諾された「Ｄｕｃｔｅｄ Ｗｉｎｄ／Ｗａｔｅｒ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ Ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ」と題されたｔｈｅ ＡＩＡＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｎｏｔｅ（「本出願人らのＡＩＡＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｎｏｔｅ」）を参照されたい。複写が、本出願人らの情報開示文書に見られ得る。しかしながら、かかる主張は、実際に立証されておらず、既存のテスト結果は、実際の風力タービンの用途におけるかかる利益の実現可能性を確認していない。

かかる電力および効率の増加を達成するために、時には非常に変動しやすい接近する流体の流速レベルとシュラウドおよびロータの航空力学的設計をしっかりと調整することが必要である。かかる航空力学的設計の考慮はまた、フロータービンの周囲への結果として生じる影響、およびウインドファーム設計の生産性レベルに重要な役割を果たす。

排出器は、周知であり、そして、流体噴射ポンプが、流れをシステムの中に引き込み、それにより、そのシステムを通る流速を増加させることが証明されている。混合器／排出器は、かかる噴射ポンプの短い小型版であり、それらは、接近する流れの状態にあまり影響を受けず、音速付近またはそれ以上の流速を含む高速噴射推進用途において広く使用されている。例えば、Ｗａｌｔｅｒ Ｍ．Ｐｒｅｓｚ，Ｊｒ．博士の特許文献５を参照されたい。該特許文献５もまた、下流で混合器を使用することにより、推力を増加させながら、排出から騒音を減少させる。Ｐｒｅｓｚ博士は、本出願における共同発明者である。

ガスタービン技術は、依然として、軸流風力タービンに成功裏には適用されていない。この欠陥には複数の理由がある。既存の風力タービンは、通常、シュラウドのないタービンの羽根を使用して風力エネルギーを抽出する。結果として、風力タービンに近づく流れのかなりの量が、羽根の周りに流れ、羽根を通って流れない。また、空気が既存の風力タービンに近づくと、空気の速度が、かなり減少する。これらの効果の両方が、低速度でタービンを貫流する結果となる。これらの低速度が、ステータ／ロータの概念などのガスタービン技術の利益の可能性を最小にする。以前のシュラウド付き風力タービンの手法は、タービンの羽根の速度を増加させるために、出口の拡散器を最重要視している。拡散器は、良い性能のためには長さを必要とし、接近する流れの変化に非常に影響を受けやすい。流れに影響を受けやすく長いこのような拡散器は、風力タービンの設置において現実的ではない。短い拡散器は、停止してしまい、実際の用途においては全くうまくいかない。また、必要とされる下流での拡散は、加速された速度において望まれるタービンのエネルギーの抽出を用いては可能ではないことがあり得る。これらの効果が、ガスタービン技術を使用したより効率的な風力タービンの以前の試みの全ての失敗を決定的なものにした。

米国特許第７，２１８，０１１号明細書 米国特許第４，２０４，７９９号明細書 米国特許第４，０７５，５００号明細書 米国特許第６，８８７，０３１号明細書 米国特許第５，７６１，９００号明細書

Ｉｇａｒ，Ｏ．、Ｓｈｒｏｕｄｓ ｆｏｒ Ａｅｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ、ＡＩＡＡ Ｊｏｕｒｎａｌ、Ｏｃｔｏｂｅｒ １９７６、ｐｐ．１４８１−８３ Ｉｇａｒ ＆ Ｏｚｅｒ、Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｓｈｒｏｕｄｅｄ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ、Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓ． ＆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、Ｖｏｌ．２１、ｐｐ．１３−４８、１９８１

したがって、本発明の主な目的は、改良された方法を提供することであり、該改良された方法は、風力タービンにおいて、改良された流体力学的混合器／排出器ポンプの原理を利用して、Ｂｅｔｚ限界を充分に上回る持続可能なレベルの電力を一貫して送達する。

別の主な目的は、（風力タービンに対して）独自の流れの混合を利用して、結果として伴う風力タービンの流れの場の生産性を増加させ、かつ、ウインドファームにおいて見られるような、風力タービンの近隣に位置する周囲環境に対する、結果として伴う風力タービンの流れの場の影響を最小にする軸流風力タービンのための改良された方法を提供することである。

別の主な目的は、改良された方法を提供することであり、該改良された方法は、軸流風力タービンのロータを通るさらに多くの流れを作り出し、そして、次に、タービンを出る前に、より高いエネルギーのバイパスの風の流れと低いエネルギーの出口の流れを急速に混合する。

別の主な目的は、改良された風力タービンを提供することであり、該改良された風力タービンは、（風力タービンに対して）独自の流れの混合を利用して、結果として伴う風力タービンの流れの場の生産性を増加させ、かつ、ウインドファームにおいて見られるような、風力タービンの近隣に位置する周囲環境に対する、結果として伴う風力タービンの流れの場の影響を最小にする。

別の主な目的は、改良された風力タービンを提供することであり、該改良された風力タービンは、ロータを通ってさらに多くの空気流をポンピングし、そして、次に、システムを出る前に、より高いエネルギーのバイパスの風の流れと低いエネルギーのタービンの出口の流れを急速に混合する。

上に列挙された目的と同等のさらに詳細な目的は、人口の多い地域において使用するために比較的静かで安全な方法と装置とを提供することである。

方法と装置とが、Ｂｅｔｚ限界を超えて風力タービンの持続可能な効果を改良するために開示されている。方法とシステムとの両方が、流体力学的排出器の概念と、高度な流れの混合とを使用することにより、既存の風力タービンと比較して、本出願人らの独自の風力タービンの動作効率を増加させながら、風力タービンの騒音レベルを減少させる。

本出願人らの好適な装置は、混合器／排出器風力タービン（「ＭＥＷＴ」と略称で呼ばれている）。好適な「装置」の実施形態において、ＭＥＷＴは、軸流タービンであり、該軸流タービンは、下流に向かう順に、フレア状の入口を有するタービンシュラウドと、シュラウドの中のステータの輪と、ステータと「一直線」のインペラ羽根の輪を有するインペラと、タービンシュラウドに取り付けられ、インペラ羽根を越えて下流に延びている混合器ローブの輪を有する混合器と、（米国特許第５，７６１，９００号に示されたもののような）混合器ローブの輪と、混合器ローブを越えて下流に延びている混合シュラウドを備えている排出器と備えている。タービンシュラウドと、混合器と、排出器とは、タービンを通る最大量の流体を引き出し、そして、環境に対する影響（例えば、騒音）や、タービンの後流に関する他の発電タービンに対する影響（例えば、構造的な損失または生産性の損失）を最小にするように設計され、配置されている。従来技術とは異なり、好適なＭＥＷＴは、高度な、流れの混合および制御デバイス、例えば、ローブまたはスロット付き混合器、および／または１つ以上の排出器ポンプなどを有するシュラウドを含む。提示された混合器／排出器ポンプは、航空機業界で使用されているものとは非常に異なっている。なぜならば、高いエネルギーの空気が、排出器の入口の中に流れ、そして、タービンシュラウドを出て行く低いエネルギーの空気の外側を囲み、その低いエネルギーの空気をポンピングし、そして、その低いエネルギーの空気と混合する。

この第１の好適な「装置」の実施形態において、ＭＥＴＷは、概して、タービンシュラウドの末端部分（すなわち、タービンシュラウドの端部分）に混合デバイスを組み込んでいる、フレア状の入口を有するタービンシュラウドによって囲まれた軸流風力タービンと、該タービンシュラウドと重なり、該タービンシュラウドの後部にある分離した排出器ダクトとを備えており、該タービンシュラウド自体は、それの末端領域に高度な混合デバイスを組み込み得る。

代替の「装置」の実施形態において、ＭＥＴＷは、航空力学的に形状を合わされたタービンシュラウドによって囲まれた軸流風力タービンを備え、該タービンシュラウドは、それの末端領域に混合デバイスを組み込んでいる。

広い意味において、好適な方法は、タービンシュラウドの中に周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことによって、フレア状の入口を有するタービンシュラウドと、インペラ羽根の輪を有する下流のインペラとを有するタイプの風力タービン（好適には、軸流風力タービン）に対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することと、一次空気流によって、シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、一次空気流が、インペラにエネルギーを伝えることと、周囲の空気の二次空気流を流入させ、インペラに続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、インペラを通過した一次空気流だけと該二次空気流を混合することとを包含する。

代替の方法は、周囲の空気を流入させ、ロータに続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、シュラウドとロータとを通過した低いエネルギーの空気だけと周囲の空気を混合することによって、フレア状の入口を有するタービンシュラウドと下流のプロペラ状のロータとを有する風車に対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することを包含する。

好適な方法と装置との第一原理に基づいた理論解析は、ＭＥＴＷは、同じ前面面積に対して、シュラウドのない同等物の３倍または４倍の電力を生成し得、約２倍以上ウインドファームの生産性を増加させることを示す。

本出願人らは、理論解析に基づいて、好適な方法と装置とが、同じサイズの従来の風力タービンの既存の電力よりも３倍の電力を発電すると考えている。

本発明の他の目的と利点とが、添付の図面と共に、以下に記載される記述を読むとすぐに明らかになる。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
ａ．フレア状の入口を有するタービンシュラウドとインペラ羽根の輪を有する下流のインペラとを有するタイプの軸流風力タービンに対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することであって、
ｉ．該フレア状の入口を有する該タービンシュラウドの中に、そして、該タービンシュラウドを通って周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｉｉ．該一次空気流によって、該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、該一次空気流が、該インペラにエネルギーを伝えることと、
ｉｉｉ．周囲の空気の二次空気流を流入させ、該インペラに続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、該インペラを通過した該一次空気流だけと該二次空気流とを混合することと
による、発電すること
を包含する、方法。
（項目２）
少なくとも複数日の間、Ｂｅｔｚ限界を超えた上記電力レベルを持続することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目３）
少なくとも複数週の間、Ｂｅｔｚ限界を超えた上記電力レベルを持続することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記混合器は、上記排出器の中に延びている混合器ローブの輪を備えている、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記混合器は、放射状に間隔を空けられた複数の混合器スロットを備えている、項目１に記載の方法。
（項目６）
上記タービンはさらに、上記インペラの上流にステータ翼の輪を備えている、項目１に記載の方法。
（項目７）
ａ．フレア状の入口を有するタービンシュラウドと下流のプロペラ状のロータとを有する風車に対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することであって、
ｉ．該フレア状の入口の中に、そして、該タービンシュラウドを通って周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｉｉ．該一次空気流によって、該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、該一次空気流が、該ロータにエネルギーを伝え、低いエネルギーの空気流になることと、
ｉｉｉ．周囲の空気の二次空気流を流入させ、該ロータに続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、該インペラを通過した該低いエネルギーの空気流だけと該二次空気流を混合することと
による、発電すること
を包含する、方法。
（項目８）
少なくとも複数日の間、Ｂｅｔｚ限界を超えた上記電力レベルを持続することをさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目９）
少なくとも複数週の間、Ｂｅｔｚ限界を超えた上記電力レベルを持続することをさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目１０）
上記混合器は、上記排出器の中に延びている混合器ローブの輪を備えている、項目７に記載の方法。
（項目１１）
上記混合器は、放射状に間隔を空けられた複数の混合器スロットを備えている、項目７に記載の方法。
（項目１２）
上記タービンはさらに、上記インペラの上流にステータ翼の輪を備えている、項目７に記載の方法。
（項目１３）
ａ．フレア状の入口を有するタービンシュラウドとインペラ羽根の輪を有する下流のインペラとを有するタイプの軸流風力タービンによって発電された電力レベルを増加させながら、該風力タービンの騒音レベルを最小にすることであって、
ｉ．該タービンシュラウドの中に、そして、該タービンシュラウドを通って周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｉｉ．該一次空気流によって、該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、該一次空気流が、該インペラ羽根にエネルギーを伝え、低いエネルギーの空気流になることと、
ｉｉｉ．周囲の空気の二次空気流を流入させ、該インペラ羽根に続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、該インペラ羽根を通過した該一次空気流だけと該二次空気流を混合することと
による、最小にすること
を包含する、方法。
（項目１４）
ａ．入口を有する、航空力学的に形状を合わせられたタービンシュラウドとインペラ羽根の輪を有する下流のインペラとを有するタイプの軸流風力タービンを通って流れる空気の量を増加させることであって、
ｉ．周囲の空気を流入させ、該インペラの下流にある混合器を経由して、該インペラ羽根を通過した低いエネルギーの空気だけと該周囲の空気を混合すること
による、増加させることを
包含する、方法。
（項目１５）
上記タービンを通って流れる周囲の空気の量を増加させながら、上記混合器の下流にある排出器によって上記風力タービンからの排気流の騒音レベルを最小にすることをさらに包含する、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
ａ．ロータを有するタイプの風車を通って流れる空気の量を増加させることであって、
ｉ．周囲の空気を流入させ、該ロータの下流にある混合器を経由して、該ロータを通過した低いエネルギーの空気だけと該周囲の空気を混合すること
による、増加させること
を包含する、方法。
（項目１７）
上記風車を通って流れる周囲の空気の量を増加させながら、上記混合器の下流にある排出器によって、該風車からの排気流の騒音レベルを最小にすることをさらに包含する、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．タービンシュラウドの中に、そして、該タービンシュラウドを通って一次空気を受け入れ、そして、導くことと、
ｃ．該一次空気流によって該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、エネルギーが、該一次空気流から該インペラに伝えられることと、
ｄ．以前に該タービンシュラウドを通過したことのない二次空気流と、該タービンシュラウドを出た後の一次空気流とを、該タービンシュラウドに隣接して配置された排出器シュラウドの中に受け入れ、そして、導くことであって、該二次空気流は、該一次空気流が該インペラを回転させた後に含むよりも多くのエネルギーを含む、受け入れ、そして、導くことと、
ｅ．該排出器シュラウドに入った後に、該一次空気流と該二次空気流とが混合し、そして、該二次空気流から該一次流へのエネルギーの伝達を引き起こすような方向に、該一次空気流と該二次空気流とを導くことと
を包含する、方法。
（項目１９）
ａ．上記タービンシュラウドの中で上記インペラを回転させた後に、該インペラの回転軸から離れるように、上記一次空気流を導くことと、
ｂ．該排出器シュラウドに入った後に、該インペラの回転軸に向かって上記二次空気流導くことと
をさらに包含する、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
ａ．上記タービンシュラウドの中で上記インペラを回転させた後に、上記インペラの回転軸上の場所から離れるように、そして、該タービンシュラウドから下流の場所に上記一次空気流の一部を導くことと、
ｂ．該排出器シュラウドに入った後に、該インペラの回転軸上の場所に向かって上記二次空気流の一部を導き、それにより、エネルギーが、該二次空気流から該一次空気流に伝えられることと
をさらに包含する、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．タービンシュラウドの中に、そして、該タービンシュラウドを通って一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｃ．該一次空気流によって該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、エネルギーが、該一次空気流から該インペラに伝えられることと、
ｄ．該タービンシュラウドの出口に隣接し、かつ、該タービンシュラウドの出口と実質的に同心に配置されている排出器シュラウドの中に、以前に該タービンシュラウドを通過したことのない二次空気流と、該タービンシュラウドを出た後の該一次空気流とを受け入れることであって、ここで、
ｅ．該二次空気流は、該排出器シュラウドに入る際には、該一次空気流が該インペラを回転させた後のエネルギーの高さよりも高いエネルギーの空気流であり、
ｆ．該二次空気流は、該排出器シュラウドの中で該一次空気流と混合し、そして、
ｇ．該二次空気流は、該一次空気流を外面的に囲み、該一次空気流と混合し、そして、エネルギーを該一次空気流に伝える、受け入れることと
を包含する、方法。
（項目２２）
上記二次空気流は、上記一次空気流と同軸である、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．タービンシュラウドに中に、そして、該タービンシュラウドを通って一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｃ．該一次空気流によって該シュラウドの中でインペラを回転させることと、
ｄ．該タービンシュラウドを通過することなく、該タービンシュラウドの周りを通過した二次空気流を、排出器シュラウドの中に、そして、該排出器シュラウドを通って受け入れ、そして、導くことであって、該二次空気流は、該排出器の中で該一次空気流と混合することにより、一連の混合渦巻を生成する、受け入れ、そして、導くことと
を包含する、方法。
（項目２４）
上記二次空気流は、上記一次空気流と混合することにより、少なくとも上記タービンシュラウドの実質的な非均一性によって、上記インペラの下流で、一連の渦巻を生成する、項目２８に記載の方法。
（項目２５）
上流方向と下流方向とを有する軸流風力タービンを動作させる方法であって、
ａ．空気流の中に該軸流風力タービンを提供することであって、該軸流風力タービンは、タービンステージと、混合器と、該混合器の下流から延びている排出器とを含む、提供することと、
ｂ．該排出器に対する該混合器の配置によって、混合器／排出器ポンプとして該軸流風力タービンを動作させるので、高いエネルギーの空気と低いエネルギーの空気とが、互いに対して混合することにより、該タービンステージを通る空気流を増強させることと
を包含する、方法。
（項目２６）
進歩した軸流風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．一次空気流がインペラを通過して該インペラを回転させるように、タービンシュラウドを通って該一次空気流を受け入れることと、
ｃ．二次空気流が、該タービンシュラウドを通過することなく、該タービンシュラウドの周りを通るように、そして、該二次空気流が、排出器シュラウドを通過するように該二次空気流を受け入れることと、
ｄ．該一次空気流の力を活用して機械エネルギーを生成しながら、該軸流風力タービンの動作効率に関して、Ｂｅｔｚ限界を超えることと
を包含する、方法。
（項目２７）
上記一次空気流の力を活用して機械エネルギーを生成しながら、異常でない期間にわたって上記軸流風力タービンの動作効率に関してＢｅｔｚ限界を超えることをさらに包含する、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
上記一次空気流の力を活用して機械エネルギーを生成しながら、一貫して上記軸流風力タービンの動作効率に関してＢｅｔｚ限界を超えることをさらに包含する、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
ａ．三次空気流が、上記排出器シュラウドの末端領域における混合器を通過するように、該三次空気流が、上記タービンシュラウドと該排出器シュラウドとを先に通過することなく、該タービンシュラウドの周りを通るように、該三次空気流を受け入れること
をさらに包含する、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．タービンシュラウドの中に、そして、該タービンシュラウドを通って一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｃ．該一次空気流によって該シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、エネルギーが、該一次空気流から該インペラに伝えられることと、
ｄ．以前に該タービンシュラウドを通過したことのない二次空気流と、該タービンシュラウドを出た後の一次空気流とを、該タービンシュラウドの出口に隣接し、かつ、該タービンシュラウドの出口と同心で配置された排出器シュラウドの中に受け入れることであって、ここで、
ｉ．該二次空気流は、該排出器シュラウドに入る際には、該一次空気流が該インペラを回転させた後のエネルギーの高さよりも高いエネルギーの空気流であり、
ｉｉ．該二次空気流は、該排出器シュラウドの中で該一次空気流と混合し、そして、
ｉｉｉ．該二次空気流は、該一次空気流を外面的に囲み、該一次空気流と混合し、そして、エネルギーを該一次空気流に伝える、受け入れることと、
ｅ．以前に該タービンシュラウドと該排出器シュラウドとを通過したことのない三次空気流を、該排出器シュラウドの末端領域に埋め込まれた混合器の中に受け入れることであって、ここで、
ｉ．該三次空気流は、該排出器シュラウドの該混合器に入る際には、該一次空気流が該インペラを回転させた後のエネルギーの高さよりも高いエネルギーの空気流であり、
ｉｉ．該三次空気流は、該排出器シュラウドを出る該混合された一次空気流と二次空気流とを外面的に囲み、それらと混合し、そして、エネルギーをそれらに伝える、受け入れることと
を包含する、方法。
（項目３１）
風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
ａ．上流方向と下流方向とを有する風力タービンを風の流れの中に提供することと、
ｂ．タービンシュラウドの中に、そして、タービンシュラウドを通って一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｃ．該一次空気流によって該シュラウドの中でインペラを回転させることと、
ｄ．該タービンシュラウドを通過することなく、該タービンシュラウドの周りを通過した二次空気流を、排出器シュラウドの中に、そして、該排出器シュラウドを通って受け入れ、そして、導くことであって、該二次空気流は、該排出器の中で該一次空気流と混合することにより、一連の混合渦巻を生成する、受け入れ、そして、導くことと
ｅ．以前に、該タービンシュラウドを通過しておらず、そして、該排出器シュラウドを通過したことのない三次空気流を、該排出器シュラウドの末端領域における混合器の中に受け入れ、そして、導くことであって、ここで、
ｉ．該三次空気流は、該排出器シュラウドの該混合器に入る際には、該一次空気流が該インペラを回転させた後のエネルギーの高さよりも高いエネルギーの空気流であり、
ｉｉ．該三次空気流は、一連の混合渦巻を外面的に囲み、それと混合し、そして、エネルギーをそれに伝える、受け入れ、そして、導くことと
を包含する、方法。

従来技術に分類される図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄは、従来のタービンの例を例示している。 従来技術に分類される図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄは、従来のタービンの例を例示している。 従来技術に分類される図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄは、従来のタービンの例を例示している。 従来技術に分類される図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄは、従来のタービンの例を例示している。 図２は、本発明に従って構築された本出願人らの好適なＭＥＷＴの実施形態の分解図である。 図３は、支持塔に取り付けられた好適なＭＥＷＴの正面斜視図である。 図４は、インペラに取り付けられた車輪状の構造の形態の動力取出装置などの内部構造を示すために切り離された部分を有する好適なＭＥＷＴの正面斜視図である。 図５は、図４からの、ステータ、インペラ、動力取出装置、および支持シャフトだけの正面斜視図である。 図６は、排出器シュラウドの末端領域（すなわち、端部分）に混合器ローブを有する混合器／排出器ポンプを有する好適なＭＥＷＴの代替の実施形態である。 図７は、図６のＭＥＷＴの側面断面図である。 図８は、支持塔にＭＥＷＴを回転可能に取り付けるための（図７において囲まれている）回転可能カップリングと、回転可能な機械ステータ翼の変化形の拡大図である。 図９は、プロペラ状のロータを有するＭＥＷＴの正面斜視図である。 図１０は、図９のＭＥＷＴの背面斜視図である。 図１１は、図９のＭＥＷＴの背面正面図を示している。 図１２は、図１１の視線１２−１２に沿って取られた断面図である。 図１３は、図９のＭＥＷＴの正面平面図である。 図１４は、流れの制御のための２つの旋回可能な遮蔽物を示している、図１３の視線１４−１４に沿って取られた側面断面図である。 図１５は、図１４における囲まれた遮蔽物の拡大図である。 図１６は、風との整列のために２つの任意の旋回ウイングタブを有するＭＥＷＴの代替の実施形態を例示している。 図１７は、図１６のＭＥＷＴの側面断面図である。 図１８は、タービンシュラウド（ここでは、混合器ローブ）の末端領域において混合デバイス（ここでは、スロットの輪）と排出器シュラウドとを有する２段階排出器を組み込んでいるＭＥＷＴの代替の実施形態の正面平面図である。 図１９は、図１８のＭＥＷＴの側面断面図である。 図２０は、図１８のＭＥＷＴの背面図である。 図２１は、図１８のＭＥＷＴの正面斜視図である。 図２２は、タービンシュラウドと排出器シュラウドとの末端領域に混合器ローブを有する２段階排出器を組み込んでいるＭＥＷＴの代替の実施形態の正面斜視図である。 図２３は、図２２のＭＥＷＴの背面斜視図である。 図２４は、図２２のタービンシュラウドの中の音響ライニングを示している。 図２５は、非円形シュラウドコンポーネントを有するＭＥＷＴを示している。 図２６は、タービンシュラウドの末端領域（すなわち、端部分）に混合器ローブを有する好適なＭＥＷＴの代替の実施形態を示している。

詳細に図面を参照すると、図２〜図２５は、本出願人らの装置「混合器と排出器とを有する風力タービン」（「ＭＥＷＴ」）の代替の実施形態を示す。

好適な装置の実施形態（図２、図３、図４、および図５）において、ＭＥＷＴ１００は、軸流風力タービンであり、該軸流風力タービンは、
ａ．航空力学的に形状を合わせられたタービンシュラウド１０２と、
ｂ．該タービンシュラウド１０２の中にあり、かつ、それに取り付けられた航空力学的に形状を合わせられた中心体１０３と、
ｃ．中心体１０３を囲んでいるタービンステージ１０４であって、該タービンステージ１０４は、ステータ翼（例えば、１０８ａ）のステータの輪１０６と、インペラまたはロータ１１０とを備えており、該インペラまたはロータ１１０は、下流にインペラまたはロータの羽根（例えば、１１２ａ）を有し、かつ、ステータ翼と「一列」に並んでおり、（すなわち、インペラ羽根の先縁がステータ翼の後縁と実質的に並んでいる）、該タービンステージ１０４においては、
ｉ．ステータ翼（例えば、１０８ａ）が、中心体１０３に据え付けられており、そして、
ｉｉ．インペラ羽根（例えば、１１２ａ）が、中心体１０３に据え付けられた内側および外側の輪またはフープによって取り付けられ、かつ、共に保持されている、タービンステージ１０４と、
ｄ．タービンシュラウド１０２の末端領域（すなわち、端部分）に混合器ローブ（例えば、１２０ａ）の輪を有する混合器１１８であって、混合器ローブ（１２０ａ）は、インペラ羽根（例えば、１１２ａ）を越えて下流に延びている、混合器１１８と、
ｅ．シュラウド１２８を備えている排出器１２２であって、該排出器１２２は、タービンシュラウド１０２上の混合器ローブ（例えば、１２０ａ）の輪を囲み、米国特許第５，７６１，９００号に示された排出器ローブと同様なプロフィールを有し、混合器ローブ（例えば、１２０ａ）は、排出器シュラウド１２８の入口１２９の下流に、かつ、それの中に延びている、排出器１２２と
を備えている。

図７に示されているように、ＭＥＷＴ１００の中心体１０３は、タービンの羽根の後流が支持塔に当たったときに従来の風力タービンによってもたらされる、損傷を与え、うるさい、そして、長い距離を伝わる低周波数の音を排除するように、ステータの輪１０６（または他の手段）を介してタービンシュラウド１０２に接続されることが好ましい。タービンシュラウド１０２と排出器シュラウド１２８との航空力学的プロフィールは、好適には、タービンロータを通る流れを増加させるように航空力学的に上反りにされている。

本出願人らは、好適な実施形態１００における最適な効率に関して計算した。排出器ポンプ１２２の面積の比は、排出器シュラウド１２８の出口の面積をタービンシュラウド１０２の出口の面積で割ることによって定められるように、１．５と３．０との間である。混合器ローブ（例えば、１２０ａ）の数は、６と１４との間である。各ローブは、５度と２５度との間の内側後縁の角度と外側後縁の角度とを有する。一次ローブの出口の位置は、排出器シュラウド１２８の入口位置または入口１２９の所に、またはそれの近くである。ローブのチャネルの幅に対する高さの比は、０．５と４．５との間である。混合器侵入力は、５０％と８０％との間である。中心体１０３のプラグの後縁の角度は、３０度以下である。ＭＥＷＴ１００全体の直径に対する長さ（Ｌ／Ｄ）は、０．５と１．２５との間である。

本出願人らによって行われた好適なＭＥＷＴ１００の第一原理に基づいた理論解析は、ＭＥＴＷは、同じ前面面積に対して、シュラウドのない同等物の３倍以上の電力を生成し得、そして、ＭＥＷＴは、約２倍以上ウインドファームの生産性を増加させ得ることを示す。それらの理論解析において使用された方法論と式とに関しては、上記の背景技術において特定された本出願人らのＡＩＡＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｎｏｔｅを参照されたい。

理論解析に基づいて、本出願人らは、本出願人らの好適なＭＥＷＴの実施形態１００が、同じサイズの従来の風力タービン（図１Ａに示されている）の既存の電力の少なくとも２倍から３倍の間の電力を発電すると考えている。本出願人らの混合器と排出器との組み合わせは、関連付けられるタービンのロータの中に、従来の風車のロータの中に引き込まれる空気の２倍または３倍の量を引き込む。

プロペラ状のロータ（図１を参照）を有する従来の風車（風力タービンとしても知られている）は、風を回転力に変換し、そして、次に、電力に変換する。かかるロータは、理論的には、接近する流れの力の最大５９．３％を置換するだけであり得る。その５９．３％の効率は、本出願の背景技術において記載されているような「Ｂｅｔｚ」限界として知られている。

本出願人らの好適な方法と装置とは、同様な前面面積に関して、少なくとも２倍または３倍、従来の風力タービンによって置換される空気の量を増加させるので、本出願人らは、本出願人らの好適な方法と装置とが、同様な量だけ、Ｂｅｔｚ限界を超えて動作効率を持続し得ると考えている。本出願人らは、本出願人らの他の実施形態もまた、当然、充分な風によって、一貫してＢｅｔｚ限界を超えると考えている。

単純な観点において、ＭＥＷＴの好適な「装置」の実施形態１００は、航空力学的に形状を合わせられたタービンシュラウド１０２（すなわち、フレア状の入口を有するシュラウド）によって囲まれた軸流タービン（例えば、ステータ翼およびインペラ羽根）であって、該タービンシュラウドは、それの末端領域（すなわち、端部分）に混合デバイスを組み込んでいる、軸流タービンと、タービンシュラウド１０２と重なり、タービンシュラウド１０２の後部にある別個の排出器シュラウド（例えば、１２８）とを備えており、タービンシュラウド１０２自体は、それの末端領域に高度な混合デバイス（例えば、混合器ローブ）を組み込み得る。排出器シュラウド１２８と組み合わされた、本出願人らの混合器ローブ（例えば、１２０ａ）の輪１１８は、混合器／排出器ポンプと考えられ得る。この混合器／排出器ポンプは、風力タービンの動作効率に関してＢｅｔｚ限界を一貫して超える手段を提供する。

本出願人らはまた、図２および図３に示されたＭＥＷＴの好適な実施形態１００に関する補足情報を提示している。ＭＥＷＴの好適な実施形態１００は、中心体１０３に据え付けられたタービンステージ１０４（すなわち、ステータの輪１０６とインペラ１１０とを有する）を備えており、該中心体１０３は、埋め込まれた混合器ローブ（例えば、１２０ａ）を有するタービンシュラウド１０２によって囲まれており、該混合器ローブ（例えば、１２０ａ）は、排出器シュラウド１２８の入口面にわずかに挿入された後縁を有する。タービンステージ１０４と排出器シュラウド１２８とは、タービンシュラウド１０２に構造的に接続されており、該タービンシュラウド１０２自体は、主要な負荷担持部材である。

タービンシュラウド１０２の長さは、タービンシュラウドの最大外径以下である。排出器シュラウド１２８の長さは、排出器シュラウドの最大外径以下である。中心体１０３の外側表面は、ＭＥＷＴ１００の下流における流れの分離の影響を最小にするように航空力学的に形状を合わされている。中心体１０３の外側表面は、タービンシュラウド１０２、もしくは排出器シュラウド１２８、またはそれらの組み合わせの長さよりも長いか、短いかであり得る。

タービンシュラウドの入口の面積と出口の面積とは、タービンステージ１０４によって占められる環の面積以上であるが、流れの源と、流れの後流の影響とのより良い制御を可能にするためには、円形の形状である必要はない。中心体１０３とタービンシュラウド１０２の内側表面との間の環によって形成される内部流路の断面積は、タービンの面において最小の面積を有するように、そうでなければ、それらそれぞれの入口面からそれらそれぞれの出口面へ滑らかに変化するように航空力学的に形状を合わされている。タービンの外側表面と排出器シュラウドの外側表面とは、タービンシュラウドの入口の中に流れを導き、それらの表面からの流れの分離を排除し、そして、排出器の入口１２９の中に滑らかな流れを送達することを助けるように航空力学的に形状を合わされる。形状が非円形であり得る排出器１２８の入口の面積（例えば、図２５を参照）は、混合器１１８の出口面の面積および排出器の出口の面積よりも大きい。

好適な実施形態１００の任意の特徴は、インペラ１１０の外側リムにおいて発電機（図示せず）に機械的に連結される車輪状の構造の形態の動力取出装置１３０（図４および図５を参照）と、ＭＥＷＴと自己整列するための、ＭＥＷＴにおける圧力中心の位置の前方に配置されている、ＭＥＷＴ１００を回転可能に支持するための１３４（図５を参照）における回転可能カップリングを有する垂直方向支持シャフト１３２と、異なる風の流れとの整列方向を安定させるために排出器シュラウド１２８の上側表面と下側表面とに取り付けられた自己運動垂直方向スタビライザまたは「ウインドタブ」１３６（図４を参照）とを含み得る。

ＭＥＷＴ１００は、住宅近くで使用されるときには、それのシュラウド１０２、１２８（図２４を参照）の内側表面に取り付けられた音吸収材料を有することにより、インペラ１１０とステータ１０６の後流の相互作用によってもたらされる比較的高周波数の音波を吸収し、そして、結果として、事実上排除し得る。ＭＥＷＴはまた、羽根封入安全構造（図示せず）を含み得る。

図１４および図１５は、任意の流れ遮蔽ドア１４０ａ、１４０ｂを示している。それらは、流れの中で連結装置（図示せず）によって回転させられることにより、高い流速が可能であることによる発電機または他のコンポーネントに対する損傷時に、タービン１００を通る流れを減少させ得るか、または停止させ得る。

図８は、本出願人らの好適なＭＥＷＴ１００の別の任意の変化形を提示している。ステータ翼の出口角の角度は、所定の位置に機械的に変えられる（すなわち、翼は旋回される）ことにより、ロータを出て行く流れにおける残余の渦巻を最小にすることを確実にするように流体流の速度の変化に適応する。

図９〜図２３、および図２６に示された本出願人らの代替のＭＥＷＴの実施形態のそれぞれが、インペラ羽根の輪を有するタービンロータではなくプロペラ状のロータ（例えば、図９における１４２）を使用することに留意されたい。おそらくは効率的ではないが、これらの実施形態は、一般にはより受け入れやすいことがあり得る。

本出願人らの代替の「装置」の実施形態は、変化形２００、３００、４００、５００であり、該変化形２００、３００、４００、５００は、段階のない排出器（例えば、図２６を参照）、たとえある場合であっても、１段階の排出器、そして、２段階の排出器を含み、該排出器は、排出器シュラウドの末端領域（すなわち、端部分）に埋め込まれた混合器を有する。排出器シュラウドの末端領域に埋め込まれた混合器に関しては、図１８、図２０、および図２２を参照されたい。タービンシュラウドまたは排出器のいずれにも以前に入っていない（周囲の空気）の三次空気流が、２段階排出器の混合器に入ることにより、末端領域を出て行く一次空気流および二次空気流の渦と混合し、それにエネルギーを伝える。解析は、かかるＭＥＷＴの実施形態が、既存の風力タービンの後流において生じる固有の速度の欠損をさらに素早く排除し、そして、その結果、構造的な損傷および／または生産性の損失を回避するためにウインドファームにおいて必要とされる分離距離を減少させることを示す。

図６は、排出器シュラウドの末端領域に混合器を有する図示された実施形態１００の「２段階」排出器の変化形６００を示している。

図９〜図２５における代替の「装置」の実施形態２００、３００、４００、５００は、
ａ．フレア状の入口を有するシュラウドを有する風車または風力タービンと、
ｂ．入口の下流のプロペラ状ロータと、
ｃ．ロータに隣接し、かつ、それの下流に延びている混合器ローブの輪を有する混合器と、
ｄ．混合器ローブの後縁を囲み、かつ、混合器ローブから下流に延びている排出器と
を備えているとして考えられ得る。

本出願人らは、排出器がなかったとしても（例えば、図２６を参照）、混合器は、依然として本出願人らのロータの中に入り、そして、それによって置換される空気の量を増加させ、そして、それにより、同様な前面面積を有する従来の風力タービン（シュラウド付きであろうが、シュラウドつきでなかろうが）を上回って効率を増加させると考えている。しかしながら、増加は、排出器を有するよりも小さい。

本出願人らの発明が、方法の点から考えられ得る。広い意味において、好適な方法は、
ａ．フレア状の入口を有するタービンシュラウドとインペラ羽根の輪を有する下流のインペラとを有するタイプの風力タービン（好適には、軸流風力タービン）に対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することであって、
ｉ．タービンシュラウドの中に周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｉｉ．一次空気流によって、シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、一次空気流が、インペラにエネルギーを伝えることと、
ｉｉｉ．周囲の空気の二次空気流を流入させ、インペラに続いて下流にある混合器と排出器とを経由して、インペラを通過した一次空気流だけと該二次空気流とを混合することと
による、発電すること
を包含する。

代替の方法は、
ａ．フレア状の入口を有するタービンシュラウドと下流のプロペラ状のロータとを有する風車に対してＢｅｔｚ限界を超えた電力レベルを発電することであって、
ｉ．フレア状の入口の中に、そして、タービンシュラウドを通って周囲の空気の一次空気流を受け入れ、そして、導くことと、
ｉｉ．一次空気流によって、シュラウドの中でインペラを回転させ、それにより、一次空気流が、インペラにエネルギーを伝え、そして、より低いエネルギーの空気流になることと、
ｉｉｉ．周囲の空気の二次空気流を運び、ロータに続けて下流にある混合器と排出器とを経由して、低いエネルギーの空気流と該二次空気流を混合することと
による、発電すること
を包含する。

排出器の中の（低いエネルギーの）一次空気流と二次空気流とを混合させることが、少なくともタービンシュラウドの実質的な非均一性によって、インペラの下流に、一連の混合渦巻を生成し、そして、二次空気流から一次流へのエネルギーの伝達を作り出す。

本出願人らの方法はまた、
ａ．タービンシュラウド内でインペラを回転させた後、インペラの回転軸から離れるように一次空気流を向けることと、
ｂ．排出器シュラウドに入った後、インペラの回転軸に向かって二次空気流を向けることと
を包含する。

インペラの好適な回転軸は、シュラウドの中央長手方向軸と同軸であるように例示されているが、インペラの回転軸は、この方法の目的のためには、シュラウドの中央長手方向軸と同軸である必要はない。

高温の中心部排気ガスとも混合するガスタービン混合器および排出器とは異なり、本出願人らの好適な方法は、周囲の空気の二次流（すなわち、風）を流入させ、そして、タービンシュラウドとロータとを通過した低いエネルギーの空気（すなわち、周囲の空気の部分的に消費された一次流）だけと混合する。

本出願人らは、本出願人らの好適なＭＥＷＴの実施形態１００、２００、３００、４００、および６００と、すぐ上に記述された本出願人らの好適かつ代替の方法とは、タービンに対して顕著な損傷を伴うことなく、何日間も、何週間も、そして、何年間も、充分な風を用いて、Ｂｅｔｚ限界を超えた動作効率を一貫して持続すると考えている。

言い換えると、本出願人らは、本出願人らの好適なＭＥＷＴの実施形態１００、２００、３００、４００、および６００と、すぐ上に記述された本出願人らの好適かつ代替の方法とは、一次空気流の力を活用することにより、機械エネルギーを生成しながら、異常でない期間にわたって、動作効率に関してＢｅｔｚ限界を超え得ると考えている。

さらにより概略的な代替の別の方法は、
ａ．ロータを有するタイプの風車を通って流れる空気の量を増加させることであって、
ｉ．周囲の空気を流入させ、そして、インペラに隣接し、かつ、下流にある混合器によって、ロータを通過した低いエネルギーの空気だけと周囲の空気を混合させること
による、増加させること
を包含する。

このより概略的な方法はさらに、風車を通って流れる周囲の空気の量を増加させながら、混合器の下流の排出器によって、風車からの排出流の騒音レベルを最小にするステップを含み得る。

明白な改変が、本発明の精神または範囲を逸脱することなく行われ得ることが、当業者によって理解されるべきである。例えば、スロットが、混合器ローブまたは排出器ローブの代わりに使用され得る。さらに、遮蔽物アームは、Ｂｅｔｚ限界に合致するか、またはそれを超えるためには必要とされない。したがって、上の記載ではなく、添付の特許請求の範囲に、主に、参照が行われるべきである。

Claims (50)

1. 軸流風力タービンであって、
   入口と出口とタービンシュラウドの末端領域の混合器とを有するタービンシュラウドであって、該混合器が後縁に沿って周辺に配列された混合器ローブの輪を備える、タービンシュラウドと、
   周囲の風の流れにさらすように構成された、該タービンシュラウド内に据え付けられた単一のタービンステージであって、羽根を有するインペラまたはロータを備え、該タービンシュラウドの該混合器ローブが該インペラまたはロータの羽根を越えて下流に延びる、単一のタービンステージと、
   該タービンシュラウドの下流の排出器シュラウドであって、該排出器シュラウドは入口と出口とを有し、該混合器および排出器シュラウドは、周囲の空気の二次流を流入させそして該タービンシュラウドを通過した低いエネルギーの一次空気流と混合するように構成される、排出器シュラウドと
   を備える、軸流風力タービン。
2. 前記タービンシュラウドの後縁は、前記排出器シュラウドの入口に延びている、請求項１に記載の軸流風力タービン。
3. 前記排出器シュラウドは、該排出器シュラウドの末端領域に混合器ローブの輪をさらに備え、該混合器ローブは、該排出器シュラウドの後縁の周りに周辺に配列されている、請求項１に記載の軸流風力タービン。
4. 前記風力タービンは、該風力タービンが内側方向の風の流れへと自由に旋回することを可能にするために、該風力タービン上の圧力中心の位置の前方に位置する回転カップリングによって垂直方向支持シャフト上に据え付けられる、請求項１に記載の軸流風力タービン。
5. 前記風力タービンは、前記排出器シュラウドの内側に少なくとも１つの可動ブロッカを含むことにより、該風力タービンを通る流れの量を妨げる、請求項１に記載の軸流風力タービン。
6. 前記排出器シュラウドの外部表面は、前記タービンの接近している流れの方向との整列を航空力学的に支援し、異なる風の流れとの整列方向を安定させるための自己調節可動ウイングタブを含む、請求項１に記載の軸流風力タービン。
7. 前記タービンステージは、ステータ翼の輪と、ローターブレードの輪とを備え、該ステータ翼は、機械的に回転して、ステータ出口流を、すべての動作条件において該ローターブレードと良好に整列させることが可能である、請求項１に記載の軸流風力タービン。
8. 前記ローターブレードの輪は、前記タービンステージの周りの車輪様の構造の形態の動力取出装置に接続される、請求項７に記載の軸流風力タービン。
9. 出口と、一次空気流を受容するための入口と、一次ダクトと、タービンシュラウドの末端領域の混合器とを有するタービンシュラウドであって、該混合器が後縁の周りに周辺に配列された混合器ローブの輪を備える、タービンシュラウドと、
   周囲の風の流れにさらすように構成された、該一次ダクト内に据え付けられた単一のタービンステージであって、羽根を有するロータまたはインペラを備え、該タービンシュラウドの該混合器ローブが該インペラまたはロータの羽根を越えて下流に延びる、単一のタービンステージと、
   入口と出口とを有する該タービンシュラウドの下流の排出器シュラウドであって、該混合器および排出器シュラウドは、周囲の空気の二次空気流を流入させそして該タービンシュラウドを通過した低いエネルギーの一次空気流と混合するように構成される、排出器シュラウドと
   を備える、軸流風力タービン。
10. 前記タービンシュラウドの後縁は、前記排出器シュラウドの入口に延びている、請求項９に記載の軸流風力タービン。
11. 前記排出器シュラウドの入口は、該排出器シュラウドの出口の断面積より大きい断面積を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
12. 前記排出器シュラウドの出口は、該排出器シュラウドの入口の断面積より大きい断面積を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
13. 前記タービンシュラウドは、前記一次空気流の速度を増加させるために反らされる、請求項９に記載の軸流風力タービン。
14. 前記タービンシュラウドは、該タービンシュラウド内に生成された騒音を減少させる材料を含む、請求項９に記載の軸流風力タービン。
15. 前記排出器シュラウドの入口は、非円形の断面を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
16. 前記タービンシュラウドの出口は、前記タービンシュラウドの入口の断面積より大きい断面積を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
17. 前記風力タービンを支持塔に据え付けるための、前記タービンシュラウドの下部外面上の旋回ジョイントをさらに備える、請求項９に記載の軸流風力タービン。
18. 前記タービンシュラウドの入口を空気流内に向ける前記排出器シュラウドの外部に据え付けられた安定器翼をさらに備える、請求項９に記載の軸流風力タービン。
19. 前記排出器シュラウドは、前記排出器シュラウドの末端領域の周りに間隔を空けて配列された混合器ローブを備える、請求項９に記載の軸流風力タービン。
20. 前記タービンステージは、プロペラ状のロータを備える、請求項９に記載の軸流風力タービン。
21. 前記タービンステージは、ステータ輪およびロータを備える、請求項９に記載の軸流風力タービン。
22. 前記タービンシュラウドは、６〜１４の混合器ローブを有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
23. 各混合器ローブは、５〜２５度の内側後縁の角度を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
24. 各混合器ローブは、５〜２５度の外側後縁の角度を有する、請求項９に記載の軸流風力タービン。
25. 前記タービンシュラウドの長さは、該タービンシュラウドの最大外径以下である、請求項９に記載の軸流風力タービン。
26. 軸流風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
    該軸流風力タービンのタービンシュラウドの入口に一次空気流を受容することであって、該タービンシュラウドは、また、出口と、タービンシュラウドの末端領域の混合器とを有し、該混合器が後縁に沿って周辺に配列された混合器ローブの輪とを含む、ことと、
    該タービンシュラウド内に据え付けられた単一のタービンステージを、該一次空気流からの周囲の風の流れにさらすことであって、該タービンステージは羽根を有するインペラまたはロータを備え、該タービンシュラウドの該混合器ローブが該インペラまたはロータの羽根を越えて下流に延びる、ことと、
    該タービンシュラウドの下流の排出器シュラウドによって受容される周囲の空気の二次流を流入させることであって該排出器シュラウドは、入口と出口とを有する、ことと、
    該タービンシュラウドの該混合器ローブを用いて、該一次流と該二次流とを混合することと
    を含む、方法。
27. 前記タービンシュラウドの後縁は、前記排出器シュラウドの入口に延びている、請求項２６に記載の方法。
28. 前記排出器シュラウドは、混合器ローブの輪をさらに備え、該混合器ローブは、該排出器シュラウドの後縁の周りに配列され、前記方法は、該排出器シュラウドの混合器ローブを用いて、該一次流と該二次流とをさらに混合することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
29. 前記風力タービンは、該風力タービン上の圧力中心の位置の前方に位置する回転カップリングによって垂直方向支持シャフト上に据え付けられ、前記方法は、該風力タービンが内側方向の風の流れへと旋回することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
30. 前記風力タービンは、前記排出器シュラウドの内側に少なくとも１つの可動ブロッカを含み、前記方法は、該可動ブロッカを用いて、該風力タービンを通る流れの量を妨げることをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
31. 前記排出器シュラウドの外部表面は、自己調節可動ウイングタブを含み、前記方法は、該自己調節可動ウイングタブを用いて、前記タービンの接近している流れの方向との整列を航空力学的に支援することと、異なる風の流れとの整列方向を安定させることとをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
32. 前記タービンステージは、ステータ翼の輪と、ローターブレードの輪とを備え、前記方法は、該ステータ翼を機械的に回転させて、ステータ出口流を、異なる動作条件において該ローターブレードと良好に整列させることをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
33. 前記ローターブレードの輪は、前記タービンステージの周りの車輪様の構造の形態の動力取出装置に接続される、請求項３２に記載の方法。
34. 軸流風力タービンを動作させる方法であって、該方法は、
    該軸流風力タービンのタービンシュラウドの入口に一次空気流を受容することであって、該タービンシュラウドは、一次ダクトと、タービンシュラウドの末端領域の混合器とをさらに含み、該混合器が該タービンシュラウドの後縁の周りに周辺に配列された混合器ローブの輪を備える、ことと、
    該一次ダクト内に据え付けられた単一のタービンステージを、周囲の風の流れにさらすことであって、該単一のタービンステージは羽根を有するインペラまたはロータを備え、該タービンシュラウドの該混合器ローブが該インペラまたはロータの羽根を越えて下流に延びる、ことと、
    二次空気流を排出器シュラウドの入口に受容することであって、該タービンシュラウドの後縁は、該排出器シュラウドの入口に延びている、ことと、
    該タービンシュラウドの該混合器ローブの輪を用いて、該一次空気流と該二次空気流とを混合することと
    を含む、方法。
35. 前記タービンシュラウドの後縁は、前記排出器シュラウドの入口に延びている、請求項３４に記載の方法。
36. 前記排出器シュラウドの入口は、該排出器シュラウドの出口の断面積より大きい断面積を有する、請求項３４に記載の方法。
37. 前記排出器シュラウドの出口は、該排出器シュラウドの入口の断面積より大きい断面積を有する、請求項３４に記載の方法。
38. 前記タービンシュラウドは、前記一次空気流の速度を増加させるために反らされる、請求項３４に記載の方法。
39. 前記タービンシュラウドは、該タービンシュラウド内に生成された騒音を減少させる材料を含む、請求項３４に記載の方法。
40. 前記排出器シュラウドの入口は、非円形の断面を有する、請求項３４に記載の方法。
41. 前記タービンシュラウドの出口は、前記タービンシュラウドの入口の断面積より大きい断面積を有する、請求項３４に記載の方法。
42. 前記風力タービンを支持塔に据え付けるための、前記タービンシュラウドの下部外面上の旋回ジョイントをさらに備える、請求項３４に記載の方法。
43. 前記タービンシュラウドの入口を空気流内に向ける前記排出器シュラウドの外部に据え付けられた安定器翼をさらに備える、請求項３４に記載の方法。
44. 前記排出器シュラウドは、前記排出器シュラウドの出口の周りに間隔を空けて配列された混合器ローブを備え、前記方法は、該排出器シュラウドの混合器ローブを用いて、一次空気流と二次空気流とをさらに混合することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
45. 前記タービンステージは、プロペラ状のロータを備える、請求項３４に記載の方法。
46. 前記タービンステージは、ステータ輪およびロータを備える、請求項３４に記載の方法。
47. 前記タービンシュラウドは、６〜１４の混合器ローブを有する、請求項３４に記載の方法。
48. 各混合器ローブは、５〜２５度の内側後縁の角度を有する、請求項３４に記載の方法。
49. 前記タービンシュラウドの各混合器ローブは、５〜２５度の外側後縁の角度を有する、請求項３４に記載の方法。
50. 前記タービンシュラウドの長さは、該タービンシュラウドの最大外径以下である、請求項３４に記載の方法。

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