KR20040055779A - 수중 덕트 터빈 - Google Patents

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KR20040055779A
KR20040055779A KR10-2004-7003856A KR20047003856A KR20040055779A KR 20040055779 A KR20040055779 A KR 20040055779A KR 20047003856 A KR20047003856 A KR 20047003856A KR 20040055779 A KR20040055779 A KR 20040055779A
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배리 브이. 데이비스
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스티븐 알리슨
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클린 커런트 파워 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

다수의 수중익 날개, 안내 베인(vane), 원통형 하우징, 및 발전기 수단을 가지는 적어도 하나의 회전자 디스크로 이루어지며 물 또는 공기 흐름으로부터 전력을 발생하기 위한 터빈용 장치가 개시된다. 자석 레이스 모터 림 및 고정된 고정자 코일로 이루어지는 림 발전기가 사용된다. 상기 장치는 잔해 및 해양 생물의 유입을 정지시키기 위한 스크린 및 베츠(Betz) 효과를 줄이기 위한 스커트(skirt) 증대(agument) 장치와 함께 끼워진다. 바람직하게는 상기 장치는 바닷속 개발을 위한 것이고 조수 해류(tidal current)에 의해 구동되며, 강의 흐름 또는 공기 또는 바람에 의해 구동된 파도에 의해 힘을 얻을 수도 있다. 상기 장치는 적어도 하나의 망원 기둥에 배치되고, 해저에 밧줄로 매어두고 하우징내에서 부유 결합체에 의해 부유상태를 유지하고, 바지선(barge)하에서 또는 조수 전력 어레이내에서 댐내에 삽입될 수 있다.

Description

수중 덕트 터빈{UNDERWATER DUCTED TURBINE}
1. 기술분야
본 발명은 일반적으로 유체동력학(hydrokinetic) 전력 발생 터빈 및 그 사용 및 배치 방법에 관한 것이다. 더 자세하게는, 여러 가지 형태의 배치로 조수 흐름으로부터 전력을 발생하기 위한 덕트된(ducted) 림 형태 발전기, 양 방향 터빈이 개시된다.
2. 배경기술
조력(tidal power)은 오랜 세월동안 이용되어왔다. 조력 곡물 방앗간(mill)은 연안 입구에 위치되어, 바닷물은 낮은 댐내에 수문에 의해 높은 조류에서 갖혀질 수 있고 낮은 조수에서 방앗간 바퀴를 통해 해제될 수 있다. 그런 방앗간 바퀴는 초보적인 수력 터빈의 예이다.
에너지 부족은 노르망디, 프랑스 및 노바 스코티아, 카나다에서 더욱 현대적인 터빈 설계를 이용하는 조력 발전의 영역에서 현저한 시험 프로젝트의 구성을 포함하여 연구활동을 자극하고 있다. 노르망디 및 노바 스코티아 프로젝트는 조수 출입구의 현저한 하부구조 및 댐을 요구하고 있다. 해양 입구 및 강어귀(estuaies)에대한 그러한 모든 프로젝트의 결과는 조수 에너지를 방해하고 댐 뒤에 조수 상호 지대내에 해양 생물학적 생태계를 방해한다.
노르망디 및 노바 스코티아에서 시험 프로젝트가 여전히 진행되는 동안, 그들은 경제적인 것으로 판명되지 않았고, 전세계적으로 환경 의식이 일어나고, 이런 접근은 탐탁지 않게 여겨졌다. 더욱 최근 작업은 비용이 덜 들고 조수 동력학적 및 영향을 받는 해양 생태계에 덜 파괴적인 '자유-흐름' 기계에 초점이 맞추어져있다. 그런 장치의 '어레이'는 어느 정도는 풍력 기지에서 대양 입구 또는 통로로 횡 및/또는 종으로 배치된 자유 스트림의 단일 또는 다중 열로 구성된다. 용어 '터빈-기지'는 그런 배치를 설명하는데 사용된다.
1920년대, Harza의 미국 특허 제 1,498,154 호는 낮은 헤드 댐의 드래프트 튜브내에서 사용하기 위한 실질적으로 수평 축 워터(water) 터빈을 개시하며, 여기에서 상기 고정자 코일은 터빈 날개를 수용하는 러너(runner) 또는 림(rim)을 둘러싼다. Harza는 러너와 고정자사이에 워터 시일(water seals)을 제안했다. 수력 터빈(hydraulic turbine)내에서 일체형 워터 시일의 완전성을 유지하는 것을 매우 어렵다. 수면하의 터빈은 물의 밀도 및 속도로 인한 높은 레벨의 진동, 부식 및 비꼬임(torsion)을 받기 쉽다.
Mouton의 미국 특허 제 3,986,787호는 길이방향 트위스트를 포함하는 각이진 날개를 가진 단일 방향 수력 터빈을 개시한다. Mouton 특허는 강에서 바지선 상부에 발전기를 가지고 바지선아래 터빈을 장착하는 배치 방법을 나타낸다. Mouton 특허는 또한 원뿔형 케이블 어레이로 이루어지는 터빈의 정면에 트래시(trash) 화면을 개시한다. 대부분 종래 수력 터빈과 함께, 상기 Mouton 특허는 물 흐름 방향에 대해 각이진 충돌 형태 날개를 가진 허브(hub) 기초 발전기 시스템을 사용한다. Mouton 특허의 트래시 화면은 터빈의 일단에만 보호되고 자체-정화가 아닌 일정한 정규적 유지를 요구한다.
Skendrovic의 미국 특허 제 4,163,904호는 실질적 하부구조를 요구하며 허브 발전기를 가진 단일의 단방향 터빈 주의를 실링하는 수면하의 터빈 기계장치를 개시한다.
동력화하는 파동 운동의 조사는 Wells의 미국 특허 제 4,221,538호에 나와있고, 부력 챔버에 둘러싸인 파동 동작에 의해 생성된 물 기둥을 진동시켜 터빈을 통해 가해진 공기에 의해 힘을 받는 단일 방향의 날개 터빈을 개시한다. Wells 특허는 허버 기초 발전기를 가진 단일 회전자를 개시한다.
1980년대의 Heuss 및 Miller는 각이진 날개 및 림-기초 발전기를 가진 단방향 충격 터빈의 고정된 결합체 바지선을 가진 미국 특허 제 4,421,990호 조력 발전 장치를 개시한다. Heuss 특허는 실질적으로 댐, 드래프트 튜브 및 발전기 하우징을 포함하는 하부 구조를 요구한다. 상기 고정자는 댐 혹은 터빈 날개를 수용하는 러너 휠의 외측 림에서 기초에 수용되며 방수 시일을 요구한다.
Lee의 미국 특허 제 4,313,711호는 효과적인 회전을 야기하도록 다중의 Wells 형태의 단면 날개에 공기 또는 물의 흐름이 편향된 고정된 고정자 날개 또는 베인(vane)을 개시한다. Lee 특허는 전력을 발전하도록 파도 운동 또는 파도 구동 공기를 사용한다. 안내 베인은 고정되고 회전자는 같은 속도 같은 방향으로 회전한다.
1990년대, Curran 및 Gato는 일련의 다른 Wells 형태 공기 터빈을 시험하고 "몇가지 형태의 Wells 터빈 설계의 에너지 변환 성능"(Proc.Inst.Mech.Engrs. Vol 211 Part A(1997))라는 논문에서 그 결과를 발표했다. 상기 시험은 안내 베인을 구비 여하에 따른 단일 회전자 장치, 및 같은 방향 및 반대-방향으로 회전하는 회전자를 가진 이중 회전자 장치를 포함한다. 비록 Curran 및 Gato는 안내 베인을 가진 회전자들이 회전하는 이중 카운터의 효과를 조사하지는 않았지만, 그들은 두 개의 회전자가 하나 보다 더 효과적이라는 것과 반대-방향 회전자가 더 높은 댐핑(damping) 비율을 제공하며 한 쌍의 단일 방향보다 포스트-스톨 성능이 개선되었고, 입구 및 출구 안내 베인이 베인이 없는 장치와 비교하여 감소된 접선 운동 에너지 손실을 나타냈다는 결론을 내렸다.
이하 논문은 또한 수직 축 터빈 및 조수 흐름으로부터 바다속 전력 발전에 대한 가능성 연구에 관한 관심을 나타낸다:
Davis, Barry V.(1997) Nova Energy Ltd.: "A Major Source of Energy the worlds Oceans"IECEC-97 Conference, July 31, 1997, Honolulu.
Davis, Barry V.(1997) Nova Energy Ltd.: "Hydraulic Turbine Trials" Report No. NEL 002. DSS Contract No. OSX-00043.
Vauthier, 미국 특허 제 6,168,373 B1, 6,406,251 및 2002/0088222A1는 조수 또는 강 배치 중 하나에 대해 적당한 부양하는, 단 방향 및 양방향 경량의 이중 덕트 터빈 허브 발전기를 개시한다. 이중의 나란한 회전하는 단방향 터빈은 물 흐름에 자유롭게 진동한다. 따라서 상기 터빈은 단지 단 방향 물 흐름만을 받아들일 때 흐름 방향을 진동해야만 한다. 양 방향 장치는 양단부에 밧줄로 매어져서 그에 의해 물 흐름 방향에 관계없이 흐름 선을 유지한다. 추가적인 특징은 하중상에 안정화 핀(fin)을 포함하고 외부 물 흐름을 편향시키도록 상기 하우징의 하향흐름 단부에 증대 링(agumentor)을 포함하며 그에 의해 상기 하우징의 배출구에서 벤추리 효과를 생성시키고 아마도 상기 터빈을 통한 물의 흐름을 가속시킬 것이다. 상기 터빈 날개는 각이진 종래 형태이고 안내 베인은 사용되지 않았다.
2001년 가을 뉴질랜드 보텍 에너지 회사는 "정보 메모"에서 터빈 회전자의 저압 영역 하강흐름을 생성하기 위한 확산 링을 사용한 윈드 터빈(wind turbine)을 개시한다. 보텍 장치의 바람직한 실시예는 거대한 50m 지름이고 그위에 또는 앞바다에 더 큰 윈드 터빈이 배치된다. 바닷속 장치로서 바지선, 폴 및 블록이 고려되었으나 개발되지 않았다. 또한 보텍 메모는 대형 중앙 바디 구조 및 허브 메카니즘의 필요성을 제거하도록 림 발전기의 가능성을 제안한다. 보텍에 의해 소유된 폭스 등의 PCT 재 01/06122 A1는 터빈내에 슬롯이 형성된 단면 날개의 잇점이 개시된다.
수력 터빈의 현재 기술은 다수의 이동 부품 및 제조의 복잡성, 부식성 소금 물 환경내에서 터빈을 제조하고, 설치하고 유지하는 일 때문에 불만족스럽다.
따라서 최소한의 환경 영향으로 조수 에너지를 동력화 할 수 있는 효과적인 수력 터빈 발전기 장치의 필요성이 대두되고 있다. 마찰 및 흐름 손실을 최소화함으로써 에너지 보존을 최적화하고 실질적인 하부구조 비용없이 제조, 설치 및 유지될 수 있는 소수의 이동 부품을 가진 터빈이 요구되며, 유지 요구가 최소화되는 식으로 이동 부품과 무관한 단일 발전기가 요구된다. 본 발명은 종래 기술의 단점을 극복하는 증대 스커트(augmenter skirt)을 가진 회전자가 회전하는 둘이상의 동축 카운터를 가진 덕트화된, 조수가 밀려오는 림 발전기, 양방향 터빈을 제공한다.
3. 발명의 요약
본 발명의 목적은 종래 기술의 몇 몇 단점을 극복하는 수력 터빈 발전기용 장치를 구현하고자 하는 것이다.
다른 목적은 물 흐름에 평행한 허브, 다수의 날개, 원통형 하우징 및 만곡지고 직사각형이며 물 흐름을 최적의 각도에서 날개에 부딪히도록 새방향으로 돌리는(redirect) 다수의 안내 베인을 가진 장치를 제공하는 것을 포함한다. 상기 날개는 단면이 대칭인 수중날개(hydrofoil)일 수 있다.
변화는 고정될 수 있고 제 1 위치 및 제 2 위치와의 사이에서 움직일 수 있으며, 제 1 위치는 흐름을 재조정하기에 적당하고 제 2 위치는 하강 흐름 효율 손실을 최소화하도록 유출을 재조정하기에 적당하다.
본 발명의 또 다른 목적은 소용돌이 손실을 최소화하는 안정한, 효율적 터빈 발전기 장치를 창출하기 위하여 이중 카운터-회전 회전자 디스크를 가진 양방향 터빈을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 터빈 장치로 해양 생물 및 파편들의 진입을 차단하기 위한 스크린을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 베츠 효과(Betz effect)를 최소화하고 조수 변화로 인해 물 흐름이 방향이 변할 때 안내 베인을 회전하도록 채택된 증대 스커트(augmentor skirt)를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전기가 주위 유체로 넘치는 림 발전 수력 터빈을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유지가 쉽도록 회전자 디스크를 포함하는 모듈형 제거가능한 장치를 가진 터빈 발전기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 댐내에서, 강에, 또는 바닷속 급강하 침하 또는 계곡을 가로지르는 조수 배열(array)내에서 개별적 또는 임의의 수로 배치될 수 있고, 부잔교(raft)아래 탑문에 배치되고, 해양 바닥에 밧줄로 잡아매고, 완전한 부양 구조로 인해 부양될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 잇점은 상세한 설명과 관련한 도면을 고려할 때 명백해질 것이다.
4. 도면의 간단한 설명
본 발명의 장치 및 방법은 첨부하는 도면을 참고로 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명에 따른 하우징 및 안내 베인을 가진 이중 인라인 카운터-회전 회전자 디스크 집합의 절개 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 단일 회전자 디스크 및 발전기, 덕트 및 안내 베인으로 이루어지는 터빈의 절반의 등각 투상도(isometric view)이다.
도 3 은 터빈 회전자, 날개 및 첨단(tip)에 곡선으로 쓸려가는 날개를 가진 림 조립체의 정면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 터빈 회전자, 날개 및 넓은 기울어진(tipped) 날개를 가진 림 조립체의 정면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 터빈 회전자, 날개 및 수직 오프셋 날개를 가진 림 조립체의 정면도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 터빈 회전자, 날개 및 수직 날개를 가진 림 조립체의 정면도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 터빈 회전자, 날개 및 수직 오프셋 날개 및 바다 생물 터널을 가진 림 조립체의 정면도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 터빈 날개 구조의 측단면도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 수력 터빈 발전기 장치의 등각 투상도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 덕트에 대한 터빈 발전기 플렉시블 증대 스커트의 등각 투상도이다.
도 11 은 본 발명에 따른 덕트에 대한 터빈 발전기 관절화된 증대 스커트의 등각 투상도이다.
도 12 는 종래 기술(prior art)에 따른 대칭 포일을 가로지르는 유체 흐름의 벡터 도표이다.
도 13 은 종래 기술에 따른 이중 인라인 터빈의 부품으로서 두 개의 카운터-회전 날개 단면을 가로지르는 흐름 도표이다.
도 14 는 본 발명에 따른 이중 인라인 터빈의 한 쌍의 캐스케이드 부품으로서 4개의 카운터-회전 날개 단면을 가로지르는 흐름 도표이다.
도 15 는 본 발명에 따른 터빈의 부품으로서 회전 날개 단면을 가로지르고 입구 및 출구 안내 베인 교대 위치를 지나는 흐름 도표이다.
도 16 은 본 발명에 따른 이중 인라인 터빈의 부품으로서 두 개의 수력 카운터-회전 날개 단면을 가로지르고 입구 및 출구 안내 베인을 지나는 흐름 도표이다.
도 17 은 본 발명에 따른 신축자재(telescoping) 기둥(pylon)상에 장착된 터빈 발전기 장치의 등각 투상도이다.
도 18 은 본 발명에 따른 텔레스코핑 목표탑상에 장착된 터빈 발전기 장치의 타측 정면도이다.
도 19 는 본 발명에 따른 밧줄로 매여진 터빈 발전기의 측면도이다.
도 20 은 본 발명에 따른 단일 터빈 발전기의 I-I선을 따르는 도 19의 단면도이다.
도 21 은 본 발명에 따른 단일 회전자 디스크 터빈 발전기의 II-II선을 따르는 도 19의 단면도이다.
도 22 는 이중 회전자 디스크 터빈 발전기의 I-I선을 따르는 도 19의 단면도이다.
도 23 은 본 발명에 따른 이중 회전자 디스크 터빈 발전기의 II-II선을 따르는 도 19의 단면도이다.
도 24 는 본 발명에 따른 바지선하에서 장착된 터빈 발전기 장치의 타측 정면도이다.
도 25 는 본 발명에 따른 작은 댐내에 장착된 터빈 발전기 장치의 평면도이다.
도 26 은 본 발명에 따른 조수 펜스의 정면도이다.
도 27 은 본 발명에 따른 조수 펜스의 정면도이다.
도 28 은 본 발명에 따른 조수 울타리내에서의 단일 터빈 발전기의 정면도이다.
도 29 는 조수 울타리의 단면에서 3개의 적층된 터빈 발전기의 도 27 의 단면도이다.
도 30 은 레일에서 탄약차의 상부에 위치된 받침대를 이용하는 카세트 형태의 터빈 발전기 장치를 제거하는 유지 성능의 단면도이다.
5. 발명의 상세한 설명
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 절단 도면이 도시된다. 모듈형 덕트 터빈 발전기 장치(10)는 비록 설계는 강, 방수로 또는 풍력 에너지 장치들과 같은 다른 자연 환경내에서 사용될 수 있지만, 단일 터빈 발전기 장치(10)로서 사용되거나 보통 바닷속 조수 영역내에 배치된 다수의 터빈 발전기 장치(10)로서 사용될 수 있다. 상기 터빈 발전기 장치(10)의 목적은 최소한의 환경 충격을 가지며 조력을 사용하는 전력을 효과적으로 발생시키기 위한 것이다. 상기 바람직한 실시예는 바닷 속에 배치되는 것이 의도되었다. 본 발명은 최소한의 이동 부품을 가진 유효한 전력 발전 장치를 제공하기 위한 것이 명백하다.
상기 터빈 발전기 장치(10)는 대칭적이며 중심선 근처의 두 개의 단부를 가진다. 실질적으로 물 흐름(100) 방향에 평행인 축을 가진 허브(20)는 상기 터빈 발전기(20)의 중심축을 따라 배치된다. 상기 허브(20)는 임의의 수력학적인 형상으로 유리하게 형성될 수 있는 각각의 단부에 허브 노우즈(nose)(21)를 가진다. 상기 허브 노우즈(21)는 덕트(40)의 안쪽으로 당기는 것과 바깥으로 나가는 것을 최소화하기 위하여 첨두 아치 형태가 되거나 또는 첨두아치 형태의 캡(cap)을 가질 수 있다.
대칭 단면을 가진 다수의 하이드로포일 날개(30)는 그들의 뿌리에서 중앙 허브(26)에 부착되고, 그들의 주변 또는 첨두(tip)에서 회전자 림(54)로 불려지고 회전자 디스크(50)로 함께 이루어지는 영구 자석 레이스에 부착된다. 상기 바람직한 실시예에서는 정면 및 배면 구성으로 동축적으로 장착된 제 1 회전자 디스크(50) 및 제 2 회전자 디스크(52)가 있다. 회전자 디스크(50) 및 (52)는 날개(30)의 하이드로포일 형태로 인해 오로지 한 방향으로만 회전할 것이다. 트러스트 베어링(29)은 자유롭게 회전하고 각각의 회전자 디스크(50) 및 (52)에 대한 중앙 허브(26)과 허브 노우즈(21)에 사이에 접하고 있다. 바람직하게는 베어링은 윤활유가 칠해진 마찰 트러스트 베어링(29)이다. 바람직하게는 중앙 허브 또는 베어링-스페이서(28)는 상기 두 개의 회전자 디스크(50) 및 (52)의 상기 중앙 허브(26)와의 사이에 회전가능하게 동축적으로 자리잡고 있으며 상기 회전자 디스크(50) 및 (52)는 서로임의의 접촉으로부터 떨어져있다. 상기 회전자 디스크(50) 및 (52)는 상기 스페이서(28) 주위를 자유롭게 회전한다.
물 흐름(100)의 방향을 형성하는 것을 볼 때 상부 흐름 회전자 디스크(50)는 (시계방향 또는 반시계방향으로)항상 일방향으로 회전할 것이며, 하강흐름 회전자(52)는 항상 반대방향으로 회전할 것이다. 조수 및 물 흐름(100) 방향이 역으로 될 때, 상기 제 2 회전자(52)는 상향흐름이 될 것이고, 하이드로포일 형태로 인해 동일 방향으로 회전을 계속할 것이다. 따라서 상기 터빈 발전기 장치(10)는 상기 물 흐름(100)에 대하여 양방향이고, 각각의 회전자 디스크(50) 및 (52)는 항상 동일 방향으로 회전할 것이다. 상기 터빈 발전기 장치(10)가 단일 회전자 디스크(50)를 가질 때, 그것은 또한 단일 방향으로 회전한다.
날개(30)는 허브(26)로부터 보통 90도에서 방사상으로 투사하는 대칭적인 외장(airfoil) 또는 하이드로포일이다. 상기 날개(30)는 상부 및 저면 표면 및 선도 에지 및 추적 에지를 가진다. 날개(30)의 상부 및 저면 표면은 보통 물 흐름(100)에 수직하다. 날개(30)는 후방-청소(swept-back) 날개 구조처럼 사각으로 배치될 수 있다. 날개의 수(30)는 터빈의 크기에 의존한다. 날개(30)의 각각의 측면을 가로질러 흐르며 그에 의해 최적의 들어올림(lift) 및 견인(drag)을 생성하는 유체의 속도의 변화를 일으키는 종래 기술에 알려진 임의의 외장(airfoil) 및/또는 하이드로포일(hydrofoil) 형상이 사용될 수 있다.
덕트(40)는 덕트를 형성하고 상기 회전자(50)를 수용하도록 회전자(50)의 축 주위에 배치된 중공 실린더이다. 상기 덕트(40)는 일정한 내부 지름의 원통일 수있으며, 혹은 상기 내부 벽은 상기 덕트(40)를 통해 물 흐름 속도를 증가시키기 위하여 변환할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 덕트(40)의 내부 벽은 중앙 부분에서 변환하며 그에 의해 물 흐름(100)이 상기 덕트(40)를 통과할 때 벤추리 효과를 생성한다. 상기 회전자 림(54)은 상기 회전자 디스크(50) 및 (52)의 외측 림에 부착된 다수의 용접 밀폐 영구 자석(56)을 허용한다. 상기 회전자 디스크 림 영구 자석 레이스는 상기 용접 밀폐 고정자 코일(60)을 수용하는 상기 외측 덕트(40)내에 리세스내에 안착한다. 상기 제 2 회전자(52)는 소용돌이로 인한 유체 운동량 손실을 줄이고 상기 터빈 발전기 장치(10)을 더욱 효과적으로 만들기 위하여 상기 제 1 회전자(50)의 반대방향으로 회전한다. 고정된 고정자 코일(60)은 상기 마그네트(56)를 수용하는 상기 회전자 디스크(50)의 외측 에지에 인접한 상기 덕트(40)내에 장착된다.
선택적으로, 동심원으로 동작하고 측면 부하에 저항하도록, 마그네틱 베어링 시스템은 종래 기술에서 알려진 상기 회전자 림(54)에 사용될 수 있다. 상기 회전자 림(54)은 상기 덕트(40)내에 마그네틱 레이스(race) 또는 회전자 림 캐비티(55)내에 회전가능하게 안착하고, 물 윤활제처리된 저 마찰력 스키드 플레이트(도시안됨)는 상기 회전자 디스크(50) 및 (52)에 의한 과잉 편향(deflection)에 대항하여 상기 회전자 코일(60)을 보호하도록 상기 회전자 림(54)의 외부 측면상에 장착될 수 있다.
허브 지지대로서 또한 작용하는 다수의 만곡되고, 보통 직사각형 안내 베인(24)은 상기 회전자 디스크(50) 및 (52)가 회전하는 안정한 축을 형성하도록상기 허브(20)로부터 상기 회전자 하우징 또는 덕트(40)까지 연장한다. 상기 안내 베인(24)은 일반적으로 날카로운 선두 에지, 날카로운 트레일링 에지 및 두 개의 측면을 가진다. 수력학적인 소용돌이 운동량 손실을 최소화하도록 상기 안내 베인(24)은 상기 상부흐름 회전자 디스크(50)에, 출구 안내 베인(24)은 상기 하강흐름 회전자 디스크(52)의 후미에 초기 공격각도를 제공한다. 바람직한 실시예에서 상기 안내 베인의 표면은 상기 베인(24)를 때리는(striking) 물이 날개(30)를 때리기 전에 소정 공격 각도에서 새방향으로 돌려지는 식으로 원호형으로 만곡된다. 날개(30)는 상기 회전자 디스크(50)에 관하여 0도의 공격 각도를 가지며 대칭 단면을 가진다.
상기 터빈 발전기 장치(10)는 적소에 고정되어 있고 조수 및 그에 따른 물 흐름(100)이 역전하면, 상기 회전자는 그들 각각의 방향으로 회전하기 시작한다. 반대로-회전하는 회전자 디스크(50) 및 (52) 및 안내 베인(24)의 구성은 상기 회전자-디스크 축의 방향 및 최소화된 이동 기계 부품의 수로부터 상기 덕트(들)(40)로 들어오는 흐름(100)을 가진 고 효율 전력 전력을 제공한다.
도 2를 참고로하면, 터빈 조립체의 절반이 제거된 상세도면이고, 상기 회전자 디스크 허브(26), 날개(30), 영구 자석 회전자 림(54), 영구 자석(56), 고정자 코일(60), 안내 베인(24) 및 덕트(40) 단면이 도시된다.
회전자 디스크 토크(torque)는 날개(30)를 가로질러 상승력(lift)을 생성하여 그로인해 상기 제 1 회전자(50)의 회전을 시작하도록 하는 상기 안내 베인(24)에 의한 초기 공격 각도가 주어진 상기 덕트(40)로의 상기 물의 흐름(100)에 의해생성된다. 상기 물 흐름(100)은 상기 제 1 회전자(50)를 벗어나서 제 2 회전자(52)를 때리고 그에 의해 상기 제 2 회전자(52)가 상기 제 1 회전자(50)과는 반대 방향으로 회전하는 것과 같은 유익한 공격 각도를 가진 소용돌이다. 상기 회전자 디스크 림(54)내에 자석(56)이 상기 덕트(40)내에 상기 고정된 고정자(60)를 지날 때, 패러데이 법칙에서 잘알려진 것으로서, 회전자 코일의 회전수에 자속(flux)의 변화율이 곱해진 것과 동등한 전압이 유도된다. 전기 전류는 종래 기술에 의해 알려진 전기 케이블(도시안됨)에 의해 제거될 수 있다. 회전자(50), 자석(56) 및 회전자(60)으로 이루어지는 발전기는 종래 기술에서 알려진 것처럼 직류 또는 삼상 교류 전류를 생성하도록 배선할 수 있다. 상기 자석(56) 및 고정자(60)과의 사이의 공간은 주위 작동 유체로 가득차고 그에 의해 보통 상기 터빈 발전기 장치에 미치는 높은 유체역학적 부하로 인해 바다밑 응용시 실패하거나 높은 유지 비용을 요구하는 값이 비싸고 비실용적인 공기 시일(air seal)의 사용을 피하게 된다.
도 3 은 일정한 코드 치수의 직선 날개(30)를 가진 상기 회전자 디스크(50)의 정면도이다. 상기 날개(30)는 상기 허브(20) 축에 정렬된 쿼터(quarter) 코드(chord)가 배열된 것이다. 모든 날개(30)는 단면이 대칭적인 하이드로포일이다. 상기 날개(30)는 두 개에서 부터 복수개의 n개까지 될 수 있다.
도 4 는 상기 허브에서 좁고 상기 첨단(tip)에서 넓은 만곡된 날개(30)를 가지는 회전자 디스크(50)의 정면도이다. 선택적으로, 상기 허브에서 넓고 상기 첨단(tip)에서 좁은 만곡된 날개(30)가 사용될 수도 있다(도시안됨). 모든 날개(30)는 단면이 대칭적인 하이드로포일이다. 상기 날개(30)의 청소(sweep) 방향은 상기 터빈 발전기 장치 허브(20)의 중심을 향하거나 고물(aft)을 향하며, 전방 청소는 또한 선택적이다. 상기 날개(30)는 두 개에서 부터 복수개의 n개까지 될 수 있다.
도 5 는 터빈 회전자 디스크(50), 날개(30) 및 상기 허브(20) 축에 중심선에 정렬된 일정한 코드 치수의 직선 날개(30)를 가진 회전자 림(54)의 정면도이다. 상기 날개(30)는 두 개에서 부터 복수개의 n개까지 될 수 있다.
도 6 은 상기 허브에서 좁고 상기 첨단(tip)에서 넓은 직선 날개(30)를 가지는 회전자 디스크(50)의 정면도이다. 선택적으로, 상기 허브에서 넓고 상기 첨단(tip)에서 좁은 만곡된 날개(30)가 사용될 수도 있다(도시안됨). 모든 날개(30)는 단면이 대칭적인 하이드로포일이다. 상기 날개(30)는 두 개에서 부터 복수개의 n개까지 될 수 있다.
도 7 은 수직 오프셋 날개 및 바다 생물 바이패스(32)를 가진 회전자 디스크(50), 날개(30) 및 회전자 림(54)의 정면도이다. 상기 바다 생물 바이패스(bypass)(32)는 물고기 및 포유류와 같은 바다 생물이 만약 그들이 상기 터빈 발전기 방치(10)로 들어온 경우 통과할 수 있는 상기 허브(20)의 중심축을 지나는 길이방향 구멍이다. 상기 바이패스(32)는 축을 지지하는 회전자 디스크(50)로만 사용된 소형 구조의 부재로서 상기 허브(20)를 남겨놓고 상기 발전기(90)를 수용하지 않는 상기 터빈 발전기 장치(10)의 림 생산 형태로 인해 가능하다.
도 8 은 평평한 평면 대신에 상기 회전자 디스크용 만곡 표면을 가진 터빈 회전자 디스크 구조의 단면도이다. 상기 구조는 일정 두께 또는 가변 두께의날개(30)과 함께 사용될 수 있다. 이런 구조는 단일 또는 다중 회전자 디스크 및 이전 도면으로부터의 회전자 날개(30)의 구조와 함께 사용될 수도 있다.
도 9 는 본 발명의 바람직한 실시예의 등각 투상도이다. 상기 터빈 발전기 장치(10)는 상기 덕트 단부(40)에 부착된 보통 타원형 스크린(70)에 의해 캡슐화될 수 있다. 상기 스크린(70)은 상기 덕트(40)로부터 길이방향으로 연장하고 상기 두 개의 허브(20) 단부의 정면, 상부, 측면 또는 하부의 포인트에서 수렴하는 다수의 바(bar)로 이루어질 수 있다. 상기 스크린(70)은 해양 생물에 의한 유입을 최소화하며상기 터빈 날개(30), 및 안내 베인(24)이 막히거나 손상을 줄 수도 있는 상기 터빈 발전기 장치(10)에 들어오는 해초, 파편 및 해양 생물에 대항하는 방패(shield)로서 작용한다. 상기 스크린 및 조수 및 물 흐름(100) 변화 방향 때문에, 상기 스크린(70)은 자체-정화한다. 증대 스커트(74)는 상기 터빈 발전기 장치(10)의 주변의 길이방향 중간 평면 주위에 힌지(27)를 가지는 관절화된(articulating) 패널(36)로 구성된다.
도 7을 다시 참고하면, 상기 스크린(70)은 해양 생물 바이패스(32)와 결합하여 이용될 때, 파편이 상기 스크린(70)내에 잡히는 식으로 상기 바이패스 마우스(32)의 외부 림에서 끝을 형성하고 상기 덕트(42)의 선두 에지에 연장하고, 해양 생물은 상기 터빈 발전기 장치를 통과할 수 있으며 그에 의해 상기 전원 발전의 환경적 충격이 줄어든다.
상기 회전자 디스크(50)( 및 만약 가능하다면, 52) 및 발전기로 구성되는 상기 터빈 조립체는 적소에 상기 덕트(40) 및 배치 수단을 남겨두고, 쉽게 유지하기위한 장치로서 삽입되고 제거될 수 있다. 상기 회전자 디스크(50) 및 발전기(90)는 상부 표면에 손잡이(lug) 또는 후크를 가진 같은 종류가 포함된 코어 장치일 수도 있다. 상기 덕트(40)의 플렉시블 중앙 부분인 상기 덕트 림 스페이서(44)는 상기 터빈 조립체의 제거가 가능하도록 제공된다. 상기 덕트 림 스페이서(44)의 제거에 따라 상기 터빈 조립체(48)는 서비스 또는 교체를 위해 상기 표면으로 올려질 것이다.
도 10 은 상기 터빈 발전기(10)의 중심점에 부착된 플렉시블 증대 스커트(74)를 가진 덕트(40)를 도시한다. 스펙트라(Spectra) 직조 섬유와 같은 튼튼한 플렉시블 재료로 구성된 상기 스커트(74)는 상기 흐름(100)의 동적 압력이 상기 스커트(74)를 상기 덕트(40)의 출구에서 상기 스커트(74)의 플레어로된(flared) 단부를 가진 적당한 위치로 힘을 받을 것이다. 상기 스커트(74)는 그안에 묻힌(embedded) 딱딱한(stiff) 링(도시안됨)을 가질 것이지만, 상기 조수 흐름(100)의 큰 동적 압력에 지배된 적당한 형태를 유지하도록 그의 가장 크고 원심 지름에서 딱딱한 스커트 링(75)을 가질 것이다. 상기 스커트(74)는 '스펙트라 직조' 또는 금속성 관절화된 성분과 같은 견고한 합성 재료로 구성될 수 있다. 상기 스커트(74)는 상기 덕트(40)로부터 벌어지는 것과 같이 상기 트레일링 에지에서 더 큰 원주를 가진다. 상기 스커트(74)는 베츠(Betz)효과로 인해 터빈 효율 감소가 최소화되는 상기 터빈 발전기 장치(10)의 출구에서 저압 영역을 형성한다. 이런 형태의 고정된 증대는 상기 터빈을 통한 흐름이 증가되도록 하고 종래 기술에 익숙한 사람들에게 잘알려진 특징이다. 플렉시블 직조 및 관절화된 금속 스커트(74) 둘다상기 조수가 방향이 변할 때, 상기 조수 흐름의 동적인 힘에 의해 전후방으로 이동되고, 결국 상기 스커트(74)는 상기 덕트(40) 출구에 또는 출구위에 후방으로 항상 연장한다. 이것은 상기 터빈 덕트(40) 주변의 중심 점 근처에 힌지결합되거나 첨부된 양방향의, 단일하게 위치된 증대 스커트(74)이다. 상기 스커트는 바람직하다면 특정한 장치 또는 다수의 장치에 의해 전체 주위 근처 또는 단지 주위 부분에만 설치될 수 있다.
도 11 은 상기 터빈 장치(10)의 중간 포인트에서 힌지(37)에 의해 부착된 관절화된 증대 스커트(74)를 가진 덕트(40)를 보여준다. 상기 스커트(74)는 견고하고 딱딱한 패널(74)로 구성되고 상기 스커트(74)가 상기 덕트(40)의 출구에서 상기 스커트 세그먼트의 벌어진 단부를 가진 적당한 위치로 힘을 받을 것이다. 상기 터빈 발전기 장치(10)는 배치 및 유지 동작에 유용한 부양성(buoyancy)을 제공하는 덕트(40) 구조 및 재료로 구성된다.
상기 터빈 발전기 장치는 견고한 부패 방지 재료로 구성된다. 바람직한 실시예에서 내부적으로 경량의 딱딱한 것을 포함하는 해양 기울기 콘크리트는 상기 전체 구조가 명확하게 부양성인 것이 상기 덕트(40)에 사용되고 부패 저항의 높은 강도 재질이 상기 회전자(50), 및 상기 터빈(10) 및 다른 주요 부품을 이루는 축(19)에 사용된 충분한 비율로 모여서 된 것이다. 진보된 합성물, 콘크리트 및 강철과 같은 재료가 사용될 수 있다. 상기 터빈 발전기 장치(10)는 수력학 손실을 줄이고 해양 생물의 부착에 의한 악취를 최소화하는 종래 기술에서 알려진 것처럼 실리콘 유리 제품에 코팅된다.
상기 덕트(40)는 새로운 실리콘 유리 제품에 코팅되고 바람직하게는 상기 터빈 발전기 장치(10)를 배치를 위한 장소로 견인가능하도록 하는 경량의 부양성 콘크리트로부터 형성되고 상기 터빈 발전기 장치(10)가 상기 물(16)의 표면아래 소정 깊이에서 부양하는 식으로 정박시킨다. 상기 터빈 발전기 장치(10)는 강 또는 바람직하게는 바닷 속 장소에 하강된다. 바람직한 실시예에서 상기 터빈 발전기 장치는 전력을 생산하도록 조력을 이용한다.
도 12 는 미국 특허 제 4,221,538호 다이어그램에서 상기 구동 벡터가 상기 날개(30)의 하이드로포일 단면을 가로지르는 경우 종래 기술 대칭 포일(foil)을 가로지르는 공기 흐름 벡터 다이어그램으로, V가 상기 날개(30)의 방향에 대향하는 상대적인 속도 흐름인 경우, I1 및 I2는 결과적 유체 벡터 입사 속도이고, U1 및 U2는 양방향 물 흐름(100)을 표현하고 L1 및 L2는 정상적인 상승 성분을 나타낸다. 상기 하이드로포일 날개(30)를 가로지르는 상승은 효과적이고 강력한 방식으로 상기 회전자(50)를 가속시킨다.
도 13 은 이중 동축 회전자 디스크(50)를 가진 터빈 발전기의 성분으로서 두 개의 수력학 반대 회전 날개(30) 단면을 가로지르는 흐름 다이어그램이다. 이러한 종래 기술 시스템은 소용돌이로 인한 하강 흐름 에너지 손실을 줄이고 더 큰 속도 스펙트럼을 동작 효율을 증대시키는데 효과적이다.
도 14 는 캐스케이드 쌍의 동축 회전자(50) 터빈 발전기 장치를 가로지르는 흐름 다이어그램이다. 다중 캐스케이드의 사용은 매우 높은 속도의 체제를 위한 다중 장치를 가로지르는 압력 강하를 최소화한다. 캐스케이딩 쌍의 반대 회전 디스크의 수는 둘 또는 복수개의 n이다.
도 15 는 하이드로포일 날개(30) 단면을 가진 단일 회전자 디스크(50)를 가로지르고 교대로있는 입구 및 출구 안내 베인(24)을 통한 흐름 다이어그램이다. 상기 베인(24)은 플렉시블하고 상기 관절화된 스커트를 가진 결합(linkage)에 의해 제어된다. 상기 흐름(100)의 동적 압력은 상기 스커트를 조정하도록 야기하고, 그에 의해 적당한 위치로 상기 안내 베인을 이동시킨다. 상승흐름 안내 베인은 양의 공격 각도를 제공할 것이고 상기 하강흐름 안내 베인은 운동량 소용돌이 손실을 줄일 것이다. 상기 물 흐름(100)이 역전될 때, 상기 회전자(50)는 동일 방향으로 회전하지만, 상기 베인(24)은 점선(25)에 도시된 위치를 힌지에 의해 점유하여 역전 또는 뒤집는다(flip). 이런 변형에서, 상기 에지(28)를 이끄는 베인(24)은 상기 허브(20) 구조 및 상기 덕트(40)의 내부 표면에 강하게 고정된다.
도 16 은 두 개의 수력학적인 반대 회전 날개(30) 단면을 가로지르고 이중 인라인 회전자(50) 터빈 발전기 장치의 부품으로서 입구 및 출구 안내 베인(24)을 통한 흐름 다이어그램이다. 바람직한 실시예에서, 상기 안내 베인(24)은 도시된 구성으로 영구적으로 고정된다.
도 17 은 다수의 신축자재 기둥(telescopic pylon)(80)상에 장착된 수력학적 터빈 발전기 장치(10)이 등각 투상도이다. 바람직한 실시예에서 상기 터빈 발전기 방치(10)는 유지보수 목적을 위하여 물(16)의 표면 상에 상기 터빈 발전기 장치(10)을 들어올리는 것을 포함하여 상기 터빈 발전기 장치(10)의 원격 높이 조정이 가능하도록 신축적으로 될 수 있는 기둥(80)상에 장착된다.
도 18 은 강 또는 조수 흐름내에 수면하에 다수의 신축자재 기둥(80)상에 장착된 터빈 발전기의 정면도이다. 장치 제거 및 서비스는 상기 터빈 발전기 장치에 접근하기 위하여 상기 신축자재 기둥(80)을 들어올리거나 하강시켜 용이하게 된다. 상기 동일 기둥(80) 세트상에 추가적 터빈 발전기 장치(10) 뿐만 아니라 이중 동축 회전자 디스크(50) 및 (52)가 사용될 수 있다. 전원을 제거하고 상기 터빈 발전기 장치(10)를 제어하는 임의의 알려진 케이블 시스템이 사용될 수 있다.
도 19 는 대양 또는 강바닥(15)상에 4개 또는 그 이상의 앵커(ahchor)(14)의 두 개의 집합에 외부 돌기(lug)(12) 및 케이블(13)을 경유해 밧줄로 잡아맨 터빈 발전기 장치(10)의 측면도이다. 상기 앵커는 아연도금된(galvanized) 강철 배 앵커 또는 콘크리트 블록을 포함하는 임의의 형태가 될 수 있다. 상기 케이블(13)은 상기 터빈 발전기 장치(10)의 각각의 단부에 부착되고 적소에 지탱된다. 상기 회전자(50) 및 (52)가 양방향일 때, 상기 터빈 발전기 장치는 적소에 고정되어 남을 수 있다.
도 20 은 단일 회전자(50) 터빈 발전기의 도 19의 I-I선을 따르는 단면도이다.
도 21 은 단일 터빈 발전기 장치의 도 19의 II-II선을 따르는 단면도이다.
상기 터빈 발전기 장치(10)는 개별적으로 또는 둘 이상의 터빈 발전기 장치(10)에 배치될 수 있다. 도 22 는 본 발명의 이중의 나란한 터빈 발전기 장치(10)인 도 19의 I-I선을 따르는 단면도이다.
도 23 은 이중의 나란한 터빈 발전기 장치(10) 변형의 도 19의 종단도면(end view)이다. 상기 두 개의 터빈 발전기 장치(10)의 상기 덕트(40)는 수력학적 힘에 저항하는데 적당한 임의의 다른 수단에 의해 함께 용접되고, 볼트결합되거나 부착될 수 있다.
상기 터빈 발전기 장치(10)에 선행된 배치의 적어도 다섯가지의 가능한 방법이 있다. 이들 방법은:
·도 17 및 도 18에 도시된 것처럼 하나 이상의 신축자재 기둥(80)상에 장착된다.
·바지선(120) 아래에 부양하여 바지선에 부착된다.
·강변에 접을 수 있는 고무 댐(130)에 인접
·도 19에 도시된 것처럼 표면 아래에 밧줄로 매어져 부양하고, 및
·도 26-30에 도시된 것처럼 대양 입구 또는 통로를 가로지르는 조수 펜스내에 있다.
도 24 는 본 발명에 따른 바지선(120) 아래 장착된 터빈 발전기 장치(10)의 측면도이다.
도 25 는 본 발명에 따른 소형 댐(130)내에 장착된 터빈 발전기 장치(10)의 평면도이다.
도 26 은 본 발명에 따른 몇몇 열의 터빈 발전기 장치(10)를 보여주는 완전한 조수 펜스(140)의 정면도이다.
도 27 은 본 발명에 따른 9개의 적층된 터빈 발전기 장치(10)를 보여주는 조수 펜스(140)의 일부의 상세 정면도이다.
도 28 은 본 발명에 따른 조수 펜스(140)내의 단일 터빈 발전기 장치(10)의 정면도이다.
도 29 는 조수 펜스(140)의 구조에서 3개의 적층된 터빈 발전기 장치(10)를 보여주는 단면도이다. 본 발명에 따른 상기 조수 펜스(140)는 T-빔 구조(141), 전기 및 감시 갤리선(galley) 및 연관된 로드 베드(road bed)(142)를 가지며, 상기 컬럼 데크 구조는 T-빔(143), 억세스 커버(144) 및 수직지지 컬럼(147)에 의해 보조된(assisted) 레일 라인(lines)(145) 및 (146)으로 구성된다. 추가적으로 파동 전환기(diverter)(148) 및 제거가능한 안티-캐비테이션(anti-cavitation) 플랫폼(149), 중력 기초 구조(150), 및 연관된 지지 웹(web)(151), 및 기둥(152) 및 (153)으로 구성된다. 이런 구조는 다수의 터빈 발전기 장치(10)를 지지한다.
도 30 은 조수 펜스(140) 구조의 상부에서 레일 상에 위치된 겐트리(gantry)를 이용하는 카세트 형태로 터빈 발전기 장치(10)를 제거하기 위한 유지보수 성능의 단면도이다.
여기에서 바람직한 실시예들은 정확하게 개시된 형태에 본 발명의 청구범위를 소모하거나 제한하는 의도가 아니다. 그들은 그 기술 분야에 익숙한 기술자가 이해할 수 있도록 본 발명의 원칙 및 그 응용 및 실제적인 사용을 가장 잘 설명하기 위하여 선택되고 설명되었다.
앞서 개시된 것에 비추어 종래 기술에 익숙한 자에게 명백한 것처럼, 많은 변형 및 변경이 본 발명의 실행에서 그의 사상 및 청구범위를 벗어남이 없이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 청구범위는 이하의 청구항에 정의된 대의에 따라 해석될 것이다.

Claims (39)

  1. (a) 물 흐름에 실질적으로 평행한 허브;
    (b) 상기 허브에 회전가능하게 부착되고 상기 허브로부터 방사상으로 연장하는 다수의 날개로 구성된 적어도 하나의 회전자 디스크;
    (c) 덕트를 정의하는 보통 원통형 하우징, 상기 덕트는 상기 날개의 팁에 인접하고 연결 수단에 의해 상기 허브에 부착되고;
    (d) 상기 허브로부터 방사상으로 연장하는 다수의 가이드 베인; 및
    (e) 적어도 하나의 발전기;로
    구성되는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 날개는 대칭적 하이드로포일 단면 날개인 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 날개는 상기 물 흐름에 수직하게 배치된 두 개의 평평한 면을 가지는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 회전자 디스크 및 제 2 회전자 디스크가 있고, 상기제 1 회전자 디스크는 상방향이고 상기 물 흐름에 제 1 방향으로 회전하고 상기 제 2 회전자 디스크는 하류방향이고 상기 물 흐름에 제 2 방향으로 상기 제 1 회전자 디스크에 관련하여 반대로 회전하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 방향은 상기 물 흐름의 방향으로부터 반시계 방향이고 상기 제 2 방향은 상기 물 흐름 방향으로부터 시계방향인 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 방향은 상기 물 흐름의 방향으로부터 시계 방향이고 상기 제 2 방향은 상기 물 흐름 방향으로부터 반시계방향인 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 물 흐름이 방향을 바꿀 때, 상기 제 2 회전자 디스크는 상부흐름 디스크가 되고 동일 방향으로 계속 회전하고, 한편 상기 제 1 회전자 디스크가 하강흐름 디스크가 되고 동일 방향 상부흐름 디스크와 관련하여 반대 회전을 계속하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 안내 베인은 상기 허브의 일단 또는 양단에 배치된것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 안내 베인은 만곡되고 실질적으로 직사각형이고 상기 만곡부가 상기 물 흐름 방향을 변화시키고 그것이 들어올림 및 그에 따른 회전자 디스크의 회전을 일으키도록 최적의 각도에서 상기 하이드로포일 날개를 때리고 식으로 상기 허브 및 상기 덕트의 내부 벽과의 사이에 상기 허브로부터 방사상으로 연장하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 베인은 적소에 고정된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 베인은 조정가능한 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 안내 베인은 상기 허브 및 상기 덕트와 관련하여 회전가능하게 조정가능한 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 물 흐름이 방향이 변할 때, 상기 안내 베인은 상기안내 베인의 만곡부가 반전되고 그에 의해 바람직한 각도에서 상기 물 흐름을 지도하는 식으로 회전하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 물 흐름이 방향이 변할 때, 상기 만곡진 안내 베인은 상기 상승흐름 회전자 디스크에 흐르는 상기 물 흐름을 지도하는(directing) 상기 베인이 새로운 하강흐름 회전자 디스크 밖으로 상기 물 흐름을 지도하기 위한 최적 각도로 역전되고, 상기 터빈 발전기 밖으로 상기 물 흐름을 지도하는 상기 허브의 하강흐름 단부에 배치된 상기 베인은 상기 이전 하강흐름 회전자 디스크에 상기 물 흐름을 지도하기 위한 최적 각도로 현재 반전되는 식으로 회전하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  15. 제 12,13, 및 14 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베인은 상기 물 흐름 방향이 변할 때 상기 덕트의 일단에서부터 타단까지 뒤집는 스커트에 기계적 결합을 이용하여 회전되는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 림 발전기인 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 날개의 팁(tip)에 배치된 자석 및 상기 덕트의 내부 벽에 배치된 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 회전자 디스크의 림내에 있는 영구 자석으로 구성되고 고정자 코일은 상기 덕트의 내부벽내에 배치된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 이중 또는 단일 자속 발전기 중 하나 또는 이중 또는 단일 방사상 자속 발전기 중의 하나인 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 주위에 물이 넘치는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 디스크 및 발전기는 유지보수 및 교체가 쉽게 수행되는 식으로 모듈형 장치로서 제거되도록 채택된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트의 외측 표면의 중간선 근처에 배치되고 상기물 흐름 방향에서 상기 덕트의 지나는 하나의 개구 단부를 연장하는 스커트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  23. 제 23 항에 있어서, 상기 스커트는 상기 스커트가 상기 수력 터빈이 하강흐름 단부를 향해 항상 상기 덕트의 중간선으로부터 연장하는 식으로 상기 물 흐름이 상반될 때 상승 및 뒤집기 위하여 채택된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 스커트는 플렉시블 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  25. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 스커트는 관절화된 패널로 구성된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 파편 및 생물이 스크린에 의해 편향되는 식으로 상기 덕트의 개구 단부 근처에 배치된 스크린을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 스크린은 금속 막대(bar)로 구성된 것을 특징으로하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 막대는 상기 덕트 단부로부터 상기 덕트 단부의 중심 정면내의 점까지 전방으로 연장하는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 스크린은 파편 및 생물이 상기 터빈 주위로 편향되는 식으로 상기 물 흐름에 접하는 각도를 가진 널조각(slats)으로 구성된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  30. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 터빈 발전기는 물 표면상에 상기 터빈 발전기를 선택적으로 하강 또는 상승시키고 전력 발전이 최적화되는 식으로 바닷속 깊이를 선택하도록 채택된 적어도 하나의 바닷 속 신축자재 기둥상에 장착된 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  31. 제 1 항에 있어서, 상기 수력 터빈 발전기는 양방향으로 두 개의 개구 단부중 하나로부터의 상기 물 흐름 접수하고 전력을 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트는 벤추리 효과가 생성되는 식으로 수렴하는 내부 표면을 가진 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  33. 제 4 항에 있어서, 상기 회전자 디스크는 동축이고 반대의 회전을 하는 것을특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 2 내지 n 캐스케이드 쌍의 동축 반대 회전 터빈 발전기가 있는 것을 특징으로 하는 물 흐름으로부터 전력을 발생시키기 위한 수력 터빈 발전기.
  35. (a) 축;
    (b) 상기 축으로부터 방사상으로 연장하는 다수의 회전가능한 날개; 및
    (c) 상기 축으로부터 방사상으로 연장하는 다수의 조정가능한 안내 베인;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 또는 유체 터빈용 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 날개의 팁이 상기 덕트 근처에 있는 식으로 상기 날개 주위에 배치된 덕트를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기체 또는 유체 터빈용 장치.
  37. 제 35 항에 있어서, 림 발전기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 또는 유체 터빈용 장치.
  38. (a) 중심축;
    (b) 상기 축에 회전가능하게 부착된 다수의 날개를 가지는 적어도 하나의 회전자 디스크;
    (c) 상기 회전자 디스크의 상승흐름에 배치되고 상기 유체 또는 기체가 상기 날개의 회전을 시작하도록 최적 각도로 상기 날개를 때리는 식의 만곡진 다수의 만곡된 안내 베인;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 또는 기체로부터 전력을 생성하는 터빈.
  39. (a) 허브;
    (b) 상기 허브 주위에 방사상으로 회전가능하게 배치된 다수의 대칭적 하이드로포일 날개;
    (c) 상기 날개 주위에 배치되고 적어도 하나의 허브 지지대에 의해 상기 허브에 부착된 하우징;
    상기 터빈 발전기가 소정 바닷속 깊이에서 부양하는 식으로 상기 허브와 일체인 부양물 수단;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 조수 흐름으로부터 전력을 생성하는 수력 터빈.
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