KR20070090258A - 전방향식 풍력 터빈 - Google Patents

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Abstract

전방향식 수직 방출 풍력 터빈 조립체(1)는 덮개를 포함하며 덮개는 확산기(9) 및 수집 챔버(12)를 둘러싸서 형성하는 구조물을 포함하며, 수집 챔버는 소정의 방향에서의 바람을 잡아서 이를 토로이달 형태의 적층된 만곡 블레이드(10a 내지 10e)를 경유하여 수직으로 유동시킨다. 블레이드(10a 내지 10e)는 수직 벽(6.1 내지 6.3)에 의해 고정된다. 확산기(9)는 회전자(3)의 하류부에 연결되고 확산기는 공기 유동 방향으로 단면이 확대된다. 웨지(41) 및 칼라(40)가 확산기(9)의 출구 근처에 형성된다. 웨지(41) 및 칼라(40)는 확산기의 출구를 가로질러 유동하는 자연적 바람을 전환함으로써 회전자를 통한 공기 유동을 증가시키도록 한다.

Description

전방향식 풍력 터빈 {OMNI-DIRECTIONAL WIND TURBINE}
본 발명은 수직으로 방출되고 동일한 직경의 자연적 바람 터빈보다 더 많은 양의 전력을 얻을 수 있는 덮개형(shrouded) 전방향식 풍력 터빈에 관한 것이다.
세계적으로 상당히 증가하는 전력에 대한 수요 및 기름 및 석탄과 같은 재생할 수 없는 연료를 이용한 전력의 발생을 통하여 생태계에 발생하는 통제되지 않는 상당한 손상 및 이러한 자원의 급격한 고갈 및 증가하는 수요를 충족하는 다른 천연 자원의 부족은 최근 재생가능한 에너지 자원의 추가 개발로 주의를 돌리는 새로운 원동력이 되었다.
인류는 수세기에 걸쳐 바람으로 이용가능한 방대한 양의 동력의 이용을 시도하였으며 범선에 동력을 제공하고 물을 펌핑하고 곡물을 그라인딩하는데 성공하였다. 비록, 회전하는 발전기가 발명되어, 발전기를 구동하기 위하여 풍력을 이용하기 위한 시도가 있었지만, 단지 지난 50년 동안 강하고 가벼운 중량의 재료의 발견으로, 이러한 목적을 위해 풍력이 경제적으로 실행가능한 것으로 고려되기 시작하였다.
풍력 터빈은 넓게는 두 개의 그룹으로 분리될 수 있다. 이들은 매우 친숙한 네덜란드 풍차(Dutch windmill)와 같은, "수평" 타입 및 바람 속도 측정 컵/페달 또는 다리우스 에어포일 유닛(Darrieus airfoil unit)과 같은, "수직" 타입이다. 비록 "수직" 풍력 기계는 이 기계가 바람 방향과 직면하도록 일정하게 회전할 필요가 없다는 사실에 의해, 간단한 설계, 강도 및 적은 운동 부분으로 널리 알려져 있지만, 수평 타입 유닛에 비한 낮은 효율이 수평 타입 유닛을 더 선호하는 결과를 초래하였다.
풍력 생산의 통상적으로 인정되는 이론적 분석은 바람으로부터 얻을 수 있는 동력이 차단되는 바람 면적 및 바람 속도의 세제곱에 비례한다는 것을 나타낸다. 자연적 바람(free wind) 상태에서 작동하는 풍력 터빈에 대해, 단지 더 많은 면적을 회전(sweep)하기 위한 블레이드 직경을 증가시킴으로써 더 많은 동력을 바람으로부터 얻을 수 있다. 이것은 이제 150 미터가 넘는 블레이드 직경을 가지는 상업적인 동력 공급 유닛에서 볼 수 있다. 베츠의 법칙(Betz's law)에 따라, 동력 추출의 이론적인 최대 수준은 자연적 바람의 평방 미터에서 이용가능한 것의 단지 59%로 제한된다. 그러나, 오늘날 첨단 기술을 가지고도, 이러한 수준은 현재 달성하기가 어렵다.
대안적인 하나의 접근에서는 확산기, 덮개 또는 바람이 회전자 블레이드에 도달하기 전에 평방 미터 당 에너지 밀도를 증가시키기 위해 자연적 바람을 가속하기 위한 다른 장치를 이용한다. 얻을 수 있는 에너지는 바람 속도의 세제곱에 비례하기 때문에, 작은 가속조차 에너지 밀도 및 이에 따른 얻을 수 있는 동력에서의 상당한 증가를 초래할 수 있다. 이는 또한 동력 추출이 매우 낮은 바람 속도에서 시작하여 일 년 동안 상당히 긴 기간 동안 이용할 수 있게 한다. 결론적으로 바람 속도가 자연적 풍력 터빈에 의해 이용가능한 것보다 낮은 면적에서 이용될 수 있다.
이러한 장점과 관계없이, 대형 덮개 타입 구조물이 많은 바람에 노출되는 위치에 융통적으로 장착되고 바람과 직면하기 위해 회전가능할 것이 요구된다는 사실이 이러한 장치의 주요 단점이 된다. 또한, 자연적 바람 속도가 증가할 때, 덮개의 이용을 통한 확대는 회전자 속도를 매우 높은 수준으로 상승시켜 결론적으로 회전자 블레이드에 높은 수준의 응력이 발생하도록 한다.
바람을 가속하는 수직 방출 덮개 및 수직 섹션으로 위치하는 내장되는 풍력 터빈을 최상으로 조합하기 위한 노력이 있었다.
이들은 주로 상이한 두 개의 카테고리이다. 제 1 카테고리는 회전을 위한 추력을 발생하기 위해 회전자 상에 직접 충돌하도록 또는 목부를 통한 공기의 흡입을 위한 압력 변화를 발생하도록, 바람을 이용하는 나선형 공기 운동 형성을 통한 사이클론 작용(소용돌이)을 형성하는 유닛으로 이루어진다. 제 2 카테고리는 공기 이동이 실질적으로 회전하지 않는 유닛으로 이루어진다. 이 유닛들은 가속되어 회전자의 회전 면적(swept area)의 선택된 세그먼트로 방출되도록 원통형 유닛의 주변으로부터 동심 또는 세그먼트형 채널을 경유하여 전달되는 자연적 바람에 의지한다. 이러한 카테고리 둘다에 이용되는 회전자는 축방향 에어포일 타입으로부터 혼합된 유동 또는 원심 타입의 범위에 있다. 제공되는 제 1 카테고리는 10 배 이상의 증대 효과를 위한 성능을 가지지만 이들은 상업적으로 실현되지 않았다. 에너지 밀도를 증가시키기 위해 순전히 바람 흐름(stream)의 직접적인 집중을 통하여 자연적인 바람의 가속을 이용할 때 제 2 카테고리는 제한된 증대 효과를 가진다. 개방된 환경에서 바람이 단순히 어떠한 구성 장치를 통과('누출')할 때 이러한 직접적인 집중은 최대 제한 성능을 가진다.
이러한 장치의 주요 단점은 복잡한 형상 요구조건, 다수의 이동 부분, 회전 면적에서 작동 세그먼트로부터 비작동 세그먼트로 교차될 때 회전자 상의 높은 주기적 부하, 비작동 섹션을 통한 누출 손실 및 자연적 바람을 증대 장치를 통한 매우 억제된 방식으로 이동하도록 강제하는데 있어서 상당한 에너지 손실에 의해, 제조 비용이 상당하게 된다는 것이다. 높은 수준의 억제는 저항 및 에너지 손실을 발생하여 일부 에너지를 이용하는 자연적 바람에 의해 극복되는 것이 요구된다. 다수의 경우 이러한 저항은 상기 장치를 통과하는 바람의 양을 실제로 상당히 부정적으로 증대하는 낮은 수준으로 감소시키는 경향이 있다. 이들 중 다수는 또한 비작동 섹션을 통한 공기의 손실을 방지하여, 부가적인 물리적 에어 '게이트(gate)'에 의지한다. 이에 따라 다른 장점이 가능하지만, 소정의 증대 장치의 부가 비용은 정당화될 수 없다. 결론적으로, 증대된 수칙 축선 기계(수평 유닛)는 상업적으로 매력적이지 않으며 수평 축선 풍력 터빈의 현재의 형태와 비교하여 수용하는 것이 가능하지 않다.
그러나, 이주하는 새 수명에 대한 손상뿐만 아니라 거주 영역에서 매우 낮은 주파수의 노이즈, 섬광 촬영 장치의 빛 반사 작용 및 이러한 대향 프로펠러 기계와 관련된 안전성 위험 요소를 주시하는 관련 관청에 의한 금지 때문에, 대형 빌딩 꼭대기와 같이, 풍력 에너지를 발생시키기에 이상적인 다수의 영역에서 단순히 제한 된다. 상술된 이러한 기계 때문에, 동력 이용 영역으로부터 상당히 멀리 떨어져 있어서, 일반적으로 도시 영역에 사는, 소비자에게 생산된 에너지를 전달하기 위한 고가의 동력 망의 건설이 요구되었다. 결론적으로, 전달 망에서의 손실로 인한 이용가능한 동력이 추가로 감소되고 전달 비용이 증가되었다.
또한 이러한 기계는 높은 수준의 바람 자원이 이용가능할 수 있지만 완전히 노출된 회전자 블레이드가 용이하게 손상될 수 있는 국부 지형에 의한 바람 방향이 자주 변경되거나 대폭풍 또는 회오리바람과 같은 매우 높은 바람 속도 주기를 가지는 지역에 위치할 수가 없다.
본 발명의 목적은 상술된 단점의 적어도 일부를 바로잡거나 개량하기 위한 것이다.
상세한 설명에서, 용어 "덮개(shroud)"는 본 발명의 바람직한 실시예의 터빈의 전체 케이싱 구조물을 의미한다. 즉, 덮개는 회전 부재의 블레이드를 통과한 후 공기를 중앙 수집 챔버로부터 지향하는 중공형 부재를 형성하는 구조물과 함께 중앙 수집 챔버를 둘러싸서 형성하는 구조물을 의미한다. 회전 부재는 자체적으로 덮개 구조물 내에 포함된다.
따라서, 본 발명의 하나의 포괄적인 형태로, 전기 발생을 위한 전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈이 제공되며, 이 터빈은
a) 내부에 중앙 수집 챔버를 형성하는 다수의 만곡 부재,
b) 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재,
c) 공기 유동 방향으로 확대하는 중공형 부재,
d) 상기 중앙 수집 챔버 위에 배치되는 회전 부재로서, 발전기에 연결되어 상기 회전 부재의 회전으로부터 전기를 발생하는, 회전 부재를 포함하며,
상기 회전 부재는 상기 중공형 부재의 입구 근처에 위치하며,
상기 다수의 만곡 부재는 상기 다수의 지지 부재들 중 하나 이상으로 연결되어 상기 챔버 내로의 다수의 공기 입구를 형성하도록 하며,
상기 다수의 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상은 상기 전방향식 풍력 터빈의 내부면의 대향 측부로 공기를 지향시키도록 형성 및 이격되어, 공기 누출을 감소시키며,
상기 다수의 만곡 부재 및 상기 다수의 지지 부재는 상기 회전 부재의 전체 하부면으로 공기를 지향하도록 형성 및 이격되는 터빈이 제공된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 토로이드 형상의 방사형 만곡 블레이드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 수직 벽을 포함한다.
바람직하게는, 상기 회전 부재는 수직으로 장착되는 수평 축선 타입 풍력 회전자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재는 확산기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 에어포일 단면을 가진다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 가변 주변 직경 및 환형 직경을 가진다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 동심형 배치로 고정된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 수직으로 엇갈리게 배치된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 적층형으로 배치된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 겹치게 배치된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 상기 다수의 만곡 부재의 최하 위치로부터 상기 다수의 만곡 부재의 최상 위치로 단면이 확대되는 중앙 수집 챔버를 형성한다.
바람직하게는, 상기 중앙 수집 챔버는 중앙 목부 영역을 향하여 수렴된다.
바람직하게는, 상기 중앙 수집 챔버는 상기 중공형 부재의 내부면으로 연속된다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재가 공기역학적으로 형성된다.
바람직하게는, 상기 회전 부재는 상기 중앙 목부 영역의 수직한 축선에 장착된다.
바람직하게는, 상기 회전 부재는 에어포일 블레이드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재에 의해 상기 덮개로 유입되는 공기가 집중되어 상기 다수의 만곡 부재의 비작동 부재에 의해 형성되는 공기 통로를 가로질러 유체 역학적 공기 게이트가 형성되며, 이에 의해 공기 누출을 방지한다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재 중 최하 만곡 부재는 상기 덮개의 외부 공기보다 낮은 압력으로 공기를 상기 비작동 만곡 부재로 지향시키도록 하는 형상 및 구성을 가져서 상기 공기 게이트에 기여한다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재가 실질적으로 소정의 방향으로부터 나오는 바람을 수용하여 이용하도록 배향된다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재가 상기 회전 부재의 총 회전 면적에 걸쳐 공기를 지향시키도록 배향된다.
바람직하게는, 상기 회전 부재는 회전 샤프트를 경유하여 전력 발생 트레인 조립체 및 장치로 연결된다.
바람직하게는, 벨형 입구 상부 바디와 베이스 지지판 사이에, 상기 다수의 만곡 부재를 고정하기 위하여 3개 내지 6개의 실질적으로 수직한 부재를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 역(reversed) 에어포일 섹션을 포함하며, 상기 역 에어포일 섹션은 양 수직 벽 정면 상에 동일한 표면 곡률을 가진다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 선행 에지로부터 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 양 정면의 후행 반부로 형성된 공기 채널을 유지하는 경계층을 가진다.
바람직하게는, 상기 공기 채널을 유지하는 경계층은 외측 표면에 대해 15도보다 작은 각도로 접선방향으로 각각의 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 양 정면으로부터 나온다.
바람직하게는, 다수의 공기 유입구로부터 상기 중앙 수집 부재의 주변부로 동일한 간격으로 방사형으로 배치되는 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재를 가진다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 익현의 길이의 35% 내지 50%가 되는 에어포일 벽 블레이드 두께를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 가장 두꺼운 지점은 선행 에지로부터 익현 길이의 51% 보다 크다.
바람직하게는, 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 두 개의 면 사이의 내포 각도는 75 도 내지 150 도의 범위이며 선행 에지로부터 익현 길이의 15 % 내에 있다.
바람직하게는, 4개 또는 그 이상의 수평 내지 거의 수직한 만곡형 토로이달 블레이드를 포함하며, 상기 토로이달 블레이드의 내부 환형 직경이 상기 회전자 직경의 20% 내지 145%로 변화한다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재 각각의 오목 및 볼록면 곡률 반경이 상기 회전 부재 직경의 25% 내지 55% 사이와 동일하다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 외측 직경에서 수평 방향에 대해 20도보다 작은 각도로 만곡되기 시작하여 수평 방향에 대해 50 내지 70도의 수직 벤딩 각도로 마무리된다.
바람직하게는, 가장 짧은 직선의 경사부가 상기 다수의 만곡 부재들 중 가장 큰 내측 주변부를 소정의 다른 다수의 만곡 부재의 내측 주변부에 연결하며 소정의 수직 축선이 5 내지 35도이다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재가 상기 다수의 만곡 부재들 사이의 간격으로 적층되어 상기 다수의 만곡 부재 각각의 선행 에지 및 후행 에지는 상기 회전 부재의 직경의 2%의 최소 양만큼 중복된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재가 상기 회전 부재의 총 회전 면적을 가로질러 상기 덮개로 유입되는 공기를 집중시킨다.
바람직하게는, 상기 전방향식 풍력 터빈의 내부 출구 통로 면적은 소정의 쌍의 다수의 만곡 부재들 사이의 외부 주변 입구 통로의 최소 25% 및 최대 75%이다.
바람직하게는, 상기 목부 영역은 상기 다수의 만곡 부재의 최상 부재의 환형 코어 면적의 70% 이상인 영역을 가진다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재의 최상 부재는 벨형 입구 토로이드 블레이드이다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 오목면 측부로부터 볼록면 측부로 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상 내에 형성되는 다중 공기 통로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 표면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 볼록면 측부에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 동심 개방 상부의 직경은 상기 회전 부재의 직경의 130%와 180% 사이인 방출 출구를 가진다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 개방 상부 방출 출구에는 주변부 둘레에 칼라 및 수평 웨지가 제공된다.
바람직하게는, 상기 웨지가 상기 중공형 부재의 출구 아래 상기 중공형 부재의 상부 직경의 7% 내지 19% 사이의 높이에 위치한다.
바람직하게는, 상기 웨지의 정면 길이는 상기 중공형 부재의 칼라의 높이의 135% 내지 160% 사이이다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 외부 바디 원주방향 둘레에 배치되고 상기 중공형 부재의 외부면으로부터 상기 중공형 부재의 내부면으로 다중 공기 통로를 구비한 주 웨지 아래 균등하게 이격되는 부가 소형 웨지를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 외측면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 중공형 부재의 내측면에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 회전 부재의 그림자의 흐름 아래가 되는 독립적으로 지지되는 엔진부 내의 상기 회전 부재 바로 위에 발전 유닛이 배치된다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재에 연결되는 "경사진" 방사형 지지 구조물에 의해 고정되는 엔진부를 가진다.
바람직하게는, 독립적으로 지지되는 회전자 허브 노우즈 콘 내의 상기 회전 부재 바로 아래 발전 유닛이 배치된다.
바람직하게는, 컬럼 지지 구조물에 의해 고정되는 상기 노우즈 콘을 가지며 상기 컬럼 지지 구조물은 베이스 지지판으로부터 상기 노우즈 콘으로 연장한다.
바람직하게는, 상기 회전 부재는 지지 베어링 상의 회전 샤프트를 경유하여 완전한 동력 발생 조립체로 연결된다.
바람직하게는, 상기 다수의 만곡 부재는 폐쇄 다각형 배치 내에 만곡 블레이드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 칼라의 경사면은 수직 방향에 대해 5 내지 20도 각도를 형성한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재는 타원체 상의 시작 위치에서 및 종결 위치에서 특정화되는 탄젠트 각도를 가진 실질적인 반 타원체이다.
본 발명의 추가의 포괄적인 형태로, 전기를 발생시키기 위한 전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재로서, 상기 중공형 부재는 공기 유동 방향으로 단면이 확대되는 중공형 부재를 제공한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재는 확산기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 동심 개방 상부의 직경이 회전 부재의 직경의 130% 및 180% 사이인 방출 출구를 가진다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 개방 상부 방출 출구에는 주변부 둘레에 칼라 및 수평 웨지가 제공된다.
바람직하게는, 상기 웨지는 상기 중공형 부재의 출구 아래 상기 중공형 부재의 상부 직경의 7% 내지 19% 사이의 높이에 위치한다.
바람직하게는, 상기 웨지의 정면 길이는 상기 중공형 부재의 칼라의 높이의 135% 내지 160% 사이이다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 외부 바디 원주방향 둘레에 배치되고 상기 중공형 부재의 외부면으로부터 상기 중공형 부재의 내부면으로 다중 공기 통로를 구비한 주 웨지 아래 균등하게 이격되는 부가 소형 웨지를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재의 외측면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 중공형 부재의 내측면에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 회전 부재의 그림자의 흐름 아래인 독립적으로 지지되는 엔진부 내의 상기 회전 부재 바로 위에 발전 유닛이 배치된다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재에 연결되는 "경사진" 방사형 지지 구조물에 의해 고정되는 엔진부를 가진다.
바람직하게는, 상기 중공형 부재는 타원체 상의 시작 위치에서 및 종결 위치에서 특정화된 탄젠트 각도를 가지는 실질적인 반 타원체이다.
바람직하게는, 상기 칼라의 경사면은 수직 방향에 대해 5 내지 20도 각도를 형성한다.
본 발명의 추가의 포괄적인 형태에서, 전기를 발생하기 위한 전방향식 덮개형 수직 풍력 터빈을 형성하는 방법으로서,
거의 수평면에서 소정의 방향으로부터 중앙 수집 챔버 내로 주위 공기 유동을 수집하는 단계,
거의 수평 운동으로부터 거의 수직 운동으로 상기 공기 유동 방향을 변화시키는 단계,
상기 중앙 수집 챔버의 일 측부로부터 상기 중앙 수집 챔버의 제 2 측부로 공기 유동을 지향시켜 상기 제 2 측부 상에 에어 게이트를 형성하도록 하여 상기 중앙 수집 챔버의 제 2 측부로부터의 누출을 감소시키는 단계,
상기 공기 유동을 회전 부재의 실질적인 모든 하부로 지향시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가의 포괄적인 형태에서, 전기 발생을 위한 전방향식 덮개형 수직 풍력 터빈에서 중공형 부재를 연결하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 중공형 부재가 공기 유동 방향으로 단면이 확대되는 방법이 제공된다.
최고로 고려된 구조적 장치가 첨부된 도면에 도시되어 있다.
도 1은 덮개형 풍력 터빈의 일 실시예를 보여주는 도 1a의 라인 AA을 따라 도시한 수직 단면도이고,
도 1a는 벽 및 토로이드를 보여주는 도 1의 라인 BB를 따라 도시한 수평 단면도이고,
도 1b는 확산기 및 블레이드를 보여주는 도 1의 라인 CC를 따라 도시한 수평 단면도이고,
도 2는 토로이드 블레이드 형상 및 적층 배치를 상세하게 보여주는 단면도이고,
도 3은 웨지, 칼라 및 공기 공급 채널을 구비한 타원형 확산기 벽 배치의 단면도이고,
도 4는 공기 공급 채널을 구비한 에어포일 수직 지지부의 단면도이고,
도 5는 공기 공급 채널을 구비한 토로이달 입구 블레이드의 단면도이고,
도 6은 탑 구조물에 장착된 본 발명의 일 실시예의 전방향식 풍력 터빈의 사시도이다.
일반
도 1은 본 발명의 일 실시예를 보여준다. 전방향식 증대 풍력 터빈 조립체(1)는 지지 컬럼(17)에 강성으로 연결되는 베이스(2)에 장착된다.
공기 포일 회전자 블레이드를 구비한 직경('D')의 터빈 회전자(3)는 중앙 회전 샤프트(16)를 경유하여 완전한 조립체의 베이스(2)로부터 연장하는 컬럼(5)에 의해 지지되는 비 회전 허브(4) 내의 장비에 부착된다. 회전자(3)는 수직으로 장착되는 수평 축선 타입이다.
허브(4)는 지지 벽(19) 및 덮개 확산기에 부착되는 부가 스테이 케이블(18)에 의해 지지된다. 허브는 전력 발생기(15a) 및 모든 관련된 기어 박스 및 회전자의 토크를 전력으로 변환하기 위한 제어 메카니즘을 포함한다. 마지막 토로이드(10e) 아래의 보이드 영역(20)은 마지막 사용자(end user)에 인가되는 전력을 최적화하기 위해 요구되는 다른 전기 기어(15c)를 수용하기 위해 이용될 수 있다. 허브로 접근하기 위한 사다리(ladder)는 베이스로부터 컬럼(5)을 통하여 제공된다.
유선형 엔진부(nacelle; 14)는 회전자(3)의 흐름 아래 제공되어 회전자에 부착될 수 있다. 이러한 배열은 덮개 조립체의 상부(21)를 통하여 대형 회전자의 제거를 위한 용이한 접근을 허용한다. 더 작은 크기의 모델에서, 수직 지지 컬럼(5)은 제거될 수 있으며 모든 발생 장비(15b)로 완성되는 엔진부는 회전자의 흐름 아 래 덮개 확산기(9) 벽에 부착되는 경사진 비임(22)에 의해 지지될 수 있다.
벽
도 1a에 도시된 바와 같이, 동일한 각도 간격으로 반지름방향으로 배치되는 에어포일 형상의 3개의 수직 벽(6.1, 6.2 및 6.3)은 덮개의 베이스(2)로부터 덮개의 벨형 입구 입구로 수직선에 대해 일정한 각도로 연장한다. 이들은 중앙 공기 챔버의 주변부(12) 근처로부터 토로이드의 외주변부를 넘어서 반지름방향으로 걸친다. 소정의 토로이드 블레이드를 넘는 이들의 연장부('M')는 최대 0.3D 로 제한된다. 베이스(2)로부터 '벨형 입구' 오버행 디스크(overhang disc; 47) 까지의 이들의 수직 높이('P')는 최소 0.7D 일 수 있다.
도 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 지지 벽 에어포일은 제로-챔버(zero-chamber)를 가지며 중앙 공기 수집 챔버(12)를 향하여 에어포일에 충돌하는 공기를 공기역학적으로 집중하기 위해, 표준 방식에 대한 반대 형상으로 배치된다. 각각의 벽 블레이드의 두께('T')는 블레이드 길이('L')의 35% 내지 50% 사이이며 블레이드의 가장 두꺼운 지점('N')은 선단 에지(leading edge; 24)로부터 51% 이상에 도달한다. 벽 블레이드의 두 개의 정면(23a 및 23b)은 가장 두꺼운 지점(25)으로부터 공통 말단 에지(common trailing edge; 26)를 향하여 타원형상으로 만곡된다. 말단 에지에서, 블레이드의 양 정면은 블레이드의 중앙선에 대해 690도의 경사부('AA')로 마무리된다. 두 개의 벽 정면 사이에 포함된 각도는 'AA'의 두배이고 벽 블레이드의 말단 에지로부터 익현 길이의 15% 내에서 75 내지 150도 사이의 범위에 있다.
벽의 선단 에지(24)는 덮개의 벨형 입구로부터 입구로 수직 에지를 따라 임계적으로 배치되는 공기 채널 개구(27)로 구성된다. 이러한 개구로부터의 공기 채널(28)은 공기 유동의 경계층을 강화하고 공기 유동 분리를 감소시키기 위해 블레이드의 선단 에지로부터 양 정면의 후방 반부로 높은 운동 에너지의 주입을 허용한다. 주입 채널은 표면에 대한 접선에 대해 15도보다 작은 각도('AB')로 블레이드 표면으로부터 나온다. 이는 가속 공정에서 에너지 손실을 감소시킨다.
토로이드
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 덮개의 벨형 입구와 베이스(2) 사이에 배치되는 다중 토로이드 블레이드(10a, 10b, 10c, 10d 및 10e)는 수직 벽(6.1, 6.2 및 6.3) 사이에 고정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 블레이드는 높은 캠버를 가진 역(inverted) 에어포일 단면이다. 블레이드는 공기 역학적으로 가속되어 수평선 근처로부터 수직선 근처로 이들 사이의 통로로 유입되는 공기 유동의 방향을 변화시킨다.
'엔드 클로저(end closure)' 토로이드(10e) 및 '벨형 입구(bell mouth)' 토로이드(7)를 포함하는 최소 4개의 토로이드 블레이드(10a, 10b, 10c, 10d)가 최적 에너지 포획 및 이용을 제공한다. 가장 큰 토로이드 블레이드의 내부(환형) 직경은 목부 앞의 집중 부분(11)의 더 큰 개구의 직경에 일치한다. 이러한 두 개의 에지는 회전자가 위치하는 목부(8)에 "벨형 입구" 입구를 형성하는 단일 바디를 형성하도록 그들의 주변부(48)에서 함께 연속적으로 부착된다.
덮개 조립체 내의 토로이드 블레이드는 회전자 직경의 20% 내지 145%로부터 내부 환형 직경이 변화된다. 최적 결과를 위해, 가장 작은 토로이드의 내부 환형부(annulus; 49) 직경은 회전자 직경의 20% 내지 35% 사이에서 변화하고 가장 큰 토로이드의 내부 환형부(48)는 덮개의 회전자 직경의 100% 내지 145% 사이에서 변화한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드 쌍 사이의 통로의 총 배출 면적('Ex')은 동일한 블레이드 사이의 통로의 유입 통로('En')의 최소 25% 및 최대 75%이다. 블레이드의 에어포일 섹션 중앙선은 0.25D와 0.55D 사이의 캠버 곡률 반경('R')을 가진다. 선행 에지(29)에서의 블레이드의 중앙선 각도('AC')는 수평선('AC')에 대해 0 내지 15도 사이이고 후행 에지(30)에서 수평선에 대해 50 내지 70도 사이의 'AD'이다. 블레이드는 다음의 가장 큰 토로이드(10a)로 시작하여 덮개의 벨형 입구의 정면으로 엇갈리게 배치된다. 완전한 덮개를 통하여 바람이 부는 쪽으로 바람이 불어 가는 쪽으로 수평 가시선이 없도록하기 위해, 각각의 후속 토로이드의 후행 에지는 최소 0.02D의 'F'에 의해 이전 토로이드의 선행 에지와 중복한다. 소정의 후속하는 토로이드의 후행 에지와 가장 큰 토로이드의 후행 에지를 연결하는 가장 짧은 직선과 수직선 사이의 각도('AE')는 5 내지 35도 사이의 범위일 수 있다. '엔드 클로저' 토로이드인 마지막 토로이드(10e)는 베이스(2) 위에 직접 장착된다. 원추형 섹션(37)은 지지 컬럼(5)과 맞추기 위해 마지막 토로이드의 후행 에지(49)로부터 연장하여 마지막 토로이드의 환형부를 완전히 폐쇄한다. '벨형 입구' 토로이드의 선행 에지는 평평한 오버행 디스크(47)와 함게 원주방향으로 연장되어 수직 벽(6.1, 6.2 및 6.3)의 선행 에지(24)에서 종결된다.
도 5는 선행 에지(31)의 주변부를 따라 그리고 벨형 입구를 포함하는 각각의 토로이드(10a, 10b, 10c 및 10d)의 오목면(32)을 따라 임계적으로 배치되는 공기 채널 개구(35)를 보여준다. 이러한 개구 및 관련된 공기 채널(34)은 오목면을 따라 유동하는 공기의 경계층을 강화하고 블레이드의 오목면으로부터의 공기 유동 분리를 감소하도록 선행 에지로부터 블레이드의 오목면(33)으로 높은 공기 운동 에너지의 주입을 허용한다. 주입 채널 출구(36)는 접선에 대해 15도보다 작은 각도('AF')로 볼록한 측부에 형성된다. 이러한 조치는 가속 공정에서 에너지 손실을 다시 감소시킨다. 공기가 볼록한 면을 따라 지향되지 않을 때 마지막 토로이드(10e)는 이를 요구하지 않는다.
도 1을 참조하면, 소정의 방향으로부터 유동하고 토로이드 블레이드(10a, 10b, 10c, 10d 및 10e)에 의해 형성되는 덮개의 수평 통로(13a, 13b, 13c, 13d 및 13e)로 유입되는 바람이 가속되어 중앙 수집 챔버(12) 내로 더 높은 속도로 블레이드에서 배출된다. 챔버의 중앙 축선에 가장 근접하게 위치되는 가장 낮은 통로(13e)는 가장 높은 배출 속도를 형성하도록 설계되고 바람과 직접 직면하지 않는 비작동 통로(38)의 정면을 가로질러 지향한다. 공기의 이러한 운동은 비작동 통로의 유입 측부(39) 내의 압력보다 낮은 압력 때문에, 유체 동력학적 '에어 게이트(air gate)'로서 작용하여 비작동 통로를 경유하여 챔버(12)내로 공기를 유동시켜 작동 통로를 경유하여 챔버로 유입되는 공기의 누출을 상당히 감소시킨다.
목부(THROAT)
중앙 수집 챔버(12)의 설계는 챔버의 하부 부분으로부터 상부 부분으로의 평 균 공기 속도는 거의 균일하거나 증가한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 덮개의 벨형 입구 유입 섹션 토로이드(7)는 목부(8)를 향하여 집중적으로 좁아진다. 터빈 회전자(3)는 목부의 흐름 아래 근처에 위치한다. 벨형 입구 토로이드의 환형부 및 확산기(9)를 연결하는 짧은 수렴 섹션(11)의 목부의 단면적은 벨형 입구 토로이드의 환형부(48)의 단면적의 70% 이상이다. 허브(4)가 또한 목부 면적을 감소시킬 때, 허브의 직경은 최대 0.3D로 제한된다. 단면적 내에서의 더 많이 감소될수록, 중앙 수집 챔버 내에서의 배압 증강 및 비작동 섹션을 통한 공기의 손실이 더 커진다.
회전자 허브(4) 및 노우즈 콘(nose cone)의 공기 흐름 프로파일은 반 타원형으로서 설계되어 작동 통로로부터 목부로 접근하는 공기가 최소 간섭으로 목부의 먼 측부로 가로지르는 유동을 가능하게 하는 것을 보장한다. 이는 회전자 블레이드를 가로지르는 거의 균일한 속도로 공기를 수용하는 회전자 블레이드의 최고 회전 면적을 초래하여, 회전자 블레이드 상의 주기적 응력 부하를 감소시킨다.
확산기 , 칼라 및 웨지
덮개는 동심형 확산기(9)로서 개방 상부(21)로 확장된다. 도 3에 상세하게 도시된 바와 같이, 확산기는 수직선에 대해 최대 30도 및 최소 12도가 되는 목부(8)의 하강 흐름에서 타원형의 내부면의 접선의 각도('AG')를 구비한 일반적인 형태의 반 타원형을 가진다. 확산기의 내부면(38)의 경사는 최대 5도로 점진적으로 감소된다. 확산기 섹션의 시작부로부터 지점(39)으로의 수직 거리('H')는 최소 0.5D이다. 이러한 확산기는 대기 압력 아래이며 터빈 블레이드로부터 나오는 공기 의 압력이 주위 압력 레벨 근처로 정상적으로 상승하도록 한다. 확산기가 확대될 때 공기 속도가 감소한다. 이러한 위치(39)에서 확산기의 직경은 목부 직경의 130% 내지 180% 사이이다.
확산기는 연장되어 칼라(40)가 최종적으로 분위기(21)에 개방될 때 39에서 확산기 직경의 7% 내지 19%의 최소 길이('J')로 추가로 확대한다. 이러한 칼라 섹션의 내부면은 수직선에 대해 5 내지 20도 사이의 각도('AH')를 형성한다. 웨지(41)는 바람이 불어오는 측부로부터 확산기로 접근하는 자연적 흐름 공기에 거의 수직하게, 칼라와 조합하여 변형하도록 확산기의 외부면의 주변부를 따라 형성된다. 이러한 변형은 확산기의 바람이 불어오는 측부의 내부벽을 따라 흡입 작용을 하여 확산기로부터 나오는 공기 유동을 증가시켜, 결과적으로 목부(8)를 통하여 취출되는 공기 유동이 증가된다. 웨지의 더 높은 측부는 칼라(40)의 바닥 단부(39)에서 종결되도록 위치한다. 웨지의 상부면에 의해 형성된 각도('AJ')는 수평선에 대해 10 내지 60도 사이이다. 웨지(41)의 표면 길이('K')는 칼라의 수직 높이('J')의 135% 내지 160% 사이이다. 웨지(42)의 지지 하부는 확산기를 향하여 하방으로 경사지고 폐쇄될 수 있다. 이러한 동일 흡입 효과를 달성하기 위해 요구되는 확산기의 길이는 이러한 장치보다 두 배 이상 길다.
형상이 유사하지만 크기의 10%보다 작은 두 개의 부가의 작은 웨지(43)는 확산기의 외측 주변부를 따라 형성될 수 있다. 확산기의 외부면으로부터 내부면으로의 공기 채널 개구(44) 및 통로는 도 3에 도시되는 바와 같이 3개의 작은 웨지의 상부면이 끝나는 덮개 바디 바로 위에 원주방향으로 형성된다. 이러한 개구는 유 동하는 공기의 경계층을 강화하고 공기 유동 분리를 감소하도록 바람이 부는 측으로부터 확산기의 내부 표면으로 공기를 높은 운동에너지로 주입하는 것을 허용한다. 주입 채널(45)은 표면에 대한 접선에 대해 15도보다 작은 각도('AK')로 확산기 표면으로부터 나온다. 이는 확산기의 내부면을 따라 유동하는 공기의 감속 공정에서의 에너지 손실을 감소시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 완전한 확산기 조립체(9) 및 목부 섹션(8)은 벨형 입구 토로이드에 부착되는 연장 벽(19)을 통하여 수직 벽(6.1, 6.2 및 6.3)에 의해 지지된다. 부가되는 구조적 지지 스트러트(46)는 확산기로부터 수직 벽(6.1, 6.2 및 6.3)으로 연장한다.
상세한 설명
상술된 설명을 참조하여 상술된 실시예들의 특징을 요약하면 아래와 같다.
덮개 내에 배치되는 축형 에어포일 타입 회전자로 이루어지는 전방향식, 덮개형 수직 방출 풍력 터빈이 제공된다. 다른 수직 방출 덮개 장치에 비해 최소로 제한된 덮개의 개방 설계, 공기역학적 포커싱, 가속 장치, 누출을 방지하기 위한 유체 동력학적 "에어 게이트" 장치 및 확산기의 방출시 덮개를 통한 흡입 효과를 증가시키기 위한 웨지/칼라 장치는 더 많은 공기 용적이 회전자를 통하여 유동하도록 하는 것을 증진한다. 회전자에 의해 얻어진 동력은 회전하는 샤프트 메카니즘을 통하여 전력 발생기로 전달된다.
본 발명의 실시예에서의 덮개는 목부 섹션 앞의 입구에 토로이드 블레이드를 구비한 수렴형 '벨형 입구'로 구성된다. 소정의 방향으로 이동하는 자연적 바람은 이 블레이드에 의해 차단되어 수렴 섹션으로 지향된다. 블레이드는 반지름 방향으로 만곡되고, 에어포일 단면을 가지며, 외측 주변부 수평선 근처에서 시작하여 내측 주변부 수직선 근처에서 종료한다. 각각의 토로이드 블레이드는 상이한 직경을 가진다. '벨형 입구'는 주변부에서 수평방향으로 연장되고 절두체의 형상으로 환형부에서 원추형상으로 연장하는 가장 큰 내경(환형부)를 가지는 토로이드로 이루어진다. 바람의 더 많은 차단을 위해, 후속하는 토로이드 블레이드가 엇갈리게 배치되어 이러한 '벨형 입구'의 전방에 집중적으로 배치되며, 다음의 가장 큰 토로이달 블레이드로 시작하여 가장 작은 토로이달 블레이드로 종료한다.
토로이달 블레이드의 조합된 환형부는 회전자가 위치하는 수렴하느 목부 섹션의 총 단면적을 향하여 이동하는 공기를 위한 "폐쇄된' 도관으로서 작용하는 중앙 수집 챔버를 형성한다. 인접한 블레이드의 외측 주변부 및 내측 주변부의 겹침에 의하여, 공기가 수평으로, 직접 가로질러 공기 챔버의 대향 측부로 이동하는 것을 방지한다.
가장 작은 토로이달 블레이드의 환형부는 중앙 축선에 가장 근접하여 배치되는 이러한 통로를 경유하여 챔버로 유입되는 공기를 챔버의 비작동 토로이드 블레이드 정면을 향하여 지향시키는 것을 보조하는 원추형 연장 섹션으로 완전히 둘러싸인다.
토로이달 블레이드는 이들을 통하여 수직하게 연결되는 공기역학적으로 형성된 수직 벽 판에 의해 제 위치에 고정된다. 수직 벽은 벨형 입구로부터 마지막 토로이달 블레이드의 단부로 형성된다. 이러한 벽은 토로이달 블레이드의 외측 주변 부 앞으로부터 시작하여 환형부에서 종료되어 각각의 토로이달 블레이드를 가로질러 걸쳐진다. 이러한 벽은 벽에 충돌하는 자연적 바람을 공기역학적으로 가속하고 공정 중 최소 에너지 손실로 이 바람을 중앙 수집 챔버를 향하여 집중시킴으로써 자연적 바람 차단을 증가시키는 것을 보조한다. 이는 벽의 양 수직면 상에 동일한 곡률을 가지고 양 표면에 존재하는 에어포일의 선행 에지로부터 공기 채널을 강화하는 경계층을 구비하는 역(reversed) 프로파일 에어포일로서 벽을 구성함으로써 달성된다.
공기 역학적 자연적 바람 차단은 덮개를 향하는 자연적 바람의 접근 속도를 감소시켜서 바람의 운동 에너지의 일부를 압력 에너지로 변환한다. 압력 에너지의 일부는 토로이달 블레이드에서의 손실을 극복하기 위해 이용되며, 나머지 에너지는 공기가 접촉하는 토로이달 블레이드 채널을 통하여 더 높은 속도로 가속될 때 운동 에너지로 재변환된다.
바람이 목부를 향하는 거의 수직 방향으로 중앙 수집 챔버 내에서 유동할 때, 챔버의 대향 측부 상에, 토로이달 블레이드의 비작동 섹션이 덮개의 목부 및 수렴 섹션을 향하여, 챔버로 유입되는 공기의 유동을 보조하는 평면으로서 "나타난다(appear)". 이러한 비작동 섹션의 정면을 가로지르는 공기의 고속 운동은 공기를 비작동 섹션을 통한 공기 누출을 억제하는 유체 동적 "에어 게이트"와 같이 수행하는 챔버로 끌어들이는 흡입 작용을 가진 상대적인 부압을 형성한다. 공기가 목부 섹션 내의 회전자에 접근할 때 공기의 속도는 감소되며 이는 가장 근접한 비작동 토로이달 통로를 경유하여 소정의 작은 공기 누출을 가진 압력으로의 증가를 초래한다.
토로이달 블레이드는 바람에 의해 직접적으로 충돌하는 오목면 측부로부터 볼록면 측부로 임계적으로 배치된 공기 통로를 형성한다. 이러한 통로는 높은 압력 오목면으로부터 볼록면으로 작은 양의 공기를 전달하는 것을 허용한다. 통로는 전달된 공기가 볼록면에 대한 주 공기 유동과 동일한 방향으로 볼록 측부로 접선방향으로 나가는 것을 허용하도록 위치설정된다. 이는 볼록 측부로부터 주 공기 유동의 분리를 감소시켜(유체 경계층을 강화함으로써) 챔버로 유입될 때 압력 에너지 손실을 감소시킨다.
덮개 내의 목부로의 입구는 감소된 압력 손실로 느리게 가속하기 위해 목q부를 향하여 공기를 이동시킬 수 있는 표준 절두체의 형상인, 수렴 섹션으로 구성된다.
회전자 에너지가 추출되어 공기 흐름의 압력 에너지가 급격하게 감소되어 공기 흐름 압력이 대기압보다 낮은 수준에 도달하게 된다. 본 발명의 실시예에서의 덮개는 목부의 하강 흐름으로부터 역 타원형/절두체의 형상으로 개방 상부 공기 방출 확산기 조립체를 구비하는 것으로 구성된다. 이는 공기 흐름의 압력이 남아있는 운동 에너지의 압력 에너지로의 변환 부분으로 감소하는 공기 흐름 속도에 의해 대기 수준으로 다시 얻도록 한다.
방출 개구를 가로질러 통과하는 자연적 바람은 자연적 바람을 향하여 편향된 압력 차로 개구에 가해지고 덮개로부터의 공기가 자연적 바람 흐름으로 취출된다. 이는 회전자의 압력 하강 흐름이 회전자를 통하여 공기 흐름으로부터 더 높은 에너 지 추출을 초래하는 더 큰 대기압 아래 수준으로 도달한다. 압력 회복 없이 상부 개구를 가로질러 통과하는 자연적 바람 흐름은 출구에서 압력보다 더 높은 압력이 될 것이고 이는 확산기로부터 공기의 배출을 방해하여 회전자를 통한 공기 유동의 감소 및 배압을 일으키게 된다.
방출 개구가 크면 클수록, 덮개로부터 자연적 바람으로 운반되는 공기의 양이 많아지고, 목부에서의 속도가 더 높이 증가한다. 그러나, 이러한 확산기 공정은 점차적으로 수행될 것이 필요하고 확산기 콘이 이를 달성하기 위하여 매우 길어질 것이 요구된다(15도보다 작은 각도를 포함하여). 넓은 확산기 각도를 가지는 더 짧은 콘은 벽의 유동 분리 및 방출 유출구에서 자연적 바람에 의한 회전자로부터 웨이크(wake)의 간섭에 의해 고장나게 된다.
본 발명의 실시예에서 확산기 길이는 확산기의 방출 유출구 근처에 부착되는 웨지 및 칼라를 적용함으로써 감소된다. 이는 바람이 불어오는 측으로부터 자연적 바람 간섭을 감소시켜 확산기 유출구의 정면에 걸친 흡입 작용을 강화한다. 이는 목부에서 배압을 감소하여 회전자를 통한 공기 유동을 증가시킨다.
부가적인 웨지형 칼라는 외부 확산기 바디에 원주방향으로 부착된다. 이는 공기 유동 방향으로 확산기 내부면에 대해 접선방향으로 나오는 공기 채널로 자연적 바람을 집중 및 지향시킨다. 이는 확산기 내부면을 따른 주 공기 유동의 분리를 감소시켜(유체 경계층을 강화함으로써) 감소된 압력 에너지 손실로 확산기 내의 압력 회복을 허용한다.
목부 근처에 배치되는 회전자는 가속된 바람을 차단하여 가속된 바람으로부 터 동력을 얻는다. 바람 속도가 증가하고 회전자의 회전 속도가 증가할 때, 배압이 증가하고 비 작동 토로이달 블레이드를 경유한 중앙 수집 챔버로부터의 누출이 증가하고, 또한 만곡된 토로이달 블레이드를 통한 압력 손실이 상당히 증가하여, 증가효과를 감소 및 역전시킴으로써 더 높은 바람 속도로 제한된 상태를 초래한다. 이는 회전자가 매우 높은 바람 속도에 노출되는 것을 방지하는 유익한 특징을 제공한다.
회전자는 수직으로 장착되고 바람으로부터 동력을 얻을 수 있는 수평 축선 타입 풍력 터빈 회전자이다. 회전자는 이러한 덮개 장치에서 풍력 형성을 위해 최적화된 비틀린 에어포일 섹션 블레이드로 이루어진다. 소형 유닛에 대해 전력 발생 장치는 기어박스에 결합되거나 나오는 공기 흐름 내의 엔진부(nacelle) 내의, 회전자 블레이드 위에 배치된다. 엔진부는 덮개의 바디에 고정된 반지름방향으로 경사진 비임 구조물에 의해 지지된다. 지지 구조물은 회전자 블레이드의 소정의 상방 변형도 개별 지지 부재와 충돌하지 않는 것을 보장하도록 충분히 경사진다.
대형 유닛에 대해, 모든 동력 발생 장비는 상류부 내의 회전자의 노우즈 콘 허브(nose cone hub) 내에 위치한다. 회전자 노우즈 콘 허브로부터 덮개 조립체의 베이스로 연장하는 중공형 컬럼은 노우즈 콘을 지지한다. 노우즈 콘 내부에 배치되는 단일 또는 다중 발생기는 중공형 컬럼 내의 사다리를 경유하여 베이스로부터 용이하게 접근가능하다.
다중 토로이달 블레이드의 원형 형태는 동일한 것을 달성하기 위한 초승달형 단면의 블레이드를 구비한 소정의 다른 직선 또는 만곡된 다각형 장치로 대체될 수 있다.
재료
전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈의 수직 벽, 확산기 및 토로이달 블레이드의 재료는 강하고, 가벼운 중량 금속, 복합재, 샌드위치 구성물 등에서 선택된다. 토로이달 블레이드 및 수직 벽은 이중 스킨 구조이다. 회전자 블레이드 재료는 회전자의 시동 관성을 최소화하고 약한 바람에 대한 반응을 강화하기 위해, 산업 내의 기술 분야의 상태에 존재하는 가볍고 강한 재료의 조합물을 포함한다.
용도
용도에서 본 발명의 실시예는 다양한 분야에서 이용하기 위해 적용된다. 일부 실시예는 원격 영역 및 도시 영역에서 이용할 수 있다. 덮개형 실시예의 특징은 이용하는 동안 터빈 부분이 분리되는 경우 사람 또는 물체가 손상될 가능성을 감소시키는 것이다.
부가적으로, 덮개 형태는 풍력 터빈의 운동 부품에 의해 발생되는 노이즈를 완화하기 위한 배리어로서 작용함으로써 저주파수 노이즈를 최소화한다. 또한, 덮개는 터빈의 회전하는 부분으로부터의 스트로보스코프 광 반사(stroboscopic light reflection)와 관련된 시각적 문제점을 감소시킨다.
또한, 주요 바람 방향과 직면하는 회전자를 회전시키기 위한 요잉 메카니즘(yawing mechanism)의 불필요성은 회전자, 베어링 및 풍력 터빈의 통상적인 고장의 주요 원인을 제거하는 관련 메카니즘 상의 모든 회전력을 제거한다.
만곡된 부재(토로이드 블레이드(10))와 실질적으로 수직한 부재(벽(6)) 사이 의 상대적인 형상 및 간격은 외부 공기에 비해 상대적인 저압에서 공기가 비작동 토르이드 블레이드(10)로 지향될 수 있어 에어 게이트를 형성하도록 하여, 비작동 토로이드 블레이드(10)를 통한 공기 누출을 최소화하며 그렇지 않은 경우 상당한 에너지 손실을 초래한다. 에어 게이트 공정의 발생은 또한 비작동 토로이드 블레이드(10)로의 공기 유동을 강화하도록 벽(6) 및 토로이드 블레이드(6)에 의해 형성된 중앙 수집 챔버(12)의 반 타원형 형상의 장점을 얻을 수 있도록 형성될 수 있는 최하 토로이드 블레이드(10)(가장 작은 토로이드)에 의해 용이하게 된다.
또한, 벽(6) 및 토로이드 블레이드(10)의 형상 및 간격은 회전자(3)의 실질적인 모든 하부로의 공기 유동을 용이하게 하여, 회전자(3)에 걸친 응력의 분배가 비 균일한 주기적 응력의 부과를 최소화하는데, 그렇지 않은 경우 회전자(3)의 파손을 초래한다.
칼라(40) 및 하나 이상의 웨지(41)를 포함할 수 있는 확산기는 터빈으로부터 나오는 공기의 외부 공기로의 부드러운 변화를 허용하도록 적용되어 존재하는 공기 유동으로부터 부정적인 피드백에 의해 실시예를 통한 공기 유동의 붕괴 가능성을 최소화한다.
바람직한 실시예는 낮은 저항, 낮은 누출의 제공에 의해 종래의 덮개형 풍력 터빈의 많은 단점을 제거하는 실질적인 비회전 타입, 및 큰 범위의 바람 속도에 걸쳐 안전하고 효율적으로 작동될 수 있는, 단지 운동 부품으로서 회전자를 구비한 덮개형 수직 방출 풍력 터빈이다.
덮개의 유입 섹션을 통하여 유입되는 자연적 바람은 지향되어 바람이 터빈 내에 위치하는 회전자를 향하여 집중될 때 더 높은 속도 및 더 높은 에너지 수준으로 가속된다. 유입 섹션 요소는 바람부는 측으로부터의 공기 유입을 증진하면서 완전한 장치의 바람이 나가는 측을 통한 공기 누출을 방지하도록 한다. 결과적으로, 낮은 풍속에서조차 추출할 수 있는 풍력 에너지 수준이 증가되어 터빈의 작동을 위한 한계적인 자연적 바람 속도가 낮아지는 반면, 높은 풍속에서 덮개의 유입 부분에 걸친 유동이 설정되어 자체적으로 제한하는 덮개의 중앙 수집 챔버 내의 높은 수준의 난류 및 배압이 형성된다. 회전자 블레이드는 동일한 자연적 바람 속도에서 동일한 직경의 표준적인 종래 기술의 터빈을 이용하여 얻어질 수 있는 것보다 더 높은 에너지 출력을 제공하는 강화된 풍력 에너지로 변환한다.
장점
본 발명의 실시예는 표준적인 종래의 덮개형 및 비 덮개형 타입의 수직 터빈 및 수평 터빈에 대해 아래의 하나 또는 그 이상의 장점을 가진다.
a. 완전한 조립체는 운동하는 회전자 블레이드가 덮개에 내장되어 있을 때 대형 운동 부품이 심한 기상 상태 하에서 파손되어 소정의 주변 구조물 또는 사람에 충돌하여 피해를 주는 두려움 없이 빌딩, 배수탑, 다른 유사한 구조물의 상부에 배치될 수 있다. 완전한 발명은 높이 안전성 문제가 발생되지 않을 때 더 낮은 높이에 배치될 수 있다.
b. 본 발명은 주요 바람과 직면하는 대형 구조물을 회전하는 것이 요구되는 소정의 메카니즘을 제거함으로써 상당히 적은 운동 부품을 가진다.
c. 물리적인 에어 '게이트', 운동 베인 또는 다른 이 같은 다중 부품 및 작 동성을 달성하고 효율 또는 안전성을 유지하기 위하여 작동되는 것이 요구되는 이들의 복잡한 제어 메카니즘을 가지지 않는다.
d. 블레이드 팁이 덥개에 내장될 때 자연적 풍력 터빈으로부터의 노이즈의 주요 원인이 되는 회전자 블레이드 팁 와류의 발생이 상당히 감소한다.
e. 회전 부품이 덮개에 의해 차폐될 때 스트로보스코프 광 반사 효과가 없으며 이동하는 새의 생명에 대한 위험이 없다.
f. 바람 내로 직면하는 대형 회전 요소의 회전으로부터 발생하는 회전력 문제 및 관련된 부품 손상이 발생하지 않는다.
g. 종래의 회전자에 비해 동일한 동력 추출을 위한 더 작은 크기의 회전자를 가진다. 이는 더 높은 회전 속도를 허용하며 기어 박스의 이용을 제거하거나 단지 용이하게 '그리드(grid)' 품질로 변환될 수 있는 고 주파수 동력 공급의 형성을 위한 작은 비율의 기어 박스를 요구한다.
h. 높은 바람 동안 덮개 및 토로이드 블레이드는 회전자로의 공기 유동을 분열함으로서 높은 속도의 바람에 대한 회전자 블레이드의 노출을 감소시킨다.
i. 덮개가 동력 추출가능성을 증가하기 때문에, 낮은 풍속 영역에서 이용될 수 있다. 이는 더 긴 기간 동안 유용한 동력의 제조를 허용한다. 증가된 순간 동력 수준 및 증가된 이용 기간은 표준의 종래 기술의 풍력 터빈에 대해 더 높은 연간 총 에너지 추출을 초래한다.
j. 바람과 직면하기 위한 완전한 조립체의 일정한 조절에 대한 요구 없이, 방향이 급격히 변화로부터의 저속의 바람을 이용하는 성능은 본 발명이 교외 중심 또는 전력의 마지막 소비자에 가장 가까운 다른 밀집지역 중심에 배치되는 것을 허용한다.
k. 전방향식 특징 구조는 또한 유닛이 바람의 방향의 연속적인 변화가 표준 수평 축선 풍력 터빈 유닛의 만족스런 이용을 방지하는 장소에 배치되도록 한다.
본 발명의 상세한 설명은 특히 바람직한 특징을 참조하여 설명되었다. 그러나, 위에서 특별히 지적되고 아래에서 청구되고 공개되는 본 발명의 요지의 원리로부터 이탈하지 않고 다양하고 최적하게 향상될 수 있다.

Claims (72)

  1. 전기 발생을 위한 전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈으로서,
    a) 내부에 중앙 수집 챔버를 형성하는 다수의 만곡 부재,
    b) 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재,
    c) 공기 유동 방향으로 확대하는 중공형 부재,
    d) 상기 중앙 수집 챔버 위에 배치되는 회전 부재로서, 발전기에 연결되어 상기 회전 부재의 회전으로부터 전기를 발생하는, 회전 부재를 포함하며,
    상기 회전 부재는 상기 중공형 부재의 입구 근처에 위치하며,
    상기 다수의 만곡 부재는 상기 다수의 지지 부재들 중 하나 이상으로 연결되어 상기 챔버 내로의 다수의 공기 입구를 형성하도록 하며,
    상기 다수의 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상은 상기 전방향식 풍력 터빈의 내부면의 대향 측부로 공기를 지향시키도록 형성 및 이격되어, 공기 누출을 감소시키며,
    상기 다수의 만곡 부재 및 상기 다수의 지지 부재는 상기 회전 부재의 전체 하부면으로 공기를 지향하도록 형성 및 이격되어 있는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 토로이드 형상의 방사형 만곡 블레이드를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 수직 벽을 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 수직으로 장착되는 수평 축선 타입 풍력 터빈 회전자를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재는 확산기를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 에어포일 단면을 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재 모두는 가변 주변 직경 및 환형 직경을 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 동심형 배치로 고정되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 수직으로 엇갈리게 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 적층형으로 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 겹치게 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 상기 다수의 만곡 부재의 최하 위치로부터 상기 다수의 만곡 부재의 최상 위치로 단면이 확대되는 중앙 수집 챔버를 형성하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 수집 챔버는 중앙 목부 영역을 향하여 수렴되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 수집 챔버는 상기 중공형 부재의 내부면으로 연속되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재가 공기역학적으로 형성되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 상기 중앙 목부 영역의 수직한 축선에 장착되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 에어포일 블레이드를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재에 의해 상기 덮개로 유입되는 공기가 집중되어 상기 다수의 만곡 부재의 비작동 부재에 의해 형성되는 공기 통로를 가로질러 유체 역학적 공기 게이트가 형성되며, 이에 의해 공기 누출을 방지하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재 중 최하 만곡 부재는 상기 덮개의 외부 공기보다 낮은 압력으로 공기를 상기 비작동 만곡 부재로 지향시키도록 하는 형상 및 구성을 가져서 상기 공기 게이트에 기여하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재가 실질적으로 소정의 방향으로부터 나오는 바람을 수용하여 이용하도록 배향되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재 및 상기 다수의 만곡 부재가 상기 회전 부재의 총 회전 면적에 걸쳐 공기를 지향시키도록 배향되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 회전 샤프트를 경유하여 전력 발생 트레인 조립체 및 장치로 연결되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    벨형 입구 상부 바디와 베이스 지지판 사이에, 상기 다수의 만곡 부재를 고정하기 위하여 3개 내지 6개의 실질적으로 수직한 부재를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 역(reversed) 에어포일 섹션을 포함하며, 상기 역 에어포일 섹션의 양 수직 벽 정면 상에 동일한 표면 곡률을 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 선행 에지로부터 상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 양 정면의 후행 반부로 형성된 공기 채널을 유지하는 경계층을 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 채널을 유지하는 경계층은 외측 표면에 대해 15도보다 작은 각도로 접선방향으로 각각의 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 양 정면으로부터 나오는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 다수의 공기 유입구로부터 상기 중앙 수집 부재의 주변부로 동일한 간격으로 방사형으로 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재는 익현의 길이의 35% 내지 50%가 되는 에어포일 벽 블레이드 두께를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 가장 두꺼운 지점은 선행 에지로부터 익현 길이의 51%보다 큰,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 실질적으로 수직한 지지 부재의 각각의 두 개의 면 사이의 내포 각도는 75 도 내지 150 도의 범위이며 선행 에지로부터 익현 길이의 15 % 내에 있는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    4개 또는 그 이상의 수평 내지 거의 수직한 만곡형 토로이달 블레이드를 포함하며, 상기 토로이달 블레이드의 내부 환형 직경이 상기 회전자 직경의 20% 내지 145%로 변화하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재 각각의 오목 및 볼록면 곡률 반경이 상기 회전 부재 직경의 25% 내지 55% 사이가 되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 외측 직경에서 수평 방향에 대해 20도보다 작은 각도로 만곡되기 시작하여 수평 방향에 대해 50 내지 70도의 수직 벤딩 각도로 종결되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가장 짧은 직선의 경사부가 상기 다수의 만곡 부재들 중 가장 큰 내측 주변부를 소정의 다른 다수의 만곡 부재의 내측 주변부에 연결하며 소정의 수직 축선이 5 내지 35도인,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재가 상기 다수의 만곡 부재들 사이의 간격으로 적층되어 상기 다수의 만곡 부재 각각의 선행 에지 및 후행 에지는 상기 회전 부재의 직경의 2%의 최소 양 만큼 중복되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재가 상기 회전 부재의 총 회전 면적을 가로질러 상기 덮개로 유입되는 공기를 집중시키는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방향식 풍력 터빈의 내부 출구 통로 면적은 소정의 쌍의 다수의 만곡 부재들 사이의 외부 주변 입구 통로의 최소 25% 및 최대 75%인,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목부 영역은 상기 다수의 만곡 부재의 최상 부재의 환형 코어 면적의 70% 이상인 영역을 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  39. 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재의 최상 부재는 벨형 입구 토로이드 블레이드인,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  40. 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 오목면 측부로부터 볼록면 측부로 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상 내에 형성되는 다중 공기 통로를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  41. 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 표면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 상기 다수의 만곡 부재들 중 하나 이상의 볼록면 측부에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  42. 제 1 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 동심 개방 상부의 직경은 상기 회전 부재의 직경의 130%와 180% 사이인 방출 출구를 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  43. 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 개방 상부 방출 출구에는 주변부 둘레에 칼라 및 수평 웨지가 제공되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  44. 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨지가 상기 중공형 부재의 출구 아래 상기 중공형 부재의 상부 직경의 7% 내지 19% 사이의 높이에 위치하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  45. 제 1 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨지의 정면 길이는 상기 중공형 부재의 칼라의 높이의 135% 내지 160% 사이인,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  46. 제 1 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 외부 바디 원주방향 둘레에 배치되고 상기 중공형 부재의 외부면으로부터 상기 중공형 부재의 내부면으로 다중 공기 통로를 구비한 주 웨지 아래 균등하게 이격되는 부가 소형 웨지를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  47. 제 1 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 외측면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 중공형 부재의 내측면에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  48. 제 1 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재의 그림자의 흐름 아래에 있는 독립적으로 지지되는 엔진부 내의 상기 회전 부재 바로 위에 발전 유닛이 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  49. 제 1 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재에 연결되는 "경사진" 방사형 지지 구조물에 의해 고정되는 엔진부를 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  50. 제 1 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    독립적으로 지지되는 회전자 허브 노우즈 콘 내의 상기 회전 부재 바로 아래 발전 유닛이 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  51. 제 1 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    컬럼 지지 구조물에 의해 고정되는 상기 노우즈 콘을 가지며 상기 컬럼 지지 구조물은 베이스 지지판으로부터 상기 노우즈 콘으로 연장하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  52. 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 지지 베어링 상의 회전 샤프트를 경유하여 완전한 동력 발생 조립체로 연결되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  53. 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 만곡 부재는 폐쇄 다각형 배치 내에 만곡 블레이드를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  54. 제 1 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라의 경사면은 수직 방향에 대해 5 내지 20도 각도를 형성하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  55. 제 1 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재는 실질적인 반 타원체이며, 상기 타원체 상의 시작 위치에서 및 종결 위치에서 탄젠트 각도가 특정화되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈.
  56. 전기를 발생시키기 위한 전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재로서,
    상기 중공형 부재는 공기 유동 방향으로 단면이 확대하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 중공형 부재는 확산기를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  58. 제 56 항 및 제 57 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 동심 개방 상부의 직경이 회전 부재의 직경의 130% 및 180% 사이인 방출 출구를 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  59. 제 56 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 개방 상부 방출 출구에는 주변부 둘레에 칼라 및 수평 웨지가 제공되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  60. 제 56 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨지는 상기 중공형 부재의 출구 아래 상기 중공형 부재의 상부 직경의 7% 내지 19% 사이의 높이에 위치하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  61. 제 56 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨지의 정면 길이는 상기 중공형 부재의 칼라의 높이의 135% 내지 160% 사이인,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  62. 제 56 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 외부 바디 원주방향 둘레에 배치되고 상기 중공형 부재의 외부면으로부터 상기 중공형 부재의 내부면으로 다중 공기 통로를 구비한 주 웨지 아래 균등하게 이격되는 부가 소형 웨지를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  63. 제 56 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재의 외측면에 대해 접선 방향으로 15도 미만으로 중공형 부재의 내측면에서 종결되어 나가는 다중 공기 통로를 포함하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  64. 제 56 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 부재의 그림자의 흐름 아래에 있는 독립적으로 지지되는 엔진부 내의 상기 회전 부재 바로 위에 발전 유닛이 배치되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  65. 제 56 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재에 연결되는 "경사진" 방사형 지지 구조물에 의해 고정되는 엔진부를 가지는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  66. 제 56 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공형 부재는 실질적인 반 타원체이며 상기 타원체 상의 시작 위치에서 및 종결 위치에서 타원체 각도가 특정되는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  67. 제 56 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라의 경사면은 수직 방향에 대해 5 내지 20도 각도를 형성하는,
    전방향식, 덮개형 수직 풍력 터빈에 이용하기 위한 중공형 부재.
  68. 전기를 발생하기 위한 전방향식 덮개형 수직 풍력 터빈을 형성하는 방법으로서,
    거의 수평면에서 소정의 방향으로부터 중앙 수집 챔버 내로 주위 공기 유동을 수집하는 단계,
    거의 수평 운동으로부터 거의 수직 운동으로 상기 공기 유동 방향을 변화시키는 단계,
    상기 중앙 수집 챔버의 일 측부로부터 상기 중앙 수집 챔버의 제 2 측부로 공기 유동을 지향시켜 상기 제 2 측부 상에 에어 게이트를 형성하도록 하여 상기 중앙 수집 챔버의 제 2 측부로부터의 누출을 감소시키는 단계,
    상기 공기 유동을 회전 부재의 실질적인 모든 하부로 지향시키는 단계를 포 함하는,
    전방향식 덮개형 수직 풍력 터빈을 형성하는 방법.
  69. .
  70. 전기 발생을 위한 전방향식 덮개형 수직 풍력 터빈에서 중공형 부재를 연결하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    상기 중공형 부재가 공기 유동 방향으로 단면이 확대하는,
    방법.
  71. 실질적으로 상세한 설명에 기재되어 설명된 방법.
  72. 실질적으로 상세한 설명에 기재되어 설명된 장치.
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