KR20090104059A - 조력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

유체 유동 내에 구속되기에 적합한 터빈이 제공된다. 그 터빈은 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 고정자, 및 통공을 한정하는 회전자로서 회전자의 주변 영역으로부터 그 통공 내로 돌출된 복수의 회전자 블레이드(10)들을 구비하는 회전자를 포함한다. 그 회전자는, 그 통공을 통하는 유체의 움직임이 고정자에 대한 회전자의 회전을 유발시키도록, 고정자에 회전가능하게 장착되기에 적합한 것이다. 고정자에 대한 회전자의 회전의 결과로서 전기가 발생된다.

Description

조력 발전 장치{Tidal electricity generating apparatus}

본 발명은 전기 기계에 관한 것이고, 특히 조수에 의한 일정한 해양 조류로부터 전기를 발생시키는 발전 장치에 관한 것이지만 이에 국한되는 것은 아니다.

유동하는 물로부터의 에너지가 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 조력 터빈 발전기(tidal turbine generator)가 알려져 있다. 조류로부터 전력을 발생시키는 것은 장치의 크기에 비하여 상당한 에너지 추출에 대한 잠재성을 제공하지만, 조수로부터 전기를 발생시키는 것은 많은 단점들을 갖는데, 그 단점들에는 물 안에 동력 변환 장치를 설치하고 유지하는 비용과 복잡성이 포함된다.

조수 유동으로부터 전력을 발생시키기 위한 것으로서 알려진 일 형태의 장치는 허브(hub)에 연결된 가변 피치(variable pitch)의 블레이드(blade)들을 갖는 터빈을 포함하는데, 그 허브는 트랜스미션/기어박스 시스템(transmission/gearbox system)을 거쳐서 발전기에 연결된다.

그러한 장치는 매우 많은 수의 움직이는 부분들을 포함하고, 그 장치의 다양한 구성요소 부분들이 전력이 발생되는 근원인 물와 접촉하지 않도록 유지되어야 하며(이것은 복잡한 베어링과 밀봉 메카니즘을 필요로 한다), 그것은 전개(deployment)를 위해서 무겁고 고정된 플랫폼을 필요로 하는 것이 일반적이고, 조류의 방향으로 자체 방위설정하지 않으며, 동력 향상 스커트(power enhancing skirt)들을 용이하게 구비할 수 없고, 기어/트랜스미션 손실을 통해서 동력이 손실된다는 단점들을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예들은, 종래 기술의 상기 단점들 중 하나 이상을 극복하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계가 제공되는데, 그 전기 기계는:

유체 유동 내에 구속되기에 적합한 고정자;

통공을 한정하는 회전자로서, 회전자의 주변 영역으로부터 상기 통공 안으로 돌출된 복수의 회전자 블레이드들을 구비하며, 상기 통공을 통한 유체의 움직임이 상기 회전자를 상기 고정자에 대해 회전시키도록 상기 고정자에 회전가능하게 장착되기에 적합한, 회전자; 및

상기 고정자에 대한 상기 회전자의 회전의 결과로서 전기를 발생시키기에 적합한 발전 수단;을 포함한다.

상기 회전자는, 통공을 한정하고, 회전자의 주변 영역으로부터 통공 내로 돌출된 복수의 회전자 블레이드들을 구비하며, 통공을 통하는 유체의 움직임이 고정자에 대한 상기 회전자의 회전을 유발시키도록 상기 고정자에 회전가능하게 장착되기에 적합한데, 이것은 다수의 장점을 갖는다. 먼저, 본 발명은 유동하는 유체로부터 발전 장치로의 보다 효율적인 에너지 전달을 제공하는데, 왜냐하면 본 발명의 회전자의 블레이드들은 허브에 기초를 둔 회전자를 갖는 장치의 블레이드들보다 유체 유동을 적게 방해하기 때문이다. 또한 본 발명은 허브에 기초를 둔 회전자를 갖는 장치의 경우에서 보다 고정자와의 마찰 상호작용이 적고, 회전자와 고정자 간에 직접적인 접촉이 없거나 최소화되며, 자체적으로 중심잡혀지는 회전자를 구비한다는 장점을 갖는데, 그 결과, 본 발명의 회전자와 고정자를 연결하는 베어링에 대한 응력과 마찰 손실이 허브에 기초를 둔 회전자를 갖는 장치의 경우보다 약하게 되며, 따라서 마모와 유지관리의 요건이 저감된다. 또한 본 발명은 허브에 기초를 둔 터빈에 비하여 에너지 전달의 효율이 증가된다는 장점을 갖는데, 왜냐하면 본 발명의 블레이드들에 대한 유체로부터의 최고의 에너지 전달 영역은 블레이드들의 반경방향 외측 영역들에 있고, 그 외측 영역은 부하의 제약으로 인하여 허브에 기초를 둔 터빈의 동급 블레이드들의 대응 영역보다 더 큰 표면적을 갖도록 구성될 수 있다. 그 자체가 하우징 내에 완전히 둘러싸인 테두리부에 외측 주변부가 고정된 블레이드들의 추가적인 장점은, 통과하는 동물에 대해 가장 많은 피해를 야기하는 것으로 생각되는 종래의 허브 시스템 블레이드의 고속으로 움직이는 '자유' 단부 끝부분이 사실상 제거된다는 것이다. 고정자는 회전자를 통한 유체 유동의 속도를 증가시키기 위하여 적어도 하나의 펀넬을 포함할 수 있다.

이것은 기계의 주어진 크기에 비해 에너지 변환 비율을 증가시킨다는 장점을 제공한다.

그 기계는 기계를 유체 유동의 방향과 정렬시키기 위한 정렬 수단을 더 포함할 수 있다.

이것은 유체로부터 기계로의 에너지 전달의 효율을 최대화시킨다는 장점을 제공한다.

그 정렬 수단은 적어도 하나의 제1 핀을 포함할 수 있다.

상기 회전자와 고정자 중 적어도 하나의 일부분은 상기 회전자와 고정자의 다른 것 내에 있는 홈과 결합할 수 있다.

이것은 그 기계가 회전자와 고정자를 연결하는 베어링에서의 응력을 보다 신뢰성있게 견딜 수 있게 한다는 장점을 제공한다.

그 기계는 회전자와 고정자 사이의 마찰을 저감시키기 위한 마찰 저감 수단을 더 포함할 수 있다.

이것은 마모를 저감시키고 에너지 변환 효율을 증가시킨다는 장점을 제공한다.

마찰 저감 수단은 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 유체를 지향시키기 위한 유체 지향 수단을 포함할 수 있다.

유체 지향 수단은 상기 유체 유동으로부터 유체를 퍼서 상기 유체를 상기 회전자와 상기 고정자 사이로 지향시키기에 적합하게 될 수 있다.

유체 지향 수단은 적어도 하나의 필터를 포함할 수 있다.

이것은 회전자와 고정자 사이의 간극 내로의 입자들의 침입을 최소화시킨다는 장점을 제공한다.

유체 지향 수단은 유체 지향 수단 내에 걸린 임의의 입자들을 제거하기 위한 입자 제거 수단을 더 포함할 수 있다.

마찰 저감 수단은 회전자와 고정자 사이의 유체 유동의 속도를 증가시키기 위한 유체 유동 증가 수단을 더 포함할 수 있다.

마찰 저감 수단은 상기 회전자와 고정자 중의 적어도 하나의 표면에서 상기 회전자와 고정자 중의 다른 것을 대면하는 적어도 하나의 홈을 더 포함할 수 있다.

마찰 저감 수단은 상기 회전자와 고정자에 상호 밀어내는 복수의 제1 자석들을 포함할 수 있다.

발전 수단은 상기 고정자에 있는 적어도 하나의 코일과 상기 회전자에 제공된 적어도 하나의 제2 자석을 포함할 수 있고, 여기에서 고정자에 대한 회전자의 회전의 결과로서 전류가 유도된다.

회전자 및/또는 전기 기계는 유체가 물인 때에 유체 유동 내에서 부력이 실질적으로 중립적으로 되도록 적합화될 수 있다.

이것은 회전자와 고정자 내의 응력을 저감시키고 또한 회전자가 스스로 고정자 하우징 내에 위치되는 것을 돕는다는 장점을 제공한다.

전기 기계는 상기 유동하는 유체 내에 있는 부스러기를 상기 회전자와 고정자 사이의 결합부로부터 멀리 지향시키기 위한 부스러기 지향 수단을 더 포함할 수 있다.

이것은 부스러기가 회전자와 고정자가 접하는 베어링을 방해하지 않고서 회전자를 통해 유동하도록 한다는 장점을 제공한다.

부스러기 지향 수단은 적어도 하나의 제2 핀을 포함할 수 있다.

상기 전기 기계는, 유체 유동의 속도에 근거하는 방식으로 전기 기계의 깊이 및/또는 방위를 조정하기 위한 조정 수단을 더 포함할 수 있다.

조정 수단은 상기 고정자에 대해 피봇되기에 적합한 적어도 하나의 제3 핀을 포함할 수 있는바, 고정자에 대한 적어도 하나의 상기 제3 핀의 방위가 유체 유동의 속도에 의존하게 된다.

전기 기계는, 유동하는 유체의 몸체(body of flowing fluid) 내에 전기 기계를 구속하기 위한 계류 수단을 더 포함할 수 있다.

계류 수단은, 유동하는 유체의 몸체의 바닥에 전기 기계를 해제가능하게 장착시키기 위한 적어도 하나의 해제가능한 포획부 및 적어도 하나의 케이블을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 상기 블레이드는 개별적인 희생 구역을 구비할 수 있다.

이것은 장치를 통과하는 해상 생명체에 대한 피해를 최소화시킨다는 장점을 제공하는데, 왜냐하면 블레이드들이 어떤 크기를 초과하는 해상 동물과 접촉하게 되는 경우에 블레이드들이 파손되도록 설계될 수 있기 때문이다.

전기 기계는, 회전자의 하중을 지지하기 위하여 회전자와 고정자에 배치되고 상호간에 밀쳐내는 복수의 제3 자석들을 더 포함할 수 있다.

발전 수단은 플라스틱 기반의 매트릭스(plastic based matrix) 내에 넣어진 적어도 하나의 고체 상태 구성요소를 더 포함할 수 있다.

전기 기계는 주변 유체의 움직임을 유발하기 위하여 입력 전기를 받기에 적합하게 될 수 있다.

전기 기계는 적어도 한 쌍의 인접한 상기 블레이드들의 말단 단부들 사이에 개별의 간극을 더 포함할 수 있다.

이것은, 유동하는 물 내에 있는 부스러기가, 외측 테두리부 및 내측 허브에 고정된 회전자를 갖는 장치에서 부스러기가 걸리게 되는 양보다, 회전자 내에서 덜 걸리게 된다는 장점을 제공한다. 유사하게, 이것은 해상 동물들이 통과할 수 있는 간극의 크기를 증가시킬 뿐만 아니라, 해상 동물들이 나아가는 통행을 위해 중앙에서 방해받지 않는 구멍으로 안내하기도 한다.

인접한 상기 블레이드들의 적어도 한 쌍은 그들의 말단 단부들 근처에서만 서로 연결될 수 있다.

이제부터 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명될 것인데, 그 설명은 예시적인 것일 뿐이고 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

도 1a 는 본 발명을 구현하고 벤츄리 스커트(venturi skirt)가 구비된 조력 터빈 발전기의 측면도이고;

도 1b 는 도 1a 의 화살표(A)의 방향으로 본 도면이고;

도 1c 는 도 1a 의 발전기의 측단면도이고;

도 1d 는 도 1c 의 구성의 분해 측면도이고;

도 2a 는 도 1 의 발전기의 제1 실시예의 측면도이고;

도 2b 는 도 2a 의 발전기의 내측 테두리부의 절개 정면도이고;

도 2c 는 도 2c 의 발전기의 외측 테두리부의 절개 정면도이고;

도 3a 는 도 2a 에 대응되는 것으로서 도 1 의 발전기의 제2 실시예의 측면 도이고;

도 3b 는 도 2b 에 대응되는 것으로서 도 3a 의 발전기의 도면이고;

도 3c 는 도 2c 에 대응되는 것으로서 도 3a 의 발전기의 도면이고;

도 4a 내지 도 4f 에는 도 1 의 발전기의 가능한 다양한 블레이드 구성형태들이 도시되어 있고;

도 5a 는 도 1 의 발전기의 제3 실시예의 회전자-고정자 접합부(rotor-stator junction)의 측면도가 분해된 상태로 도시되어 있고;

도 5b 는 도 5a 의 구성의 부분의 상세한 단면도가 조립된 상태로 도시되어 있고;

도 5c 는 도 5b 의 구성에서 이용되는 윤활 시스템의 상세도로서 제1 상태에 있는 것으로 도시되어 있고;

도 5d 는 윤활 시스템을 도시하는 도 5c 에 대응되는 도면으로서 제2 상태에 있는 것으로 도시되어 있고;

도 6a 는 도 1 의 발전기의 부분의 상세 정면도이고;

도 6b 는 도 6a 의 구성의 블레이드 프로파일(blade profile)의 측면도이고;

도 6c 는 도 6a 의 구성의 회전자 및 고정자 테두리부의 측면도이고;

도 7a 내지 도 7f 는 도 1 의 발전기의 가능한 일련의 상이한 프로파일들을 도시하고;

도 8a 는 도 1 의 발전기에서 이용되는 안정화기(stabiliser) 구성의 측면도이고;

도 8b 는 도 8a 의 안정화기의 평면도이고;

도 8c 는 도 8a 에 대응되는 측면도들로서, 여기에서는 안정화기가 다양한 위치들에 있는 것으로 도시되어 있고;

도 9a 내지 도 9d 는 도 8a 내지 도 8f 의 안정화기의 작동을 도시하고;

도 10 은 도 1 의 발전기의 제1 계류 구성이 벤츄리 펀넬/스커트(venturi funnel/skirt)가 없는 상태로 도시되어 있고;

도 11 은 도 10 에 대응되는 계류 구성으로서, 벤츄리 펀넬/스커트가 구비된 도 1 의 발전기가 도시되어 있고;

도 12 에는 도 1 에 도시된 형태를 갖는 복수의 발전기들을 계류시키기 위한 제1 구성이 도시되어 있고;

도 13 에는 도 1 에 도시된 형태를 갖는 복수의 발전기들을 계류시키기 위한 제2 구성이 도시되어 있고;

도 14a 는 도 1 의 발전기를 도시하는 것으로서 잠수 상태에 있는 때의 계류 구성과 함께 도시되어 있고;

도 14b 는 도 14a 의 계류 구성의 상세를 도시하고;

도 14c 는 도 14a 에 대응되는 도면으로서 수면으로 상승된 발전기가 도시되어 있고;

도 15 는 도 1 에 도시된 형태의 복수의 발전기들의 모노파일 계류 구성(monopile mooring arrangement)을 도시하고;

도 16 은 도 1 에 도시된 형태의 복수의 발전기들이 바지선으로 계류된 구 성(barged moored arrangement)을 도시하고;

도 17 은 도 1 에 도시된 형태의 복수의 발전기들이 강을 횡단하는 바지선에 장착된 구성을 도시하고;

도 18 은 본 발명의 다른 실시예의 트윈 기계 조립체(twin machine assembly)를 도시한다.

도 1a 내지 도 1d 를 참조하면, 조력 발전기(2)는 유동하는 조수로부터 전기를 발생시키기 위한 터빈(4), 터빈(4)를 통하는 물의 유량을 증가시키기 위한 벤츄리 스커트(6)를 포함한다. 터빈(4)은 도 2b 에 잘 도시된 바와 같이 내측 테두리부(8)와 내측 테두리부의 주변부 둘레에 장착되되 내측 테두리부의 중심을 향하여 연장된 일련의 터빈 블레이드(10)들을 구비한 회전자, 및 내측 테두리부(8)를 수용 및 지지하는 외측 테두리부(12)를 포함한다. 터빈(4)의 수력학적 프로파일을 향상시키기 위하여, 테일 프로파일(tail profile; 14) 및 헤드 프로파일(head profile; 16)이 외측 테두리부(12)에 부착된다. 대안적으로는, 물 유동 속도 및 터빈(4)에 대한 동력 전달을 증가시키기 위하여, 헤드 프로파일(16) 또는 테일 프로파일(14)이 외측 테두리부(12)의 전방 또는 후방 가장자리에 부착된 벤츄리 스커트(6)에 의해 대체될 수 있다.

터빈(4)은 외측 테두리부(12) 또는 벤츄리 스커트(6)에 접합된 강화 구조물(reinforced structure; 18)에 의하여 해저(도 1 에는 도시되지 않음)에 계류되고, 수직으로 배치된 스트레이킹 핀(straking fin; 20)들은 강화 구조물(18)에 제 공되되 벤츄리 스커트(6) 또는 외측 테두리부(12)를 중심으로 하여 강화 구조물(18)의 반대측 측부에 제공된다. 벤츄리 스커트(6) 또는 외측 테두리부(12)의 대향된 측부들에는 수평의 스트레이킹 핀(22)들이 제공된다. 스트레이킹 핀들(20, 22)의 목적은, 조류 속에 있는 터빈(4)에 안정성을 제공하고, 또한 터빈(4)이 유동하는 물과 정렬된 상태를 유지하는 것을 확실히 하는 것이다.

이제 도 2a 내지 도 2c 를 참조하면, 내측 테두리부(8)에는 융기 섹션(raised section; 24)이 제공되는데, 그 융기 섹션은, 내측 테두리부(8)와 외측 테두리부(12) 사이에 작은 간극이 있게 되도록, 외측 테두리부(12)에 있는 요부 내에 수용된다. 내측 테두리부(8)의 융기 섹션(24)의 외측 가장자리 둘레에는 일련의 자석(26)들이 배치되고, 압연된 스틸로된 베이스 플레이트(base plate; 28)는 자석(26)들 아래에 제공된다. 외측 테두리부(12)에는 내측 테두리부(8)의 자석(26)들과 가깝게 정렬된 일련의 고정자 코일(30)들이 제공되는데, 그 코일(30)들은 단일 또는 복수의 연결 와이어(32)들에 의하여 함께 연결된다. 라미네이트된 스틸 플레이트(34)는 코일(30)의 외측에 배치된다.

물이 터빈(4)을 통하여 축방향으로 움직임에 따라서 내측 테두리부(8)가 외측 테두리부(12)에 대해 회전하게 되도록 터빈(4)이 구성된다. 그 결과, 내측 테두리부(8)의 자석(26)들이 외측 테두리부(12)의 코일(30)들로부터 작은 반경방향의 거리로 통과하여, 코일(30)들 내에 전류를 유도한다. 코일(30)들의 적합한 구성 및 연결에 의하여, 단일 상(single phase), 삼 상(three phase), 오 상(five phase), 또는 다른 복수 상(multi-phase)의 발전기가 구성될 수 있다. 압연된 스 틸 플레이트(28)의 목적은 자석(26)들 사이에서 직접적으로 자속선들(lines of magnetic flux)을 연결하는 것이고, 라미네이트된 스틸 플레이트(34)의 목적은 코일들을 통과하는 자속을 증진시키고 또한 외측 테두리부(12) 내의 교번하는 자속의 양을 제한함으로써 발전기(4)로부터 누설되는 자속의 양을 최소화하는 것이다.

도 3a 내지 도 3c 를 참조하면, 터빈(4)의 대안적인 구성이 도시되어 있는데, 여기에서는 내측 테두리부(8)에 배치된 두 세트의 자석(36)들이 외측 테두리부(12)에 배치된 두 세트의 코일(38)들을 지나가고, 균형잡힌 전력 인출부(balanced power takeoff)는 내측 테두리부(8)의 융기 섹션(40) 주변에 배치된다.

터빈 블레이드(10)들이 내측 테두리부(8)의 내측 주변부에 장착되고 회전자의 축을 향해 돌출된, 도 1 내지 도 3 에 도시된 구성은 이용되는 블레이드(10)들의 형상, 위치, 각도, 또는 갯수에 대한 임의의 중심적 제약을 제거한다는 장점이 있다. 특히 도 4a 내지 도 4f 를 참조하면 가능한 범위의 블레이드 구성형태들이 도시되어 있는데, 예를 들어 블레이드(10)들은 균형을 위하여 세 세트로(또는 복수로) 배치되고, 터빈(4)의 휩씀 영역(swept area)의 주변부 둘레로 균등하게 분포되며, 내측 테두리부(8)에 연결된다.

테두리부(8) 둘레에 블레이드(10)들의 가변적인 구성에 대한 가능성을 갖는다는 것은 다양한 목적을 위하여 설계된 블레이드들을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다는 것이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이해될 것이다. 예를 들어, 세 개의 메인 블레이드(main blade; 10)들이 12도의 영각(angle of attack)으 로 제공될 수 있는데, 그 메인 블레이드들은 회전자의 중앙으로 거의 끝까지 연장되며 회전자의 주된 "동력" 블레이드들이다. 그리고 세 개의 작은 블레이드들이 제공될 수 있는데, 예를 들어 이들은 회전자의 중앙을 향하여 절반 또는 1/3의 거리만큼만 연장되고 높은 영각, 예를 들어 18도의 영각을 갖는다. 이로써 이 블레이드들은 저속의 물 속도에서 더 많은 회전 토크를 발생시킬 것이고, "시동" 블레이드들로서 작용하여 회전자를 움직이도록 하고 또한 "동력" 블레이드들보다 먼저 일부의 동력을 발생시킬 것이다.

물의 속도가 증가함에 따라서, "동력" 블레이드(10)들이 넘겨받고, "시동" 블레이드들로부터의 기여는 덜 중요하게 된다.

영각이 높은 블레이드들에 있어서는, 블레이드(10)들에 대한 비틀음 힘(twisting force)이 더 크고, 그러므로 그들은 테두리부에 대해 더 강한 부착 영역을 가질 필요가 있다. 짧은 블레이드들은 앵커 지점(anchor point)에 대한 비틀림 힘을 저감시키기도 한다.

그러한 구성은 물 속도 곡선에 대해 더 편평한 전력 출력을 제공하는 역할을 할 수 있고, 그 곡선 아래의 총 면적을 동등하게 중요하게 증가시키며(즉 조수 주기에 걸친 총 동력을 더 많이 발생시키며), 회전자가 전력을 발생시키는 '컷 인' 속도가 낮아지는 것을 가능하게 한다.

최고의 물 속도 범위에서 전력 커브를 보다 균등하게 편평하게 하기 위하여 얇은 각도를 가진 블레이드들의 제3 세트를 제공하는 것도 가능하다. 다양한 형태의 블레이드(10)들을 제공할 가능성은 다수의 잠재적 설치소(installation)에서의 용도를 갖는바, 예를 들어 어떤 설치소에서는 썰물과 밀물이 현저하게 상이하다(공칭'컷 인' 속도(nominal 'cut in' speed)를 초과하는 조수 주기의 길이, 최대 조류의 강도).

터빈(4)의 외측 휩씀 영역에 블레이드(10)들을 연결하는 것으로부터 귀결되는 다른 장점은, 이곳이 유체로부터 블레이드(10)들로의 에너지 전달의 상당분이 일어나는 구역이라는 것이다. 통상적인 허브에 기초를 둔 터빈들에 있어서는, 휩씀 영역들의 외측 구역이 블레이드들의 끝부분(tip)에 의하여만 도달되었는데, 그 끝부분은 중앙 허브에 고정되는 긴 블레이드들의 끝부분에서의 부하 제약(loading constraint)의 결과로 바람직한 것보다 더 얇게 제작되는 것이 보통이다.

외측 테두리부로부터 더 많은 에너지를 획득하기 위하여, 허브에 기초를 둔 회전자의 허브에 더 많은 블레이드들이 배치될 수 있으나, 블레이드의 기초부에서의 블레이드 두께는 에너지를 변환시키지 않고서 회전자의 중앙에서 물의 유동에 제약을 가할 수 있다. 또한, 본 발명의 터빈(4)의 유용한 회전자 휩씀 영역은 중앙 허브와 같은 동력을 전환하지 않는 장치에 의하여 방해받지 않는다. 또한, 도 7b 에 도시된 바와 같이, 터빈(4)의 전방 대면 섹션(front facing section)이 수력학적으로 편평하게 함으로써, 추가적인 영역(회전자의 중앙을 향하는 헤드의 중간 지점)으로부터의 물 동력이 터빈(4)을 통하도록 강제됨에 따라서, 터빈의 헤드가 터빈(4)의 공칭 휩씀 영역을 헤드의 중간 지점으로 증가시킨다.

블레이드(10)들과 함께 회전하는 고정된 내측 테두리부(8)를 구비함에 의한 추가적인 장점은, 테두리부(8)에 대한 블레이드(10)들의 앵커 위치(anchor position)가 회전자에 대한 물의 최대 동력 전달의 영역과 일치한다는 것이다. 그러므로, 이 부착 지점은 최대의 응력이 발생되는 지점들에서 필요한 만큼 강하게 제작될 수 있는데, 이것은 중앙 허브에 기초를 둔 시스템의 경우와는 반대이다. 또한, 터빈(4)의 중앙에 있는 방해받지 않는 통공은 터빈(4)을 통한 유체 유동을 유지시키고, 터빈(4)이 그 베츠 한계(Betz limit) 미만에서 작동하도록 유지시킨다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 59.6%의 에너지 변환인 베츠 한계 위에서는 터빈(4)이 유체 유동을 과도하게 제약하고 그러므로 터빈이 더 이상 작동하지 않는다는 것을 이해할 것이다.

터빈(4)의 중앙에 통공이 있는 것의 다른 장점은, 조류 내에 있는 해상 동물과 부스러기(debris)가 블레이드(10)들에 손상을 주거나 블레이드들에 걸리지 않고서 블레이드(10)들을 통해 유동하는 것이 허용된다는 것이다. 이것은 블레이드(10)들에 후방을 대면하는 레이크(rake)를 제공함에 의하여 최소화될 수 있는데, 그것은 부스러기가 중앙 통공으로 움직이도록 촉진하며, 그 후 부스러기는 터빈(4)으로부터 배출될 수 있다. 나아가, 블레이드(10)에 걸린 임의의 부스러기는 저속의 조류와 함께 터빈(4)의 회전이 저속으로 됨에 따라서 블레이드(10)들로부터 풀려나게 되는 경향이 있을 것이다. 또한 힘없는 조류에 있어서는 전체 터빈(4)이 부분적으로 거꾸로 될 것인데, 이것은 부스러기의 제거를 더 돕는다.

회전자 블레이드(10)들이 제공된 내측 테두리부(8)는, 내측 테두리부(8)와 외측 테두리부(12)에 의하여 형성되는 조립체 내의 응력을 저감시키기 위하여 그리고 내측 테두리부(8)가 외측 테두리부(12)의 (물보다 무겁다면) 저부 또는 (물보다 가볍다면) 상부에 안착(이것은 내측 테두리부(8)와 외측 테두리부(12) 사이에 응력 또는 마모를 야기할 수 있다)하는 경향이 없도록 보장하기 위하여, 부력 면에서 중립적으로 설계된다.

도 5a 내지 도 5d 를 참조하면, 내측 테두리부(8)는, 전체 구조에 중립적인 부력을 제공하고 내측 테두리부(8) 둘레에 균형잡힌 하중 분포를 제공하기 위하여, 섬유강화 플라스틱 재료 및 저밀도 코어 재료(44)로 된 외피(42)를 포함한다. 블레이드(10)들은, 응력 및 부하 요건들을 충족시키기 위하여, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 친숙한 다수의 적합한 재료로 제작될 수 있는바, 여기에는 적합한 발포체 코어를 덮는 섬유강화 플라스틱 외피, (탄소 섬유를 포함하는) 섬유강화 플라스틱 재료, 청동(bronze), 또는 알루미늄이 포함된다. 블레이드(10)들은 스터드(stud)들, 볼트들, 라미네이션, 접착제 또는 임의의 적합한 조합에 의하여 테두리부(8)에 부착될 수 있는바, 예를 들면 도 3a 및 3b 에 도시된 바와 같이 일련의 스터드(46)들에 의해 부착될 수 있고, 부가적으로 에폭시 수지에 의하여 접합될 수 있다.

대형 해상 동물이 지나가는 것을 돕기 위하여 꺽음을 용이하게 하는 희생 구역(sacrificial zone)들을 구비하도록 블레이드(10)들을 제작하는 것이 가능하다. 이것은 회전자의 중앙을 향하여 점진적으로 약하게 되는 단층선들(faults lines)을 포함할 수 있다.

블레이드들이 희생하는 것인 경우, 본 발명의 바람직한 형태는 블레이드들이 개별적으로 용이하게 교체될 수 있도록 되는 것을 허용할 것이다. 이것은 스터 드(46)들에 관한 신속 고정 기술에 의하여, 대안적으로는 회전자 테두리부에 있는 표준적 크기의 요부에 자체가 고정되는 개별의 베이스에 각 블레이드가 있도록 함(개별의 베이스 각각은 블레이드 디자인에 무관하게 동일한 치수를 갖는다)으로써, 또는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 친숙한 다른 적합한 수단에 의하여 달성될 수 있다.

결과적으로, 내측 테두리부(8)는 외측 테두리부(12)의 형상에 의하여 생성되는 공동(cavity) 내에서 자유롭게 떠 있고, 내측 테두리부(8)는 터빈(4)을 통해 유동하는 물의 힘에 의하여 외측 테두리부(12)의 면들(48, 50)에 대해 밀린다.

비-자성의 너트(54)들에 의하여 터빈(4)에 다양한 형태의 헤드 섹션 및 테일 섹션을 장착하기 위하여, 비-자성의 금속 나사 스터드(52)들이 외측 테두리부(12) 내에 고정된다. 외측 테두리부(12)는 바닥에 앵커링되는 터빈 시스템들을 위하여 양의 부력성을 갖도록 구성되는 것이 일반적이지만, 바다 바닥으로부터 터빈(4)을 상승시키고 조류 흐름 내로 있도록 하기 위하여 외부 부유물(external float)을 구비하여서 중립의 부력성을 가질 수도 있다. 대안적으로는, 바지선에 의하여 계류되는 터빈 시스템을 위하여는 외측 테두리부(12)가 음의 부력성을 갖는 것이 일반적이며, 터빈(4)을 해수면 아래에 그리고 조류 흐름 내에 있도록 하기 위하여 외부 하중체를 구비하여서 중립의 부력성을 가질 수도 있다.

터빈(4)의 작동 중에는, 터빈(4)을 통과하는 물 흐름의 힘이 내측 테두리부(8)의 면들(56, 58)을 외측 테두리부(12)의 밀침 평면 표면들(thrust plane surfaces; 48, 50) 각각에 대해 가압한다. 이 베어링(bearing)에서의 마찰을 저감 시키기 위하여, 표면들(48, 50, 56, 58)은 서로 떨어지도록 유지되고, 낮은 마찰 계수를 가지고 높은 마모 저항성을 갖는 재료로 코팅되는 것이 바람직하다.

또한, 도 5c 및 도 5d 에 도시된 바와 같이 내측 테두리부(8)의 내측 가장자리에 배치된 물 주걱(water scoop; 60)이 회전자의 회전방향으로 향하고, 물을 퍼서 물을 좁아지는 펀넬 장치(funnel arrangement; 62)를 통해 내측 테두리부(8) 내의 튜브(64) 내로 그리고 표면들(48, 56) 사이의 간극 안으로 전달하여, 그 베어링을 윤활시킨다. 국자(60)에는 입자들이 국자(60) 안으로 침입하는 것을 방지하는 와이어(66)가 제공되는데, 대안적으로 국자는 내측 테두리부(8)의 후방을 대면하는 가장자리를 향해 약간 경사지도록 될 수 있으며, 그 결과로 임의의 대형 입자들이 편향되어 국자(60)를 지나게 된다.

펀넬(62)의 가늘어지는 구조는 주입되는 물의 속도를 증가시키고, 두 개의 테두리부들(8, 12) 사이의 간극에서의 물의 고속 이동 성질과 조합된 개구의 구성은 저압 구역을 생성시키는데, 이것은 국자(60) 및 펀넬(62)로부터 물이 흡입되도록 야기한다. 임의의 입자가 국자(60) 및 펀넬(62)을 관통하는 경우에는, 그들이 펀넬 배출 구멍(68)보다 작다면 밀침 베어링(thrust bearing) 내로 배출될 것이고 물 유동과 함께 휩쓸려갈 것이며, 그들이 배출 구멍(68)보다 크다면 걸리게 된다. 그러나 터빈(4)이 감소하는 물 조류와 함께 저속으로 되는 때에는, 터빈(4)의 정상 작동 하에서 허용된 움직임 채널(72)의 상부로 강제되는 다트 헤드(dart head; 70)가 중력의 영향 항에서 낙하할 수 있어서, 다트 헤드(70)가 펀넬 배출 구멍(68)을 관통할 수 있다. 회전자의 후속하는 각 회전과 함께, 다트 헤드(70)가 그 허용된 채널을 따라서 힘이 증가하면서 아래 위로 움직여서, 다트 헤드(70)는 펀넬(62)에 걸린 임의의 입자들을 도 5d 에 도시된 바와 같이 궁극적으로 제거할 수 있다.

내측 테두리부(8)와 외측 테두리부(12) 사이의 베어링의 윤활은 내측 테두리부(8)와 외측 테두리부(12)의 대향된 부분들 주위에 위치된 동일 극성의 일련의 자석(74)들에 의하여 보조될 수 있는데, 이것은 그 테두리부들이 서로로부터 떨어져 유지되고 그에 따른 간극에 물이 채워져서 윤활을 보조하는 것을 돕는다. 자석(74)들 간의 반발력의 크기는, 두 개의 베어링 표면들이 가깝게 강제됨에 따라서 증가하고, 내측 테두리부(8)가 자유로이 회전하며 또한 외측 테두리부(12) 내에서 중심잡히는 것을 보장하여, 그 두 개의 베어링 표면들 간에 마모와 저항을 최소화시킨다.

외측 테두리부(12)에 제공된 돌출부(76)는 물의 흐름 내로 돌출되고, 물의 흐름을 표면들(50, 58) 사이의 밀침 평면 안으로 지향시킨다. 이것은 고압 영역을 생성하는데, 그 고압 영역은 물을 밀침 평면(78) 안으로 강제하여서 베어링을 윤활시킨다. 터빈(4)의 전방에서 헤드에 있는 반대측의 돌출부(80)는 들어오는 물 흐름이 내측 테두리부(8)의 선단 가장자리를 넘어 신속히 통과하도록 강제하는바, 이것은 베어링 영역으로부터 물(82)을 빨아들이는 저압 영역을 생성하여서, 베어링을 통한 윤활용 유체의 순환을 돕는다.

내측 테두리부(8)의 상측면(86) 및 밀침면들에 제공된 일련의 홈(84)들은 물이 테두리부(8) 안으로 당겨지도록 하는데, 이것은 밀침 베어링 시트(thrust bearing seat) 둘레로의 물의 유동을 촉진시키고 베어링의 윤활을 돕는다.

이제 도 6a 내지 도 6c 를 참조하면, 형상화된 핀(shaped fin; 88)이 각 브레이드(10)에 고정되고, 테두리부(8)의 속도에 의하여 발생된 양의 압력 하에서 물을 퍼서 가장자리(78) 주변의 개구를 통해 테두리부 베어링 안으로 보내며, 차단부(90)는 물 흐름 내에 있는 임의의 대형 부스러기에 대한 장애물로서, 그 장애물이 베어링으로부터 멀리 그리고 조류 흐름 안으로 되돌아 가도록 한다. 이것은 가속된 물의 깨끗한 흐름이 간극(78) 안으로 통과하여 베어링을 윤활시키도록 한다.

도 7a 내지 도 7f 를 참조하면, 다양한 수력학적 프로파일들이 도시되어 있다.

도 7a 에는 수력학적으로 편평한 헤드 섹션이 도시되어 있는데, 이것은 물 흐름을 터빈(4)의 선단 가장자리를 넘어 균등하고 매끄럽게 지향시킨다. 테일(tail)은 내측 테두리부 직경에 평행한 편평한 내측 프로파일을 가지고, 도 7b 및 도 7c 에 도시된 대안적인 테일 섹션들이 이용될 수 있다. 대안적으로는, 실질적으로 도 1 의 벤츄리 스커트의 작은 형태를 형성하기 위하여, 터빈(4)을 위한 물 도입 면적을 반경방향의 거리(R)만큼 확장하도록 도 7c 에 도시된 상이한 헤드 섹션들이 이용될 수 있다. 헤드 및 테일의 구성은 단일의 섹션으로 제작되거나 또는 터빈(4)의 테두리부 둘레에서 복수의 섹션들로 형성되어 스터드들 및 볼트들에 의하여 외측 테두리부(12)에 장착될 수 있다. 또한 도 7d 에 도시된 바와 같이, 신속 해제 메카니즘(92)이 전방 섹션과 후방 섹션을 외측 테두리부(12)에 걸쳐서 고정시킬 수 있다. 헤드 섹션 및 테일 섹션은 커넥터(96)들에 의해 케이블(98)을 거쳐서 외측 테두리부에 연결된 제어 전자부품들(94)을 수용하기 위하여 이용될 수 있다.

도 8a 내지 도 8f 에는 터빈(4)을 위한 자체 정렬 장치가 도시되어 있다. 스커트를 구비한 터빈은 축으로부터 최대 40도 벗어난 물 흐름에 대해서도 적용될 수 있다는 것이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있지만, 전력 출력을 최적화하기 위하여 터빈(4)은 대강 들어오는 물의 흐름 방향을 따라서 배치될 필요가 있다. 그러나, 약한 조수에서는 터빈(4)이 새로운 조류를 향해 수평적으로 회전하도록 구성될 수 있고, 터빈(4)의 수력학적 프로파일 및 앵커 지점의 위치가 적절한 때에는 도 9a 내지 도 9d 에 도시된 바와 같이 회전자의 중앙에 작용하는 관성 모멘트가 회전자를 계류 지점(mooring point) 주위로 회전시킨다. 수평 정렬을 위하여 고정된 측부 블레이드(100)가 외측 테두리부(12)에 부착되고 그 후방부에 피봇 지점을 구비하는데, 그 피봇 지점에서는 엘리베이터 블레이드(102)가 연결되고 또한 그 후방에는 연이어 테일 블레이드(104)가 피봇식으로 연결되며, 그 테일 블레이드(104)는 하중체(106)를 구비하는데, 하중체는 중력의 영향 하에서 테일을 아래로 플립(flip)시키는 경향을 갖는다. 조류의 강도에 따라서, 테일에 대한 조류와 이 하중체의 조합된 작용은 엘리베이터 블레이드(102)를 위 또는 아래로 강제하여서 그 효과를 증폭시켜, 터빈(4)을 위한 자체 교정의 안정화 양력(self correcting stabilising lift)을 발생시킬 것이며, 이로써 조류 강도에 무관하게 조류 흐름 안으로 확실히 정렬되는 것을 도울 것이다.

도 10 에는 해저 계류 시스템(sea floor mooring system)이 도시되어 있는데, 여기에서는 앵커 지점이 계류용 체인 또는 로프(108)에 연결된다. 체인(108) 은 확대된 루프(112)가 앵커 정지부(114)에 걸릴 때까지 해저에 앵커링된 루프(110)를 관통한다. 그 다음 체인(108)은 통상적인 해상 로프(116)에 연결되는데, 그 해상 로프(116)는 거꾸로된 호퍼(120)를 포함하는 앵커 지점(118)을 통과하여서 로프(116)에 대한 굽힘 응력을 저감시키며 그 다음에 떠있는 해수면 부표(122)에 연결된다.

전기 인출부(124)는 터빈(4)의 외측 테두리부(12)로부터 나오고, 약간의 느슨함을 가진채 슬리브(126)에 의하여 전기 케이블 안에서 체인(108)에 부착된다. 케이블(124)은 직접적으로 물가로 간다.

도 10 에 도시된 터빈(4)을 회수하기 위하여, 선박이 앵커 로프(116)를 보표(122)로부터 분리시키고 로프(116)를 밖으로 급송한다. 터빈(4)의 양의 부력은 터빈을 해수면으로 나오도록 하여서 현장에서의 유지관리를 용이하게 하며, 그 다음에 로프(116)가 부표(122)에 다시 연결되고 동일한 선박이 터빈(4)에 대한 유지관리 작업을 수행할 수 있다. 이것은 바다 아래에서의 개입을 필요로 하지 않는데, 이것은 유지관리 작업을 안전하고 신속하게 하며 또한 상대적으로 작은 단일의 선박으로 이루어질 수 있어서 비용이 저감된다. 도 11 에는 도 1 의 벤츄리 스커트(6)가 구비된 유사한 구성이 도시되어 있다.

도 12 에는 복수의 터빈들을 계류시키기 위한 대안적인 구성이 도시되어 있는데, 여기에서는 전기 수집/동기화 유닛(electrical collection/synchronisation unit; 128)이 도시되어 있다. 대안적으로는 도 13 에 도시된 바와 같이, 터빈들이 개별적으로 앵커링되고 상대적으로 얕은 물에 위치된 모노파일 구조물(monopile structure; 130)에 집중되어 연결될 수 있다.

터빈(4)을 위한 계류 메카니즘이 도 14a 내지 도 14c 에 도시되어 있다. 도시된 계류 메카니즘에서, 계류 체인(108)은 가이드 레일(132)을 통해 전달되어서 안전 포획부(134) 아래에서 피봇 메카니즘(136)에 부착된다. 정상 작동에서는 계류 로프(116)에 있는 정지부(138)가 안전 포획부(134) 및 앵커 베이스(140)에 맞대어 포획되어서 터빈 해저 앵커를 통한 앵커 체인 또는 계류 로프의 추가적인 미끄러짐을 방지한다. 그 결과, 터빈(4)의 전체 항력 부하가 그것의 개별적인 해저 앵커에 의하여 직접적으로 지지된다. 그 결과, 중앙 호퍼(142)는 회수 또는 전개되는 터빈에 의해 발생되는 힘들을 지지하기만 하면되고, 따라서 그렇지 않은 경우에 중앙 호퍼가 복수의 터빈들을 동시에 지지하기 위하여 필요한 것보다 중앙 호퍼가 훨씬 더 작게 될 수 있다.

포획부를 해제하기 위하여, 계류 로프에서의 팽팽함은 중앙 앵커(142)를 거쳐서 해수면에 있는 지원 선박에 의해 없어지고, 포획부 해제 로프(144)가 당겨져서 안전 포획부(134)를 들어올린다. 안전 포획부(134)가 들려지면 계류 로프가 느슨하게 되어서 터빈(4)이 해수면으로 떠오르는 것이 허용되며, 계류 로프가 전달 안내부(feed guide)를 안전하게 통과한 후에는 안전 포획부(134)가 낙하하도록 허용되어서 정지 지점(146)에서 계류 로프 움직임을 멈추도록 한다.

도 15 에는 대안적인 구성이 도시되어 있는데, 여기에서는 각 터빈이 회전 커넥터(swivel connector)를 거쳐서 벤츄리 스커트(6)의 베이스에 또는 터빈 외측 테두리부(12)의 베이스에 연결되고, 회전 커넥터는, 커넥터(150)를 지지하고 중력 앵커 구조물(152) 내로 확고히 고정된 피봇 폴(pivot pole; 148)의 상부에 안착되어서, 터빈(4)이 회전하여서 들어오는 조수를 향해 자체적으로 방위결정할 수 있다.

대안적으로는, 도 16 에 도시된 바와 같이, 터빈(4)들이, 고정된 바지선에 장착되어서 물 흐름 내로 매달리게 될 수 있다. 터빈들은 바지선(154)의 하측부에 연결되는데, 그 바지선은 계류 로프(156)들에 의하여, 고정된 계류부(mooring)들에 확보된다. 대안적으로는, 도 17 에 도시된 바와 같이, 선박 항해를 위해 중앙 채널(158)을 남겨둔 채 일련의 바지선이 강을 가로질러서 상호 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예가 도 18 에 도시되어 있는데, 여기에서는 도 14 의 실시예와 공통적인 부분들이 유사한 참조번호에 의하여 표시되었다. 이 실시예에서는 두 개의 거의 동일한 터빈들(4a, 4b)이 하나 이상의 스트럿들(280, 282)에 의하여 함께 연결된 것으로 도시되어 있는데, 그 스트럿들은 터빈들(4a, 4b)의 측방향 측부들을 따라서 터빈들(4a, 4b)의 회전자들의 회전축들에 대해 횡방향으로 연장된다. 스트럿들(280, 282)은 트윈 터빈 장치에 양력을 제공하도록 구성될 수 있다. 두 개의 터빈들 사이의 중앙 지점에서 (하나를 초과하는 스트럿들이 존재한다면) 그 스트럿들 중 하측의 것(282)에는 앵커 체인(108) 또는 케이블이 연결되는데, 그것의 다른 단부는 해저에 있는 고정된 앵커 지점(140)에 연결된다.

제2 터빈(4b)은 그 블레이드들이 연결된 테두리부로 하여금 제1 터빈(4a)의 테두리부 및 블레이드들에 대해 반대의 방향으로 회전하도록 그 블레이드들이 구성된다는 점에서 제1 터빈(4a)과 상이하다.

트윈 터빈들(4a, 4b)이 그들 각각의 터빈들 내에서 반대로 회전하는 회전자들을 갖도록 구성됨에 따라서, 부하가 걸리는 때에 코일들을 지나는 자석들의 움직임에 대한 저항과 관련하여 개별의 터빈 고정자에서 발생되는 토크가 트윈 터빈에서의 동등하고 반대방향인 반작용에 의하여 균형잡히게 된다. 따라서 트윈 터빈 장치는 그 앵커 지점 주위로 비스듬하게 되는 움직임없이 균형잡히게 된다.

집수기가 아니라 디퓨져(diffuser)로서 작용하는 후방을 향하는 벤츄리는, 펀넬 외측 직경을 넘어가는 물의 흐름에 의하여 발생될 수 있는 회오리 흐름을 저감시키고 터빈 뒤로 이동시킨다. 이것은 전방을 향하는 집수기 벤츄리가 가능하게 하는 것보다 깨끗한 유동 상태에서 터빈이 자체적으로 방위잡도록 한다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 실시예들이 제한적인 의미에서가 아니라 예시적으로서만 설명되었고, 또한 첨부된 청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 유동하는 물로부터 전력을 발생시키는 발전 장치로서 작동하는 대신에, 본 발명은 전력으로부터 물의 움직임을 발생시키는 모터로서 작동할 수도 있다.

Claims (32)

1. 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계로서,

   유체 유동 내에 구속되기에 적합한 고정자;

   통공을 한정하는 회전자로서, 회전자의 주변 영역으로부터 상기 통공 안으로 돌출된 복수의 회전자 블레이드들을 구비하며, 상기 통공을 통한 유체의 움직임이 상기 회전자를 상기 고정자에 대해 회전시키도록 상기 고정자에 회전가능하게 장착되기에 적합한, 회전자; 및

   상기 고정자에 대한 상기 회전자의 회전의 결과로서 전기를 발생시키기에 적합한 발전 수단;을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
2. 제 1 항에 있어서,

   고정자는 회전자를 통한 유체 유동의 속도를 증가시키기 위한 적어도 하나의 펀넬(funnel)을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
3. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   유체 유동의 방향과 상기 전기 기계를 정렬시키기 위한 정렬 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
4. 제 3 항에 있어서,

   정렬 수단은 적어도 하나의 제1 핀(first fin)을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
5. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 회전자 및 고정자 중의 적어도 하나의 일부분은 상기 회전자 및 고정자 중의 다른 하나 내에 있는 홈에 결합되는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
6. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   회전자와 고정자 사이의 마찰을 저감시키기 위한 마찰 저감 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
7. 제 6 항에 있어서,

   마찰 저감 수단은 상기 회전자와 상기 고정자 사이로 유체를 지향시키기 위한 유체 지향 수단을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
8. 제 7 항에 있어서,

   유체 지향 수단은 상기 유체 유동으로부터 유체를 퍼서 상기 유체를 상기 회전자와 상기 고정자 사이로 지향시키기에 적합한, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   유체 지향 수단은 적어도 하나의 필터를 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    유체 지향 수단은 유체 지향 수단에 걸린 임의의 입자들을 제거하기 위한 입자 제거 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
11. 제 6 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    마찰 저감 수단은 회전자와 고정자 사이의 유체 유동의 속도를 증가시키기 위한 유체 유동 증가 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
12. 제 6 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    마찰 저감 수단은, 상기 회전자와 고정자 중의 적어도 하나의 표면에서 상기 회전자와 고정자 중의 다른 하나를 대면하는 적어도 하나의 홈을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
13. 제 6 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    마찰 저감 수단은 상기 회전자와 고정자에서 상호간에 밀쳐내는 복수의 제1 자석들을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
14. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    발전 수단은 상기 고정자에 있는 적어도 하나의 코일과 상기 회전자에 제공된 적어도 하나의 제2 자석을 포함하고, 여기에서 고정자에 대한 회전자의 회전의 결과로서 전류가 유도되는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
15. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    회전자 및/또는 전기 기계는 유체가 물인 때에 유체 유동 내에서 부력이 실질적으로 중립적으로 되도록 적합화된, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
16. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유동하는 유체 내에 있는 부스러기를 상기 회전자와 고정자 사이의 결합부로부터 멀리 지향시키기 위한 부스러기 지향 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
17. 제 16 항에 있어서,

    부스러기 지향 수단은 적어도 하나의 제2 핀을 포함하는, 유체 유동 내에 구 속되기에 적합한 전기 기계.
18. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    유체 유동의 속도에 근거하는 방식으로 전기 기계의 깊이 및/또는 방위를 조정하기 위한 조정 수단을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
19. 제 18 항에 있어서,

    조정 수단은 상기 고정자에 대해 피봇되기에 적합한 적어도 하나의 제3 핀을 포함하여서, 고정자에 대한 적어도 하나의 상기 제3 핀의 방위가 유체 유동의 속도에 의존하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
20. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    유동하는 유체의 몸체(body of flowing fluid) 내에 전기 기계를 구속하기 위한 계류 수단(mooring means)을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
21. 제 20 항에 있어서,

    계류 수단은, 유동하는 유체의 몸체의 바닥에 전기 기계를 해제가능하게 장착시키기 위한 적어도 하나의 해제가능한 포획부(catch) 및 적어도 하나의 케이블 을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
22. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 상기 블레이드는 개별적인 희생 구역을 구비하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
23. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    회전자의 하중을 지지하기 위하여 회전자와 고정자에 배치되고 상호간에 밀쳐내는 복수의 제3 자석들을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
24. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    발전 수단은 플라스틱 기반의 매트릭스(plastic based matrix) 내에 넣어진 적어도 하나의 고체 상태 구성요소를 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
25. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    전기 기계는 주변 유체의 움직임을 유발하기 위하여 입력 전기를 받기에 적합한, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
26. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 한 쌍의 인접한 상기 블레이드들의 말단 단부들 사이에 개별의 간극을 더 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
27. 제 26 항에 있어서,

    적어도 한 쌍의 인접한 상기 블레이드들은 그들의 근접 단부들 근처에서만 서로 연결되는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
28. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    고정자 내에서 회전자의 자체 중심잡음(self centralisation)을 위한 수단을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
29. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    유연하게 계류된 앵커 시스템(compliantly moored anchor system)을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
30. 제 29 항에 있어서,

    유연하게 계류된 앵커 시스템은 전기 기계의 앵커에 대한 연결을 유지하면서도 전기 기계가 해수면으로 가는 것을 허용하는 신속 해제에 의하여 작동하기에 적합한, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
31. 제 30 항에 있어서,

    앵커 시스템으로부터의 전기 기계의 신속한 분리를 가능하게 하기 위하여 '플러그 앤 플레이(plug and play)' 신속 해제 시스템을 포함하는, 유체 유동 내에 구속되기에 적합한 전기 기계.
32. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 따른 전기 기계들의 한 쌍을 포함하는 트윈 기계 조립체(twin machine assembly)로서, 그 기계들은 함께 연결되어 반대로 회전하는 회전자들을 구비하는, 트윈 기계 조립체.

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