KR20110079648A - 풍력 에너지 시스템 - Google Patents

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택 위 앙
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스위 밍 고
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Abstract

풍력 에너지 시스템(10)은 대향 단부들에서 개구부들(14a 및 14b)을 갖는 풍동 터널 모듈(12)을 포함한다. 상기 개구부들은 실질적으로 동일한 단면 영역을 갖지만, 상기 풍동 터널 모듈(12)의 단면은 개구부들(14a 및 14b)로부터 터널 모듈의 중간 부분(16)을 향하는 방향으로 감소한다. 상기 중간 부분(16)은 실질적으로 일정한 단면 영역을 갖는다. 동일하거나 상이한 개수의 블레이드들을 갖는 1 이상의 풍력 터빈들이 풍동 터널에서 중간 부분(16)에 또는 이에 인접하게 장착될 수 있다. 상기 중간 부분(16)은 상기 모듈(12)이 여하한의 경사를 갖는 지붕(20)에 순응할 수 있도록 구부릴 수 있다.

Description

풍력 에너지 시스템{WIND ENERGY SYSTEM}
본 발명은 풍력 에너지 시스템에 관한 것이며, 더 구체적으로는 빌딩용 - 하지만, 이로 한정되지 않는(not exclusively) - 풍력 에너지 시스템에 관한 것이다.
전기를 발전시키는 발전기를 구동시켜, 빌딩의 전력 수요들을 적어도 부분적으로 충족시키기 위해, 빌딩의 지붕 상에 풍력 터빈(wind turbine)들을 장착하는 방식이 현재 이용되고 있다. 출원인은 경사진 지붕(pitched roof)의 용마루(ridge)를 따라 배치된 1 이상의 풍력 터빈들을 포함하는 빌딩용 에너지 전환 시스템을 이전에 발명하였다. 또한, 상기 시스템은 경사진 지붕에 의해 지지된 덮개(cover)를 포함하고, 상기 덮개는 경사진 지붕의 경사(pitch)보다 낮은 경사를 갖는다. 덮개 및 지붕 구조체는 함께, 풍력 터빈들을 통해 유동하는 바람을 지향시키는 풍동 터널(wind tunnel)을 생성한다.
출원인의 앞서 언급된 시스템의 추가적인 세부사항들은 싱가폴 특허 출원 No. 200716868-5에 개시되어 있다.
본 발명은 풍력 에너지 시스템 분야의 또 다른 연구 및 개발의 결과이다.
본 발명은 빌딩용 풍력 에너지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
대향 단부들에서 제 1 및 제 2 개구부들을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이에 위치된 중간 부분을 갖는 풍동 터널 모듈(wind tunnel module) - 각각의 개구부는 실질적으로 동일한 단면 영역을 갖고, 상기 풍동 터널 모듈은 각각의 개구부로부터 상기 중간 부분을 향하는 방향으로 단면 영역이 감소하며, 상기 중간 영역은 실질적으로 일정한 단면 영역을 가짐 - ;
상기 중간 부분에 또는 상기 중간 부분에 인접하게 지지되는 1 이상의 풍력 터빈; 및
상기 풍력 터빈들 중 적어도 하나에 의해 구동되는 적어도 하나의 전기 발전기를 포함하는 풍력 에너지 시스템이 제공된다.
각각의 개구부는 이의 어느 한 측면으로부터 최대 60°의 각도로 입사하는 바람을 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 중간 부분은 유연한 또는 구부릴 수 있는 튜브(bendable tube)의 형태로 되어 있을 수 있다.
상기 풍동 터널 모듈은 상기 중간 부분의 각각의 단부에서 제 1 및 제 2 터널 부분들을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 1 터널 부분은 제 1 개구부를 정의하는 마우스(mouth)를 갖고, 상기 제 2 터널 부분은 제 2 개구부를 정의하는 마우스를 갖는다.
상기 풍동 터널 모듈은 상기 중간 부분의 일 단부에 인접하게 위치된 제 1 터빈 하우징(turbine housing), 및 상기 중간 부분의 대향 단부에 인접하게 위치된 제 2 터빈 하우징을 더 포함할 수 있다.
풍력 에너지 시스템은 2 개의 풍력 터빈들을 포함할 수 있다.
전기 발전기는 각각의 풍력 터빈에 대해 제공될 수 있다.
대안적인 실시예에서는, 두 개의 풍력 터빈들에 의해 구동되는 단일 발전기가 제공될 수 있다. 이 실시예는 고풍력의(high) 강한 바람 환경에 특히 유용할 수 있지만, 이러한 환경으로 제한되지는 않는다. 발전기들 중 적어도 하나는 터빈의 허브(hub) 내에 장착될 수 있다. 풍력 에너지 시스템이 2 개의 터빈들을 포함하는 실시예들에서는, 풍력 터빈들이 동일하거나 상이한 풍력 유동 특성들을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 특히, 몇몇 실시예들에서는 터빈들에 상이한 개수의 블레이드(blade)들이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 풍력 터빈들 중 1 이상에는 반경방향으로 연장된(radially extending) 복수의 블레이드들, 및 상기 블레이드들의 외측 반경 에지(outer radial edge)를 둘러싸는 외측 원주 표면(outer circumferential surface)이 제공된다. 풍력 터빈들 중 1 이상은 상기 외주 표면 및 터빈의 회전 축의 중간의 반경 위치에서 터빈 블레이드들과 교차하는 중간 원주 표면을 더 포함할 수 있다.
풍력 에너지 시스템은 풍동 터널 모듈 위에 놓인(overlying) 덮개(covering)를 더 포함할 수 있다. 상기 덮개는 조정가능하게 함께 결합된(adjustably coupled together) 제 1 및 제 2 부분들을 포함할 수 있어, 중간 부분의 너비(extent) 방향에 수직인 라인을 따라 상기 부분들 간의 각도의 조정을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 복수의 풍력 에너지 시스템들 - 상기 풍력 에너지 시스템들은 나란히 배치됨 - , 및 상기 복수의 풍력 에너지 시스템들 위에 놓인 방수 덮개(waterproof covering)를 포함하고, 상기 덮개는 각각의 풍력 에너지 시스템의 중간 부분을 적어도 덮도록 연장되는 대향 종축 에지(longitudinal edge)들을 갖는 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템을 제공한다. 상기 덮개는 조정가능하게 함께 결합된 제 1 및 제 2 부분들을 포함할 수 있어, 중간 부분의 너비 방향에 수직인 라인을 따라 상기 부분들 간의 각도의 조정을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 대향 단부들에서 제 1 및 제 2 개구부들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이에 위치된 중간 부분을 포함하는 풍동 터널 모듈을 제공하고, 각각의 개구부는 실질적으로 동일한 단면 영역을 가지며, 상기 풍동 터널 모듈은 각각의 개구부로부터 상기 풍동 터널 모듈의 중간 부분을 향하는 방향으로 단면 영역이 감소하고, 상기 중간 영역은 실질적으로 일정한 단면 영역을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예는 풍력 에너지 시스템을 제공하고, 상기 풍력 에너지 시스템은: 풍동 터널 - 상기 풍동 터널은 바람이 상기 터널을 통해 어느 한 방향으로 통과하게 하도록 개방 대향 단부들을 가짐 - ; 각각의 단부에 또는 각각의 단부 부근에 위치된 2 개의 풍력 터빈들; 및 상기 풍력 터빈들에 의해 구동되는 전기 발전기를 포함한다. 이 실시예에서, 풍력 터빈들은 최대 0.83의 총 베츠 한계(collective Betz limit)를 제공하도록 구성될 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예들은 첨부한 도면들을 참조하여 단지 예시의 방식으로만 설명될 것이다:
도 1은 빌딩의 지붕에 적용된 풍력 에너지 시스템의 일 실시예의 개략적 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 AA 단면도;
도 3은 풍력 에너지 시스템 내로 통합될 수 있는 풍력 터빈의 일 실시예의 정면도;
도 4는 풍력 에너지 시스템 내에 통합될 수 있는 또 다른 풍력 터빈을 도시한 도면;
도 5는 상기 시스템 내에 통합될 수 있는 또 다른 풍력 에너지 터빈을 도시한 도면; 및
도 6은 풍력 에너지 시스템에 통합된 풍동 터널의 넓은 단부(broad end)에서의 윈드 커버리지(wind coverage)의 개략적 평면도이다.
첨부한 도면들, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 에너지 시스템(10)의 일 실시예는 대향 단부들에서 개구부들(14a 및 14b)[이후, 일반적으로 "개구부들(14)"이라고 칭해짐]을 갖는 풍동 터널 모듈(12)을 포함한다. 풍동 터널 모듈(12)의 단면 영역이 상기 개구부들(14)로부터 상기 터널 모듈(12)의 중간 부분(16)을 향하는 방향으로 감소하지만, 상기 개구부들(14)은 실질적으로 동일한 단면 영역을 갖는다. 상기 중간 부분(16)은 실질적으로 일정한 단면 영역을 갖는다. 상기 시스템(10)은 도 3 내지 5에 각각 예시된 바와 같은 1 이상의 풍력 터빈들(18a, 18b 또는 18c)[이후, 일반적으로 "터빈들(18)"이라고도 칭해짐]을 포함할 수 있다. 상기 터빈들(18)은 상기 시스템(10)에서 중간 부분(16)에 또는 이에 인접하여 장착된다. 풍력 터빈들(18) 중 적어도 하나에 의해 구동되는 적어도 하나의 전기 발전기(도시되지 않음)가 제공된다.
도시된 실시예에서, 상기 시스템(10)은 중간 부분(16)이 지붕(20)의 용마루(22)에 놓인(spanning) 경사진 지붕(20) 상에 나란히 장착된 인접해 있는 복수의 동일 시스템(10)들 중 하나이다.
터빈 하우징들(24a 및 24b)[이후, 일반적으로 "하우징들(24)"이라고도 칭해짐]은 중간 부분(16)의 각각의 대향 단부들에 위치된다. 상기 하우징들(24)은 중간 부분(16)과 유사한 내측 반경을 갖는다. 또한, 상기 하우징들(24)은 풍동 터널 모듈(12)의 각각의 터널 부분들(26a 및 26b)과 중간 부분(16) 사이의 결합부(coupling)로서 작용한다.
도 6을 참조하면, 각각의 개구부(14)는 풍동 터널 모듈(12)이 개구부의 어느 한 측면으로부터 최대 60°의 각도(
Figure pct00001
)[이는 터널(26) 및 개구부(14)의 종축(Y)과의 각도(
Figure pct00002
)와 등가임]로 입사하는 바람을 수용할 수 있도록 구성된다. 또한, 도 6은 개구부(14)로부터 터널 모듈(12)의 중간 부분(16)을 향하는 방향으로 풍동 터널 모듈(12)의 단면 영역의 감소를 제공하는 터널 부분(26)의 측벽들(25)의 한 가지 가능한 형상 및 구성을 예시한다.
상기 시스템(10)이 2 개의 풍력 터빈들(18)을 포함하는 경우, 각각의 터빈은 각각의 하우징(24)에 장착된다. 개구부들(14) 중 하나로 들어간 바람(W)은 인접한 터널 부분(26), 중간 부분(16), 그리고 다른 터널 부분(26)을 통해 유동하며, 대향 개구부(14)로부터 배출된다. 풍동 터널 모듈(12)의 단면 영역[및 구체적으로는 터널 부분들(26)]이 개구부(14)로부터 중간 부분(16)을 향하는 방향으로 감소함에 따라, 이에 수반하여 풍속이 증가한다. 풍력 터빈으로부터의 출력(power output)이 풍속의 세제곱(cube)에 비례한다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 풍속이 증가하면 출력이 향상될 것이다.
또한, 바람의 운동 에너지는 100 % 효율로 동력화(harness)될 수 없다는 것이 알려져 있다. 구체적으로, 베츠의 법칙(Betz law)에 따르면, 풍력 터빈을 이용한 운동 에너지의 역학적 에너지(mechanical energy)로의 최대 변환이 약 59 %이다. 풍력 터빈이 바람으로부터 얻은 운동 에너지가 높을수록, 바람이 풍력 터빈을 통과함에 따라 바람이 더 느려진다. 풍력 터빈이 100 % 효율이 되기 위해서는, 바람이 터빈을 지나갈 때 풍력 속도가 0으로 떨어져야 할 필요가 있다. 하지만, 이 속도가 0으로 떨어지게 된다면, 공기가 터빈을 지나가지 않을 것이며, 따라서 에너지가 얻어질 수 없는데, 이는 바람이 터빈에 들어가지 않을 것이기 때문이다.
상기 시스템(10)의 몇몇 실시예들은 전체 에너지 효율이 단일 터빈에 대해 베츠 한계보다 높을 수 있는 복합 시스템의 제공을 시도한다. 특히, 고풍력이거나 강한[이를테면, 바람이 개구부(14a)로부터 풍동 터널 모듈(12)에 우세하게(predominantly) 들어가는] 바람 환경들에 매우 적합할 수 있는 시스템(10)의 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이 10 개의 블레이드 터빈 18a가 하우징 24a 내에 설치될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 6 개의 블레이드 터빈 18b가 하우징 24b에 설치될 수 있다. 이 구성에서, 풍력 에너지는 처음에 10 개의 블레이드 터빈 18a에 의해 동력화되고, 후속하여 6 개의 블레이드 터빈 18b에 의해 동력화된다. 터빈들(18) 각각은 발전기에 연결되거나, 대안적으로는 풍력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 기어 박스(gear box)(도시되지 않음)를 거쳐 발전기에 연결된다.
바람(W)이 먼저 개구부(14a)로부터 터널 모듈(12)에 들어갈 때, 원래 풍력 동력(wind power)은 동력화를 위한 동력의 100 %이다.
제 1 터빈에서 동력화된 풍력 동력의 퍼센트는 다음과 같다:
Figure pct00003
여기서, ηturbine은 터빈의 효율이다.
풍력 튜브 내에서의 마찰로 인한 동력 손실들을 무시하며, 제 1 터빈을 통과하여 제 2 터빈에 도달한 풍력 동력은 다음과 같다:
Figure pct00004
또한, 제 2 터빈은 ηturbine의 효율성을 갖는다. 듀얼(dual) 터빈 모듈의 합력 효율(compounded efficiency)은 다음과 같다:
Figure pct00005
듀얼 터빈 시스템의 이상적인 효율은 베츠 한계에 준할 것이다(즉, 이상적인 터빈들은 59 % 효율을 갖는다).
Figure pct00006
앞서 나타낸 바와 같이, 강한 바람을 갖는 지역들을 계획(project)하기 위해 단일 모듈에 2 개의 터빈들을 사용하는 것은 베츠 한계를 총체적으로(collectively) 0.59에서 0.83으로 증가시킬 수 있다.
중간 풍량(medium wind) 환경에서, 바람(W)은 개구부(14a)로부터 터널 모듈(12)에 우세하게 들어가며, 도 3에 도시된 바와 같이 10 개의 블레이드 터빈 18a가 하우징 24a 내에 설치될 수 있는 한편, 도 5에 도시된 바와 같이 3 개의 블레이드 터빈 18c가 하우징 24b에 설치될 수 있다. 이 실시예에서는, 발전기 또는 교류 발전기(alternator)가 하우징(24a) 내의 터빈 18a에만 결합될 수 있으며, 터빈 18c는 발전기에 연결되지 않는다. 3 개의 블레이드 터빈 18c는 터빈 18a이 공기 유동을 매끄럽게 하도록 터널 모듈(12) 내의 배압(back pressure)을 안정화하는 풍압 보상 터빈(wind pressure compensating turbine)으로서 작용한다. 또한, 터빈(18c)은 개구부(14a)를 통해 더 많은 공기를 빼내는 흡입 펌프로서 작용할 수 있다. 이러한 터빈(18c)의 작용은 강풍 및 약풍 상황들을 고려함으로써 더 쉽게 이해될 수 있다. 강풍에서, 터빈 18c는 상류 터빈 18a를 통과하는 공기로부터의 속도로 회전할 것이다. 바람의 강도가 감소할 때, 운동량 보존 법칙(conservation of momentum)의 원리로 인해 그 속도가 감소하고 느려짐에 따라, 상기 터빈은 터빈(18a)을 하우징하는 단부로부터 터널 내로 더 많은 공기를 빼내도록 작용한다.
저풍력 환경들에 대한 시스템(10)의 또 다른 변형에서, 상기 시스템(10)에는 단일 터빈[도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(24a) 내에 설치된 10 개 또는 6 개의 블레이드 터빈(18a, 18b) 중 어느 하나임]만이 제공될 수 있으며, 바람이 주로 개구부(14a)로부터 터널 모듈(12)에 들어가도록 바람(W)의 우세 방향이 설정된다고 가정한다. 하우징(24b) 내에 터빈이 설치되지 않음에 따라, 터널 모듈(12)을 통한 공기 유동 저항을 없앤다.
지붕(20) 상에 1 이상의 시스템들(10)의 더 쉬운 설치를 촉진하기 위해, 중간 부분(16)은 유연한 재료로 또는 구부릴 수 있는 구조로 만들어질 수 있다. 이는 시스템(10)이 용마루(22)를 중심으로 유연한 부분(16)의 길이에 거의 중간인 위치에서 구부려지게 하여, 시스템(10)이 고경사 지붕(pitch high roof: 20)에 거의 순응하게(closely conform) 할 수 있다. 터널 부분들(26)은 통상적으로 플라스틱 또는 금속과 같은 경질 재료(rigid material)로 만들어진다.
덮개(30)가 모듈(10) 상에 배치될 수 있다. 상기 덮개(30)는 실제로 방수 방벽을 제공하는 추가 지붕 덮개로서 작용할 수 있다. 상기 덮개(30)는 도시된 실시예에서 터널 부분들(26)의 각각의 개구부(14)의 상부 극단(upper extremity)을 지나 약간 더(marginally) 연장된 대향하는 종방향 에지들(32)을 갖는다. 하지만, 대안적인 실시예들에서는, 적어도 중간 부분(16)을 덮기 위해 그 에지들(32)이 최소한으로 연장되도록 덮개(30)가 구성되는 것이 고려될 수 있다.
덮개(30)는, 예를 들어 힌지(hinge: 36)를 이용하여 조정가능하게 함께 결합된 2 개의 부분들 또는 패널들(34)을 포함하여, 상기 부분들(34) 사이의 각도 조정을 가능하게 한다.
유연한 중간 부분(16)의 채택, 및 힌지(36)에 의해 연결된 2 개의 부분들 또는 패널들(34)로부터 덮개(30)의 형성은 극심한 폭풍우 하에서 총체적으로 안전한 특징부(safety feature)를 제공한다. 이러한 악천후 조건들에서는, 각각의 부분 또는 패널을 위로 젖힘으로써 강한 바람이 수직으로 빠져나가게 하도록, 풍동 터널 모듈(12)의 각각의 터널 부분들(26a 및 26b)과 중간 부분(16) 사이의 결합이 제거될 수 있다.
다수의 시스템들(10)이 지붕(20) 상에 제공되고, 도 1에 도시된 바와 같이 나란히 배치될 때, 다수의 모듈들(10)을 덮기 위해 이에 대응하여 덮개(30)가 연장될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 터빈들(18)은 중심 허브(40), 반경 방향으로 연장된 복수의 블레이드들(42), 외측 원주 벽 또는 링(44), 및 중간 원주 벽 또는 링(46)을 포함하는 것으로 도시된다. 외측 링(44)은 각각의 블레이드(46)의 반경방향 외측 에지와 연결되며, 또한 이를 둘러싸거나 덮는다. 중간 링(46)은 허브(40)(및 이에 따라 터빈의 회전 축)와 외측 링(44) 사이에서 이격되어 있다. 중간 벽(46)은 각각의 블레이드(42)와 연결된다.
쉽게 알 수 있는 바와 같이, 터빈들(18a, 18b 및 18c) 간의 실질적인 차이는 블레이드들(42)의 개수에 귀속된다. 블레이드들의 개수의 차이는 각각의 터빈들(18)에 상이한 공기 유동 특성, 및 이에 따른 상이한 바람 대 역학적 에너지 전환 효율(wind to mechanical energy conversion efficiency)을 제공한다. 하지만, 상이한 공기 유동 특성 및 효율은 각각의 블레이드(42)의 꼬임(twist), 또는 받음각(angle of attack)을 변동시킴으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 실시예들이 자세히 설명되어 있으므로, 당업자라면, 본 발명의 기본 개념을 벗어나지 않고 다양한 수정들과 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 실시예들은 1 개 또는 2 개의 터빈들(18)을 포함하지만, 다양한 상황들에서 2 개보다 많은 터빈들이 제공될 수 있는 실시예가 고려될 수 있다. 예를 들어, 제 3 터빈은 중간 부분(16)을 통해 실질적으로 절반인 위치에 제공될 수 있다. 또한, 상기 시스템들(10)이 경사진 지붕 상에 장착되는 것으로 도시되어 있지만, 이들은 평평한 지붕 상에 장착될 수도 있다. 실제로, 업 드래프트(up draft)[이 경우, 풍동 모듈들(12)은 일반적으로 수직으로 정렬됨]; 또는 빌딩들의 수직 벽들을 가로질러 유동하기 위해 빌딩들이 바람을 채널화(channel)할 수 있는 "터널 효과(tunnel effect)"[이 경우, 풍동 터널 모듈들(12)이 일반적으로 수평으로 정렬됨]를 이용하기 위해, 시스템들이 수직 벽 상에 장착될 수 있는 실시예가 고려될 수 있다.
당업자가 명확히 알 수 있는 다른 것들과 함께, 이러한 모든 수정들 및 변형들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되며, 본 발명의 본질은 상기의 설명 및 첨부된 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims (23)

  1. 풍력 에너지 시스템(wind energy system)에 있어서,
    대향 단부들에서 제 1 및 제 2 개구부들을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이에 위치된 중간 부분을 갖는 풍동 터널 모듈(wind tunnel module) - 각각의 개구부는 실질적으로 동일한 단면 영역을 갖고, 상기 풍동 터널 모듈은 각각의 개구부로부터 상기 중간 부분을 향하는 방향으로 단면 영역이 감소하며, 상기 중간 영역은 실질적으로 일정한 단면 영역을 가짐 - ;
    상기 중간 부분에 또는 상기 중간 부분에 인접하게 지지되는 1 이상의 풍력 터빈(wind turbine); 및
    상기 풍력 터빈들 중 적어도 하나에 의해 구동되는 적어도 하나의 전기 발전기를 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 부분은 유연한 또는 구부릴 수 있는 튜브(bendable tube)의 형태로 되어 있는 풍력 에너지 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 각각의 단부에서 제 1 및 제 2 터널 부분들을 더 포함하며, 상기 제 1 터널 부분은 상기 제 1 개구부를 정의하는 마우스(mouth)를 갖고, 상기 제 2 터널 부분은 상기 제 2 개구부를 정의하는 마우스를 갖는 풍력 에너지 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 일 단부에 인접하게 위치된 제 1 터빈 하우징(turbine housing), 및 상기 중간 부분의 대향 단부에 인접하게 위치된 제 2 터빈 하우징을 더 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 개의 풍력 터빈들을 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들은 동일한 풍력 유동 특성을 갖는 풍력 에너지 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들은 상이한 풍력 유동 특성을 갖는 풍력 에너지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들은 반경방향으로(radially) 연장된 상이한 개수의 블레이드(blade)들을 갖는 풍력 에너지 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들 중 1 이상에는 반경방향으로 연장된 복수의 블레이드들, 및 상기 블레이드들의 반경방향 외측 에지를 둘러싸는 외측 원주 표면이 제공되는 풍력 에너지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들 중 1 이상은 상기 외측 원주 표면 및 상기 터빈의 회전축의 중간의 반경방향 위치에서 상기 터빈 블레이드들과 교차하는 중간 원주 표면을 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍동 터널 모듈 위에 놓인(overlying) 덮개를 더 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 덮개는 조정가능하게 함께 결합된(adjustably coupled together) 제 1 및 제 2 부분들을 포함할 수 있어, 상기 중간 부분의 너비(extent) 방향에 수직인 라인을 따라 상기 제 1 및 제 2 부분들 간의 각도의 조정을 가능하게 하는 풍력 에너지 시스템.
  13. 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템에 있어서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 풍력 에너지 시스템들 - 상기 풍력 에너지 시스템들은 나란히 배치됨 - , 및
    상기 복수의 풍력 에너지 시스템들 위에 놓인 방수 덮개(waterproof covering)를 포함하고, 상기 덮개는 각각의 풍력 에너지 시스템의 중간 부분을 적어도 덮도록 연장되는 대향 종축 에지(longitudinal edge)들을 갖는 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 덮개는 조정가능하게 함께 결합된 제 1 및 제 2 부분들을 포함할 수 있어, 상기 중간 부분의 너비 방향에 수직인 라인을 따라 상기 부분들 간의 각도의 조정을 가능하게 하는 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템.
  15. 풍동 터널 모듈에 있어서,
    대향 단부들에서 제 1 및 제 2 개구부들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이에 위치된 중간 부분을 포함하며, 각각의 개구부는 실질적으로 동일한 단면 영역을 갖고, 상기 풍동 터널 모듈은 각각의 개구부로부터 상기 터널의 중간 부분을 향하는 방향으로 단면 영역이 감소하며, 상기 중간 영역은 실질적으로 일정한 단면 영역을 갖는 풍동 터널 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중간 부분은 유연한 또는 구부릴 수 있는 튜브의 형태로 되어 있는 풍동 터널 모듈.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 각각의 단부에서 제 1 및 제 2 터널 부분들을 포함하고, 상기 제 1 터널 부분은 상기 제 1 개구부를 정의하는 마우스를 가지며, 상기 제 2 터널 부분은 상기 제 2 개구부를 정의하는 마우스를 갖는 풍동 터널 모듈.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 일 단부에 인접하게 위치된 제 1 터빈 하우징, 및 상기 중간 부분의 대향 단부에 인접하게 위치된 제 2 터빈 하우징을 포함하는 풍동 터널 모듈.
  19. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부들은 어느 한 측면으로부터 최대 60°의 각도로 바람을 수용하도록 구성되는 풍력 에너지 시스템.
  20. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 개구부들은 어느 한 측면으로부터 최대 60°의 각도로 바람을 수용하도록 구성되는 빌딩용 풍력 에너지 전환 시스템.
  21. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부들은 어느 한 측면으로부터 최대 60°의 각도로 바람을 수용하도록 구성되는 풍동 터널 모듈.
  22. 풍력 에너지 시스템에 있어서,
    풍동 터널 - 상기 풍동 터널은 바람이 상기 터널을 통해 어느 한 방향으로 통과하게 하도록 개방 대향 단부들을 가짐 - ;
    각각의 단부에 또는 각각의 단부 부근에 위치된 2 개의 풍력 터빈들; 및
    상기 풍력 터빈들에 의해 구동되는 전기 발전기를 포함하는 풍력 에너지 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈들은 최대 0.83의 총 베츠 한계(collective Betz limit)를 제공하도록 구성되는 풍력 에너지 시스템.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG160242A1 (en) 2008-09-12 2010-04-29 Dragon Energy Pte Ltd Wind energy system
SG160243A1 (en) * 2008-09-12 2010-04-29 Dragon Energy Pte Ltd An electrical connection system
FR2947305B1 (fr) * 2009-06-24 2011-08-19 Aeolta Sas Dispositif d'eolienne de toiture
US8102073B2 (en) * 2010-09-20 2012-01-24 Daniel Morrison Wind turbine alternator module
CN102418668A (zh) * 2011-12-03 2012-04-18 苏州方暨圆节能科技有限公司 建筑物外立面风能利用结构
JP5902730B2 (ja) * 2014-02-01 2016-04-13 眞澄 森 風力を発電等の動力源に変換する方法
BR112019009504A2 (pt) * 2016-11-11 2019-08-06 Logic Swiss AG telha modular, batente funcionalizado, tubo, e método de produção de um tubo
GB2603800A (en) * 2021-02-15 2022-08-17 Andrew Teasdale Colin Apparatus for generating electricity
WO2023078486A1 (de) * 2021-11-05 2023-05-11 Falkenstein Juergen Ziegel-ersetzende dachpaneel-vorrichtung

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2563279A (en) * 1946-01-11 1951-08-07 Wallace E Rushing Wind turbine
US3473038A (en) * 1966-06-24 1969-10-14 Us Navy Wind driven generator
CA1109800A (en) * 1975-07-10 1981-09-29 Oliver C. Eckel Wind turbine
IE790335L (en) * 1979-03-12 1980-09-12 Gilchrist Timothy M Wind turbine rotor
DE3124892A1 (de) 1981-06-25 1983-01-13 Gernot 5165 Hürtgenwald Gabriel Einrichtung zur energiegewinnung aus bewegter luft
US6126385A (en) * 1998-11-10 2000-10-03 Lamont; John S. Wind turbine
ES2160078B1 (es) * 1999-11-23 2002-05-01 Marrero O Shanahan Pedro M Torre eolica con aceleracion de flujo.
DE20001636U1 (de) * 2000-01-31 2000-05-18 Krahmer Joern Windkraftanlage für Dächer zur Energiegewinnung
DE20100512U1 (de) * 2001-01-12 2001-05-03 Scharnweber Soeren Energierückgewinnungseinrichtung für Gebäude
JP2002339853A (ja) * 2001-05-16 2002-11-27 Nissan Motor Co Ltd 充電ステーション
JP4079347B2 (ja) * 2002-03-11 2008-04-23 株式会社フジタ 発電装置
IL152518A0 (en) * 2002-10-28 2003-05-29 Gabriel Raziel A method for channeling wind to produce electricity
US6932561B2 (en) * 2003-10-01 2005-08-23 Wafermasters, Inc. Power generation system
GB0514366D0 (en) * 2005-07-13 2005-08-17 Little Malcolm H Roof tile
GB0520496D0 (en) * 2005-10-07 2005-11-16 Walsh Stephen Venturi electrical generator
WO2008009920A2 (en) 2006-07-17 2008-01-24 Stephen Foster Wind turbines
CN100453803C (zh) * 2006-12-27 2009-01-21 东北电力大学 屋顶风力发电装置
US7728455B2 (en) * 2007-06-25 2010-06-01 Anthony Branco Parabolic bi-directional wind turbine assembly and omni-directional power array
SG152071A1 (en) 2007-10-09 2009-05-29 Dragon Energy Pte Ltd Wind energy conversion system
SG160242A1 (en) 2008-09-12 2010-04-29 Dragon Energy Pte Ltd Wind energy system

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CN102216606A (zh) 2011-10-12
WO2010030248A3 (en) 2010-07-15

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