KR20140097330A - 이동 유체의 에너지 회수 장치 - Google Patents

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KR20140097330A
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마티유 바르작
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겝스 이노브
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Abstract

본 발명은 이동 유체로부터 에너지를 회수하기 위한 장치에 관한 것이며, 하나 이상의 제1 터빈(1) 및 하나 이상의 제2 터빈(2₁, 2₂)을 포함하고, 각각은 제1 가이드 부품(13, 23₁, 23₂)과 제2 가이드 부품(14, 24₁, 24₂) 사이에 탑재될 수 있고, 상기 가이드 부품들은 유체의 흐름 방향(F)에 수직한 제1 방향(Z)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동될 수 있고, 상기 가이드 부품들 각각은 주로 유선 형상을 갖는다. 제2 터빈은 상기 흐름 방향에 평행한 제2 수평 방향(X)으로 제1 터빈에 대하여 이동되어 있고, 제1 방향(Z)에서 제1 터빈의 제1 및 제2 가이드 부품은 제2 터빈의 2개의 가이드 부품(23, 24) 사이에 제1 방향(Z)으로 위치하게 된다.

Description

이동 유체의 에너지 회수 장치 {DEVICE FOR RECOVERING ENERGY FROM A MOVING FLUID}
본 발명은 개방된 환경에서 이동 유체의 에너지를 회수하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 풍력 에너지 및 해류 에너지 분야에 적용되는 것이다.
최근, 풍력 및 해류 터빈들의 설계자들은 각각의 풍력 및 해류 터빈들의 개별적인 성능을 향상시키는 데에 초점을 맞춤으로써 또는 생성되는 킬로와트/시간의 비용에서 고정된 비용의 비율을 감소시키기 위하여 터빈들의 숫자나 크기를 증가시키는 것을 강조하는 측면에서 접근하여 그 설치물의 출력을 향상시키고자 하였다.
그러나, 풍력 터빈 에너지의 수집은 물리적 현상에 의해 제한된다. 보다 구체적으로, 앨버트 베츠(Albert Betz)는 풍력 터빈에 의해 회수될 수 있는 최대 이론적 파워가 풍력 터빈을 통과하여 지나가는 바람의 입사 파워의 16/27과 같다는 것을 나타내었다. 이러한 한계는 관습적으로 베츠 한계(Betz limit)라고 불린다.
더 나아가, 가시적인 충격과 바람 또는 해류 발전 단지의 표면에 대한 장애물은 또한 이러한 시스템의 크기를 증가시키는 데에 장애를 형성한다.
연안의 단지에서 바다에 배치된 풍력 터빈들은, 일반적으로 수평축 회전 바람 터빈들이며, 또한 육지 바람 터빈들에 비하여 다른 단점들을 갖는다. 즉,
- 부유하는 구조물의 경우에, 블레이드의 길이는 또한 풍력 터빈에 대해 파괴적인 가속을 발생시킬 수 있는 구조물의 동적 운동으로 인하여 제한되어야만 하고,
- 풍력 터빈은 후류(wake)의 영향을 제한하기 위하여 그들 사이에 충분한 간격으로 배치되어야만 한다.
해류 터빈에 관해서는, 해저에 고정되는 방식으로 최근 배치되고 있으며, 또한 다음의 단점들을 갖는다.
- 그들의 치수는 표면 항해에 걸림돌이 되는 것을 방지하기 위하여 축소되어야만 하며,
- 풍력 터빈과 함께하는 경우, 또한 그들은 후류의 영향을 제한하기 위하여 그들 사이에 충분한 간격으로 배치되어야만 한다.
여기서 제시되는 대안들의 제1 일반 원리는, 가이드 부품들의 겉둘레 면을 따른 유속과 결합되고 상류 터빈들의 세트를 통과하여 지나가는 흐름의 적어도 일부는 하류에 배치된 세트의 터빈들 쪽으로 향하고, 하류 터빈들로 투입되는 흐름의 가속에 기여하게 하는 방식으로, 고려되는 유체의 흐름의 축에 따라서 배향된 2 이상의 터빈 세트의 배치에 기초한다.
이러한 효과를 위하여, 유체의 운동으로 터빈을 회전 구동하는 경우 전기 에너지를 발생시키도록 본 발명은 하나 이상의 교류 전원에 결합되며, 실질적으로 평행한 회전축을 갖는 2 이상의 터빈들을 포함하는 이동 유체의 에너지 회수 장치를 제안하며,
- 각 터빈은 흐름의 제1 가이드 부품과 흐름의 제2 가이드 부품 사이에 유체의 흐름의 이동 방향에 수직한 제1 방향으로 탑재되고, 각 가이드 부품들은 주로 유선 형상을 갖고,
- 상기 장치는 하나 이상의 제1 터빈과 유속의 이동 방향으로 평행한 제2 방향으로 상기 제1 터빈의 하류에 배치되는 하나 이상의 제2 터빈을 포함하고, 상기 제2 터빈은, 제1 터빈의 흐름의 제1 및/또는 제2 가이드 부품이 제2 터빈의 2개의 가이드 부품들 사이에 제1 방향으로 위치하는 방식으로, 제1 방향으로 이동되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서 드러나는 대안의 제2 일반 원리는 다음의 고려 사항들에 기초한다.
복수의 풍력 터빈들과 해류 터빈들의 해류 배치는 (도 9 및 도 10의 실시예 참조) 다음과 같은 방식으로 고안된다.
- 각 터빈(50)에 관한 각각 흐름은 하나 또는 몇 개의 환형 페어링(fairing)(들)(52)(도 9 참조)의 사용에 의해 최적화되고, 상기 터빈은 윙(도 10)을 갖는 회전 수평축 또는 수직축(51)을 갖고, 수직축(510)을 갖고, 각각 통상적인 볼록한 내부 에지(520)를 갖고 있으며,
- 다양한 터빈들 사이의 상호작용은 가능한 최소화 된다.
더 나아가, 특히 2개의 논문에서 전체적인 연구가 수행되었다.
- 수직축 터빈들에 대한 수직 페어링들에 관한 오멜라(AUMELAS) 2011년 9월 및 멘차카(MENCHACA) 2011년의 논문이 있다. 강조된 특징은 터빈 측면, 즉, 페어링의 내측면의 볼록함에 관한 것이다.
이러한 부품들의 목적은 도 11에 도시된 바와 같이 흐름에 기여하는 것이다. 웰러(Weler) 또는 한센(Hansen)의 가설 ("풍력 터빈의 공기역학(Aerodynamics of wind Turbine)")에 따르면, 페어링(들) 또는 부속 또는 부속들의 구비하여 제공된 터빈들의 효율성은 2 에서 5의 비율로 증가하고, 59 %의 베츠 한계 출력을 넘을 수 있다.
더 나아가, PCT출원 공개 제WO　2011/049843호에서 이동 유체로부터 에너지를 회수하는 장치를 개시하며, 상기 장치는 회전축들이 실질적으로 평행한 하나 이상의 제1 터빈과 하나 이상의 제2 터빈을 포함하고, 이동하는 유체가 상기 터빈들을 회전 구동하는 경우 전기적 에너지를 생성하기 위하여 교류 발전기(alternator)에 결합되며, 상기 제1 터빈 또는 각각에 대하여 상기 제2 터빈 또는 각각은,
- 유체의 흐름 방향(F)에 대하여 수직한 제1 방향(Z)으로 이동되며,
- 상기 흐름 방향에 평행한 제2 방향(X)으로 하류에 배치된다.
그러나, 몇 개의 상류/하류 랭크(rank)들에 대하여 배치된 터빈들을 구비한 설치물의 전체적인 출력은 그 상대적인 위치에 의존하고, 특히 이후 "가이드 부품"들로 일컬어지는, 상술한 부속 또는 페어링들의 구성에 의존하는 현상이 나타났다.
다음과 같은 것들이 제시된다.
- 각 터빈은 각각 통상적인 유선 형상이고, 흐름의 제1 및 제2 가이드 부품 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 탑재되며,
- 상기 장치는, 상기 제1 터빈 또는 각각의 제1 가이드 부품이 제2 터빈들 중 하나의 2개의 가이드 부품들 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하고, 상기 제1 터빈 또는 각각의 제2 가이드 부품은 다른 제2 터빈의 흐름의 2개의 가이드 부품들 사이에 제1 방향(Z)으로 위치하는 방식으로, 제1 방향(Z)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2 이상의 제2 터빈들을 포함하고,
- 상기 제1 터빈들 또는 각각의 흐름에 대한 상기 제1 및/또는 제2 가이드 부품은 각각의 제2 터빈의 2개의 가이드 부품들 사이에 제1 방향(Z)을 위치하게 된다.
보다 구체적으로, (수직축 터빈들에 대한 실질적으로 수평한 시위(chord)를 갖는) 터빈들의 축에 실질적으로 수직인 축의 가이드 부품들을 갖는, 다중 스테이지 및 다중 랭크 장치들이 될 수 있고, 터빈(들)의 제1 랭크로 구성된 "브레이크"를 형성하는 기능을 하게 하기 위하여, 여기서 도 1 및 도 12에 구체적으로 도시된 것과 같은 가이드 부품들을 갖고 결합되며, 다음의 랭크(들)의 성능에 놀랄만한 향상으로 기여한다.
이 체계에서, 본 발명의 양상은 상술한 단점들의 전부 또는 일부를 극복하기 위한 대안을 제시하고자 하는 것이며, 59 %의 베츠 한계를 초과하게 함으로써, 개방된 환경에서 이동하는 유체의 운동 에너지의 회수의 전체적인 출력을 향상시키기 위한 것이다. 그리고, 이것은 하나 이상의 터빈의 성패에 달려 있으며, 제2 터빈에 의하여 수용되는 유체의 흐름의 적어도 일부가 제1 터빈을 통과하여 지나가기 때문에 하나의 터빈이 다른 터빈에 영향을 미치는 것이 중요하다.
이와 연관되어, 가이드 부품들은 바람직하게는 터빈의 대향하는 측면에 볼록한 프로파일을 갖는 것, 보다 구체적으로 적어도 제1 랭크는 각 제2 터빈(제2 랭크의 가장 아래)의 가이드 부품의 외부에 대하여, 즉 볼록한 겉둘레 면을 갖는 것을 추천한다.
보다 구체적으로, 상술한 "제1 방향(Z)"은, 수평 방향일 수 있으나, 수직 방향이 될 수도 있다.
기본적으로, 유선 형상은, 터빈에 대하여 내부면에 위치하고, 안둘레 면과 터빈에 대하여 외부 면에 위치한 겉둘레 면에 연결되며, 흐름에 대하여 프로파일의 상류에 위치한 첨단 에지, 흐름에 대해 하류에 위치한 후단 에지를 포함하는 단면을 갖는 3차원 형상을 의미한다.
가이드 부품들은, 예를 들면 "렌즈" 타입의 부품의 경우에 지름, 또는 "윙" 타입의 부품의 경우에 긴 사이즈와, 흐름 방향으로 프로파일 구역을 갖는 날개(fin)가 될 수 있다. 두 경우에 모두, 상기 구역의 시위(chord)는 첨단 에지의 곡률 중심과 프로파일의 후단 에지의 곡률 중심을 잇는 라인으로서 정의된다. "윙(wing)" 타입 날개에 대하여, 가장 긴 차원은 폭에 대응하고, 형상비(aspect ratio)는 폭과 시위 사이의 비에 대응한다. "렌즈" 타입 부품을 갖는 경우에, 가이드 부품은 그 구역과 그 회전의 지름에 의하여 정의된다.
놀랍게도, 발명자는 테스트 동안, 가이드 부품들을 구비한 제2 터빈의 이러한 배치가, 가이드 부품들을 구비한 제1 터빈에 대하여, 제2 터빈의 회전 속도를 증가시킬 수 있다는 것을 발견했다. 상기 테스트들은, 제2 터빈의 회전 속도가 제1 터빈의 회전 속도보다 적어도 1.5배 크고, 제1 터빈의 회전 속도가 3배까지 커질 수 있다는 것을 보여주었다.
상술한 바와 같이 볼록한 겉둘레 면을 구비한 흐름의 유선 형상 가이드 부품으로, 제1 터빈의 상기 겉둘레 면들 위와 아래를, 수직한 "제1 방향(Z)"의 경우, 지나가는 유체(특히, 액체)는 이러한 볼록한 외부 면에서 가속되고, 이것은 제2 터빈(또는 일련의 터빈들)으로부터 유입되는 유체의 흐름을 가속하고 집중시킨다. 이렇게 겉둘레 면에서 가속된 유체는 제2 터빈들에 공급되기 전에 제1 터빈으로부터 배출되는 유체를 끌어당기고, 이것은 (도 12에 점선으로 표시된 흐름 참조하면) 장치의 부하의 전체적인 손실을 감소시키는 효과를 갖는다.
"다른 하나에 대하여 이동되어 있는 터빈들" 또는 "하류에 배치된 터빈"과 같은 표현들은, (도 1에 구체적으로 도시된 바와 같이 터빈들의 지름인 D로) 이러한 터빈들이 그들 사이에 다음 사항들을 구비하는 것을 지칭하기 위한 것이다.
- 흐름에 평행한 방향(X)에 따라서, 후류의 영향을 추구하기 위하여, 약 1D와 약 5D 사이의 (20 %에 가까운) 간격 X1 (도 2 및 도 4), 그리고/또는
- (후술하는 도면에서 수평인) 흐름에 수직인 방향(Y)에 따르면, (항공기 날개와 같은) 연속적인 형상이 될 수 있고, 터빈들에 대하여 지지 구조물로서 사용되는 프로파일과, 어떠한 경우에 약 1D와 약 5D 사이의 (20%에 가까운) 간격을 갖고, 후류의 동일한 효과를 위하여, 도 5에서 후술하는 바와 같이 상기 연결은 연속적이 될 수 있고, 그리고/또는
- (터빈의 회전축에 평행한 또는 수직 방향인) 상기 방향(Z)에 따르면, 흐름의 그 가이드 부품들은 실질적으로 나란하게 가능한 배치, 그러면 기능적으로 분리됨이 없이, 슬롯 효과로부터 가능한, 대략 0.5D까지 분리되어 있을지라도, 효과를 얻을 수 있으나, 그러나 없는 것이 바람직할 수도 있다.
터빈들과 그들을 둘러싸는 흐름의 가이드 부품들 사이의 상대적인 두께에 관하여, 다음 사항들이 선호된다.
- 흐름에 평행한 상기 방향(X)에 따라서, 가이드 부품들의 치수(X2)는 대략 0.5 D와 약 1.5 내지 2D (20%에 가까운) 사이이고, 그리고/또는
- 상기 방향(Y)에 따르면, 이러한 부품들의 치수 Y2는 대략 2D와 대략 4D (에 가까운) 사이이다.
더 나아가, 상기 방향(Z)에 따르면, (도 2 및 도 4의 예를 참조하면) 상기 프로파일의 두께(Z2)는 0.5D 보다 크지 않은 (20%에 가장 가까운) 것을 추천한다. 그렇지 않으면, 가속에 대한 어떠한 영향을 일으키지 않고 오히려 소용돌이 효과에 의한 드래그가 증가하여 프로파일이 그 자체로 브레이크로 작용하게 될 위험을 갖는다.
이와 같이, "제1 터빈"은, 제2 터빈에 의해 수용되는 유체의 흐름의 적어도 일부가 제1 터빈을 통과하여 지나가기 때문에, 바람직하게는 그 후류에 위치하는 "제2 터빈(또는 다른 터빈)"에 영향을 마친다.
구체적으로, 랭크들 사이의 간격 X1, 예를 들면 (도 2 및 도 4의) 랭크 1 및 랭크 2, 도 4의 랭크 2 및 랭크 3들 사이의 간격은 바뀔 수 있다. (동일하게 Y, 심지어 Z에 대하여도 적용된다.)
실시예에 따르면, 더 나아가, 상기 제2 터빈은 제1 방향과 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 제1 터빈에 대하여 이동된다. 이 경우에, 제1 터빈은 바람직하게는 제2 방향으로 제2 터빈의 상류에 배치된 일 부분을 갖게 하기 위하여 충분한 형상비를 갖는 가이드 부품을 구비한다.
실시예에 따르면, 상기 장치는, 제1 터빈의 제1 가이드 부품은 제2 터빈의 2개의 가이드 부품들 사이에 제1 방향으로 위치하게 되고, 제1 터빈의 제2 가이드 부품들은 다른 제2 터빈의 흐름의 2개의 가이드 부품들 사이에 제1 방향으로 위치하게 되는 방식으로, 제1 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2 이상의 제2 터빈들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 터빈들은 나란하게 배치된 흐름의 가이드 부품들을 구비하고, 2개의 상기 가이드 부품들은 중간 가이드 부품을 형성하고, 하나 또는 두 개의 부분에서, 일 면은 제2 터빈에 대한 내부 가이드 표면을 구성하고, 일 면은 다른 제2 터빈에 대한 내부 가이드 표면을 구성한다.
제1 수직 방향, 그리고 수직축 터빈의 경우에, 2개의 제2 터빈들의 축방향 로드는 바람직하게는 동축이 될 수 있다.
실시예에 따르면, 제2 터빈들의 중간 가이드 부품들을 형성하는 가이드 부품은, 제1 터빈으로부터의 존재하는 흐름이 2개의 제2 터빈들 사이에 실질적으로 동일하게 나누어져 분배되는 방식으로, 제1 터빈의 2개의 가이드 부품들 사이에 실질적으로 중간에 제1 방향으로 배치된다.
실시예에 따르면, 한편으로는 제1 터빈의 가이드 부품들과 다른 한편으로는 제2 터빈 또는 터빈들의 가이드 부품들은, 제1 방향으로 부분적으로 중첩되고, 특히 장치의 전체적 부담을 감소시키는 방식으로 배치된다.
실시예에 따르면, 상기 장치는 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2 이상의 제2 터빈을 포함하고, 제1 터빈들의 제1 및 제2 가이드 부품들은 2개의 제1 터빈들 사이에서 제3 방향으로 보다 구체적으로 그 가장 긴 길이로 연장되며, 바람직하게는 상기 제1 터빈들의 가이드 부품들은 단일 부품으로 형성된다.
실시예에 따르면, 제1 터빈은 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2개의 제2 터빈들 사이에 제3 방향으로 위치한다.
실시예에 따르면, 상기 장치는 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2 이상의 제1 터빈들을 포함하고, 제1 터빈들의 제1 및 제2 가이드 부품들은 2개의 제1 터빈들 사이에 상기 제3 방향으로 그 가장 긴 차원으로 연장되며, 바람직하게는 제1 터빈들의 가이드 부품들은 단일 부품으로 형성된다.
실시예에 따르면, 제2 터빈은 각각 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된 2개의 제1 터빈들 사이에 제3 방향으로 위치하게 된다.
실시예에 따르면, 상기 장치는 제2 방향으로 제1 터빈에 대하여 이동된 하나 이상의 제3 터빈을 포함하고, 상기 제3 터빈은 유체의 흐름의 이동에 대하여 제2 터빈의 하류에 배치되고, 보다 구체적으로 상기 제3 터빈은 제1 방향으로 상기 제1 터빈과 실질적으로 동일한 위치를 갖는 방식으로 형성된다.
실시예에 따르면, 상기 장치는 하나 이상의 제1 터빈, 2개의 제2 터빈들의 2개의 포개진 열들로 배치된 4개 이상의 제2 터빈, 상기 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 하나의 열의 터빈들을 갖는 하나 이상의 제3 터빈을 포함한다. 실시예에 따르면, 2개 또는 각각의 제1 터빈들의 하나 이상의 열과, 2개 또는 몇 개의 제2 터빈들의 중첩된 2개 이상의 열들 및 2개 또는 몇 개의 제3 터빈들의 하나 이상의 열을 포함한다.
실시예에 따르면, 제1 터빈의 상기 제1 가이드 부품 및/또는 제2 가이드 부품은 가이드 부품의 시우에 따라서 볼록한 겉둘레 면을 구비하고, 상기 겉둘레 면 근처에 배치된 유체의 가속을 더욱 최적화하게 된다.
바람직하게는, "윙" 타입의 가이드 부품들은, 제2 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 첨단 및 후단 에지들을 갖고, 제3 방향에 실질적으로 평행하게 그 가장 긴 차원으로 연장된다.
실시예에 따르면, 각각의 터빈에 대하여, 서로 마주보게 위치되어 있는 상기 가이드 부품들은, 2개의 가이드 부품들의 첨단 에지들과 후단 에지들이 각각 터빈에서 유입되는 흐름을 집중시키기 위한 수렴부와 터빈으로부터 존재하는 흐름을 분산시키는 데에 기여하는 분기부를 형성하는 방식으로, 실질적으로 볼록한 형상의 안둘레 면을 구비한다.
더 나아가, 안둘레 면 또는 내부 면은, 특히 수평축 터빈의 경우에, 제3 방향으로 볼록함을 가질 수 있다.
내부 면들은 겉둘레 면 또는 외부 면과 실질적으로 같지 않은 볼록함을 가질 수 있다. 내부 면들은, 실질적으로 평판형인 중앙부들에 함께 연결된, 수렴부와 분기부를 형성하는 경사진 또는 볼록한 타입의 단부 부분만을 오로지 갖는, 실질적으로 평판형 안둘레 면을 형성할 수 있고,
이와 같이, 실시예에 따르면, 각각의 터빈에 대하여, 흐름의 2 개의 가이드 부품들의 내부 면들은 실질적으로 평판형 중앙부를 갖고, 2 개의 가이드 부품들의 중앙부들은 서로에 대하여 실질적으로 평행하다.
실시예에 따르면, 각각의 터빈은, 상술한 가이드 부품들에 수직하게 배치된, 제3 방향으로 서로 다른 하나에 대하여 이동된, 유선 형상의 추가적인 가이드 부품들을 포함한다.
바람직하게는, 터빈들은 지지 구조물에 탑재된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지 구조물은, 제2 방향은 흐름의 방향에 실질적으로 평행하게 되는 방식으로, 자동적으로 자연적으로 또는 강제하는 방식으로 배향될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 장치는 하나 또는 몇 개의 지점에서 해저에 고정된 부유하는 연안 구조물, 또는 풍력 및/또는 해류 타입의 터빈들을 포함하는 고정된 연안 구조물을 포함하는 해양 장치이다.
구체적인 실시예에 다르면, 터빈들을 구비한 지지 구조물들은 부유하고, 상기 장치는 상술하여 정의된 것과 같은 제1 터빈 및 2개의 제2 터빈들을 포함하는 2 이상의 터빈 세트를 포함하고, 터빈들의 제1 세트는 지지 구조물의 흘수선 위에 배치되고, 터빈들의 제2 세트는 지지 구조물의 흘수선 아래에 배치된다. 제1 세트의 터빈들은 공기에 의하여 구동되고, 제2 세트의 터빈들은 물에 의하여 구동된다. 바람직하게는, 구조물의 잠겨있는 부분과 잠겨있지 않은 부분은 보다 구체적으로, 터빈들의 각각의 세트는 그 흐름에 대하여 서로 다른 하나에 독립적으로 배향되는 방식으로, 수직 방향 둘레로 하나 이상의 상대적인 회전을 허용하게 하기 위하여 비결합된다.
다른 실시예에 따르면, 상기 장치는 육상 장치이다.
실시예에 따르면, 상기 지지 구조물은 터빈들의 흐름의 가이드 부품들이 결합되는 수직관들을 포함한다.
실시예에 따르면, 흐름의 각 가이드 부품은 주로 테이퍼진 형상을 갖고, 내부 면의 중앙부는 원형이며, 상류 및 하류의 단부 부분은 원형의 중앙부의 주변으로부터 방사상으로 연장되는 경사진 환형부로 형성된다. 수직인 제1 방향과 각각의 터빈이 수직축 터빈인 경우에 터빈의 흐름의 가이드 부품들의 원형 중앙부의 중심은 상기 터빈의 축방향 로드의 수직축에 위치될 수 있다. 이와 같이, 흐름의 2개의 가이드 부품들을 구비하여 제공된 터빈은 수직축에 대응하는 회전축을 갖고, 그러면 유입되는 흐름의 입사각에 관계없이 최적으로 작동하게 한다.
특정 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 장치는 2 이상의 세트의 터빈들을 포함한다. 각 세트의 터빈들은 상술하여 정의한 바와 같이 제1 터빈과 2개의 제2 터빈들을 포함한다. 상기 터빈들의 세트는 지지 구조물에서 서로 다른 하나에 대하여 각지게 이동되어 있다. 바람직하게는, 제1 터빈들은 제1 원에 따라서 배치되고, 제2 터빈들은 예를 들면 수직하는 제1 방향으로 이동된 동일한 반지름의 2개의 제2 원에 따라서 배치된다. 바람직하게는, 터빈들의 연속되는 2개의 세트를 분리하는 각은 장치의 회전 특성을 부여하기 위하여 일정하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치를 도식적으로 나타낸 평면도이고,
도 2는 도 1의 장치를 도식적으로 나타낸 측면도이며,
도 3은 도 1 및 도 2의 장치의 제1 터빈을 도식적으로 나타내는 측면도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치를 도식적으로 나타내는 측면도이며,
도 5는 도 4의 장치를 도식적으로 나타내는 사시도이고,
도 6은 도 4 및 도 5의 장치를 도식적으로 나타내는 평면도이며,
도 7은 제3 실시예를 도식적으로 나타내는 평면도이고,
도 8은 도 7의 장치를 도식적으로 나타내는 측면도이며,
도 9, 도 10 및 도 11은 종래 기술의 실시예들을 나타내고,
도 12 및 도 13은 각각 도 1의 대안적인 실시예들을 도식적으로 나타내는 측면도이다.
본 발명은 후술하는 첨부된 도면들을 참조하여, 다음의 상세한 예시적인 설명을 읽음으로써 더욱 잘 이해될 것이고, 다른 목적, 세부사항, 특징 및 장점들은 더욱 명확해 질 것이다.
본 발명에 따르면, 에너지 회수용 장치는 지지 구조물에 탑재된 유체의 운동 에너지의 2 이상의 센서들을 포함한다. 상기 유체의 운동 에너지의 센서들은 수직축 또는 수평축 터빈들이다. 상기 터빈들은, 예를 들면 공기 또는 물이 될 수 있는, 개방된 환경에서 유체에 의해 회전하도록 구동된다. 각 터빈은 유선 형태의 흐름에 대한 2개의 가이드 부품들 사이에 탑재되고, 상기 유선 형상의 구역의 시위는 실질적으로 흐름의 방향에 평행하게 되는 방식으로 배치되고, 다른 하나로부터 수직으로 또는 수평으로 이동된다. 상기 터빈들과 상기 흐름에 대한 그 가이드 부품들은 장치의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있도록 서로 관련되어 배치된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같은 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 장치는 도면부호 4 아래의 도 1에 부분적으로 도시된 지지 구조물에 설치된 3개의 터빈(1, 2₁, 2₂)을 포함한다. 상기 터빈들은 유체의 움직임으로 상기 터빈들이 회전하게 구동하는 경우 전기 에너지를 생성하도록 하나 이상의 교류 발전기(미도시)에 결합되고, 상기 교류 발전기는 예를 들면 가이드 부품 내부에 설치된다. 이 실시예에서, 터빈들은 수직축을 갖는다.
도 3을 참조하면, 제1 터빈(1)은 수직축 로드(10)와 암(11)들에 의하여 축방향 로드에 연결된 블레이드(12)들을 포함한다. 유선 형상의 각 블레이드는, 터빈을 통과하는 유체의 흐름이 움직이는 경우, 축방향 로드의 회전 운동을 발생시켜 적절한 수단에 의해 교류 발전기를 구동시키는 리프트를 형성한다. 각 터빈은 더욱 바람직하게는 2 이상의 블레이드를 포함한다.
제1 터빈(1)은 2 개의 흐름에 대한 가이드 부품, 즉 흐름에 대한 제1 상부 가이드 부품(13)과 제2 하부 가이드 부품(14)을 포함하고, 제1 수직 방향(Z)에서 수직하게 이동되고, 그 사이에 축방향 로드가 탑재된다. 상기 가이드 부품들은 "렌즈" 타입이고, 각각의 시위가 상기 제1 방향(Z)에 평행 및 수직하게 배치되는 방식으로 상기 터빈의 양 측면에 배치된다. 그들은 터빈의 블레이드 쪽으로 흐름을 가이드 하기 위한 안둘레 면(15)과 겉둘레 면(16)을 구비한다. 상기 가이드 부품(13, 14)들의 상기 안둘레 면(15)들은 서로 마주보고 있다.
도시된 실시예에서, 가이드 부품은 주로 테이퍼진 형상을 갖는다. 끝이 잘린 콘의 넓은 면 또는 넓은 평면 베이스에 대응하는 겉둘레 면(16)은 볼록한 형상을 갖는다. 안둘레 면(15)은 끝이 잘린 콘의 작은 면 또는 작은 베이스에 대응하는 평면형 및 원형인 중앙부(15a)와, 원형의 중앙부로부터 외측으로 방사방향으로 연장되고 끝이 잘린 콘의 측면에 대응하는 경사진 환형부(15b)를 포함한다. 상기 흐름 방향(F)에 따르면, 서로 마주보는 2개의 가이드 부품들의 경사진 환형부들은 수렴부와 분기부를 형성한다. 상기 흐름 방향(F)에 대하여 터빈의 상류에 배치된 서로 마주보는 환형부 구역들은 터빈 쪽으로 유입되는 유체를 가이드 및 가속하도록 수렴부를 형성하고, 터빈의 하류에 배치된 마주보는 환형부 구역들은 터빈으로부터 빠져나가는 흐름을 더욱 잘 분기시키도록 분기부를 형성한다.
제2 터빈(2₁, 2₂)들은, 제1 터빈(1)과 같이, 수직축 로드와, 암들에 의하여 축방향 로드에 연결된 예를 들면 3개인 블레이드들을 포함한다. 제2 터빈(2₁, 2₂)들 각각은 또한 상부 가이드 부품(23₁, 23₂)과 하부 가이드 부품(24₁, 24₂) 사이에 그 축방향 로드에 의하여 탑재되고, 수직하게 이동되며, 그들 사이에 축방향 로드가 탑재된다. 상기 가이드 부품들은 유선 형상이고, 상기 터빈의 블레이드들 쪽으로 흐름을 가이드 하는 안둘레 면(25)과 겉둘레 면(26)을 구비한다. 제2 터빈(2₁, 2₂)들은 서로 포개어져 있으며, 제2 터빈들이 상기 흐름 방향(F)에 대하여 제1 터빈의 하류에 위치하게 되는 방식으로, 흐름 방향(F)에 평행한 제2 수평 방향(X)으로 제1 터빈에 대하여 이동되고, 제1 터빈과 제2 터빈의 로드들은 실질적으로 동일한 수직 평면에 배치되며, 제2 터빈들의 로드들은 실질적으로 정렬된다.
제2 상부 터빈(2₁)은 다른 제2 하부 터빈(2₂) 위에 탑재된다. 가이드 부품들은 이전과 같이 주로 테이퍼진 형상이고, 수렴부와 분기부를 형성하는 환형부들을 구비한 안둘레 면(25)을 갖는다. 상부 터빈의 상부 가이드 부품(23₁)의 겉둘레 면(26)과 하부 터빈의 하부 가이드 부품(24₂)의 겉둘레 면은 또한 볼록한 형상을 갖는다. 제2 상부 터빈(2₁)은, 상부 터빈의 하부 가이드 부품(24₁)이 하부 터빈의 상부 가이드 부품(23₂)과 나란하게 배치되는 방식으로, 제2 하부 터빈(2₂) 위에 배치된다. 가이드 부품(24₁, 23₂)들의 겉둘레 면은 실질적으로 평면형이고 나란하게 배치된다. 상기 가이드 부품(24₁, 23₂)들은 바람직하게는 단일 부품으로 형성된 중간 가이드 부품(27)을 구성한다.
제1 터빈(1)과 제2 터빈(2₁, 2₂)들은, 제1 터빈의 상부 가이드 부품(13)이 제2 상부 터빈의 가이드 부품들(23₁, 24₁) 사이에 상기 제1 방향(Z)에 수직으로 배치되고 하부 가이드 부품(14)이 제2 하부 터빈의 가이드 부품들(23₂, 24₂) 사이에 수직으로 배치되는 방식으로, 지지 구조물 상에 탑재된다.
유체 흐름 방향(F)으로 순회하는 경우, 제1 터빈(1)은 2개의 제2 터빈들(2₁, 2₂)의 상류에 존재하게 된다. 제1 터빈을 구동하고 상기 제1 터빈에 존재하는 유체는 제2 상부 터빈(2₁)의 일부와 제2 하부 터빈(2₂)의 다른 일부를 통과한다. 가이드 부품들(24₁, 23₂)은, 제1 터빈으로부터 존재하는 흐름이 2 개의 제2 터빈들에 실질적으로 동일하게 공급되는 방식으로, 바람직하게는 제1 터빈의 2개의 가이드 부품들(13, 14) 사이의 중간에 수직하게 배치된다. 제1 터빈의 위와 아래를 지나가는 유체는 가이드 부품들(13, 14)의 외부 표면 또는 겉둘레 면(16)에서 가속된다. 외부 표면(16)들의 볼록함은 부근에서 순회하는 유체의 가속성을 증가시킬 수 있다. 겉둘레 면에서 가속된 유체는 제2 터빈들(2₁, 2₂)에 들어가기 전에 제1 터빈(1)으로부터 존재하는 유체를 끌어당긴다.
바람직하게는, 한편으로는 제2 터빈의 가이드 부품들과 다른 한편으로는 2개의 제2 터빈들의 흐름에 대한 가이드 부품들이, 수평 방향(X)으로 부분적으로 중첩되는 방식으로 배치된다. 이러한 배치는 수평한 평면에서 장치의 장애물을 감소시키는 데에 기여한다.
게다가, 각 터빈의 가이드 부품들의 원형 중앙부의 중심은 바람직하게는 터빈의 축방향 로드의 수직축에 상에 위치된다. 상기 터빈은 회전 대칭을 구비하도록 정의된 2개의 가이드 부품들을 구비하고, 축방향 로드의 축에 대응하는 회전축을 갖는다. 그러면 터빈은 유입되는 흐름의 입사각에 관계없이 최적으로 작동한다.
도 1에 부분적으로 도시된 바와 같이, 각 터빈의 흐름에 대한 가이드 부품들은, 예를 들면 터빈의 축방향 로드의 축에 대하여 대칭으로 배치된, 2 개의 수직한 수직관(riser)(4)에 고정된다. 상기 장치는 흐름에 대한 가이드 부품(13, 14)들에 고정된 2개의 수직관(4)을 포함한다. 가이드 부품(23₁, 24₁, 23₂, 24₂)들에 고정된 2개의 다른 수직관들을 포함한다. 상기 수직한 수직관들은 가능한 흐름을 분산시키도록 유선 형상이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 3개의 터빈들의 단일 세트를 포함하는 장치가 도시되어 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 장치는 후술하는 바와 같이 제1 및 제2 터빈들의 복수 개의 세트를 포함한다. 상기 세트들은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 옆에 병치될 수 있고, 그리고/또는 상기 제2 방향(X)으로 서로 뒤에 있을 수 있다. 상기 세트들은 또한 상기 제1 방향(Z)으로 칼럼으로 서로 수직으로 포개어 질 수 있다. 상기 장치는 또한 3개 이상의 터빈들의 세트를 포함할 수 있고, 예를 들면 서로 포개어진 2개의 제1 터빈들과 서로 또한 포개어진 2개의 터빈들을 포함하며, 3개의 제2 터빈들의 상류에 배치된 2개의 제1 터빈들을 갖는 세트일 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 장치를 나타낸다. 상기 장치는, 해류 터빈의 예로서, 3개의 제1 터빈들(101₁, 101₂, 101₃)의 열과, 2개의 제2 터빈들의 2개의 중첩된 열로 배치된 4개의 제2 터빈들(201₁, 201₂, 201₃, 201₄), 및 3개의 제3 터빈(303₁, 303₂, 303₃)들을 포함한다. 상기 실시예에서, 제1 및 제2 터빈들은, 각 제2 터빈들이 제1 터빈에 대하여 제1 수직 방향(Z), 제2 수평 방향(X) 그리고 흐름 방향(F)에 대하여 수직한 제3 수평 방향(Y)으로 이동되는 방식으로 배치된다.
제1 터빈들의 열에서, 제1 터빈들은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나로부터 이동되어 있다.
상부 열의 2개의 제2 상부 터빈들(201₁, 201₂)은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나로부터 이동되어 있고, 하부 열의 2개의 제2 하부 터빈들(201₃, 201₄)은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나로부터 이동되어 있다. 2개의 하부 및 상부 열들은, 상부 터빈은 하부 터빈 위에 배치된 상태로, 상기 제1 방향(Z)으로 다른 하나의 상부에 하나가 배치되고, 실질적으로 상기 제3 방향(Y)으로 그들 사이에 이동이 없다. 그리고 제2 터빈들은 상기 흐름 방향(F)에 대하여 제1 터빈들의 하류에 배치되는 방식으로 제1 터빈의 열에 대하여 상기 제2 방향(X)으로 이동되어 있다. 더 나아가, 2개의 열들의 제2 터빈들은, 제2 터빈들 각각은 상기 제3 방향(Y)으로 2개의 제1 터빈들 사이에 배치되는 방식으로, 제1 터빈들에 대하여 상기 제3 방향(Y)으로 이동되어 있다. 그리고 상기 제2 터빈들은, 제2 상부 터빈들이 제1 터빈들에 대하여 상기 제1 방향(Z)으로 윗 방향으로 이동되어 있고 제2 하부 터빈들이 제1 터빈들에 대하여 상기 제1 방향(Z)으로 아래 방향으로 이동되어 있는 방식으로 제1 터빈의 열에 대하여 상기 제1 방향(Z)으로 이동되어 있다.
제3 터빈의 열들에서, 제3 터빈들은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나로부터 이동되어 있다. 상기 열들은, 제3 터빈들이 상기 방향(F)에 대하여 제2 터빈들의 하류에 배치되고 제3 터빈이 제1 터빈의 확장으로 실질적으로 연장되는 방식으로 제1 터빈들의 열에 대하여 오로지 상기 제2 방향(X)으로만 이동되어 있다.
제1 터빈들은 제1 터빈들의 하부 가이드 부품들과 흐름에 대한 상부 가이드 부품들을 각각 구성하는, 공통의 상부 프로파일 구역(113)과 공통의 하부 프로파일 구역(144) 사이에 탑재된다. 상기 상부 및 하부 프로파일 구역들은 상기 제3 방향(Y)으로 그 가장 긴 차원에 대응하여 연장되고, 후단(trailing) 에지까지 첨단 에지의 볼록한 형상의 외부 표면(116) 또는 겉둘레 면과 실질적으로 평판형인 내부 표면(115) 또는 안둘레 면을 갖는 "윙" 타입의 횡단 구역을 구비한다. 각 프로파일의 첨단 에지와 후단 에지는 제2 방향으로 서로 다른 하나로부터 이동되어 있다. 프로파일은 제1 터빈들 쪽으로 흐름을 가이드 하기 위한 수렴부를 형성하는 부분인 볼록한 첨단 에지를 구비한다. 프로파일은 제1 터빈들의 배출로 흐름을 가이드 하기 위한 분기부를 형성하는 부분인 볼록한 후단 에지를 구비한다.
유사한 방식으로, 제2 상부 터빈(201₁, 201₂)들은 그 상부 가이드 부품들과 그 하부 가이드 부품들을 각각 구성하는, 공통 상부 프로파일 구역(223₁)과 공통 중간 프로파일 구역(227) 사이에 탑재된다. 제2 하부 터빈(201₃, 201₄)들은, 각각 그들의 상부 가이드 부품들과 하부 가이드 부품들을 구성하는, 중간 프로파일 구역(227)과 하부 프로파일 구역(224₂) 사이에 탑재된다.
상부 프로파일 구역(223₁)과 하부 프로파일 구역(224₂)은 실질적으로 제1 터빈들의 프로파일들(113, 114)과 같은 동일한 형상을 갖고, 첨단 에지들과 후단 에지들이 수렴부와 분기부들을 각각 형성하는 상태로 볼록한 겉둘레 면과 실질적으로 평판형인 안둘레 면을 구비한다. 중간 프로파일 구역(227)은 첨단 에지와 볼록한 후단 에지를 갖고 실질적으로 평판형인 상부면과 하부면을 구비한다.
제3 터빈들(303₁, 303₂, 303₃)은 제1 터빈들과 동일한 방식으로 상부 프로파일 구역(323)과 하부 프로파일 구역(324) 사이에 탑재된다.
터빈들은, 제1 터빈들과 제3 터빈들의 상부 프로파일 구역(113, 323)의 시위(chord)들이 실질적으로 제2 상부 터빈들의 상부 프로파일 구역(223₁)과 중간 프로파일 구역(227) 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하고, 제1 터빈들과 제3 터빈들의 하부 프로파일 구역들(114, 324)이 제2 터빈들의 중간 프로파일 구역(227)과 하부 프로파일 구역(224₂) 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하는 방식으로, 지지 구조물(104)에 각각의 프로파일들의 단부를 통하여 탑재된다.
더 나아가, 각 터빈은 실질적으로 흐름에 대한 가이드 부품들에 수직인 2개의 수직 프로파일 구역을 포함하고, 상기 제3 방향(Y)으로 서로에 다른 하나에 대하여 이동되어 있고, 흐름에 대한 추가적인 가이드 부품들을 구성한다. 상기 수직 프로파일 구역들은 바람직하게는 흐름에 대한 상부 및 하부 가이드 부품들 사이에 탑재되고, 같은 열의 인접한 2개의 터빈들에 공통이 될 수 있는 수직 프로파일을 갖는다.
구체적인 제3 실시예에 따르면, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 장치는, 후술하는 바와 같은 제1 터빈(401)과 제2 터빈(4021, 4022)의 복수 개의 세트를 포함한다. 상기 터빈들의 세트는 지지 구조물에서 서로 다른 하나에 대하여 각지게 이동되고, 제1 터빈들은 반지름 R1의 제1 원(405)에 따라서 배치되고, 제2 상부 및 하부 터빈들은 반지름이 R2(<R1)인 2개의 다른 원들(406, 407)을 따라서 배치되고 수직으로 이동되며, 반지름 R1 및 반지름 R2인 원들은 같은 중심을 갖는다. 터빈들의 2개의 연속되는 세트를 나누는 각(408)은 바람직하게는 상기 장치의 회전 특성을 부여하기 위하여 일정하다. 이 실시예에서, 상기 장치의 제1 터빈의 흐름에 대한 가이드 부품들은 수직으로 이동되어 있고, 실질적으로 동일한 내부 및 외부 반지름의 2개의 동심의 유선 형상 제1 링(413, 414)들로부터 형성되고, 상기 제1 터빈(401)들은 2개의 제1 링들 사이에 탑재된다. 각 제1 터빈에 대하여, 상기 터빈의 상부 링(413) 부분 또는 구역은 상부 가이드 부품을 구성하고, 상기 터빈의 하부 링(414) 부분 또는 구역은 하부 가이드 부품을 구성한다. 마찬가지로, 3개의 제2 링(423₁, 427, 424₂)들은, 제1 링보다 작은 반지름을 갖고, 상기 각각 제2 터빈들의 상부 및 하부 가이드 부품들을 형성하도록 제공된다. 제2 상부 터빈(4021)들은 제2 상부 링(423₁)과 제2 중간 링(427) 사이에 탑재되며, 동시에 제2 하부 터빈(402₂)들은 제2 중간 링(427)과 제2 하부 링(424₂) 사이에 탑재된다.
순회 터널에서의 테스트는(도 4 내지 도 6에 도시된) 신규의 완전한 구조물에서 V의 속도로 일정한 담수의 흐름에서 진행되었다. 각 터빈의 회전 속도들이 기록되었다. 상기 테스트는 제2 터빈들의 회전 속도가 제1 터빈들보다 적어도 1.5배 크고, 제1 터빈들의 속도보다 3배까지 커질 수 있다는 것이 나타났다. 그리고 상기 제3 터빈들의 회전 속도가 제1 터빈들의 속도보다 적어도 1.4배 크고, 제1 터빈들의 속도보다 2.5배까지 커질 수 있다는 것이 나타났다.
본 발명은 다양한 구체적인 실시예들과 연관지어 설명되었을 지라도, 이것에 제한되는 것이 아니라는 것이 명백하다. 본 발명의 범위 내에서 언급된 수단들과 등가의 기술들과 그들의 조합을 모두 포함할 수 있다.
한편, 도 12 및 도 13은 도 1의 경우와는 다른 경우에 적용되고, 도시된 배치는 랭크(Rank)(2, 3)들의 터빈들에 대하여 명확하게 가속된 흐름을 발생시킨다.
상기 목적은 주어진 운동으로 유체의 튜브에 대하여 최대 파워를 도출함으로써 달성된다.
이것은 몇 개의 작인 터빈들과 병치되어 계산되고 조직화된 상태에서 실질적으로 환경적인 충격(방해)을 갖고, 그 출력이 59%를 넘지 않을 수 있는 교체된 큰 터빈으로, 보다 구체적으로 동일하며, 상술한 가이드 부품들을 구비하며, 움직이는 유체의 참조 튜브에 대하여 59% 초과의 전체적인 출력을 달성할 수 있고, 이것들은 유체가 액체라면 더욱더 그러하다.
도 12는, (터빈(501)과 같은 터빈들 대하여 수평한) 수직축 터빈들의 축과 수직인 축을 갖는 가이드 부품(513, 514, 524₂, 5341, 5342)을 갖는, (Z 축으로, 적어도 랭크 2에 대하여) 다중-단계와 (X 축으로) 다중-랭크 장치들을 나타낸다.
그 볼록한 겉둘레 면(516, 5261, 5262)의 가이드 부품을 갖는 터빈들의 첫 번째 랭크는 "브레이크"를 형성하여 영향을 미치며, 이것은 따라서 도 1 및 도 12에 특히 수직 단면도로서 도시된 가이드 부품과 함께, 다음의 랭크들의 성능에 놀랄만한 향상으로 기여한다.
설명되고 도시된 배치와 랭크 1의 (각) 터빈에 대한 터빈의 대향하는 면(결국, 겉둘레 면), 보다 구체적으로 겉둘레 면(26, 226, 등)을 포함하는 적어도 각 제2 터빈의 (여기서 도면부호 502₁, 502₂, 랭크 2의 터빈) 가이드 부품의 외부(도 12에서 면(5261, 5262))의 볼록함으로, 도 12 또는 도 13에서 점선으로 도시된 (또한, 구체적으로 도 1의 경우에 나타나는) 흐름을 형성할 수 있고, 이것은 랭크 2 및 랭크 3의 터빈들에 대해서 상당히 가속된다.
이로써, 이동하는 유체의 주어진 튜브에 대해 최대 파워를 끌어냄으로써, 이동하는 유체의 기준 튜브에 관하여 상술한 59%의 베츠 한계보다 출력이 더 큰 전체적인 출력을 달성할 수 있게 한다.
도 12의 실시예에서, (터빈 측에 여전히 위치한) 안둘레 면은 오목하다. 실질적으로 평평할 수도 있다. 도 13에 도시된 바와 같이,
- (랭크 1 및 랭크 3에서 예시적으로 도시된) 터빈들은 2개의 다른 터빈들에 사이에서 수직하게 간섭되지 않고, 그리고/또는
- (랭크 2로 도시된) "다중-단계의" 랭크들에 대하여, 단부 터빈들은, 각각 가장 높은 그리고 가장 낮은 터빈은, 가장 낮은 터빈에 대하여 뒤집힌 프로파일, 즉 도 13에서와 같이 볼록한 안둘레 면의 프로파일을 갖게 될 수도 있다.
(포개어진 터빈들을 갖는) 여기서 랭크 2의, "중간" 가이드 부품들에 대하여, 도 13에서 도면부호 "626"으로 표시된, 이중 상부/하부 볼록함을 갖는 대칭 프로파일이 이러한 터빈들의 회전축에 평행하게 (여기서 결국 수직하게) 포개진 터빈들 사이에 유용하게 제공될 수 있다.

Claims (14)

  1. 유체의 이동으로 터빈들이 회전 구동되는 경우 전기 에너지를 생성하도록, 하나 이상의 교류 발전기에 결합되고 실질적으로 평행한 회전축들을 갖는 하나 이상의 제1 터빈(1; 101₁, 101₂, 101₃; 401) 및 하나 이상의 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)을 포함하는 이동 유체의 에너지 회수 장치로서,
    각 터빈은 흐름의 제1 가이드 부품(13, 23₁, 23₂; 113, 223₁, 227, 323; 413, 423₁, 427)과 흐름의 제2 가이드 부품(14, 24₁, 24₂; 114, 227, 224₂, 324; 414, 427, 424₂) 사이에 유체의 흐름 방향(F)에 수직인 제1 방향(Z)으로 탑재되고, 각 가이드 부품들은 일반적으로 유선 형상을 갖고,
    상기 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)은 상기 흐름 방향에 평행한 제2 방향(X)으로 상기 제1 터빈의 하류에 배치되고, 상기 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)은, 상기 제1 터빈의 흐름의 제1 및/또는 제2 가이드 부품(13, 14; 113, 114; 413, 414)들은 제2 터빈의 2 개의 가이드 부품(23₁, 24₁, 23₂, 24₂; 223₁, 227, 224₂; 423₁, 427, 424₂)들 사이에 제1 방향(Z)으로 위치하는 방식으로, 상기 제1 방향으로 이동되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 유체의 이동으로 터빈들이 회전 구동되는 경우 전기 에너지를 생성하도록, 하나 이상의 교류 발전기에 결합되고 실질적으로 평행한 회전축들을 갖는 하나 이상의 제1 터빈(1; 101₁, 101₂, 101₃; 303₁, 303₂, 303₃; 401) 및 하나 이상의 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)을 포함하는 이동 유체의 에너지 회수 장치로서, 상기 제1 터빈 또는 각각에 대하여, 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)들 또는 각각은,
    - 유체의 흐름 방향(F)에 수직인 제1 방향(Z)으로 이동되어 있고,
    - 상기 흐름 방향에 평행한 제2 방향(X)의 하류에 배치되어 있으며,
    - 각 터빈은, 상기 제1 방향(Z)에서, 각각은 주로 유선 형상이고, 흐름에 대한 제1 가이드 부품(13, 23₁, 23₂; 113, 223₁, 227, 323; 413, 423₁, 427) 및 제2 가이드 부품(14, 24₁, 24₂; 114, 227, 224₂, 324; 414, 427, 424₂) 사이에 탑재되고,
    - 상기 제1 터빈(1; 101₁, 101₂, 101₃; 401)들 또는 각각의 상기 제1 가이드 부품(13; 113; 413)이 제2 터빈들(2₁; 201₁, 201₂; 402₁) 중 하나의 2개의 가이드 부품들(23₁, 24₁; 223₁, 227; 423₁, 427) 사이에 위치하고, 상기 제1 터빈들 또는 각각의 제2 가이드 부품(14, 114, 414)은 다른 제2 터빈(2₂; 201₃, 201₄; 402₂)의 흐름에 대한 2개의 가이드 부품들(23₂, 24₂; 227, 224₂; 427, 424₂) 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하는 방식으로, 상기 제1 방향(Z)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2 이상의 제2 터빈들(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 401, 402₁, 402₂)을 포함하고,
    - 상기 제1 터빈들 또는 각각의 흐름에 대한 제1 및/또는 제2 가이드 부품(13, 14; 113, 114; 413, 414)들은 각각의 제2 터빈의 2개의 가이드 부품(23₁, 24₁, 23₂, 24₂; 223₁, 227, 224₂; 423₁, 427, 424₂)들 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 제2 터빈(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)은 상기 제1 방향(Z)과 상기 제2 방향(X)에 수직한, 제3 방향(Y)으로 제1 터빈(1; 101₁, 101₂, 101₃; 401)에 대하여 이동되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 터빈(101₁)은 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2 개의 제2 터빈(201₁, 201₂, 201₃, 201₄)들 사이에 상기 제3 방향(Y)으로 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제3 방향(Y)으로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2개 이상의 제1 터빈(101₁, 101₂, 101₃)을 포함하고, 제1 터빈들의 제1 및 제2 가이드 부품(113, 114)들은 상기 2개의 제1 터빈들 사이에 상기 제3 방향(Y)으로 그 가장 긴 차원으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 제2 터빈은(201₁, 201₂, 201₃, 201₄) 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2개의 제1 터빈(101₁, 101₂, 101₃)들 사이에 상기 제3 방향(Y)으로 위치해 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 터빈이 유체의 흐름 이동 방향(F)에 대하여 제2 터빈(201₁, 201₂, 201₃, 201₄)의 하류에 배치되고, 상기 제1 터빈의 위치와 실질적으로 상기 제1 방향(Z)에서 동일한 위치를 갖는 방식으로, 상기 제2 방향(X)으로 상기 제1 터빈(101₁, 101₂, 101₃)에 대하여 이동되어 있는 하나 이상의 제3 터빈(303₁, 303₂, 303₃)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 3 항, 제 4 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 개의 제2 터빈들의 2 개의 포개진 열들로 배치된 4개 이상의 제2 터빈(201₁, 201₂, 201₃, 201₄)과, 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 하나의 열의 터빈들을 갖는 하나 이상의 제3 터빈들(303₁, 303₂, 303₃)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 터빈은 유선 형상이고 상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2개의 추가적인 가이드 부품들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 해양 장치이고, 풍력 및/또는 해류 터빈들을 포함하고, 몇 개의 지점 또는 한 지점에 해저에 고정되어 있는 해양 부유 구조물, 또는 고정된 해양 구조물인 것을 특징을 하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물에 의해 구동되게 하는 방식으로 상기 터빈들은 잠겨있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 터빈의 제1 및 제2 가이드 부품들은 볼록한 겉둘레 면(16, 26, 116)을 갖고, 및/또는
    - 각각의 제2 터빈의 가이드 부품(23₁, 24₁, 23₂, 24₂; 223₁, 227, 224₂; 423₁, 427, 424₂, 등)들의 외부는 적어도 볼록한 겉둘레 면(26, 226, 등)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 터빈(1; 101₁, 101₂, 101₃; 401)의 제1 가이드 부품(13; 113; 413)이 제2 터빈(2₁; 201₁, 201₂; 402₁)의 2 개의 가이드 부품(23₁, 24₁; 223₁, 227; 423₁, 427)들 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하고, 상기 제1 터빈의 제2 가이드 부품(14, 114, 414)은 다른 하나의 제2 터빈(2₂; 201₃, 201₄; 402₂)의 흐름에 대한 2개의 가이드 부품(23₂, 24₂; 227, 224₂; 427, 424₂)들 사이에 상기 제1 방향(Z)으로 위치하는 방식으로, 상기 제1 방향(Z)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2 이상의 제2 터빈들(2₁, 2₂; 201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제3 방향(Y)으로 서로 다른 하나에 대하여 이동되어 있는 2 이상의 제2 터빈(201₁, 201₂, 201₃, 201₄; 402₁, 402₂)을 포함하고, 제1 터빈(101₁, 101₂, 101₃; 401)들의 제1 및 제2 가이드 부품(113, 114; 413, 414)들은 2개의 제1 터빈들 사이에 상기 제3 방향으로 그 가장 긴 차원으로 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
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