KR20180108813A - 풍력 터빈 및 전기 에너지 발생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 - 업스트림에 부착된 카울링 (307)을 갖는 실린더형 본체 (301)를 가지며, 상기 실린더형 본체 (301) 내에 배치된 발전기 (303)를 갖는 내부 코퍼스 (3), - 하우징 쟈켓 (501)과 상기 하우징 쟈켓 (501) 내에 배치되어 횡 단면은 흐름 방향에서 감소하는 하나의 깔대기 구성요소 (503) 및 상기 하우징 쟈켓 (501)의 다운스트림에 배치된 캡 구성요소 (505)를 갖는 외부 코퍼스 (5), - 상기 내부 코퍼스 (3)와 상기 외부 코퍼스 (5)를 연결하는 적어도 하나의 베어링 리브 (7), 및 - 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 배치되고 발전기 (303)에 연결되며 그리고 회전자 (901)를 갖는 작동 터빈 (9)을 포함하는 풍력 터빈 (1)으로, 여기서 상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 내부 코퍼스 (3)와 함께 상기 내부 코퍼스 (3)의 길이에 걸쳐 신장하는 적어도 하나의 수렴 부분 (507)을 형성하고, 상기 외부 코퍼스 (5)는 그런 다음 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 연결되어 발산 부분 (509)을 형성한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 풍력 터빈(1)을 사용하여, 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 발생하는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈 및 전기 에너지 발생 방법

본 발명은 풍력 터빈 및 상기 풍력 터빈의 수단에 의해 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 생성하는 방법에 관한 것이다.

풍력 에너지 기술은 지구의 큰 풍력 자원에 기인하여 빠른 속도로 발전하고 있다. 이들 자원은 전기가 사실상 제한 없이 그리고 실질적으로 생태적인 방식으로 발생될 만큼 매우 충분하여, 전기는 전통적인 화석 연료와 원자력을 대부분 대체 할 수 있다. 결과적으로 이용가능한 풍력 잠재력을 이용하여 낮은 1차 투자 비용으로 대량의 전기를 생산할 수 있고 최종 소비자에게 매력적인 가격으로 제공할 수 있는 높은 효율의 풍력 발전 설비를 개발하는 것이 필요하다.

일반적인 풍력 발전 설비 및 방법은 종래 기술로부터 그 자체로서 공지되어 있다. 풍력 발전 설비는 현재, 예를 들어 베스타스 V164-8.0 유형의 경우에, 최대 164미터의 큰 직경을 갖는 회전자로 설계되어, 현재 높은 에너지 밀도를 갖는 설비는 최대 10MW를 공급한다. 2020년까지의 개발 경향은 대략적으로 20MW의 최대 출력을 가지며 최대 300미터까지의 회전자 직경을 갖는 앞바다의 풍력 발전 설비를 제작하는 것으로 향해진다.

다량의 전기 에너지를 발생시키기 위해, 종래의 풍력 발전 설비는 큰 직경을 갖는 회전자를 통해 매우 넓은 공기 흐름에 의존한다. 그러나 이들 대형 회전자는 무겁고 부피가 크며 설치, 유지 및 보수가 어렵다. 회전자 블레이드의 말단부에서의 원주 속도는 7rpm 내지 13rpm의 설비의 낮은 작동 빈도의 경우에도 매우 높은 수준에 도달한다. 높은 마찰에 기인한 저항 모멘트와 또한 마찰에 관련된 부품의 마모가 매우 크다. 구조는 따라서 매우 큰 크기이고, 무겁고 비싸다. 풍력 발전 설비를 통과하는 큰 기단을 포함하는 소용돌이 형성의 결과로, 개별적인 풍력 발전 설비는 짧은 거리에서, 특히 소위 풍력 발전소에서 서로 가까이서 서있는 경우에는 서로 영향을 미친다. 결과적으로, 풍력 발전소 내의 풍력 발전 설비의 상당한 간격 유지가 필요하다. 또한, 풍력 발전 설비는 높은 바람 속도의 존재에서 작동하지 않도록 되는, 초임계의 바람 속도의 존재에서 극심한 위험에 처해 있다. 따라서 상기 풍력 발전 설비는 사람과 동물, 특히 조류에 큰 위험을 초래한다. 이 사실은 일반적으로 환경문제 전문가와 영향받는 인구의 충동적인 반응에 대한 공통적 이유이다.

현행의 개발은 상대적으로 작은 기단의 집중을 통해 상대적으로 많은 양의 에너지가 생성되는 수단에 의해 국부적인 공기 흐름의 적절한 변형을 통해 높은 효율을 달성하는 것에 대한 것이다. 여기서, 두 가지 원리는 구체적으로는 높은 동적 압력을 발생시키기 위한 국부 공기 흐름의 집중과 가속, 및 정적 압력의 차이를 생성하기 위해 난기류를 발생시키는 것을 사용하고 조합하는 것이 가능하다.

미국특허 2004/0183310 A1은 큰 유입구를 갖는 깔대기-형 하우징을 가지며 프로펠러의 수단에 의해 작동되는 발전기가 배치되는 유출구를 향하여 테이퍼되는 오목한 내부 면을 갖는 단순한 풍력 에너지 발생기를 기술한다. 상기 풍력 에너지 발생기는 깔대기-형 하우징으로 유입하는 바람이 프로펠러 방향으로 고속으로 가속되고 향하게 된다는 베르누이 원리를 기반으로 한다.

종래의 기술에 따르면, 8m/s 이하의 풍속의 존재에서 풍력 발전 설비를 운영하는 것이 경제적으로 적당하지 않은데, 이는 에너지 생성이 80% 이하이기 때문이다. 다른 한편으로, 종래의 풍력 발전 설비는 단지 최대 25m/s의 풍속까지만 안전하게 작동될 수 있다.

종래의 기술에 따른 통상적인 풍력 발전 설비를 사용하여, 예를 들어 175 MW의 전력을 생성하기 위해, 대략 87개의 개별 설비, 즉 87 마스트가 대략 870,000 평방 미터의 영역에 걸쳐 사용되어야 한다. 토지 가격 및 인프라 구조를 허용하지 않고 단지 풍력 발전 설비만을 위해 필요한 투자비는 대략 1억7,000만 유로이다.

따라서 보다 소형화되고, 낮은 비용을 요하며, 보다 효율적인 풍력 발전 설비에 대한 긴급한 요구가 있다. 이 목적을 위해서는 개별 마스트에 이전보다 더 큰 용량을 설치하고 현재의 경우보다 풍력 발전소에서 이들 개별 마스트를 더 가깝게 배치하는 방법을 모색하는 것이 필요할 것이다. 단지 이런 방식으로만 토지 계획 및 인프라 구조에 대한 비용을 절감하는 것이 가능하다. 과소평가될 수 없는 미래 풍력 발전 설비에 대한 측면은 사람과 동물, 특히 새들에 대한 안전성과 일반적으로 양호한 환경적 적합성이다.

종래 기술의 상기-언급된 단점을 출발점으로 하면, 본 발명의 목적은 상대적으로 낮은 용량의 공기 흐름으로 상당한 양의 전기를 발생시킬 수 있는 풍력 발전 설비를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 풍력 발전 설비의 효능 및 효율성을 개선하는 것이다.

상기 목적은 하기를 포함하는 풍력 터빈 (1)의 수단에 의해 본 발명의 제1 측면에서 달성된다

- 업스트림에 부착된 카울링 (307)을 갖는 실린더형 본체 (301)를 가지며, 상기 실린더형 본체 (301) 내에 배치된 발전기 (303)를 갖는 내부 코퍼스 (3),

- 하우징 케이징 (501)과 상기 하우징 케이징 (501) 내에 배치된 적어도 하나의 깔대기 구성요소 (503)로, 상기 깔때기 구성요소의 횡 단면은 흐름 방향으로 감소하는 깔대기 구성요소 (503) 및 상기 하우징 케이싱 (501)의 다운스트림에 배치된 구형 캡 구성요소 (505)를 갖는 외부 코퍼스 (5),

- 상기 내부 코퍼스 (3)와 상기 외부 코퍼스 (5)를 연결하는 적어도 하나의 캐리어 리브 (7), 및

- 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 배치되고 발전기 (303)에 연결되며 그리고 회전자 (901)를 갖는 작동 터빈 (9)으로,

여기서 상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 내부 코퍼스 (3)와 함께 상기 내부 코퍼스 (3)의 길이에 걸쳐 신장하는 적어도 하나의 수렴 부분 (507)을 형성하고, 상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 연결되어 발산 부분 (509)을 형성한다.

상기 목적은 더욱이 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 수단에 의해 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 생성하는 방법의 수단에 의해 본 발명의 제2 측면에서 달성되고, 여기서 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

a) 풍력 터빈 (1)의 적어도 하나의 수렴 부분 (507) 내에 주위로부터 공기 흐름을 수용하는 단계,

b) 상기 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에서 상기 수렴 부분의 단면적 영역의 점진적인 감소의 수단에 의해 공기 흐름을 가속 및 압축하는 단계,

c) 회전자 (901)에 표적화된 방식으로 가속되고 압축된 공기 흐름을 전도하고, 이에 의하여 작동 터빈 (9)을 구동시키는 단계,

d) 상기 회전자 (901)를 통과한 후에 상기 가속되고 압축된 공기 흐름을 상기 발산 부분 (509) 안으로 도입하고 상기 공기 흐름을 늦추고 팽창시키는 단계.

본 발명은 이용 가능한 바람 속도와 관련하여 기본적으로 제한이 없기 때문에, 첫째로, 종래의 풍력 발전 설비에 비해 개별 풍력 터빈 (1)의 효율이 증가한다는 이점을 갖는다. 또한, 개별 풍력 터빈 (1)의 면적 필요요건은 보다 작아서, 이에 의해 단위 면적당 풍력 이용성이 크게 증가된다. 더욱이, 다중 풍력 터빈 (1)은 종래의 마스트 (13) 상에 배치될 수 있다.

본 발명으로 예를 들어 175 MW의 상기 언급된 전력을 발생시키기 위해, 각 경우에서 본 발명에 따른 7개의 풍력 터빈 (1)을 갖는 (87개 대신) 단지 13개의 마스트 (13), 및 (870,000 평방 미터 대신) 단지 대략 22,500 평방 미터의 면적만이 필요하다.

추가의 목적, 특징, 장점 및 가능한 용도는, 도면을 기준으로 하여, 본 발명을 제한하지 않는 예시적인 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타날 것이다. 여기서, 개별적으로 또는 임의의 바람직한 조합으로, 도면에서의 설명 및/또는 예시된 모든 특징들은 청구범위 또는 그 등가 참조에서 그 조합과 독립적으로 본 발명의 주요 대상을 형성한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략적인 부분 단면도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 내부 코퍼스 (3)의 개략적인 부분 단면도이며,
도 3a는 수렴 부분 (507) 및 발산 부분 (509)을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 외부 코퍼스 (5)의 개략 단면도이며,
도 3b는 동압 및 정압을 설명하기위한 도표를 도시하며,
도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략 단면도이며,
도 5는 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략적인 부분 단면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 작동 터빈 (9)의 개략도이고,
도 8은 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 정면도를 도시하고,
도 9a, 9b는 하나의 마스트 (13) 상의 본 발명에 따른 다중 풍력 터빈 (1)의 개략도이다.

본 발명은 아래에서 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 설명이 방법 특징을 언급하는 경우, 이들은 특히 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법의 설명에서 언급된 물리적 특징은 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)에 관한 것이다.

본 발명의 제1 측면은 업스트림에 부착된 카울링 (307)을 갖는 실린더형 본체 (301)를 가지고 상기 실린더형 본체 (301) 내에 배치된 발전기 (303)를 갖는 내부 코퍼스 (3)를 포함하는 풍력 터빈 (1)에 관한 것이다. 상기 풍력 터빈 (1)은 더욱이 하우징 케이징 (501)과 상기 하우징 케이징 (501) 내에 배치된 적어도 하나의 깔대기 구성요소 (503)로, 상기 깔때기 구성요소의 횡 단면은 흐름 방향으로 감소하는 깔대기 구성요소 및 상기 하우징 케이싱 (501)의 다운스트림에 배치된 구형 캡 구성요소 (505)를 갖는 외부 코퍼스 (5)를 포함한다.

더욱이, 풍력 터빈 (1)은 내부 코퍼스 (3)를 외부 코퍼스 (5)에 연결하는 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)와, 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 배치되고, 발전기 (303)에 연결되고 회전자 (901)를 갖는 작동 터빈 (9)을 포함한다.

풍력 터빈 (1)은 외부 코퍼스 (5)가 내부 코퍼스 (3)와 함께 내부 코퍼스 (3)의 길이에 걸쳐 신장하는 적어도 하나의 수렴 부분 (507)을 형성하고, 그리고 여기서 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 인접하는 상기 외부 코퍼스 (5)는 발산 부분 (509)을 형성함을 특징으로 한다.

본 발명에서, "수렴 부분"은 흐름 방향에서 볼 때 수렴하는 흐름 채널, 즉 균일하게 감소하는 흐름 단면을 갖는 수평의 흐름 채널을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 수렴 부분 (507)은 풍력 터빈 (1) 내의 공기 흐름을 최적화하는 역할을 한다.

본 발명에서, "발산 부분"은 흐름 방향에서 볼 때 발산하는 흐름 채널, 즉 급격하게 증가하는 단면적을 갖는 수평의 흐름 채널을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 발산 부분 (509)은 흐름 채널의 단면을 확대시키는 역할을 한다.

"구형 캡 구성요소"는 풍력 터빈 (1)의 다운스트림 말단부에 위치하고 적어도 부분적으로 구형인 형상을 부분적으로 갖는 외부 코퍼스 (5)의 일부분을 지칭한다. 구형 캡 구성요소 (505)는 급격하게 증가하는 횡-단면적을 가지며, 따라서 발산 부분 (509)을 위한 하우징을 형성한다.

"작동 터빈"은 유동하는 유체, 이 경우에서는 특히 공기에서 고유한 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 이 전이를 통해 출력하는 회전식 터보 기계를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명에서, "회전자"는 작동 터빈 (9)의 회전 (선회) 요소를 지칭한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 회전자 (901)의 허브는 이 허브가 회전자 블레이드 (9011)를 지지할 뿐만 아니라 동시에 플라이휠로 작용하도록 되는 강화된 디자인의 것이다. 강화는 허브의 큰 지름 또는 넓이 또는 상대적으로 높은 밀도를 갖는 재료의 사용으로 구성될 수 있다.

외부 코퍼스 (5)는 내부 코퍼스 (3) 주변에 배열되어 있으며, 특히 풍력 터빈 (1)의 외부 케이싱을 형성한다. 내부 코퍼스 (3)는 바람직하게는 어뢰-형 형상이고 실린더형 본체 (301) 상의 업스트림에 바람직하게는 유선형의 원추형 카울링 (307)을 갖는다. 실린더형 본체 (301)에 배치된 발전기 (303), 바람직하게는 전기 발전기에 대해, 기어 박스 (305), 특히 유성 기어 박스에 연결되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)는 내부 코퍼스 (3)를 외부 코퍼스 (5)에 연결한다. 구체적으로, 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)는 실린더형 본체 (301) 상에 배치, 즉 고정될 수 있고, 그리고 하우징 케이싱 (501)에 배치된 깔대기 구성요소 (503)를 지지할 수 있다.

외부 코퍼스 (5)는 업스트림, 즉 수렴 부분 (507)으로의 유입구에서 유입구 개구 (101)를 가지며, 다운스트림, 즉 발산 부분 (509)의 유출구에서 유출구 개구 (103)을 가진다.

본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 5미터 내지 10미터, 특히 7미터 내지 8미터의 길이 및 2미터 내지 5미터의 직경, 특히 3미터 내지 4미터의 직경을 갖는다. 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 중량은 치수에 의존하여 15톤 내지 25톤 사이, 특히 대략 20톤 (비교 가능한 종래의 풍력 발전 설비는 120톤 내지 150톤의 중량을 가짐)이다.

본 발명에 따르면, 풍속에 대한 높은 민감도를 제공하지만 견고하고 내후성인 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)을 제공하는 것이 가능하다.

개별 풍력 터빈 (1)의 효율성은 종래의 풍력 발전 설비의 효율성보다 거의 3배 높다. 더욱이, 본 발명에 따른 다중 (최대 15개)의 풍력 터빈 (1)이 하나의 종래의 마스트 (13) 상에 설치되는 것이 가능하다. 더욱이, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 작동은 30미터의 높이에서도 충분히 가능하지만, 종래의 풍력 발전 설비는 70미터 내지 150미터의 높이가 필요하다. 따라서, 본 발명에 따른 개별 풍력 터빈 (1)은 예를 들어 산업적 플랜트에서의 사용을 위해 조정될 수 있다.

다중 풍력 터빈 (1)의 전체 설비가 완전히 작동하지 않게 할 필요없이 본 발명에 따른 단일 풍력 터빈 (1)에 대해서만 유지 보수가 수행될 수 있다. 또한, 풍력 터빈 (1)은 종래의 풍력 발전 설비와 비교하여 상대적으로 컴팩트하고 작고 그리고 또한 상대적으로 가볍기 때문에 수송 및 설치 비용이 현저히 낮고 보다 환경 친화적이다. (예를 들어 주식회사 베스타스로부터의) 7MW의 풍력 발전 설비는 약 250만 유로의 투자가 필요하다. 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)을 제조하는 비용은 적어도 종래의 풍력 발전 설비의 비용과 비교될 수 있지만 일반적으로 상당히 낮다. 그러나, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)에 기존의 기반 구조 (예를 들어, 마스트, 피드-인 등)가 적용될 수 있어, 설비의 전반적인 비용을 감소시킨다.

본 발명의 일 실시형태에서, 적어도 하나의 캐리어 리브 (2)는 흐름 방향으로 나선-형의 형태이다. 이 방식에서, 유입구 개구에서 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)으로 유입되는 공기 흐름은 선형 운동으로부터 나선-형상의 운동으로 변환된다. 공기 흐름은 바람직하게는 유입하는 공기 흐름의 에너지를 최적으로 이용하기 위해 원래의 공기 흐름의 선형 운동으로부터 50° 내지 70°, 바람직하게는 55° 내지 65°, 특히 60°로 방향이 전환된다.

캐리어 리브 (7)는 바람직하게는 항공기 날개의 단면에 대응하는 단면을 가지며, 따라서 유선형 공기 역학적 형상을 가져, 역학에서의 개선을 초래한다.

본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 유익하게는 내부 코퍼스 (3)를 외부 코퍼스 (5)에 연결하는, 즉 실린더형 본체 (301)를 깔대기 구성요소 (503)에 연결하는 2개 이상의 캐리어 리브 (7a, 7b), 및 2개 이상의 부분적 수렴 부분 (507a, 507b, ...), 즉, 흐름 방향으로 나선-형상의 형태로 되고 그 다운스트림 말단에서 작동 터빈 (9)의 회전자 (901)를 향하는 2개 이상의 흐름 채널을 가진다. 특히 균일한 평행 간격으로 배열된 부분적 수렴 부분 (507a, 507b, ...)은 수렴 부분 (507)을 집합적으로 형성한다. 2개 이상의 캐리어 리브 (7a, 7b)는 바람직하게는 내부 코퍼스 (3)의 원주 길이를 따라 균일하게 배열되고, 전체 길이를 따라 균일한 나선-형상의 상태 경로를 갖는다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 수렴 부분 (507)을 4개의 부분적 수렴 부분 (507a, 507b, 507c, 507d)으로 분할하는 4개의 캐리어 리브 (7a, 7b, 7c, 7d)를 갖는다.

수렴 부분 (507, 507a, 507b, ...)으로부터 회전자 (901)의 회전자 블레이드 (9011)를 향해 특히 목표된 방식으로 공기 흐름을 향하게 하여 이용 가능한 에너지를 최적으로 이용하기 위해, 작동 터빈 (9)은 흐름 방향으로 회전자 (901)의 업스트림에 전방 고정자 (903)를 갖는다. 전방 고정자 (903)는 마찬가지로 항공기 날개의 방식으로 형성될 수 있는 가이드 요소 (9031)를 갖는다. 가이드 요소 (9031)는 회전자 (901), 즉 회전자 블레이드 (9011) 상에 표적화된 방식으로 공기 흐름을 전달하는 역할을 한다.

가이드 요소 (9031)는 바람직하게는 풍력 터빈 (1)의 길이 방향 축에 대해 50° 내지 70°, 바람직하게는 55° 내지 65°, 특히 60°의 각을 이루며, 항공기 날개에 유사한 횡단면을 갖는다. 회전자 블레이드 (9011)는 가이드 요소 (9031)에 대하여 80° 내지 100°, 바람직하게는 85° 내지 95°, 특히 90°의 각도로 되도록 회전자 (901) 상에 배치된다. 이 방식으로, 유입하는 공기 흐름의 에너지가 최적으로 이용된다.

대안적으로 또는 부가적으로, 작동 터빈 (9)은 흐름 방향으로 회전자 (901)의 다운스트림에, 격자 효과에 기인하여 회전자 (901)로부터 나오는 공기 흐름의 와류 형성을 야기하는 후방 고정자 (905)를 가질 수 있다. 후방 고정자 (905)의 라멜라 (9051)에서 와류 형성의 결과로서, 압축 손실이 적어지고 얻어지는 에너지가 증가된다. 라멜라 (9051)는 바람직하게는 회전자 블레이드 (9011)에 대해 80° 내지 100°, 바람직하게는 85° 내지 95°, 특히 90°의 각을 이룬다.

바람직하게는, 회전자 (901)의 샤프트는 후방 고정자 (905)의 허브에 장착된다. 후방 고정자 (905)는 전방 고정자 (903)와 마찬가지로 외부 코퍼스 (5)에 연결되고 따라서 풍력 터빈의 지지 구조의 일부를 형성할 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 외부 코퍼스 (5)는 서로에 대해 동심원상으로 배치된 2개의 깔대기 구성요소 (503a, 503b)를 가지고, 내부 코퍼스 (3)와 함께 2개의 수렴 부분 (5071, 5073)을 형성한다. 이 실시형태는 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 치수가 안정성 문제 없이 확대될 수 있도록 기계적으로보다 안정한 구조의 이점을 제공한다.

이 바람직한 실시형태의 하나의 세밀한 고안에 있어서, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 4개의 캐리어 리브 (71a, 71b, 71c, 71d, 73a, 73b, 73c, 73d)를 2배 가지며, 수렴 부분 (5071, 5073)을 4개의 부분적 수렴 부분 (5071a, 5071b, 5071c, 5071d, 5073a, 5073b, 5073c, 5073d) 2배로 분할한다.

이 경우, 깔때기 구성요소 (503a, 503b)는 하나 이상의 캐리어 리브 (71a, 71b, 71c, ..., 73a, 73b, 73c, ...)에 의해 서로에 그리고 하우징 케이싱 (501)에 유리하게 연결된다. 바람직하게는, 캐리어 리브 (71a, 71b, 71c, ..., 73a, 73b, 73c, ...)는 공기 흐름의 직선 운동을 공기 흐름의 나선-형상의 운동으로 변환시키기 위해 흐름 방향에서 나선-형상의 형태로 된다.

강력한 공기 흐름의 경우, 즉, 예를 들어 폭풍우 동안, 그리고 풍속이 급격하게 변화하는 경우, 예를 들어 바람의 돌풍의 경우에, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 과부하 및 손상을 방지하기 위해, 외부 코퍼스 (5)는 적어도 하나의 수렴 부분 (507)의 다운스트림 영역에 연결되어 있고, 폐쇄 장치 (513)의 수단에 의해 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에 대해 완전히 또는 부분적으로 폐쇄될 수 있는 배출 채널 (511)을 가지는 것이 하나의 세밀한 고안에서의 경우이다. 이 방식으로, 공기 흐름의 일부만이 작동 터빈 (9)에 충돌하도록 하는 바이패스의 방식으로 작동 터빈 (9)을 지나갈 수 있다.

폐쇄 장치 (513)는 소정의 압력이 존재할 때 또는 풍속에서의 갑작스러운 변화의 경우에, 예를 들어 스프링 요소에 반하여 바람직하기로는 기계적으로 장착되고 배출 채널 (511)을 개방한다. 바람의 돌풍의 경우, 배출 채널 (511)은 따라서 보호 밸브의 원리 (즉, 스로틀 밸브의 개폐)에 따라 발전기 작동을 원활하게 한다. 매우 높은 공칭 바람의 존재에서, 이들은 수렴 부분 (507)을 우회하여 바람의 돌풍에 대한 저항을 감소시킬 수 있다.

업스트림 유입구, 즉 적어도 하나의 수렴 부분 (507)의 유입구 개구 (101)에서, 적어도 하나의 보상 링 (11)은 유입하는 공기 흐름을 향하도록 내부 코퍼스 (3) 외부 코퍼스 (5)와 동심원으로 배치될 수 있다. 내부 코퍼스 (3)의 카울링 (307)은 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 유입구 개구의 중앙에 배치되고, 따라서 원추형임에도 불구하고 공기 흐름에 장애물을 구성하기 때문에, 적어도 하나의 보상 링 (11)은 적어도 하나의 수렴 부분 (507) 내로 공기 흐름의 와류가 없는 도입에 기여한다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 보상 링 (11)은 또한 항공기 날개의 단면을 가질 수 있다.

적어도 하나의 보상 링 (11)은 더욱이 동물 (특히 조류) 또는 물체가 어느 하나의 수렴 부분 (507)에 들어가고 차단할 수 없도록 유입구 개구 (101)의 크기를 기하학적으로 감소시키는 효과를 갖는다. 보상 링 (들) (11)은 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)의 시작과 함께 유입구 개구 (101) 내의 보호 격자의 형태를 형성한다.

본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)에 관한 전술한 설명 및 바람직한 형태는 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 방법에 대응하여 적용된다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법에 관한 다음의 설명 및 바람직한 형태는 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)에 대응하여 적용된다.

상기한 목적은 본 발명의 제2 측면에서, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 수단에 의해 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 발생시키는 방법의 수단에 의해 달성되며, 상기 방법은 먼저, 단계 b)에서 공기 흐름이 단면적의 점진적인 감소의 수단에 의해 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에서 가속 및 압축되기 전에, 풍력 터빈 (1)의 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에서 주변으로부터 공기 흐름을 수용하는 단계 a)를 포함한다.

단계 c)에서, 가속된 압축 공기 흐름은 표적화된 방식으로 회전자 (901)로 전달되고 이에 의해 작동 터빈 (9)을 구동시키고, 이어서 단계 d)에서 회전자 (901)를 통과한 후 상기 가속된 압축 공기 흐름은 발산 부분 (509) 내로 도입되고, 공기 흐름은 느려지고 팽창된다. 이 방식에서, 회전자 (901)의 다운스트림 측에서 부압이 발생하여, 에너지의 증대에 한층 더 기여한다.

본 발명에 따른 방법은 기본적으로 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)과 동일한 장점을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 개개의 풍력 터빈 (1)에 대해, 이용가능한 풍속과 관련하여 실질적으로 제한이 없기 때문에, 종래의 풍력 발전 설비와 관련하여 증가된 효율을 나타낸다.

상기 방법의 하나의 세밀한 형태에서,

- 단계 b)에서, 공기 흐름의 직선 흐름 운동은 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)에 의해 나선-형상의 흐름 운동으로 전환되어,

- 단계 c)에서, 가속된 압축 공기 흐름은 둔각으로 회전자 (901) 상으로 전도되고, 그리고

- 단계 d)에서, 난류가 발산 부분 (509)에서 발생한다.

나선-형상의 유동 운동은 유입되는 공기 흐름의 에너지를 최적으로 활용하기 위해 50° 내지 70°, 바람직하게는 55° 내지 65°, 특히 60°를 통해 직선 흐름 운동에 대해 우회된다. 나선-형상의 유동 운동과 회전자 (901), 또는 회전자 블레이드 (9011) 사이의 둔각은 80° 내지 100°, 바람직하게는 85° 내지 95°, 특히 바람직하게는 90°이다.

주변으로부터의 공기 흐름의 임계 흐름 속도가 초과되는 경우 또는 흐름 속도에서의 급격한 변화의 경우에, 단계 a)에서, 폐쇄 장치 (513)가 적어도 부분적으로 개방되고 그리고 공기 흐름의 적어도 일부는 상기 배출 채널 (511)을 통해 상기 회전자 (901)를 지나는 것이 유리하게 제공될 수 있다. 따라서 풍력 터빈 (1)의 손상을 방지될 수 있다.

본 발명은 제3 측면에서 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 상기한 풍력 터빈 (1)의 사용에 관한 것으로, 여기서 특히, 상기 기술된 방법이 사용된다.

본 발명의 일 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 그 사이에 배치된 전방 고정자 (903), 회전자 (901), 및 후방 고정자 (905)와 함께 수렴 부분 (507)과 발산 부분 (509)이 적어도 부분적으로 관찰될 수 있도록 절단된 외부 코퍼스 (5)로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 또한 캐리어 리브 (7)의 배열이 도시되어있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 내부 코퍼스 (3)를 개략적으로 도시하며, 여기서 하우징 케이싱 (301)은 부분적으로 절단된 형태로 도시된다. 하우징 케이싱 (301)에서 기어 박스 (305)가 연결된 발전기 (303)가 배치되고, 여기서 작동 터빈 (9)의 샤프트는 기어 박스 (305)에 연결되고 따라서 발전기 (303)에 연결된다. (여기서 도시되지 않은) 회전자 (901)가 (마찬가지로 여기서 도시되지 않은) 흐름 채널에서 자유롭게 놓이도록, 도 2의 도면 우측 상의 직경 감소 (309)와 함께 좌측 상의 카울링 (307)을 갖는 내부 코퍼스 (3)의 어뢰 형상을 명확하게 볼 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 깔대기 구성요소 (503) 및 구형 캡 구성요소 (505)를 갖는 외부 코퍼스 (5)의 개략 단면도가 도 3a에 도시되어 있으며, 기본 형상으로 수렴 부분 (507) 및 발산 부분 (509)가 도시되어 있다.

도 3b는 원칙적으로도 3a에 도시된 수렴 부분 (507) 및 발산 부분 (509)에서 우세한 바와 같이 동압 및 정압을 예시하는 도표를 나타낸다. 도 3b는 이하에서 다시 기술될 것이다.

도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략적 단면도로서, 여기서 2개의 동심형 수렴 부분 (5071, 5073)이 도시되어 있으며, 전방 고정자 (903)의 업스트림의 집중 영역 (5075)에서 다시 모인다. 도 4는 추가로 수렴 부분 (5071, 5073), 또는 집중 영역 (5075)과 발산 부분 (509) 사이에 전방 고정자 (903), 회전자 (901) 및 후방 고정자 (905)를 갖는 작동 터빈 (9)의 배치를 나타낸다.

도 5는 도 1과 유사하지만 도 4에서와 같이 2개의 동심 수렴 부분 (5071, 5073)를 갖는 본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 개략도이다. 유입구 개구 (101) 및 유출구 개구 (103)가 또한 표시되어 있다. 또한, 도 5에 도시된 실시형태는 유입구 개구 (101) 내에 3개의 보상 링 (11)을 가지며, 보상 링은 공기 흐름을 카울링 (307) 주위의 외부로부터 2개의 수렴 부분 (5071, 5073) 안으로 유도한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)을 상세히 개략적으로 도시한다. 이 실시형태는 2개의 수렴 부분 (5071, 5073)을 형성하는 2개의 깔대기 구성요소 (503a, 503b)를 갖는다. 또한 여기에는 폐쇄 장치 (513)를 갖는 배출 채널 (511)이 도시되어있다.

작동 터빈 (9)의 본 발명에 따른 실시형태가 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 도면은 부분적으로 단면으로 가이드 요소 (9031)를 갖는 전방 고정자 (903), 회전자 블레이드 (9011)를 갖는 회전자 (901) 및 라멜라 (9031)를 갖는 후방 고정자 (905)를 도시한다. 이 경우 가이드 요소 (9031)는 풍력 터빈 (1)의 길이 방향 축에 대하여 약 60°의 각도로 되고 회전자 블레이드 (9011)에 대해 약 90°의 각을 이룬다. 라멜라 (9051)는 풍력 터빈 (1)의 길이 방향 축에 대하여 대략 30° 내지 대략 70°의 각도를 이룬다. 회전자 블레이드 (9011), 가이드 요소 (9031) 및 라멜라 (9051)는 각각 항공기 날개와 유사한 단면을 갖는다.

본 발명의 실시형태에 따라 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)의 정면도가 도 8에 도시되어 있다. 내부 코퍼스 (3)와 외부 코퍼스 (5)는 캐리어 리브 (71, 73)의 수단에 의해 동심원으로 연결된다. 깔대기 구성요소 (501a, 503b) 및 보상 링 (11)은 내부 코퍼스 (3) 및 외부 코퍼스 (5)에 대해 동심원상으로 배치된다. 이 방식으로, 일종의 보호 격자가 유입구 개구 (101)에 어떻게 형성되는지를 명확하게 알 수 있다.

도 9a 및 9b는 하나의 마스트 (13) 상에 있는 본 발명에 따른 다중 풍력 터빈 (1)을 개략적으로 도시한다. 마스트 (13)는 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)이 부착되는 종래의 풍력 발전 설비와 유사한 비행기의 기관실 (15)을 갖는다. 측면 풍력 터빈 (1)에 대해, 종래의 풍력 발전 설비의 경우 기술적으로 구현하기 어렵지만, 본 발명에 따라 풍력 터빈 (1)의 간단하고 안전한 서비스 및 유지를 가능하게하는 작업 플랫폼 (17)이 더 제공된다 .

베르누이 원리에 따르면, 흐르는 유체 (예를 들어 가스)의 압력은 속도가 감소할 때 증가하고, 즉, 반대로는 압력이 감소하면 속도는 증가한다. 이 원리는 예를 들어 항공기 날개의 기하학적 구조의 경우에 적용되어, 상대적으로 높은 속도 및 따라서 상대적으로 낮은 압력이 상부 면에서 우세하며, 그 결과로서 상승이 발생된다.

결과적으로, 공기 흐름이 수렴 부분 (507)에 유입하면, 상기 공기 흐름은 집중되고, 수렴 부분 (507)의 감소하는 단면적에 기인하여 가속된다.

이에 대한 이유는 시간 단위로 풍력 터빈 (1)의 유입구 개구 (101)를 통해 수렴 부분 (507)으로 들어가는 공기 질량이 동일한 시간 단위로 수렴 부분 (507)의 말단부에서 나오는 공기 질량과 동등하기 때문이다. 최소의 마찰 손실, 공기 저항 및 내부 가스 마찰을 갖는 수렴 부분 (507)의 상대적으로 짧은 길이의 경우에 공기 흐름의 현저한 가속을 달성하기 위해, 균일하고 제어된 가속이 요구된다. 공지된 사실은 공기 흐름의 속도 또는 방향에서의 급격한 변화가 에너지 손실을 초래한다는 것이다. 이러한 손실을 감소시키거나 방지하기 위해, 수렴 부분 (507)은 선형 의속성을 갖는 흐름의 가속을 허용하는 정확한 한정된 최적 형상 및 비율을 가져야한다. 수렴 부분 (507)는 특히 그 단면적이 10°의 공기 역학적 계수와의 소정의 의존성으로 감소하도록 설계된다. 이는 공기 흐름의 균일하고 정연한 가속을 허용한다.

정적 및 동적 압력의 합은 일정하게 유지된다. 동적 압력은 이동하는 공기 질량의 충돌에서 바람 압력을 뺀 관성으로 간주될 수 있다. 수렴 부분 (507)에서 공기 흐름의 가속으로 인해, 동압은 증가하고, 정압은 감소하고 (도 3b 참조), 여기서 그 합은 일정하게 유지된다. 수렴 부분 (507) 내의 정압의 강하는 공기 흐름의 이동을 결정하고, 포물선은 공기 흐름의 가속도를 결정한다. 정압의 강하는 공기 밀도의 저하로 이어진다. 따라서, 가속된 공기가 팽창된다.

수렴 부분 (507) 내의 공기 흐름의 상당한 가속의 결과로서, 고속 및 매우 높은 동적 압력을 갖는 "마이크로-토네이도"가 생성된다. 고속 및 높은 동압의 조합은 공칭 공기 흐름의 에너지보다 몇 배나 큰 에너지를 생성한다. 구체적으로, 공기 흐름의 이용 가능한 운동 에너지는 상기 공기 흐름의 속도의 제3 힘에 비례한다. 결과적으로 공기 흐름의 속도를 두 배로 하면 활용 가능한 운동 에너지가 8배 증가한다.

가속된 기류가 수렴 부분 (507)의 단부를 통과한 후에, 난류 공기 와류가 짧은 확장하는 채널의 형태로 발산 부분 (509)에서 발생된다. 이 효과는 마찬가지로 "마이크로-토네이도"에 비교될 수 있다. 난류 공기 와류는 그 자체로서 공기의 두께가 얇아지고, 후방 고정자 (905)의 다운스트림에 발산 부분 (509)에서의 정압 강하를 초래한다. 이것은 높은 유속 및 낮은 선형 유입구 속도를 갖는 나선-형상의 공기 와류이다. 얇은 공기는 여기서 수축하려고 하는 응력을 받는 스프링의 방식으로 작용한다. 발산 부분 (509) 내의 정압의 난류 강하는 수렴 부분 (507)의 말단부의 업스트림 및 다운스트림의 정압에 차이를 발생시켜, 추가의 출력 에너지를 생성한다.

가속화되었지만 크게 얇아진 공기 흐름이 발산 부분 (509)를 통해 전도된다. 주변 공기, 대기압 및 공칭 밀도와 속도와의 충돌에 의해, 상기 공기 흐름은 공칭 밀도로 수축되고 유출구 개구 (103)의 다운스트림 수 미터 내에서 공칭 풍속으로 속도를 늦추어, 상기 공기 흐름은 주변 공기의 파라미터에 적응한다. 이 질량 수축은 공기 흐름이 유출구 개구 (103)를 통해 제동 효과를 야기하지 않고 비교적 높은 압력의 환경으로 통과할 수 있게 한다.

동압은 수렴 부분 (507)의 말단부에서 멀어짐에 따라 증가하고 그 후 속도의 점진적인 저하에 기인하고 발산 부분 (509)에서의 공기 밀도의 점진적인 저하에 기인하여 급격하게 감소한다. 따라서, 회전자 (901)를 갖는 작동 터빈 (9)은 공기 흐름 (나선 형태)을 기계적 토크로 변환시키기 위해 수렴 부분 (507)의 말단부에 배치된다.

보다 양호한 결과를 얻기 위해, 공기 흐름의 선형 운동은 수렴 부분 (507)에 고정된 긴 나선-형상의 캐리어 리브 (7)에 의해 균일하고 제어된 방식으로 나선-형상의 회전 운동으로 전환된다. 특히, 관성의 손실을 방지하거나 최소화하기 위해, 공기 흐름의 선형 운동이 가속되고 균일하고 제어된 방식으로 나선-형상의 운동으로 전환되는 것이 유리하다. 결과적으로, 개선된 공기 역학적 계수가 달성된다. 가속된 공기 흐름은 바람직하게는 회전자 (901) 또는 회전자 블레이드 (9011) 상으로 직각으로 배향된다. 이것은 생성된 에너지를 차례로 증가시킨다. 높은 접선이지만 감소된 축 방향 속도를 갖는 나선-형의 난류 공기 와류가 발산 부분 (509)을 통해 전도된다. 본 효과는 또한 그 주변의 부분에서가 아닌 발산 (509)에서 생성되는 "마이크로-토네이도"에 비교될 수 있다.

직선 운동의 나선-형상의 운동으로의 전환을 갖는 수렴 부분 (507)에서의 공기 흐름의 가속과 강력한 난류 공기 와류의 생성 또는 회전자 (901)의 다운스트림의 정압 강하로 구성되는 지역적 공기 흐름의 전환은 기계적 토크로, 낮은 공칭 바람 속도의 경우에도 풍력 터빈 (1)의 상당히 보다 콤팩트한 구조를 갖는 회전자 (901)의 고출력의 집중을 허용한다. 결과적으로, 작동 터빈 (9)의 높은 빈도로 높은 기계적 토크의 발생은 전기 발생기 (303)에 공급되는 상당한 수준의 출력을 발생시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1) 낮은 공칭 바람 속도에서도 작동될 수 있다.

수렴 부분 (507)의 공기 역학은 사소하지 않다. 공기 역학은 평행 가이드 채널의 공기 역학에 기초한다. 수렴 부분 (507) 또는 수렴 부분들 (5071, 5073)에 의해, 유입 공기 흐름은 같은 병렬 공기 흐름으로 분할되고, 차례로 정확한 방향으로 지향되고 가속되어, 전방 고정자 (903)의 업스트림에서, 공기 흐름은 집중 영역 (5075)에서 집중적으로 다기 합류되어 회전자 (901)로 전달된다.

풍력 터빈 (1)은 종래의 풍력 발전 설비보다 더 컴팩트하고, 보다 가볍고 저렴하다. 상부 임계 속도의 동시적인 부재에서 바람 속도에 대해 높은 민감성을 나타낸다. 연간 평균 용량은 종래의 풍력 발전 설비에 대해 대략 34%의 평균 용량과 비교하여 최대 발전의 70 내지 80%이다. 종래의 풍력 발전 설비와 대조적으로, 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)은 서로 가깝게 위치되면 서로 영향을 미치지 않는다. 따라서, 다중 풍력 터빈 (1)이 하나의 마스트 (13) 상에 위치될 수 있으며, 즉 더 많은 전력이 보다 낮은 비용으로 생산될 수 있다. 개별 마스트 (13)는 풍력 발전소에서 서로 가깝게 위치될 수 있다. 본 발명은 많은 양의 전기 에너지를 발생시키는 본 발명에 따른 풍력 터빈 (1)이 상당히 낮은 초기 투자로 생산될 수 있음을 보여준다.

1 풍력 터빈
101 유입구 개구
103 유출구 개구
3 내부 코퍼스
301 실린더형 본체
303 발전기
305 기어 박스
307 카울링
309 실린더형 본체 (301)의 직경 감소
5 외부 코퍼스
501 하우징 케이징
503 깔때기 구성요소
503a, 503b 깔때기 구성요소들
505 구형 캡 구성요소
507 수렴 부분
507a, 507b 부분적 수렴 부분
5071 수렴 부분
5073 수렴 부분
5075 집중 영역
509 발산 부분
511 배출 채널
513 폐쇄 장치
7 캐리어 리브
7a, 7b 캐리어 리브
71 캐리어 리브
71a, 71b 캐리어 리브
73 캐리어 리브
73a, 73b 캐리어 리브
9 작동 터빈
901 회전자
9011 회전자 블레이드
903 전방 회전자
9031 가이드 요소
905 후방 회전자
9051 라멜라
11 보정 링
13 마스트
15 비행기의 기관실
17 작업 플랫폼

Claims (10)

1. - 업스트림에 부착된 카울링 (307)을 갖는 실린더형 본체 (301)를 가지며, 상기 실린더형 본체 (301) 내에 배치된 발전기 (303)를 갖는 내부 코퍼스 (3),
   - 하우징 케이징 (501)과 상기 하우징 케이징 (501) 내에 배치된 적어도 하나의 깔대기 구성요소 (503)로, 상기 깔때기 구성요소의 횡 단면은 흐름 방향으로 감소하는 깔대기 구성요소 (503) 및 상기 하우징 케이싱 (501)의 다운스트림에 배치된 구형 캡 구성요소 (505)를 갖는 외부 코퍼스 (5),
   - 상기 내부 코퍼스 (3)와 상기 외부 코퍼스 (5)를 연결하는 적어도 하나의 캐리어 리브 (7), 및
   - 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 배치되고 발전기 (303)에 연결되며 그리고 회전자 (901)를 갖는 작동 터빈 (9)을 포함하는 풍력 터빈 (1)으로서,
   상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 내부 코퍼스 (3)와 함께 상기 내부 코퍼스 (3)의 길이에 걸쳐 신장하는 적어도 하나의 수렴 부분 (507)을 형성하고, 상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 내부 코퍼스 (3)의 다운스트림 말단부에 연결되어 발산 부분 (509)을 형성하는, 풍력 터빈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)는 흐름 방향으로 나선-형상의 형태인, 풍력 터빈 (1).
   
3. 제 2 항에 있어서,
   2개 이상의 캐리어 리브 (7a, 7b)가 상기 내부 코퍼스 (3)를 상기 외부 코퍼스 (5)에 연결하고, 다운스트림 말단부에서 작동 터빈 (9)의 회전자 (901)를 향하는 2개 이상의, 바람직하게는 나선-형상의 부분적 수렴 부분 (507a, 507b)을 형성하는, 풍력 터빈 (1).
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작동 터빈 (9)은 흐름 방향에서 상기 회전자 (901)의 업스트림에 전방 고정자 (903)를 가지고 및/또는 흐름 방향에서 상기 회전자 (901)의 다운스트림에 후방 고정자 (901)를 가지는, 풍력 터빈 (1).
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부 코퍼스 (5)는 서로에 대해 동심원상으로 배치된 2개의 깔대기 구성요소 (503a, 503b)를 가지며, 상기 내부 코퍼스 (3)와 함께, 2개의 수렴 부분 (5071, 5073)을 형성하는, 풍력 터빈 (1).
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부 코퍼스 (5)는 상기 적어도 하나의 수렴 부분 (507)의 다운스트림 영역에 연결되고 폐쇄 장치 (513)의 수단에 의해 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에 대해 완전히 또는 부분적으로 폐쇄될 수 있는 배출 채널 (511)을 가지는, 풍력 터빈 (1).
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 수렴 부분 (507)의 업스트림 유입구 (101)에서, 적어도 하나의 보상 링 (11)이 내부 코퍼스 (3) 및 외부 코퍼스 (5)와 동심상으로 배치되는, 풍력 터빈 (1).
   
8. 청구항 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈 (1)의 수단에 의해 공기 흐름으로부터 전기 에너지를 생성하는 방법으로서, 상기 방법은:
   a) 풍력 터빈 (1)의 적어도 하나의 수렴 부분 (507) 내에 주위로부터 공기 흐름을 수용하는 단계,
   b) 상기 적어도 하나의 수렴 부분 (507)에서 상기 수렴 부분의 단면적 영역의 점진적인 감소의 수단에 의해 공기 흐름을 가속 및 압축하는 단계,
   c) 회전자 (901)에 표적화된 방식으로 가속되고 압축된 공기 흐름을 전도하고, 이에 의하여 작동 터빈 (9)을 구동시키는 단계,
   d) 상기 회전자 (901)를 통과한 후에 상기 가속되고 압축된 공기 흐름을 상기 발산 부분 (509) 안으로 도입하고 상기 공기 흐름을 늦추고 팽창시키는 단계를 포함하는, 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   단계 b)에서, 공기 흐름의 직선상의 흐름 이동은 적어도 하나의 캐리어 리브 (7)에 의해 나선-형상의 유동 운동으로 변환되어,
   단계 c)에서, 가속된 압축 공기 흐름은 둔각으로 회전자 (901) 상으로 전도되고, 그리고
   단계 (d)에서, 난류가 발산 부분 (509)에서 발생하는, 방법.
   
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    주변으로부터의 공기 흐름의 임계 유속이 초과되는 경우, 단계 a)에서, 폐쇄 장치 (513)가 적어도 부분적으로 개방되고, 그리고 공기 흐름의 적어도 일부는 배출 채널 (511)을 통해 회전자 (901)를 지나도록 되는, 방법.

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