KR20240051968A - 유체 흐름 기반 재생 에너지 생산을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

유체 구동식 발전 유닛은, 발전 유닛의 양측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 풍상 단부를 향하는, 두 세트의 에어포일; 만곡된 전방 면과 배치된 후면을 갖는 몸체 요소로서, 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 제1 세트의 에어포일과 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 몸체 요소; 및 몸체 요소와 정렬되어 배치된 발전 유닛으로서, 발전 유닛은 적어도 하우징, 터빈, 및 하우징 내에 배치된 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는, 발전 유닛을 포함할 수 있다. 유체가 에어포일을 가로질러 흐를 때, 에어포일의 양력은 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하여 터빈을 지나 몸체 요소를 통해 몸체 요소의 후면 밖으로 공기를 끌어와 2차 유체 흐름 스트림으로부터 전력을 추출한다.

Description

유체 흐름 기반 재생 에너지 생산을 위한 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 미국 특허 출원 번호 17/458,106(출원일: 2021년 8월 26일, 발명의 명칭: "SYSTEMS AND METHODS FOR FLUID FLOW BASED RENEWABLE ENERGY GENERATION", 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용됨)에 대한 우선권을 주장한다.

기술 분야

개시된 기술은 일반적으로 재생 에너지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일부 실시형태는 유체 흐름을 사용하여 에너지를 생산하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

재생 에너지에 대한 수요와 관심 수준이 높아지고 있으며, 신기술 경쟁이 계속되고 있다. 정부, 연구 기관, 민간 기업 및 스타트업은 다양한 응용 분야를 위해 새롭고 점점 더 효율적인 재생 에너지원을 개발하고 있다. 풍력과 기타 유체 전력은 임의의 다른 형태의 재생 에너지만큼 오랫동안 사용되어 왔다. 예를 들어, 수세기 전에 우리 조상들은 예를 들어 풍차를 사용하여 물을 퍼 올리고 곡물을 갈았다. 19세기 후반에는 풍력 터빈이 사용하여 전기를 생산하였다.

일찍이 1953년, 드 하빌랜드 프로펠러사(De Havilland Propellers Ltd.)는 안드레아-엔필드(Andreau-Enfield) 풍력 터빈을 기반으로 영국 프린스 세인트 알반스(St. Albans, Prince)(2006)에 100kW 풍력 터빈을 건설했다. 이후 1957년에 알제리 가스 및 전기 회사(Algerian Gas and Electricity Company)는 그랜드 벤트 델라폰드(Grand Vent, Delafond)에 유사한 터빈을 건설했다(1961). 두 터빈은 모두 직경이 24미터이고, 외부 바람의 흐름에 의해 구동되었다. 더 작은 내부 팬은 속이 빈 풍력 터빈 블레이드를 통해 별도의 내부 흐름 스트림에 의해 구동되고, 여기서 공기 흐름은 블레이드의 끝 부분을 빠져나간다. 블레이드 내부의 흐름은 원심력에 의해 구동되며, 기본적으로 회전자 전체가 원심 펌프로 동작한다. 펌프는 타워의 베이스로부터 공기를 끌어오고, 여기서 공기 흐름은 전력을 추출하는 축류형 팬(또는 원심형 팬 또는 방사형 팬)을 통과한다. 그러나, 흐름 경로에는 압력 손실과 관련된 여러 가지 심각한 제한 사항이 포함되어 있다.

풍력 터빈은 이후 크게 발전했지만 유체 흐름을 전기로 변환하는 데 사용되는 메커니즘에는 여전히 개선의 여지가 있다. 기존 풍력 터빈과 디퓨저 증강 풍력 터빈(diffusor augmented wind turbine: DAWT)에는 단일 흐름 스트림만이 있다. 회전자 추력이 증가하면 회전자를 통과하는 유량이 감소한다. DAWT 터빈의 경우 이는 디퓨저 에어포일(airfoil) 주변의 흐름 순환을 감소시켜 그 영향을 감소시킨다. 풍력 전단력이 크고 속도가 빠른 건물이나 기타 구조물에 배치하면 회전자 추력을 적절하게 유지하기 어려울 수 있다.

디퓨저 증강 풍력 터빈(DAWT) 또는 슈라우드 회전자는 디퓨저의 최대 직경이 아닌 회전자 직경이 기준으로 사용되었기 때문에 Betz 한계를 초과하는 것으로 잘못 선전되었다. 짧은 슈라우드가 있는 DAWT는 회전자에 대한 추가 배압이 제한되거나 전혀 없는 개방형 회전자처럼 작용한다. 그러나, 슈라우드가 길면 회전자 뒤에 추가 음의 배압이 나타나 회전자의 출력 계수(Cp)와 추력(Ct)이 모두 증강한다.

자유 회전자가 있는 일반 풍력 터빈은 훨씬 상류의 입구 영역에서 하류의 출구 영역까지 압력 차이 없이 유체로부터 전력을 생산하지만, 회전자 근처의 회전자 추력은 압력 차이로 해석될 수 있다. DAWT 시스템에서 이 회전자 근처의 압력 차이는 둘러싸는 디퓨저로 인해 다소 커질 수 있지만 궁극적으로는 흐름 스트림이 하나만이 존재하며 자유 회전자와 동일한 제약 조건이 존재한다. 둘 중 하나는 유체 전력 추출과 압력 생성이 두 개의 별개의 흐름 스트림으로 거의 완전히 분리되는 안드레아-앤필드(Andreau-Enfield) 풍력 터빈과는 다르다.

유틸리티 바람은 에너지 비용이 낮고 재생 에너지 수요가 증가하는 것으로 인해 지난 20년 동안 큰 성공을 거두었지만 소규모 바람은 그 영향을 가속화하지 못했다. 이는 재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있음에도 불구하고 높은 비용/성능 및 전개의 복잡성 때문이다. 이것은 특히 건물 근처나 건물 위에서는 더욱 그렇다. 건설된 환경 풍력 터빈(BEWT)은 최종 사용자와 관련된 기술 및 환경 문제를 해결하지 못한다. 이는 다른 한편으로는 부분적으로는 로컬 환경에서 수동 설치와 최소 침입으로 이러한 문제를 해결하기 때문에 부분적으로 인기가 폭발적으로 증가한 태양광 광전(PV)과 대조된다.

본 명세서에 개시된 기술의 실시형태는 유체 흐름(예를 들어, 공기, 물 또는 기타 유체)으로부터 전력을 제공하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 발전 유닛이 2개의 개별 흐름 스트림(하나는 외부이고, 하나는 내부)을 갖는 실시형태가 구현될 수 있다. 특히, 실시형태는 에어포일의 표면 및 에어포일 근처에 낮은 압력 전위(pressure potential)(Cp(x))를 생성하기 위해 바람(또는 다른 유체)을 향하는 외부 에어포일을 포함할 수 있다. 낮은 압력 전위는 내부 흐름 스트림을 구동하고, 이는 내부 터빈을 통해 별도의 입구로부터 끌어올 수 있고, 이는 에너지를 추출한 다음 잔류 유체를 자유 스트림으로 토출한다.

일부 실시형태에서, 유체 구동식 발전 유닛은 제1 판; 제2 판; 제1 판과 제2 판 사이에 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 풍상 단부(windward end)를 향하는, 제1 세트의 에어포일로서, 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일 및 제2 에어포일을 포함할 수 있고, 제2 에어포일은 제1 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 제1 세트의 에어포일; 제1 판과 제2 판 사이에 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 풍상 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일로서, 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함할 수 있고, 제4 에어포일은 제3 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제3 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 제2 세트의 에어포일; 제1 판과 제2 판 사이에 배치되고 만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 제1 세트의 에어포일과 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 세장형 몸체 요소; 하우징, 하우징 내에 배치된 터빈, 및 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는 발전기; 및 세장형 몸체 요소 사이에 결합된 매니폴드를 포함하고, 매니폴드는 세장형 몸체의 하부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 상부 개구 및 발전 유닛의 하우징의 상부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 하부 개구를 갖는 몸체를 포함할 수 있으며; 세장형 몸체 요소와 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 바람은 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 감소된 압력은 터빈을 지나 매니폴드와 세장형 몸체 요소를 통해 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 공기를 끌어와 터빈을 회전시켜 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산한다.

다양한 실시형태에서, 제1 판과 제2 판은 실질적으로 수평이고, 제1 및 제2 세트의 에어 포일과 세장형 몸체 요소는 실질적으로 수직이다.

유체 구동식 발전 유닛은, 제1 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는 제3 에어포일; 및 제2 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제2 에어포일과 공간적으로 중첩되는 제4 에어포일을 추가로 포함할 수 있다.

제1 판은 발전 유닛의 폭에 걸쳐 있는 제1 및 제2 세트의 에어포일에 실질적으로 수직인 에어포일을 포함할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 세장형 몸체 요소의 만곡된 전방 면은 견고한 만곡된 표면에 의해 공기 흐름이 에어포일 위의 세장형 몸체 요소의 양측으로 보내지도록 바람에 견고한 만곡된 표면을 제공한다.

유체 구동식 발전 유닛은, 입구가 발전기의 하우징의 입구에 유체 이동 가능하게 결합되도록 발전 유닛의 풍상 단부로부터 발전기의 하우징의 입구로 공기를 보내기 위해 입구의 풍하측(leeward side)을 부분적으로 둘러싸는 배플(baffle)을 추가로 포함할 수 있다. 입구의 풍상측은 풍상 방향으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화될 수 있다.

추가 실시형태에서, 유체 구동식 발전 유닛은, 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제1 세트의 에어포일; 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일; 만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 제1 세트의 에어포일과 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 세장형 몸체 요소; 및 세장형 몸체 요소와 유체 연통하는 발전 유닛으로서, 발전 유닛은 하우징, 하우징 내에 배치된 터빈, 및 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함할 수 있는, 발전 유닛을 포함하고; 세장형 몸체 요소와 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 유체는 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 감소된 압력은 터빈을 지나 세장형 몸체 요소를 통해 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 유체를 끌어와 터빈을 회전시켜 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산한다.

발전 유닛은 세장형 몸체 요소와 축 방향 정렬로 배치될 수 있다.

유체 구동식 발전 유닛은 세장형 몸체 요소의 하부에 결합되는 매니폴드를 추가로 포함할 수 있고, 매니폴드는 몸체의 하부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 상부 개구, 및 세장형 몸체 요소와 발전 유닛의 하우징 사이의 상부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 하부 개구를 갖는 몸체를 포함할 수 있다.

세장형 몸체 요소의 후면은 일부 실시형태에서 완전히 개방될 수 있다. 세장형 몸체 요소의 후면은 일부 실시형태에서 적어도 부분적으로 천공된다.

유체 구동식 발전 유닛은, 세장형 몸체 요소에 배치되고, 가이드 베인(guide vane)이 없는 유체 구동식 발전 유닛에 비해 공기 흐름의 배출을 변경하도록 구성된 가이드 베인을 추가로 포함할 수 있다.

제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함할 수 있고, 제2 에어포일은 제1 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제1 에어포일과 공간적으로 중첩된다. 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함할 수 있고, 제4 에어포일은 제3 에어포일의 후방 외측에 위치되고 제3 에어포일과 공간적으로 중첩된다.

유체 구동식 발전 유닛은 상부 판과 하부 판을 추가로 포함할 수 있고, 제1 및 제2 세트의 에어포일은 상부 판과 하부 판 사이에 수직 배향으로 배치된다. 상부 판은 발전 유닛의 폭에 걸쳐 수평으로 배치된 에어포일을 포함할 수 있다.

유체는 주변 공기일 수 있고, 세장형 몸체 요소의 만곡된 전방 면은 견고한 만곡된 표면에 의해 흐름이 에어포일 위의 세장형 몸체 요소의 양측으로 보내지도록 유체에 견고한 만곡된 표면을 제공할 수 있다.

유체 구동식 발전 유닛은 입구의 제1 측을 둘러싸는 덕트를 추가로 포함할 수 있고, 덕트는 입구의 제1 단부로부터 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구로 유체를 보내도록 구성되고, 입구, 덕트, 및 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구는 유체 이동 가능하게 결합될 수 있다. 유체 구동식 발전 유닛은 입구를 유체 흐름 방향으로 회전시키도록 구성된 액추에이터를 추가로 포함할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 입구의 제2 측은 적어도 부분적으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 제1 세트의 에어포일에서 에어포일의 수는 제2 세트의 에어포일의 수와 동일하지 않을 수 있다.

세장형 몸체 요소는 비선형으로 분포된 단면을 포함할 수 있다.

스윕 면적(swept area)에 대한 유체 구동식 발전 유닛의 토출 면적의 비율은 다양한 실시형태에서 0.66보다 클 수 있다.

추가 실시형태에서, 유체 구동식 발전 유닛은 발전 유닛의 대향하는 단부에 제1 벽과 제2 벽; 제1 벽과 제2 벽 사이에 배치되고 만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소; 세장형 몸체 요소와 제1 및 제2 에어포일 사이에 각각 개구를 생성하기 위해 제1 벽과 제2 벽 사이의 세장형 몸체 요소의 대향 측에 배치되고, 선두 에지가 발전 유닛의 풍상 단부를 향하는, 제1 에어포일과 제2 에어포일; 하우징, 하우징 내에 배치된 터빈, 및 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함할 수 있는 발전기; 및 세장형 몸체 요소와 발전기의 하우징 사이에 결합된 매니폴드를 포함할 수 있고; 개구를 통해 흐르는 바람은 제1 및 제2 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 감소된 압력은 터빈을 지나 매니폴드와 세장형 몸체 요소를 통해 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 공기를 끌어와 터빈을 회전시켜 발전 유닛을 구동하여 전력을 생산한다.

개시된 기술의 다른 특징 및 양태는 개시된 기술의 다양한 실시형태에 따른 특징을 예로서 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 '발명의 내용'란은 본 명세서에 설명된 임의의 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니고 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

하나 이상의 다양한 실시형태에 따라 본 명세서에 개시된 기술은 다음 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 도면은 단지 예시의 목적으로 제공되며, 단지 개시된 기술의 일반적인 또는 예시적인 실시형태를 묘사하는 것이다. 이 도면은 개시된 기술에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 폭, 범위 또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 명확성과 설명의 용이성을 위해 이 도면은 반드시 축척에 맞게 그려진 것이 아니라는 점에 유의해야 한다.
본 기술은 공기, 물 또는 기타 유체 등 임의의 유형의 유체 흐름에 적용 가능하다. 종종 특정 유체는 특정 전문 용어를 사용하고, 예를 들어, 공기 흐름에서는 에어포일이 사용되는 반면, 물 흐름에서는 수중익이 자주 사용된다. 본 명세서에서 에어포일과 같은 용어가 사용되는 경우, 그 적용은 공기로 제한되지 않고 이 용어는 단지 일례로서 사용된 것으로 이해된다.
본 명세서에 포함된 도면 중 일부는 개시된 기술의 다양한 실시형태를 다양한 시야각에서 본 것을 보여준다. 첨부된 내용은 "상면도", "저면도" 또는 "측면도"와 같은 도면을 나타내며, 구조의 일부를 "상부", "하부" "단부" 또는 "측"으로 나타낼 수 있고, 구성요소의 배향을 설명하기 위해 "수직" 및 "수평"과 같은 용어를 사용할 수 있다. 이러한 언급은 실시형태의 설명을 용이하게 하기 위해 이루어지며, 각 도면에 예시된 실시형태의 배향과 관련하여 이루어진다. 그러나, 이러한 용어는 발전 유닛이 특정 공간 배향으로 구현되거나 사용되어야 함을 암시하거나 요구하는 것이 아니다. 대신에, 발전 유닛은 거꾸로 설치되거나, 측면에 설치되거나 또는 다른 공간 배향으로 설치되어 상부 구성요소로 설명된 구성요소가 유닛의 상부에 있지 않은 등의 방식으로 설치될 수 있다.
도 1은 다양한 실시형태에 따른 예시적인 유체 구동식 발전 유닛을 도시한다.
도 2는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 측면 사시도를 도시한다.
도 3은 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 정면도를 도시한다.
도 4는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 배면도를 도시한다.
도 5는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 상부 배면 사시도를 도시한다.
도 6은 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 평면도이다.
도 7a는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 저면도이다.
도 7b는 다양한 실시형태에 따라 입구가 주 바람 방향으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화된, 도 7a의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 사시도이다.
도 7c는 다양한 실시형태에 따른 도 7b의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 또 다른 사시도이다.
도 7d는 다양한 실시형태에 따라 하부 판의 연장부를 갖는 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 사시도이다.
도 7e는 다양한 실시형태에 따른 도 7d의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 측면도이다.
도 7f는 다양한 실시형태에 따라 상향 흐름으로 도 7d 및 도 7e에 도시된 예시적인 유체 구동식 전력 유닛을 도시한다.
도 7g는 다양한 실시형태에 따라 유체 구동식 전력 유닛의 상부 부분에 구성되고 바람을 직접 향하는 통합된 입구와 덕트를 갖는 유체 구동식 전력 유닛을 도시한다.
도 7h는 다양한 실시형태에 따라 유체 구동식 전력 유닛의 하부 부분에 구성되고 바람을 직접 향하는 통합된 입구와 덕트를 갖는 유체 구동식 전력 유닛을 도시한다.
도 7i는 다양한 실시형태에 따라 유체 구동식 전력 유닛의 중심선으로부터 각지게 구성되고 바람을 직접 향하는 통합된 입구와 덕트를 갖는 유체 구동식 전력 유닛의 상면도이다.
도 7j는 다양한 실시형태에 따른 도 7i의 유체 구동식 전력 유닛의 또 다른 사시도이다.
도 8은 다양한 실시형태에 따른 도 1의 유체 구동식 전력 유닛의 대안적인 구성을 도시한다.
도 9는 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 후방 사시도를 도시한다.
도 10은 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 전방 사시도를 도시한다.
도 11은 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 측면도 및 정면도를 도시한다.
도 12는 다양한 실시형태에 따른 유체 구동식 전력 유닛의 다양한 구성요소를 장착하기 위한 장착 컷아웃(mounting cutout)을 포함하는 하부 판에 대한 예시적인 구성을 도시한다.
도 13은 다양한 실시형태에 따른 도 12의 하부 판의 다른 도면을 도시한다.
도 14는 다양한 실시형태에 따라 내부에 장착된 매니폴드의 외부 몸체를 갖는 하부 판의 평면도 및 저면도를 예시한다.
도 15는 다양한 실시형태에 따라 도 10 내지 도 14의 예에 포함된 것과 같은 매니폴드의 일례를 도시한다.
도 16a는 다양한 실시형태에 따라 매니폴드에 장착된 U자형 세장형 몸체의 일례를 도시한다.
도 16b는 다양한 실시형태에 따라 매니폴드에 장착되고 복수의 가이드 베인을 갖는 U자형 세장형 몸체의 일례의 사시도이다.
도 16c는 다양한 실시형태에 따라 복수의 가이드 베인을 갖고 매니폴드에 장착된 U자형 세장형 몸체의 일례의 측면 사시도이다.
도 16d는 다양한 실시형태에 따라 복수의 가이드 베인을 갖고 매니폴드에 장착된 U자형 세장형 몸체의 일례의 또 다른 측면 사시도이다.
도 16e는 다양한 실시형태에 따라 내부 흐름 스트림 경로를 갖는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체의 수직 단면도이다.
도 16f는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체의 수직 단면도로서, U자형 몸체는 수직에서 기울어져 있고 또한 비선형 분포 단면을 갖는 것을 도시한다.
도 16g는 외부 흐름 스트림(즉, U자형 몸체의 내부가 아님)에 가이드 베인을 포함하는, 매니폴드에 장착된 U자형 몸체의 일례를 도시한다.
도 16h는 외부 흐름 스트림(즉, U자형 몸체의 내부가 아님)에 가이드 베인을 포함하는, 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체를 도시한다. 가이드 베인을 보다 명확히 보여주기 위해 에어포일이 제거되었다.
도 17은 다양한 실시형태에 따른 매니폴드, 발전기 몸체 및 하부 장착 링의 분해도를 도시한다.
도 18은 다양한 실시형태에 따른 발전기의 분해도를 도시한다.
도 19는 다양한 실시형태에 따라 도 17의 발전기 몸체 내에 장착된 도 18의 발전기의 일례를 도시한다.
도 20a는 에어포일 세트를 갖는 U자형 몸체의 단면도로서, 에어포일 세트의 각 에어포일은 다양한 실시형태에 따라 이전 에어포일의 후방 외측에 위치된 것을 도시한다.
도 20b는 다양한 실시형태의 양태에 따라 각각이 3개의 에어포일로 구성된 수직 에어포일 세트로 둘러싸인 U자형 몸체의 단면도이다.
도 20c는 다양한 실시형태에 따라 에어포일에 4개의 에어포일이 사용된 U자형 몸체의 단면도를 도시한다.
도 20d는 각 에어포일 세트에 단 하나의 연관된 에어포일만을 갖는 또 다른 U자형 몸체의 또 다른 단면도이다.
도 20e는 다양한 실시형태에 따라 에어포일 세트 내에 다양한 크기(및 유형)의 에어포일이 있는 U자형 몸체의 단면도를 도시한다.
도 20f는 다양한 실시형태에 따라 (돛(sail)이 있는 범선 마스트(sail boat mast)에서와 같이) 마스트 에어포일 구성을 갖는 에어포일 세트에 에어포일을 갖는 U자형 몸체의 단면도를 도시한다.
도 20g는 다양한 실시형태에 따른 (서로에 대해) 비대칭인 에어포일 세트를 갖는 U자형 몸체의 단면도를 도시한다.
도 20h는 U자형 몸체와 에어포일 세트(512h)의 단면도로서, U자형 몸체(522h)는 다양한 실시형태에 따라 다양한 애퍼처를 포함하는 것을 도시한다.
도면은 모든 실시형태를 도시한 것이 아니며, 본 발명 또는 개시된 실시형태를 개시된 정확한 형태로 제한하는 것이 아니다.

본 명세서에 개시된 기술의 실시형태는 유체 흐름(예를 들어, 공기, 물 또는 기타 유체)으로부터 전력을 제공하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 전력 캡처 디바이스가 두 개의 개별 흐름 스트림(하나는 외부 및 하나는 내부)을 갖는 실시형태가 구현될 수 있다. 특히, 실시형태는 에어포일의 표면 및 에어포일의 부근에 낮은 압력 전위(Cp(x))를 생성하기 위해 바람을 향하는 외부 에어포일을 포함할 수 있다. 낮은 압력 전위는 에너지를 추출한 다음 잔류 유체를 자유 스트림으로 토출하는 내부 터빈을 통해 별도의 입구로부터 끌어올 수 있는 내부 흐름 스트림을 구동한다.

전술한 바와 같이, 실시형태는 2개의 별개의 에어포일 또는 에어포일 세트를 갖는 2개의 별개의 흐름 스트림을 사용하여 구현될 수 있다. 에어포일의 공기 역학은 바람을 향할 때 압력을 발생시키고, 발전 유닛 내부의 흐름 스트림은 이 압력에 의해 발생된다. 생성된 내부 흐름 스트림은 외부에서 생성된 압력에 의해 구동되는 단순한 파이프/터빈 흐름 스트림일 수 있다.

실시형태에서, 내부 유량의 증가 또는 감소는 외부 흐름 스트림에 미미하게만 영향을 미치며, 하류 디바이스에 거의 역효과를 주지 않는 유닛이 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 내부 흐름 스트림의 토출은 외부 흐름의 긍정적인 자극을 초래하고 하류 유닛의 성능을 증가시킬 수 있다. 유량 및 관련 압력 변화는 내부 터빈의 설계 특성, 및 회전자 블레이드 각도와 회전자 회전 속도와 같은 동작 설정에 의해 조절될 수 있다.

터빈과 터빈 동작은 에어포일 세트에 의해 생성된 에어포일 압력과 일치하도록 설계된다. 여러 유형의 터빈이 사용하는 데 적용될 수 있다. 축류형 프로펠러는 높은 효율을 제공한다. 원하는 압력 특성을 얻기 위해 덕트 면적(블레이드의 크기 및 수)에 대한 프로펠러 블레이드의 전체 표면적으로 정의되는 프로펠러의 견고성(solidity)이 상대적으로 높아야 한다. 이것은 프로펠러의 항적(wake)에 소용돌이(swirl)를 발생시켜 운동량 손실이 발생한다. 이러한 손실은 고정자에 의해 상쇄될 수 있으며. 전체적으로 90%가 넘는 효율성으로 유체 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 효율을 증가시킨다. 배열은 카플란(Kaplan) 터빈이라고 하는 터보 기계류와 유사하다. 단일 프로펠러에 대한 불충분한 압력 차이가 달성되지 않은 경우 추가 단계를 추가할 수 있고, 예를 들어, 다단계 축류형 터보 기계의 다단계 축류형 팬의 것과 유사한 2개 또는 3개의 프로펠러를 차례로 추가할 수 있다. 또한 다양한 실시형태에서, 원심형 또는 방사형 팬이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서 발전기는 팬에 전력을 공급하기 위해 역방향으로 작동될 수 있다.

필수는 아니지만, 시스템이 최적으로 기능하기 위해 공기 흐름이 입구, 내부 흐름 스트림 및 내부 터빈으로 유입되는 동시에 흐름 스트림 압력 손실을 최소화하고 충분한 체적 흐름을 확보하도록 배열되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 입구에서의 낮은 압력 손실 흐름 효율을 확보하기 위해 벨 마우스(bell mouse) 입구가 도시된다. 벨 마우스 이외의 다른 형상도 고려될 수 있다. 이어서, 부분적으로 또는 완전히 바람을 향하는 하나의 개구가 있는 입구를 둘러싼 챔버는 양압 입구를 확보하는 것이다. 과양압 입구는 내부 흐름 스트림의 체적 흐름을 최적화한다. 일부 프레임 설계의 경우 입구를 둘러싸는 배플 판을 삽입하여 입구를 둘러싸는 챔버를 쉽게 얻을 수 있다. 다른 실시형태에서, 두 가지 기능은 90도 엘보우 굽힘부와 입구 벨 마우스의 기능으로 결합될 수 있다. 특히, 건물 및 기타 고지에 설치하는 경우 입구 챔버는 옥상에서 자연적으로 발생하는 낮은 압력(음압) 구역으로부터 입구를 보호한다.

상부 판과 하부 판 사이에 장착된 에어포일을 포함하는 실시형태가 구현될 수 있다. 특히, 제1 세트의 에어포일은 상부 판과 하부 판 사이에 수직 배향으로 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 그 선두 에지는 발전 유닛의 풍상 단부를 향할 수 있다. 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함할 수 있으며, 여기서 제2 에어포일은 제1 에어포일의 (바람에 대해) 후방 외측에 위치되고, 기능적으로 또는 공간적으로 제1 에어포일과 중첩될 수 있다. 에어포일 배열에서, 에어포일은 특정 공기역학적 또는 유체역학적 특성을 달성하기 위해 서로 상대적으로 배향되며, 당업자라면 이에 따라 실제 중첩이 있거나 없이 이들 에어포일을 공간적으로 또는 기능적으로 배치할 수 있을 것으로 이해된다.

상부 판과 하부 판은 유닛 바닥 면적의 크기를 갖는 판으로 형성될 수 있다. 그러나 자유 바람 흐름이 수평이 아닌 설치의 경우(예를 들어, 건물이나 작은 고지에 설치된 경우), 이들 판을 연장시키는 것이 바람직하다. 건물이나 고지는 자유로운 바람을 급격한 상류 흐름 각도로 강제하고, 이 각도는 하위 하부 판에 바람직하지 않은 흐름 분리를 발생시킨다. 이는 유닛의 자연적 바닥 면적을 넘어 판을 연장시키거나, 상부 판과 하부 판 사이에 수평 분할기 베인을 추가하고/하거나, 상부 판과 하부 판을 에어포일 형상 또는 다수의 에어포일의 조립체로 형성하는 다양한 수정을 통해 완화될 수 있다.

유사하게, 제2 세트의 에어포일은 상부 판과 하부 판 사이에 수직 배향으로 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 그 선두 에지는 발전 유닛의 풍상 단부를 향할 수 있다. 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함할 수 있고, 여기서 제4 에어포일은 제3 에어포일의 후방 외측에 위치되고, 제3 에어포일과 공간적으로 중첩될 수 있다. 제2 세트의 에어포일은 제1 세트의 에어포일과 동일할 수 있지만 반드시 동일할 필요는 없다.

만곡된 전방 면과 개방형 후면을 갖는 세장형 몸체 요소가 포함될 수 있으며, 상부 판과 하부 판 사이에 수직 배향으로 배치될 수 있으며, 여기서 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 제1 세트의 에어포일과 제2 세트의 에어포일 사이에 배치될 수 있다.

상기 에어포일 세트는 에어포일 세트의 부근에 정확히 원하는 압력을 생성하는 최적의 형상을 생성하도록 배열될 수 있다. 특정 구성에서 각 에어포일 세트에서 에어포일 수, 에어포일의 유형 및 상대적인 배열을 증가시키거나 감소시키는 것이 바람직하다. 본 발명은 특정 종류의 에어포일로 제한되지 않는다. 일부 유형의 에어포일은 추가 에어포일 특성이 있거나 없는 평면 또는 만곡된 판을 포함하는 도금된 에어포일이라고 한다. 또 다른 에어포일 세트는 범포(sail cloth)와 같은 매우 얇은 재료로 만들어진다. 범포는 마스트 구조가 있거나 없는 에어포일을 형성할 수 있으며 마스트 구조는 종종 물방울 형상이라고 한다.

발전기에 연결된 터빈은 세장형 몸체 요소와 정렬되어 하부 판 아래에 배치될 수 있으며, 발전기는 하우징, 터빈, 및 하우징 내에 배치된 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함할 수 있다. 매니폴드는 세장형 몸체 요소의 하부에 결합될 수 있고, 매니폴드는 세장형 몸체의 하부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 상부 개구, 및 발전 유닛의 하우징의 상부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 하부 개구를 갖는 몸체를 포함할 수 있다.

이러한 배열에서, 세장형 몸체 요소와 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 바람은 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 발전 유닛 내에 감소된 압력을 발생시키고, 감소된 압력은 터빈을 지나 매니폴드와 세장형 몸체 요소를 통해 세장형 몸체 요소의 개방된 후면 밖으로 공기를 끌어와 터빈을 회전시켜 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산한다.

도 1은 다양한 실시형태에 따른 예시적인 유체 구동식 발전 유닛을 도시한다. 도 2는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 측면 사시도를 예시한다. 이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 유체 구동식 발전 유닛은 에어포일(112), 상부 판(110), 하부 판(111), 몸체(122) 및 발전기 조립체 모듈(123)을 포함한다. 유닛은 유체 흐름(예를 들어, 바람, 물 또는 기타 유체)이 화살표 방향으로 유닛에 영향을 미치도록 배치된다.

이 예는 유닛의 측면에 위치된 복수의 에어포일(112)을 포함한다. 이 예는 유닛의 각 측면에 2개의 에어포일(112) 세트로 구성된 4개의 에어포일(112)을 포함하지만(도면에서는 혼란을 피하기 위해 단 하나의 에어포일(112)에만 번호가 매겨져 있음), 다른 개수의 에어포일(112)이 포함될 수 있다. 각 측면의 에어포일(112)은 하나의 에어포일(112)은 다른 에어포일(112)의 전방 내측에 있도록 하는 구성으로 측면당 2개씩 배열된다. 에어포일(112)은 내부 에어포일(112)의 후미 부분이 가장 바깥쪽 에어포일의 선두 에지와 중첩되도록 배열된다. 외부 후방 에어포일(112)은 전방 내부 에어포일(112)에 비해 더 큰 받음각으로 위치된다. 설명의 목적으로만 유닛의 풍상측을 전방 측으로 지정하고, 풍하측을 후방 또는 후방 측으로 지칭한다는 것에 유의해야 한다. 또한, 유닛은 다른 배향으로 구성 및 설치될 수 있지만 도면에서 배향된 대로 유닛의 상위측을 상부라고 하고, 하위측을 하부라고 한다. 또한, 논의의 편의를 위해 유체를 바람 또는 공기라고 지칭하지만, 유체가 바람이나 공기에만 제한되지 않는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 유체는 물, 대기 또는 비-대기 가스를 포함할 수 있다.

몸체(122)는 이 예에서 공기 흐름이 몸체(122)에 의해 양측으로 보내져서 에어포일(112) 위의 공기 흐름을 증가시키도록 바람에 견고한 만곡된 면 또는 뾰족한 표면을 제공한다. 몸체(122)는 몸체(122)의 후면측의 일부 또는 전부가 개방된 상태의 "U자형" 단면을 갖는다. 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 이는 공기 흐름이 발전기 조립체 모듈(123)로부터 위쪽으로 흘러 몸체(122)의 후면을 통해 밖으로 흘러 궁극적으로 후면측의 유닛에서 빠져나가는 것을 허용한다. 몸체(122)의 측면(즉, U자형의 아암)은 서로 평행할 수 있거나, 내향 또는 외향으로 각지거나 테이퍼질 수 있으며 이는 유닛을 통한 유체 흐름에 영향을 미친다.

상부 판(110)과 하부 판(111)은 유닛 내의 유체 흐름을 제한하는 것을 돕기 위해 포함될 수 있다. 하부 판(111)은 아래로부터 발전기 조립체 모듈(123)로 들어가는 유체 흐름과, 위쪽의 몸체(122)에서 나가는 유체 흐름 사이의 분리를 추가로 제공할 수 있다. 상부 판(110)과 하부 판(111)이 평면 판으로서 도시되어 있지만, 이들 판은 만곡된 또는 다른 비평면 표면을 포함할 수 있으며, 그 예는 아래에 설명되어 있다.

선두 에지가 바람을 향하는 상태의 에어포일(112)은 몸체(122)의 후방에 낮은 압력 전위(Cp(x))를 생성한다. 이러한 낮은 압력 전위는 몸체(122) 아래에 위치된 별도의 입구로부터 내부 흐름 스트림을 유도한다. 터빈(도 1에는 도시되지 않음)이 발전기 조립체 모듈(123)에 포함된다. 에어포일(112)에 의해 유닛 내에서 생성된 낮은 압력 전위는 발전기 조립체 모듈(123)을 통해 하부 입구로부터 공기를 끌어와 몸체(122)의 개방된 후면 부분 밖으로 끌어낸다. 발전기 조립체 모듈(123)을 통한 이러한 공기 흐름은 발전기 샤프트(또한 도 1에는 도시되지 않음)에 부착된 터빈 블레이드를 회전시켜 전기를 생산한다.

다양한 실시형태에서, 내부 유량의 증가 또는 감소는 외부 흐름 스트림에만 미미한 영향을 미친다. 일부 설계에서는 내부 흐름 스트림의 토출은 외부 흐름에 긍정적인 자극을 초래하여 하류 유닛의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(122)(이 도면에는 도시되지 않음)와 발전기 조립체 모듈(123)의 적어도 전방 부분이 에어포일(112)의 전방에 위치되는 실시형태가 구현될 수 있다. 몸체(122)의 후방 개구 부분은 전방 에어포일(112) 사이에 위치된다.

다양한 실시형태에서, 유체 구동식 전력 유닛은 프레임의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 프레임은 하나 이상의 구조적 부분을 지지하도록 구성될 수 있다. 프레임은 유체 이동 가능하게 결합되도록 구성된 하나 이상의 구조물을 지지하도록 구성될 수 있다.

도 3은 다양한 실시형태에 따라 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 정면도를 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 몸체(122)는 실질적으로 유닛의 (좌우로) 중심 영역에서 에어포일(112) 사이의 중심에 위치된다. 후방 외부 에어포일(112)은 그 후미 에지가 바깥쪽으로 기울어져 바람에 대한 더 큰 받음각을 제공하도록 위치된다. 이 도면은 또한 내부 에어포일(112)의 외부 표면 위의 공기 흐름이 외부 에어포일(112) 위로 흐르도록 각 측면의 외부 에어포일(112)의 내부 에어포일(112) 사이의 분리를 도시한다. 이는 입구로부터 몸체(122)를 통해 공기를 끌어들이기 위해 생성된 음압을 증가시킬 수 있다.

이 예에서도 설명되는 바와 같이, 발전기 조립체 모듈(123)의 전방 표면은 둥글고 둘러싸여 있으며, 발전기 조립체 모듈(123)의 입구 개구(도 2에 도시되지 않음)는 발전기 조립체 모듈(123)의 후방에 위치된다. 이 예에 제시된 구성을 사용하면 유닛의 후방에서 공기 흐름을 끌어올 수 있다. 하부 판(111)은 하부 판(111) 아래의 입구 영역으로부터 하부 판(111) 위의 에어포일 사이의 음압 구역을 분리하도록 포함 및 구성될 수 있다.

발전 유닛은 건물의 상부, 벽이나 울타리, 또는 기타 구조물에 장착되도록 구성될 수 있거나, 기둥(pole), 타워, 파일(pile) 또는 기타 장착 디바이스에 장착되도록 구성될 수 있다. 건물, 벽, 울타리 또는 다른 유사한 구조물에 장착하기 위해 발전기 조립체 모듈(123)이 건물 외관(building ), 벽 또는 울타리 아래에 부분적으로 또는 완전히 위치되도록 유닛이 위치되는 실시형태가 구현될 수 있다.

발전 유닛은 유닛의 전방이 이 지역에 나타나는 바람의 방향을 향하도록 고정된 배향으로 장착될 수 있다. 다른 실시형태에서, 발전 유닛은 다가오는 바람의 방향으로 수동으로 또는 자동으로 회전될 수 있도록 회전 가능한 장착 구조물에 장착될 수 있다. 예를 들어, 유닛이 사람의 개입 없이 바람의 방향을 "찾을" 수 있도록 풍향계가 포함될 수 있다. 회전 가능한 구성에서, 발전기 조립체 모듈(123)(및 하부 판(110) 아래의 다른 구성요소)은 예를 들어 케이블 랩핑 문제와 같은 전기 연결 문제를 피하기 위해 고정될 수 있다.

도 4는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 배면도를 도시한다. 도 5는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 상부 배면 사시도를 도시한다. 이들 도면은 발전기 조립체 모듈(123)을 통한 공기 흐름이 흡입되어 몸체(122)의 개방된 후면 밖으로 빠져나가도록 허용하는 몸체(122)의 개방 형상을 도시한다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 몸체(122)는 이 예에서 반타원형 또는 U자형 단면을 가지며, 그 전방 부분은 둥글게 되어 유닛 내로 공기 흐름에 대한 간섭을 최소화하고, 후면 부분은 공기가 발전기(도 5에는 발전기 하우징만이 표시되어 있으며 내부 발전기 구성요소는 표시되어 있지 않음)를 통해 몸체(122)의 후면 밖으로 빠져나갈 수 있도록 개방되어 있다. 다른 실시형태에서, 몸체(122)는 예를 들어 반원통형, V자형, 눈물방울 형상 또는 기타 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. U자형 구성에서, "U"의 후방 에지는 바깥쪽이나 안쪽으로 기울어지거나 벌어질 수 있거나, 도 5의 예에 도시된 바와 같이 직선의 평행한 에지로 구성될 수 있다.

도 6은 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 평면도이다. 이 예는 또한 도 1의 예에 제공된 몸체(122)의 U자형 구성을 보여준다. 이 예는 상부 판(110)의 상부 표면에 위치된 상부 교차 부재(150)를 포함한다. 상부 교차 멤버(150)는 에어포일(112)에 대한 장착 지지물을 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상부 판(110)을 통해 교차 부재(150)에 에어포일(112)을 장착하기 위해 장착 패스너(152)가 제공된다. 장착 패스너(152)는 에어포일(112)의 피치가 설치 전, 설치 시 또는 설치 후에 조정될 수 있고, 일단 설정되면 제자리에 잠겨질 수 있도록 조정 가능하도록 구성될 수 있다.

도 6은 또한 이 예에서 몸체(122)를 상부 판(110)에 고정하는 데 사용될 수 있는 편평한 테두리 또는 칼라를 제공하는 장착 플랜지(133)를 도시한다. 장착 플랜지(133)는 도 1 및 도 2에서도 볼 수 있다. 도 1 및 도 2는 또한 몸체(122)의 하부 부분을 두 하부 판(111)에 고정하는데 사용될 수 있는 편평한 테두리 또는 칼라를 제공하는 장착 플랜지(134)를 도시한다. 도면에 명시되지는 않았지만, 예를 들어 나사, 리벳, 볼트와 같은 패스너를 사용하여 플랜지(133)와 플랜지(134)를 각각의 장착 판, 상부 판(110) 및 하부 판(111)에 고정할 수 있다. 이러한 물리적 패스너에 추가하거나 이 패스너 대신에, 예를 들어, 접착제 및 기타 결합제를 포함하는 화학적 체결 수단도 사용될 수 있다.

상부 판(110)이 사다리꼴 사각형으로 도시되어 있지만, 상부 판(110)에 대해 다른 형상이 사용될 수 있다. 다수의 유닛이 서로 인접하게 장착되는 실시형태에서, 단일 상부 판(110)은 복수의 인접한 유닛을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 유닛은 나란히, 앞에서 뒤로 또는 매트릭스 구성으로 장착될 수 있다.

도 7a는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛의 저면도이다. 도 7a는 하부 판(111) 아래에 장착된 발전기 조립체 모듈(123)의 일부를 도시한다. 도 7a는 또한 공기를 끌어올 수 있는 입구(332)를 도시한다. 도 4 내지 도 7a에서, 발전기 조립체 모듈(123)은 외부 몸체 부재만이 포함된 중공 셸(hollow shell)로서 도시되어 있다. 터빈 회전자, 고정자, 발전기 및 전기 연결부와 같은 내부 구성요소는 도시되지 않았다. 이러한 구성요소는 이후 도면에 도시되어 있다.

도 7b 및 도 7c는 도 7a의 예시적인 유체 구동식 전력 유닛을 도시하고, 여기서 입구는 주 바람 방향으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화된다. 챔버는 하나 이상의 기하 형태(예를 들어, 부분적으로 개방된 상자, 원통형, 원뿔형, 원통형-원뿔형, 배플 달린 원뿔형 등)로 정의될 수 있다. 도 7b 및 도 7c에 도시된 예에서, 챔버는 개방된 상자(340)로 정해진다. 수직 공기 흐름에 의해 생성된 낮은 압력(음압)은 배향에 관계없이 입구(332)를 통해 공기를 끌어오는 반면, 입구 앞에 과압(과양압)을 확보하는 것이 효율성 측면에서 바람직하다. 부분적으로 개방된 상자(340)에 입구를 캡슐화하고, 입구(332) 주변의 측면을 폐쇄함으로써 이러한 과압이 확보될 수 있다.

도 7d, 도 7e 및 도 7f는 하부 판의 연장부를 갖는 예시적인 유체 구동식 전력 유닛을 도시한다. 도 7d 및 도 7e는 명확성을 위해 2개의 서로 다른 사시도를 도시하며, 도 7e는 측면 사시도이다. 하나 이상의 연장부는 유닛이 건물이나 다른 형태의 고지에 설치되는 경우와 같이 유닛이 강한 상향 흐름에 직면할 때 성능을 향상시킬 수 있다. 하부 판(111)의 전방은 선두 에지(345)로 연장되었으며, 후면은 플랩(flap)(347)으로 연장되었다. 플랩(347)이 도시되어 있지만, 후행 에지가 포함될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 하부 판(111)의 연장부(선두 에지(345)와 플랩(347))가 에어포일 또는 플랩된 에어포일의 형상을 형성할 수 있는 방식을 이해할 수 있을 것이다. 판(111)뿐만 아니라 연장부(예를 들어, 선두 에지(345)와 플랩(347))도 편평하지 않고 하나 이상의 만곡부를 갖는 것도 이해할 수 있을 것이다. 그리하여 다양한 에어포일 유형이 생성될 수 있다. 선두 에지(345)와 플랩(347) 연장부의 조합은 하부 판(111)의 상부 표면 상의 흐름이 특히 상향 흐름이 존재할 때 흐름 분리를 나타내지 않는 것을 보장할 수 있다.

예시적인 유체 구동식 전력 유닛이 입구에 개방된 상자(340)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 개방된 상자는 단지 유체 구동식 전력 유닛의 선택적이고 비제한적인 예시적 구성이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이전에 언급한 바와 같이, 특히 상향 흐름이 존재하는 경우 흐름 분리를 제한하거나 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 도 7f는 도 7b 및 도 7c에 도시된 상향 흐름의 유체 구동식 전력 유닛의 일례를 보여준다. 일부 예시적인 실시형태에서, 수평 자유 바람(도 7c의 화살표로 도시됨)은 건물(350) 또는 유사한 고지의 존재에 의해 위쪽으로 밀려난다. 하부 판의 전방 선두 에지(345) 연장부는 강한 바람 상향 흐름이 있을 때 포획 립(capturing lip) 역할을 함으로써 입구 캡슐화 챔버(이 예에서는 개방된 상자(340)에 의해 형성됨)의 기능을 추가로 지원한다. 이러한 경우, 선두 에지(345)는 건물(350) 또는 고지의 선두 에지에 가깝거나, 바람직하게는 건물(350)의 에지 위로 연장될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 난간(parapet)이 있거나 없는 건물의 경우에도 마찬가지이다.

도 7g 및 도 7h는 다양한 실시형태에 따른 도 1의 유체 구동식 전력 유닛의 대안적인 구성을 도시한다. 도 7g 및 도 7h에 도시된 예는 몇 가지 예외를 제외하면 도 1에 도시된 예와 유사하다. 도 7g 및 도 7h는 입구(332g)가 이제 바람을 직접 향하고 있는 하나의 덕트(352)에 입구 챔버와 입구 벨 마우스의 기능이 통합된 입구(332g)를 갖는 유체 구동식 전력 유닛을 도시한다. 입구(332g)(즉, 입구 영역)는 유닛의 중심선(355) 방향으로 배향될 수 있다는 것이 이해될 수 있지만, 본 발명은 이러한 비제한적인 예에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 중심선(355)은 U자형 몸체를 U자형의 정점에서 절개한다. 일부 실시형태에서, 중심선(355)은 U자형의 대칭선이다. 도 7g는 입구(332g)가 하부가 아닌 유닛의 상부에 있는 것을 도시한다. 도 7h는 입구(332h)가 상부가 아닌 유닛의 하부에 있는 것을 도시한다.

입구와 덕트는 다양한 형태와 형상을 가질 수 있음을 이해할 수 있다. 풍력 응용 분야의 경우 도 7g의 구성은 무게 중심이 위쪽으로 이동하여 구조가 더 비싸기 때문에 덜 바람직할 수 있다. 그러나, 예를 들어 강(river) 유체 역학 시스템의 하부에 유닛을 장착한 물 응용 분야의 경우 거꾸로 구성하는 것이 매우 바람직할 수 있다.

도 7i(상부 사시도)와 도 7j(측면 사시도)는 몇 가지 예외를 제외하고 도 7g의 유체 구동식 전력 유닛의 유사한 구성을 도시한다. 도 7g와 관련하여 앞서 언급한 바와 같이, 입구가 바람 방향으로 배향된 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시형태에서, 바람 방향은 유체 구동식 전력 유닛의 중심선에 직접 있지 않을 수 있다. 예를 들어, 입구(332g)(즉, 입구 영역)가 바람 방향으로 배향(입구와 바람 방향이 유닛의 중심선과 평행하도록 배치)될 수 있는 도 7g를, 입구(332i)(즉, 입구 영역)가 바람 방향으로 배향될 수 있지만 유닛의 중심선(355)에 평행하지 않을 수 있는 도 7i 및 도 7j를 비교한다.

따라서 입구는 바람 방향으로 배향될 수 있지만 반드시 유닛의 나머지 부분, 예를 들어, 상부 판 또는 하부 판에 대해 고정된 위치에 있을 필요는 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 예시적인 구성에서, 예를 들어, 전방 입구 면적이 내부 터빈 회전자 영역(내부 터빈 회전자 영역은 도 18을 참조하여 논의된 터빈 직경의 함수일 수 있음)과 동일한 구성에서, 유효 입구 면적이 감소되지 않도록 확보하기 위해(또는 유효 입구를 최대화하기 위해) 입구를 바람 방향으로 돌리는 것이 바람직할 수 있다. 다시 말해, 바람이 수직 각도 또는 수직 각도 부근으로 입구 영역으로 들어가는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 유닛의 중심선에서 다양한 각도로 입구가 있는 하나 이상의 구성이 설계될 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 예에서, 유닛은 하나 이상의 메커니즘, 예를 들어, 액추에이터(예를 들어, 덕트 또는 입구를 회전, 병진 및/또는 기울이기 위해), 센서(예를 들어, 바람 방향을 감지하거나 발전기의 전력 출력 또는 회전 속도를 감지하기 위해) 및 처리 구성요소를 포함할 수 있다. 이는 입구, 덕트 또는 전체 유닛을 보다 최적의 위치(예를 들어, 센서의 하나 이상의 값에 기초하여 회전, 병진, 기울이기 등을 통해)로 작동시켜 바람의 방향이 변화함에 따라 입구의 유효 면적이 최대화되도록 액추에이터가 구성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 메커니즘은 유체 구동식 전력 유닛에 결합된 병진 운동을 위한 레일, 트랙, 랙과 피니언, 또는 다른 메커니즘을 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한 일부 구성에서는 예를 들어 입구가 내부 터빈 회전자 영역보다 큰 경우 이러한 메커니즘은 필요치 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 8은 다양한 실시형태에 따른 도 1의 유체 구동식 전력 유닛의 대안적인 구성을 도시한다. 도 8에 도시된 예는 몇 가지 예외를 제외하면 도 1 내지 도 7j에 도시된 예와 유사하다. 이 예에서, 상부 판과 하부 판은 공기 흐름을 개선하는 윤곽으로 형성된다. 예를 들어, 상부 판은 유닛의 내부에 유체 흐름의 속도를 더욱 증가시켜 발전기 조립체 모듈(123)과 상부 몸체(122)를 통해 유체를 끌어들이기 위해 제공되는 음압을 증가시키기 위해 에어포일과 같이 형성된 2개의 상부 판(113)을 포함한다. 이 예에서는 2개의 상부 판(113)을 도시하고 있지만, 다른 실시형태는 다른 수량의 상부 판(113)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 전방 상부 판(113)은 후방 상부 판(113)의 전방 아래에 있다. 후면 상부 판(113)은 공기 흐름에 대한 더 큰 받음각을 포함한다. 하부 판(114)은 전방에서 후방으로 위쪽으로 윤곽으로 형성되어 유닛의 내부를 통한 공기 흐름이 더욱 증가한다.

이 예에서 볼 수 있는 바와 같이 후방 배플(136)은 발전기 조립체 모듈(123) 영역 뒤에 포함된다. 후방 배플(136)은 나타나는 공기 흐름으로부터 공기를 수집하고 이 공기를 발전기 조립체(123)의 후방 측에 있는 개구(위에서 논의됨) 내로 유입시키도록 구성될 수 있다. 배플(136)은 옥상 표면 및 하부 판(114)의 하부 측과 함께 입구(332) 주위에 인클로저를 형성한다. 이 예에서, 배플(136)은 공기를 수집하기 위해 전방에 개구를 제공하고, 후면에서 구부러져 발전기 하우징의 뒷면의 개구로 공기를 보내는 데 도움을 준다. 다른 배플 형태도 제공될 수 있다.

이 예는 또한 발전기 조립체 모듈(123)이 적어도 부분적으로 건물 외관의 상부 위에 있도록 하는 높이로 건물(211)에 유닛을 장착하는 것을 보여준다. 이러한 방식으로, 공기 흐름은 배플(136)에 의해 포획되어, 발전기 하우징의 개구를 향해 보내질 수 있다.

도 9는 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 후방 사시도를 도시한다. 도 8의 예와 마찬가지로, 이 도면은 에어포일 형태의 상부 판(113)과 하부 판(114)을 도시한다. 이 도면은 또한 배플(136)이 발전기 조립체 모듈(123)로의 공기 흐름의 포획을 개선하기 위해 사용자의 상부 팔이 바깥쪽으로 벌어지는 U자형 단면으로 구성될 수 있음을 도시한다. 이 예는 또한 유닛이 건물(211)의 외관 아래에 부분적으로 장착될 수 있는 방식을 보여준다.

도 10은 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 전방 사시도를 보여준다. 이 예는 장착 매니폴드(124)가 몸체(122)와 발전기 조립체 모듈(123)을 결합시키는 데 사용될 수 있는 모습을 제공하기 위해 설치된 몸체(122)가 없는 유체 구동식 전력 유닛을 예시한다. 이 예에서, 매니폴드(124)는 윤곽이 있는 하부 판(114)의 만곡된 표면 위로 부분적으로 연장된다. 매니폴드(124)는 예를 들어 물리적 또는 화학적 체결 요소를 사용하여 몸체(122)를 매니폴드(124)에 장착하는 데 사용될 수 있는 장착 플랜지(125)를 포함한다.

또한 하부 판(114) 아래에는 하부 판(114)이 장착되는 매니폴드(124)에 부착된 장착 구조물(126)이 도시되어 있다. 하부 판(114)은 도면에서 하부 판(114)을 통해 구조를 볼 수 있도록 투명하게 렌더링된다. 도시된 바와 같이, 장착 구조물(126)은 하부 판(114)의 윤곽 있는 형상을 수용하도록 만곡될 수 있다. 장착 구조물(126)은 물리적 또는 화학적 체결 수단을 통해 매니폴드(124)에 부착될 수 있거나 매니폴드(124)의 일부로서 몰딩될 수 있다. 이 예에서 도시된 바와 같이, 발전기 조립체 모듈(123)용 하우징은 입구 벨 마우스(332)를 또한 포함할 수 있다.

이 예는 또한 도 1 내지 도 7에 도시된 예와 달리 상부 판(113) 아래에 장착되는 상부 교차 부재(150)를 포함한다. 이 예에서 교차 부재(150)는 원하는 배향 및 공간 관계로 구성요소를 함께 물리적으로 연결하기 위해 에어포일(112)의 수직 길이를 통해 적어도 하부 판(114)까지 이어지는 수직 바(vertical bar)(161)(도면에서 혼란을 피하기 위해 하나만의 번호만이 지정됨)에 연결된다.

도 11은 다양한 실시형태에 따른 도 8의 유체 구동식 전력 유닛의 측면도 및 정면도를 도시한다. 이 예에서, 매니폴드(124)는 (원형 터빈을 내부에 수용하기 위해 원형 기하 형상일 수 있는) 발전기 조립체 모듈(123)의 몸체의 대략 원형 형상으로부터 몸체(122)의 U자형 단면으로의 전이를 제공하기 위해 다양한 치수로 길이를 따라 테이퍼져 있다. 이 예에서, 매니폴드(124)는 몸체(122)의 폭보다 큰 발전기 조립체 모듈(123)의 몸체의 직경으로부터 테이퍼진다. 길이 방향에서(유닛의 전방에서 후방으로) 매니폴드(124)는 발전기 조립체 모듈(123)의 몸체 직경에서 몸체(122)의 더 긴 깊이로 전이하도록 테이퍼진다.

도 11은 또한 발전기 조립체 모듈(123), 매니폴드(124) 및 몸체(122)(이 도면에는 도시되지 않음)의 적어도 전방 부분이 에어포일(112)의 전방에 위치되는 예시적인 구성을 도시한다. 몸체(122)의 후방 개구 부분은 전방 에어포일(112) 사이에 위치된다.

발전기 조립체 모듈(123) 몸체, 매니폴드(124) 및 몸체(122)가 물리적 또는 화학적 패스너 또는 스냅 끼워맞춤 또는 마찰 끼워맞춤 구성을 사용하여 함께 부착되거나 끼워지는 별도의 구조인 실시형태가 여기에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 이들 구성요소 중 2개 이상이, 예를 들어, 단일 부품으로 함께 몰딩되는 단일 구성요소인 실시형태도 구현될 수 있다.

도 12는 다양한 실시형태에 따른 유체 구동식 전력 유닛의 다양한 구성요소를 장착하기 위한 장착 컷아웃을 포함하는 하부 판(114)에 대한 예시적인 구성을 도시한다. 이 예에서, 윤곽이 있는 홈(221)은 에어포일(112)의 형상으로 하부 판(114)에 형성된다. 윤곽이 있는 홈(221)은 에어포일(112)의 하부 부분의 외부 치수와 일치하도록 형상화된 기하 형상을 갖는다. 이러한 방식으로, 에어포일(112)은 보다 안전한 장착 배열을 위해 홈(221) 내로 활주하도록 구성될 수 있다. 각 그룹(221)으로부터 연장된다. 포스트(post)(223)는 장착을 위해 에어포일(112)을 수용할 수 있도록 에어포일(112)의 하부의 대응하는 개구에 순응하도록 치수가 정해질 수 있다. 다른 실시형태에서, 포스트(223)는 에어포일(112)을 하부 판(114)에 장착하기 위한 구조물로서 수직 바(161)를 수용하기 위해 수직 바(161)의 하부에 있는 대응하는 개구 내부에서 활주하도록 치수가 정해질 수 있다. 다시 말해, 수직 바(161)는 포스트(223)를 수용하기 위한 중공 튜브로 구성될 수 있다. 대안적으로, 포스트(223)는 수직 바(161)를 수용하기 위해 중공 튜브로 구성될 수 있다. 포스트(223)는 하부 판(114) 상에 장착되고 하부 판으로부터 연장될 수 있다. 다른 실시형태에서, 포스트(223)는 하부 판(114) 아래로부터 연장될 수 있다.

도 12는 또한 매니폴드(124)를 수용하는 치수를 갖는 애퍼처(213)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 애퍼처(213)는 매니폴드(124)가 하부 판(114)을 통과할 수 있도록 하부 판(114)의 깊이를 통해 완전히 연장될 수 있다. 홈(221)은 다른 한편으로 하부 판(114)의 깊이를 완전히 통과할 수도 있고 통과하지 않을 수도 있다. 실제로, 도시된 예시적인 홈(221)은 하부 판(114)의 깊이를 통해 부분적으로만 연장되어 각각의 대응하는 에어포일이 그 위에 놓일 수 있는 하부 표면을 제공한다. 하부 판(114)은 그 안에 형성된 홈(221)과 애퍼처(213)로 몰딩되거나, 인쇄되거나, 그렇지 않으면 형성될 수 있다. 대안적으로, 하부 판(114)은 홈(221)과 애퍼처(213)를 추가하도록 가공될 수 있다.

도 13은 다양한 실시형태에 따른 도 12의 하부 판(114)의 다른 도면을 도시한다. 특히, 도 13은 홈(221)과 애퍼처(213)를 갖는 하부 판(114)의 평면도 및 저면도를 도시한다. 도 13은 또한 포스트(223)(또는 포스트(223)의 일부)가 연장될 수 있는 관통 구멍(217)을 도시한다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 애퍼처(213)의 내부 표면은 매니폴드(124)의 외부 공간 프로파일을 수용하도록 베벨링(beveled)될 수 있다.

도 14는 다양한 실시형태에 따라 매니폴드(124)의 외부 몸체가 내부에 장착된 하부 판(114)의 평면도와 저면도를 도시한다. 이는 매니폴드(124)가 발전기 조립체 모듈(123)의 원통형 몸체에 장착하기 위한 하부 판(114) 아래의 원통형 단면과, 또한 유사한 세장형 단면을 갖는 몸체(122)에 장착하기 위한 하부 판(114) 위의 세장형 단면(예를 들어, 이 경우 U자형)을 포함할 수 있는 방식의 일례를 도시한다.

도 15는 다양한 실시형태에 따라 도 10 내지 도 14의 예에 포함된 것과 같은 매니폴드의 일례를 도시한다. 도 15는 매니폴드(124)가 하부에 원통형 단면을 갖고 상부에 세장형 단면을 갖는 것을 도시한다. 발전기 조립체 모듈(123)의 원통형 몸체의 하부의 원통형 단면. 플랜지(125)는 매니폴드(124)를 몸체(122)에 고정하는 데 사용될 수 있는 편평한 테두리 또는 칼라를 제공할 수 있다. 플랜지(127)는 매니폴드(124)를 발전기 조립체 모듈(123)의 몸체에 고정하는 데 사용될 수 있는 편평한 테두리 또는 칼라를 제공할 수 있다. 도 10을 참조하여 전술한 바와 같이, 하부 판(114)의 하부 표면에 형성되는 구조물을 제공하기 위해 장착 구조물(126)이 포함될 수 있다. 장착 구조물(126)은 장착 기능을 제공할 뿐만 아니라 하부 판(114)에 대한 매니폴드(124)의 정렬 및 배치를 용이하게 할 수 있다.

도 16a는 다양한 실시형태에 따라 매니폴드에 장착된 U자형 세장형 몸체의 일례를 도시한다. 이 예에서, U자형 세장형 몸체(122)는 플랜지(125)에 요소를 체결함으로써 매니폴드(124)에 부착된다. 이러한 방식으로, 몸체(122)는 매니폴드(124)로부터 수직으로 연장되고, 이제 매니폴드(124)를 통해 발전기 조립체 모듈(123)에 결합되도록 구성된다. 이 예에서, 매니폴드(124)의 상부는 U자형 몸체(122)의 깊이를 넘어 연장된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 몸체(122)는 매니폴드(124)의 상부의 전체 깊이로 연장될 수 있다(또는 상부의 깊이를 초과할 수 있다).

도 16b, 도 16c, 도 16d는 매니폴드에 장착된 U자형 세장형 몸체의 일례를 도시하며, 여기서 내부 흐름 스트림은 공기 흐름의 최적의 배출을 달성하기 위해 다수의 (예를 들어, 하나 이상의) 가이드 베인(156)에 의해 안내된다. 가이드 베인(156)의 수는 특정 설계에 맞게 조정될 수 있다. 가이드 베인(156)은 모터 하우스(325) 내부, 매니폴드(124) 내부 또는 세장형 몸체(112) 내부에 위치될 수 있다. 가이드 베인(156)의 각도는 내부 흐름 스트림을 최적으로 토출하는 데 중요한 역할을 한다. 마찬가지로, 매니폴드(124)는 터빈이 U자형 몸체(122)로 회전할 수 있도록 원형 단면으로부터 전이를 제공하지만 두 가지 추가 목적도 제공한다. 제1 추가 목적은 원형 회전자 구획의 디퓨저를 확장하는 것으로, 이는 임의의 주어진 풍속에서 시스템 압력을 균형 맞추는 데 중요하다. 제2 추가 목적은 도면에서 각도(162)로 표시된 U자형 몸체(122)의 가장 낮은 부분에서 토출되는 흐름 방향을 안내하는 것이다. 이러한 토출 각도는 단독으로 또는 가이드 베인(156)과 조합하여 기능할 수 있다.

도 16e는 내부 흐름 스트림 경로를 갖는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체의 수직 단면을 도시한다. 수직 단면에 도시된 바와 같이, U자형 몸체(122)는 유체를 점진적으로 밀어 몸체(122)로부터 토출할 수 있는 내부 흐름 스트림 경로를 포함한다. 도 16e에 도시된 이러한 설계는 단독으로 사용되거나, 매니폴드(124)의 설계 및/또는 가이드 베인(156)의 포함(예를 들어, 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 이전에 설명된 바와 같음)과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, U자형 몸체는 선형이거나 정확히 수직으로 설치될 필요는 없다. 도 16f는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체를 도시하며, U자형 몸체(122f)는 수직으로부터 기울어져 있고 또한 비선형 분포 단면을 갖는다. 다시 말해, 이 예는 매니폴드(124) 및/또는 가이드 베인(156)(이전 도 16b 내지 도 16d에 도시됨)의 특징과 함께 포함될 수 있다. 또한, 도 16e는 절두형 에어포일일 수 있는 상부 판(110e) 및 도금된 에어포일 유형의 에어포일일 수 있는 하부 판(111e)을 도시한다. 유사하게, 도 16f는 절두형 에어포일의 또 다른 에어포일일 수 있는 상부 판(110f) 및 도금된 에어포일 유형의 또 다른 에어포일일 수 있는 하부 판(111f)을 도시한다.

도 16g 및 도 16h는 외부 흐름 스트림(즉, U자형 몸체의 내부가 아님)에 가이드 베인(356)을 포함하는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체를 도시한다. 도 16g는 수직 에어포일 세트(에어포일(112)이 도시됨) 사이에 배열된 가이드 베인(356)을 도시하는 반면, 도 16h는 수직 에어포일 없이 가이드 베인(356)을 갖는 매니폴드에 장착된 예시적인 U자형 몸체를 도시한다.

하나 이상의 가이드 베인(가이드 베인(357)이 도시됨)은 도 65c에 도시된 바와 같이 단위 고지로 인해 큰 상향 흐름 각도가 존재할 때 효과적인 공기 흐름을 지원하는 데 특히 중요할 수 있다. 상부 판, 하부 판 및 외부 가이드 베인(판, 에어포일 형태 또는 이들의 조합)의 결합 설계는 외부 흐름 스트림(예를 들어, 최적의 외부 흐름 스트림)을 향상시키거나 생성할 수 있다. 다시 말해, 상부 판, 하부 판 및 외부 가이드 베인은 각각 판 형상, 에어포일 형상, 또는 이들의 조합일 수 있고, 외부 흐름 스트림이 최적이도록 형상화될 수 있다.

도 17은 다양한 실시형태에 따른 매니폴드, 발전기 몸체 및 하부 장착 링의 분해도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 매니폴드(124)는 장착 구조물(126)이 하부 판(114)의 하부 표면과 접촉하도록 하부 판(114) 내에 위치된다. 이 예에서, 매니폴드(124)의 상부 부분은 몸체(122)와 연결될 수 있도록 하부 판(114) 위로 연장되고, 매니폴드(124)의 하부 부분은 하부 판(114) 아래로 연장되어 발전기 조립체 모듈(123)의 하우징(325)과 연결될 수 있다. 발전기 조립체 모듈(123)의 하우징(325)은 몸체(325)를 매니폴드(124)에 고정하고, 몸체(325)를 입구 벨 마우스(332)에 각각 고정하는 데 사용될 수 있는 편평한 테두리 또는 칼라를 제공하는 상부 플랜지(336)와 하부 플랜지(334)를 포함한다.

도 18은 다양한 실시형태에 따른 발전기 조립체의 분해도를 도시한다. 이제 도 18을 참조하면, 발전기 조립체 모듈(132)은 터빈 회전자 조립체(321), 고정자(322) 및 발전기(323)를 포함한다. 발전기(323)는 디바이스 주변에 교번 극성으로 장착된 일련의 자석을 포함한다. 발전기(323)는 터빈 회전자 조립체(321)의 터빈 회전자의 회전이 터빈 회전자 조립체의 회전자 블레이드를 회전시키도록 터빈 회전자 조립체(321)에 장착되는 샤프트를 포함한다. 고정된 상태로 유지되는 고정자(322)는 터빈 회전자 조립체(321) 뒤의 스큐(skewing)를 교정할 수 있다. 고정자(322)는 이러한 목적에 최적화된 다수의 에어포일을 포함할 수 있다. 고정자(322)의 블레이드는 케이싱(360)에 의해 지지될 수 있으며, 케이싱에서 발전기(323)는 하우징(325)(도 17에 도시됨) 내부에 둘러싸여 있고 발전기 조립체 모듈(123)(예를 들어, 도 1 참조)에 내장되어 있다.

케이싱(360)과 하우징(325) 다음에, 발전기 조립체는 노즈 콘(nose cone)(365)을 포함할 수 있다. 노즈 콘(365)은 케이싱(260)과 터빈 회전자 블레이드 주위의 공기 역학적 흐름을 원활하게 할 수 있다. 허브 직경이라 불리는 케이싱(360)과 노즈 콘(365)의 직경과 터빈의 직경은 전체 시스템 성능에 맞춰 신중하게 조정될 수 있다. 본질적으로 허브 비율에 대한 터빈 직경의 비율은 임의의 주어진 풍속에서 수직 에어포일 세트에서 발생하는 낮은 압력과, 입구 챔버에서 발생하는 과압력에 대해 터빈이 생성할 수 있는 압력 강하를 제어할 수 있다.

고정자(322)는 하우징 내에서 (예를 들어 하우징에 대해) 고정될 수 있고 발전기(323)를 둘러쌀 수 있다. 터빈 회전자 조립체(321)의 터빈 회전자 블레이드가 회전자(323)를 고정자(322) 내에서 (자석과 함께) 회전하게 할 때, 회전자(323)는 고정자(322) 내에서 회전 자기장을 생성한다. 고정자(322)는 회전자(323)에 의해 생성된 회전 자기장을 전류로 변환하는 복수의 코일을 주변 둘레에 포함한다. 도시된 예에서, 터빈 회전자 조립체(321)는 5개의 회전자 블레이드를 포함하지만, 다른 실시형태에서, 터빈 회전자 조립체(321)는 다른 수량의 회전자 블레이드를 포함할 수 있다.

도 19는 다양한 실시형태에 따라 도 17의 발전기 몸체 내에 장착된 도 18의 발전기 조립체의 일례를 도시한다. 특히, 도 19는 상부 사시도(도면의 왼쪽 상부 코너), 평면도(도면의 오른쪽 상부 코너), 측면도(도면의 왼쪽 하부 코너) 및 저면도(도면의 오른쪽 하부 코너)를 보여준다. 도 19에서 볼 수 있는 바와 같이, 발전기 조립체 모듈(123)은 몸체 부분(325) 내에 끼워지고 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 에어포일(112)을 가로질러(그리고 다양한 실시형태에서는 에어포일(113 및 114)을 가로질러) 흐르는 바람(또는 다른 유체)에 의해 생성된 음압은 유닛의 하부로부터 공기를 끌어 터빈을 지나 매니폴드(124)를 통해 몸체(122)를 통해 위로 그리고 밖으로 보낸다. 이는 터빈 회전자 조립체(321)를 회전시켜, 고정자(322) 내 회전자(323)를 회전시키는 것에 의해 전기 에너지를 생산한다.

도 20a 내지 도 20h는 근접한 수직 에어포일 세트를 갖는 U자형 몸체의 단면도를 도시한다. 도 20a는 각각이 3개의 에어포일로 구성된 수직 에어포일 세트(512a)로 둘러싸인 U자형 몸체(522a)의 단면도이다. 다양한 에어포일과 다양한 코드(c1)의 길이의 사용은 유닛의 특정 용도와 특정 구조 구성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 각 에어포일 세트(512a)에서 도 20a에 도시된 3개의 에어포일을 사용하면 각 에어포일 세트에서 2개의 에어포일을 위해 설계된 정확히 동일한 에어포일 툴링을 사용하여 더 큰 유닛을 구성할 수 있다.

도 20a는 에어포일 세트가 이전 에어포일의 후방 외측에 위치되고 (이전 에어포일이 있는 경우) 이전 에어포일과 그 다음 에어포일과 공간적으로 중첩되는 에어포일을 포함할 수 있음을 도시한다.

도 20a는 설계의 두 가지 주요 측정값, 즉 U자형 몸체(522a)의 폭(w1)을 추가로 도시한다. U자형 몸체(522)의 폭(w1)과 높이는 내부 흐름 스트림이 토출되는 특징적인 영역과 연관될 수 있다. 2개의 에어포일 세트(512a) 사이의 최대 거리(d1) 또는 유닛의 폭(다양한 오버행(overhang) 제외), 및 에어포일 세트(512a)의 높이는 바람(또는 다른 유체 흐름)을 향하는 전체 단면적을 특성화할 수 있다. 이 영역은 유닛 에너지 추출 잠재력이 무엇인지 설명하는 데 사용될 수 있는 스윕 면적으로 특성화된다. 에어포일(512a)에 의해 생성된 압력 전위와 결합된 U자형 몸체(522a)의 토출 면적과 시스템의 스윕 면적 사이의 비율은 시스템의 에너지 추출 성능을 설명하는 핵심 매개변수일 수 있다. 일부 실시형태에서, 스윕 면적에 대한 토출 면적의 비율은 0.03, 0.05, 또는 0.1 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 회전자 면적에 대한 스윕 면적의 비율은 0.03, 0.04, 0.05, 또는 0.06 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 회전자 면적에 대한 스윕 면적의 비율은 0.067보다 크다.

에어포일의 양력에 의해 적어도 부분적으로 발생하는 발전 유닛 내의 압력은 터빈을 지나 몸체 요소를 통해 몸체 요소의 개방된 후면 밖으로 공기를 끌어와 이 2차 유체 흐름 스트림으로부터 전력을 추출하는 것으로 이해될 수 있다. 도 20b는 각각이 3개의 에어포일로 구성된 수직 에어포일 세트(512b)로 둘러싸인 U자형 몸체(522b)의 단면도이다. 도 20b는 에어포일 세트(512b)에서 3개의 도금형 에어포일의 사용을 도시한다. 도금형 에어포일은 유닛 중량이 덜 중요할 수 있는 물 흐름에 유리한 것으로 간주될 수 있다. 도금형 에어포일은 강철 판으로 만들어질 수 있다. 강철 판이 더 얇아야 하는 경우(예를 들어, 무게 제한) 더 많은 에어포일을 적용할 수 있다.

도 20c는 도 20b의 예에서 에어포일 세트(512b)의 에어포일에 비해 에어포일의 수가 더 많은 에어포일 세트(512c)에 사용된 4개의 에어포일을 갖는 U자형 몸체(522c)의 단면도를 도시한다. 도 20d는 각각의 에어포일 세트(512d)에 단 하나의 연관된 에어포일만을 갖는 또 다른 U자형 몸체(522d)의 또 다른 단면도이다.

도 20e는 에어포일 세트(512e) 내에 다양한 크기(및 유형)의 에어포일을 갖는 U자형 몸체(522e)의 단면도를 도시한다. 구체적으로, 제1 에어포일(523)은 후방 에어포일(534)의 것보다 더 나은 공기 역학적 및/또는 구조적 특성을 위해 선택될 수 있다. 함께, 세트(512e)의 에어포일은 플랩 달린 에어포일 구성의 역할을 할 수 있다.

도 20f는 종종 드롭 에어포일 또는 (돛이 있는 범선 마스트에서와 같이) 마스트 에어포일로 불리는 특정 스타일의 에어포일을 갖는 에어포일 세트(512f)의 에러포일 및 U자형 몸체(522f)의 단면도를 도시한다. 이러한 에어포일은 종종 두 개의 별개의 개별 요소, 즉 구조적 하중을 전달하는 선두 에지 구조물(535)과, 에어포일의 더 얇고 공기 역학적 완성 부분(536)으로 만들어진다. 구체적으로, 에어포일은 적어도 부분적으로 압출된 알루미늄으로 구성될 수 있다.

도 20g는 제1 세트의 에어포일(515a)과 제2 세트의 에어포일(512g)을 갖는 U자형 몸체(522e)의 단면도를 도시하며, 여기서 두 세트의 에어포일은 대칭이 아니다. 도 20h는 U자형 몸체(522h)와 에어포일 세트(515h)의 단면도이며, U자형 몸체(522h)는 다양한 슬릿 또는 천공(566)을 포함한다. 에어포일 세트(515a)는 에어포일 세트(515b) 내에서 서로 다른 개수의 에어포일을 가질 수 있다. 도 20g는 두 개의 에어포일 세트가 대칭일 필요가 없음을 보여준다. 비대칭성은 예를 들어 두 세트 사이의 개별 에어포일의 서로 다른 각도를 갖는 것, 세트의 에어포일 사이의 서로 다른 간격을 갖는 것, 서로 다른 에어포일을 갖는 것(예를 들어, 형상이 다른 것) 및 서로 다른 개수의 에어포일을 갖는 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다수의 서로 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 이러한 특징 중 일부는 도 20g에 도시되어 있다.

본 발명에 도시된 U자형 몸체는 개방된 후면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, U자형 몸체는 개구, 공동, 플랩, 슬릿(slit), 슬랫(slat), 애퍼처 또는 천공 중 하나 이상을 갖는 적어도 하나의 부분을 몸체의 수직 길이를 따라 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 일련의 슬랫은 U자형 몸체의 개방된 후면의 길이나 폭을 따라 이어질 수 있다. 또한 후면은 균일하거나 불균일하게 이격되거나 형상화될 수 있는 하나 이상의 슬릿, 슬랫 또는 천공을 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 일부 실시형태에서, 슬랫은 에어포일 형상일 수 있다. 특정 예로서, 도 20h는 U자형 몸체(522h) 및 에어포일 세트(512h)의 단면도이며, U자형 몸체(522h)는 다양한 슬릿 또는 천공(566)을 포함한다.

청구범위를 포함하여 본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 처리의 변화로 인한 작은 변동을 설명하고 나타내는 데 사용된다. 이는 예를 들어, ±5% 이하, 예를 들어, ±2% 이하, 예를 들어, ±1% 이하, 예를 들어, ±0.5% 이하, 예를 들어, ±0.2% 이하, 예를 들어, ±0.1% 이하, 예를 들어, ±0.05% 이하를 의미할 수 있다.

"결합된"이라는 용어는 직접 또는 간접 결합, 연결, 체결, 접촉 또는 링크를 의미하며, 물리적, 광학적, 전기적, 유체적, 기계적, 화학적, 자기적, 전자기적, 광학적, 통신적 또는 기타 결합 또는 이들의 조합과 같은 다양한 형태의 결합을 의미할 수 있다. 하나의 형태의 결합이 지정되었다고 해서 다른 형태의 결합이 제외된 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 물리적으로 결합되어 있다는 것은 두 구성요소 간의 (직접 또는 간접) 물리적 부착 또는 접촉을 의미할 수 있지만, 예를 들어 또한 두 구성요소를 통신 가능하게 결합하는 통신 링크(예를 들어, RF 또는 광학 링크)와 같은 구성요소 간의 다른 형태의 결합을 배제하지 않는다. 마찬가지로, 다양한 용어 자체는 상호 배타적이도록 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 무엇보다도 유체 결합, 자기 결합 또는 기계적 결합이 물리적 결합의 한 형태일 수 있다.

"세트"라는 용어는 하나 이상의 객체의 집합을 나타낸다. 따라서, 예를 들어 객체의 집합은 단일 객체 또는 다수의 객체를 포함할 수 있다. 세트 내의 객체는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 일부 경우에 세트 내의 객체는 하나 이상의 공통 특성을 공유할 수 있다.

개시된 기술의 다양한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 이는 단지 예로서 제시된 것일 뿐, 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 마찬가지로, 다양한 도면은 개시된 기술에 포함될 수 있는 특징과 기능을 이해하는 데 도움을 주기 위해 수행된 개시된 기술에 대한 예시적인 아키텍처 또는 다른 구성을 묘사할 수 있다. 개시된 기술은 도시된 예시적인 아키텍처 또는 구성으로 제한되지 않고, 원하는 특징은 다양한 대안적인 아키텍처 및 구성을 사용하여 구현될 수 있다. 실제로, 본 명세서에 개시된 기술의 원하는 특징을 구현하기 위해 대안적인 기능적, 논리적 또는 물리적 분할 및 구성이 구현될 수 있는 방식은 당업자에게는 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에 설명된 것 이외의 다양한 구성 모듈 이름이 다양한 파티션에 적용될 수 있다. 추가로, 흐름도, 동작 설명 및 방법 청구범위와 관련하여, 본 명세서에 제시된 단계의 순서는 문맥상 달리 지시하지 않는 한, 다양한 실시형태가 언급된 기능을 동일한 순서로 수행하도록 구현되어야 하는 것을 요구하는 것은 아니다.

개시된 기술은 다양한 예시적인 실시형태 및 구현의 관점에서 위에서 설명되었지만, 개별 실시형태 중 하나 이상에 설명된 다양한 특징, 양태 및 기능은 그 적용 가능성이 설명된 특정 실시형태로 제한되지 않고, 대신에 이러한 실시형태가 기술되었는지 여부 및 이러한 특징이 설명된 실시형태의 일부로서 제시되는지 여부에 관계없이, 개시된 기술의 다른 실시형태 중 하나 이상에 단독으로 또는 다양한 조합으로 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 기술의 폭과 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시형태 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안 된다.

본 명세서에 사용된 용어와 어구 및 그 변형은 별도로 명시하지 않는 한, 본 발명을 제한하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다. 전술된 내용의 예로서, "포함하는"이라는 용어는 "포함하지만 이로 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 하고; "실시형태"라는 용어는 논의 중인 항목의 예시적인 사례를 제공하는 데 사용되며, 이 항목을 모두 제시하는 목록이거나 제한하는 목록이 아니고; 단수형 요소는 "적어도 하나", "하나 이상의" 요소 등을 의미하는 것으로 해석되어야 하고; "기존에", "전통적인", "보통", "표준", "알려진"과 같은 형용사 및 유사한 의미의 용어는 설명된 항목을 특정 시간 기간 또는 특정 시간에 사용할 수 있는 항목으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 대신에 현재 또는 미래의 어느 시점에서 이용 가능하거나 알려질 수 있는 기존, 전통, 일반 또는 표준 기술을 포괄하는 것으로 읽어야 한다. 마찬가지로, 본 명세서가 당업자에게 명백하거나 알려진 기술을 언급하는 경우, 이러한 기술은 현재 또는 미래의 어느 시점에 당업자에게 명백하거나 알려진 기술을 포함한다.

일부 경우에 "하나 이상", "적어도", "포함하지만 이로 제한되지 않는" 또는 다른 유사한 어구와 같은 확대된 단어 및 어구의 존재는 확장 어구가 없는 경우에 좁은 의미의 경우가 의도되거나 필요한 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "모듈"이라는 용어의 사용은 모듈의 일부로 설명되거나 청구된 구성요소나 기능이 모두 공통 패키지로 구성되는 것을 의미하는 것은 아니다. 실제로, 제어 로직이든 기타 구성요소이든 모듈의 다양한 구성요소 중 일부 또는 전부는 단일 패키지로 결합되거나 별도로 유지 관리될 수 있으며 추가로 다수의 그룹이나 패키지로 분배되거나 또는 다수의 위치에 분산될 수 있다.

추가적으로, 본 명세서에 제시된 다양한 실시형태는 예시적인 블록도, 흐름도 및 기타 예시의 관점에서 설명된다. 본 명세서를 읽은 후 당업자에게 명백한 바와 같이, 예시된 실시형태 및 이들의 다양한 대안은 예시된 예로 제한되지 않고 구현될 수 있다. 예를 들어, 블록도와 이와 관련된 설명은 특정 아키텍처나 구성을 요구하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (30)

1. 유체 구동식 발전 유닛으로서,
   제1 판;
   제2 판;
   상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 상기 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 풍상 단부(windward end)를 향하는, 제1 세트의 에어포일(airfoil)로서, 상기 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함하고, 상기 제2 에어포일은 상기 제1 에어포일의 풍하측(leeward) 외측에 위치되고 상기 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 상기 제1 세트의 에어포일;
   상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 상기 발전 유닛의 상기 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 풍상 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일로서, 상기 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함하고, 상기 제4 에어포일은 상기 제3 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제3 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 상기 제2 세트의 에어포일;
   상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에 배치되고 만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 상기 제1 세트의 에어포일과 상기 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 상기 세장형 몸체 요소;
   하우징, 상기 하우징 내에 배치된 터빈, 및 상기 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는 발전기; 및
   상기 세장형 몸체 요소 사이에 결합된 매니폴드로서, 상기 세장형 몸체 요소의 하부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상의 상부 개구와, 상기 발전기의 하우징의 상부 에지와 맞물리도록 구성된 기하 형상을 갖는 하부 개구를 갖는 몸체를 포함하는, 상기 매니폴드
   를 포함하되;
   상기 세장형 몸체 요소와 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 바람은 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 상기 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 상기 감소된 압력은 상기 터빈을 지나 상기 매니폴드와 상기 세장형 몸체 요소를 통해 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 공기를 끌어와 상기 터빈을 회전시켜 상기 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산하는, 유체 구동식 발전 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 판과 상기 제2 판은 실질적으로 수평이고, 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일과 상기 세장형 몸체 요소는 실질적으로 수직인, 유체 구동식 발전 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 판은 상기 발전 유닛의 폭에 걸쳐 있는 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일에 실질적으로 수직인 에어포일을 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소의 만곡된 전방 면은 견고한 만곡된 표면에 의해 바람이 적어도 상기 제1 에어포일과 상기 제3 에어포일 위의 상기 세장형 몸체 요소의 양측으로 보내지도록 상기 견고한 만곡된 표면을 제공하는, 유체 구동식 발전 유닛.
5. 제1항에 있어서, 제1 입구가 상기 발전기의 하우징의 입구에 유체 이동 가능하게 결합되도록 상기 발전 유닛의 풍상 단부로부터 상기 발전기의 하우징의 입구로 공기를 보내기 위해 상기 제1 입구의 풍하측을 부분적으로 둘러싸는 배플(baffle)을 추가로 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 입구의 풍상측은 상기 풍상 방향으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화되는, 유체 구동식 발전 유닛.
7. 유체 구동식 발전 유닛으로서,
   상부 판;
   하부 판;
   상기 발전 유닛의 제1 측에 상기 상부 판과 상기 하부 판 사이에 수직 배향으로 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제1 세트의 에어포일;
   상기 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 상기 상부 판과 상기 하부 판 사이에 수직 방향으로 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일;
   만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 상기 제1 세트의 에어포일과 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 상기 세장형 몸체 요소; 및
   상기 세장형 몸체 요소와 유체 연통하는 발전기로서, 하우징, 상기 하우징 내에 배치된 터빈, 및 상기 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는 발전기
   를 포함하되;
   상기 세장형 몸체 요소와 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 유체는 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 상기 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 상기 감소된 압력은 상기 터빈을 지나 상기 세장형 몸체 요소를 통해 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 유체를 끌어와 상기 터빈을 회전시켜 상기 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산하는, 유체 구동식 발전 유닛.
8. 제7항에 있어서, 상기 발전기는 상기 세장형 몸체 요소와 축 방향 정렬로 배치되는, 유체 구동식 발전 유닛.
9. 제7항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소와 상기 발전기의 하우징 사이에 결합된 매니폴드를 추가로 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
10. 제7항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소의 후면은 완전히 개방되는, 유체 구동식 발전 유닛.
11. 제7항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소의 후면은 적어도 부분적으로 천공되는, 유체 구동식 발전 유닛.
12. 제7항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소에 배치되고, 공기 흐름의 배출을 변경하도록 구성된 가이드 베인(guide vane)을 추가로 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
13. 제7항에 있어서, 상기 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함하고, 상기 제2 에어포일은 상기 제1 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함하고, 상기 제4 에어포일은 상기 제3 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제3 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
15. 제13항에 있어서, 상기 상부 판은 상기 발전 유닛의 폭에 걸쳐 수평으로 배치된 에어포일을 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
16. 제7항에 있어서, 상기 유체는 주변 공기이고, 상기 세장형 몸체 요소의 만곡된 전방 면은 견고한 만곡된 표면에 의해 유체의 흐름이 상기 제1 세트의 에어포일과 상기 제2 세트의 에어포일 위의 상기 세장형 몸체 요소의 양쪽으로 보내지도록 유체에 견고한 만곡된 표면을 제공하는, 유체 구동식 발전 유닛.
17. 제7항에 있어서, 제1 입구를 포함하는 덕트를 추가로 포함하되, 상기 덕트는 상기 제1 입구의 제1 단부로부터 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구로 유체를 보내도록 구성되고, 상기 제1 입구, 상기 덕트, 및 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구는 유체 이동 가능하게 결합되는, 유체 구동식 발전 유닛.
18. 제17항에 있어서, 상기 입구를 유체의 흐름 방향으로 회전시키도록 구성된 액추에이터를 추가로 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
19. 제17항에 있어서, 상기 제1 입구의 제2 단부는 적어도 부분적으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화되는, 유체 구동식 발전 유닛.
20. 제7항에 있어서, 상기 제1 세트의 에어포일에서 에어포일의 수는 상기 제2 세트의 에어포일에서 에어포일의 수와 동일하지 않은, 유체 구동식 발전 유닛.
21. 제7항에 있어서, 상기 세장형 몸체 요소는 불균일한 단면을 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
22. 제7항에 있어서, 스윕(swept) 면적에 대한 상기 유체 구동식 발전 유닛의 토출 면적의 비율은 0.66보다 큰, 유체 구동식 발전 유닛.
23. 유체 구동식 발전 유닛으로서,
    상기 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제1 세트의 에어포일;
    상기 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일;
    만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 상기 제1 세트의 에어포일과 상기 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 상기 세장형 몸체 요소;
    상기 세장형 몸체 요소와 유체 연통하는 발전기로서, 하우징, 상기 하우징 내에 배치된 터빈, 및 상기 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는 상기 발전기;
    제1 입구를 포함하는 덕트로서, 상기 덕트는 상기 제1 입구의 제1 단부로부터 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구로 유체를 보내도록 구성되고, 상기 제1 입구, 상기 덕트, 및 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구는 유체 이동 가능하게 결합되는, 상기 덕트; 및
    상기 입구를 유체의 흐름 방향으로 회전시키도록 구성된 액추에이터
    를 포함하되;
    상기 세장형 몸체 요소와 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 유체는 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 상기 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 상기 감소된 압력은 상기 터빈을 지나 상기 세장형 몸체 요소를 통해 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 유체를 끌어와 상기 터빈을 회전시켜 상기 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산하는, 유체 구동식 발전 유닛.
24. 제23항에 있어서, 상기 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함하고, 상기 제2 에어포일은 상기 제1 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
25. 제24항에 있어서, 상기 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함하고, 상기 제4 에어포일은 상기 제3 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제3 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
26. 제24항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 상부에 걸쳐 배치된 상부 판을 추가로 포함하되, 상기 상부 판은 상기 발전 유닛의 폭에 걸쳐 수평으로 배치된 에어포일을 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.
27. 유체 구동식 발전 유닛으로서,
    상기 발전 유닛의 제1 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제1 세트의 에어포일;
    상기 발전 유닛의 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되고, 선두 에지가 상기 발전 유닛의 제1 단부를 향하는, 제2 세트의 에어포일;
    만곡된 전방 면과 적어도 부분적으로 개방된 후면을 갖는 세장형 몸체 요소로서, 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 일부는 상기 제1 세트의 에어포일과 상기 제2 세트의 에어포일 사이에 배치되는, 상기 세장형 몸체 요소;
    상기 세장형 몸체 요소와 유체 연통하는 발전기로서, 하우징, 상기 하우징 내에 배치된 터빈, 및 상기 터빈에 의해 작동되는 전기 생산 유닛을 포함하는 상기 발전기;
    제1 입구를 포함하는 덕트로서, 상기 덕트는 상기 제1 입구의 제1 단부로부터 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구로 유체를 보내도록 구성되고, 상기 제1 입구, 상기 덕트, 및 상기 발전기의 하우징의 적어도 하나의 입구는 유체 이동 가능하게 결합되는, 상기 덕트
    를 포함하되;
    상기 제1 입구의 제2 단부는 적어도 부분적으로 개방된 챔버에 의해 캡슐화되고;
    상기 세장형 몸체 요소와 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일 사이의 개구를 통해 흐르는 유체는 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 내부 표면에 의해 가속되어 상기 발전 유닛 내에 감소된 압력을 생성하고, 상기 감소된 압력은 상기 터빈을 지나 상기 세장형 몸체 요소를 통해 상기 세장형 몸체 요소의 적어도 부분적으로 개방된 후면 밖으로 유체를 끌어와 상기 터빈을 회전시켜 상기 전기 생산 유닛을 구동하여 전력을 생산하는, 유체 구동식 발전 유닛.
28. 제27항에 있어서, 상기 제1 세트의 에어포일은 제1 에어포일과 제2 에어포일을 포함하고, 상기 제2 에어포일은 상기 제1 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제1 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
29. 제28항에 있어서, 상기 제2 세트의 에어포일은 제3 에어포일과 제4 에어포일을 포함하고, 상기 제4 에어포일은 상기 제3 에어포일의 풍하측 외측에 위치되고 상기 제3 에어포일과 공간적으로 중첩되는, 유체 구동식 발전 유닛.
30. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 에어포일의 상부에 걸쳐 배치된 상부 판을 추가로 포함하되, 상기 상부 판은 상기 발전 유닛의 폭에 걸쳐 수평으로 배치된 에어포일을 포함하는, 유체 구동식 발전 유닛.