KR20090083421A - 풍력장치, 주위 공기로부터 전력을 생성하는 발전기 및 움직이는 주위 공기로부터 전력을 생성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 공기를 사용하여 전기적 전력을 발생하는 풍력 장치(1)에 관한 것으로, 상기 풍력 장치(1)는 상기 외부 공기가 통과하고 공기 유동이 생성되는 유동 채널(3)을 포함하고, 상기 유동 채널(3)은 그것을 한정짓는 외부 캐스팅(6), 상기 외부 공기가 유입될 수 있도록 하는 실질적으로 일정한 단면을 가지며, 공기 가속 기기(39)가 제공되는 제1 섹션(7), 벤튜리 노즐(10)의 형태를 갖는 테이퍼지는 제2 섹션(9), 상기 제2 섹션(9)을 뒤따르며 통과하여 유동하는 공기에 의하여 회전하고 그 회전에 의하여 전기적 전력을 발생시키는 데에 기여하는 회전자(60)가 배치되는 제3 섹션, 라발 노즐(12)의 형태를 갖는 팽창되는 제4 섹션(13), 및 상기 유동 채널(3) 내로 유입된 공기를 배출하는 데에 사용되는 제2 공기 가속 기기(85)를 갖는 제5 섹션(15)을 포함한다.

풍력, 발전, 유동 채널, 외부 공기, 공기 가속

Description

풍력장치, 주위 공기로부터 전력을 생성하는 발전기 및 움직이는 주위 공기로부터 전력을 생성하는 방법{Wind power installation, generator for generation of electrical power from ambient air, and method for generation of electrical power from ambient air in motion}

본 발명은 풍력 장치를 통과하는 주위 공기를 이용하여, 전력을 생성하는 풍력 장치에 관련된다. 즉, 본 발명은 독창적인 풍력 장치들 및 시스템에 특히 적합한 발전기에 관련된다. 결국, 본 발명은 주위 공기로부터 전력을 생성하는 방법에 관련된다.

수년 동안, 재생 가능한 에너지의 사용을 촉진하는 정부의 동기부여의 결과에 의하여, 화석 연료의 문제를 해결하기 위한 상당한 연구가 이루어져 왔다. 이러한 연구의 예로서는, 풍력 에너지, 열 에너지, 바이오 연료 및 수소 등이 있다. 그러나 이러한 모든 노력에도 불구하고, 원자력, 가스 및 석탄과 같은 에너지 변환의 기존의 방식과 경제적으로 경쟁할 만한 수단으로서, 경제적으로 가용한 에너지의 형태를 만들어 내는 것은 가능하지 않았다.

풍력 에너지의 사용에 관한 상당한 투자가 이미 이루어졌고, 이것은 단일의 풍력 터빈을 갖는 장치들 및 풍력 터빈 팜(farms)을 갖는 장치들의 개발 및 실현에 기여해 왔다. 풍력 에너지를 풍력 터빈에 의하여 풍력 에너지를 변환하는 것은 풍력 에너지의 생산이 극히 미미하다는 단점과, 특히, 풍력 터빈들 또는 풍력 터빈 팜의 이러한 종류들의 개발, 생산 및 건설의 비용에 관한 문제를 안고 있다. 이러한 종류의 풍력 기계들은 바람이 충분히 강할 때에만 동작할 수 있다는 상당한 단점이 있다. 사실, 이 목적을 위해서는 바람이 매우 강하여야 하는데, 이것은 상당한 환경적인 단점이라고 볼 수 있다. 이것은 불쾌한 잡음의 발생이나, 극도로 성가시게 하는 쉐도우(shadows)의 발생 및/또는 극도로 성가시게 하는 주파수에서 쉐도우의 발산으로 이어질 수 있다. 또한, 풍력의 강도는 항상 변화하기 때문에 일정한 또는 균일한 레벨에서 에너지가 생성될 수도 없다.

또한, 생성되는 에너지 당 요구되는 공간이 매우 크다는 점도 매우 큰 단점으로 작용한다.

따라서, 본 발명은 실질적으로 성행하는 주위 공기의 바람 속도에 독립적이고, 최적의 유동률 에서 동작하는 주위 공기를 사용하여, 전력을 생성하는 풍력 장치를 창안하는 목적에 기초한다.

또한, 본 발명은 따라서 많은 양의 에너지가 생성되는 풍력 장치를 창안하는 목적에 기초한다.

또한, 본 발명은 주위 공기로부터 전력을 발생하기 위한 디자인에 있어서 특히 간단하고 효과적인 발전기를 창안하는 목적에 기초한다.

결국, 본 발명은 에너지가 효과적으로 발생될 수 있고 바람 조건에 독립적인 수단을 이용하여, 주위 공기로부터 전력을 발생하는 방법을 창안하는 목적에 기초 한다.

본 발명에 따르면, 풍력 장치는 유동 채널을 포함하고, 이를 통하여 상기 주위 공기는 공기의 스트림 형태로 전도된다. 상기 유동 채널은 그 경계를 이루는 외부 슬리브를 포함하며, 또한 다음을 포함한다:

- 주위 공기가 유입되는 실질적으로 일정한 횡단면을 갖고, 공기 가속 기기가 제공되는 제1 섹션,

- 벤튜리 노즐의 형태로 디자인되는 제2 섹션,

- 상기 제2 섹션을 따르며, 관통하여 흐르는 공기 스트림에 의하여 회전하고 그 회전에 의해 전력 생성에 기여하는 회전자(rotor)가 내부에 설치되는 제3 섹션,

- 라발 노즐(Laval nozzle)의 형태로 디자인되는 제4 섹션, 및

- 상기 유동 채널 내로 유입된 공기를 배출하는 데에 사용되는 제2 공기 가속 기기를 포함하는 제5 섹션.

본 발명의 풍력 장치는 유용한 목적을 달성한다. 첫째, 상기 가속 기기들은 필요한 용적 일(volumetric work)을 수행하여, 상기 주위 공기가 상기 유동 채널 내로 전도되고, 다시 유동 채널을 통하여 외부 환경으로 배출될 수 있도록 한다. 상기 가속 기기들의 제2 장점은, 유입 영역에서 양압(positive pressure)을 생성하고, 배출 영역에서 음압(negative pressure)을 생성하여, 결국 유동 채널 내에서 최적의 유동 속도가 달성되는 결과를 초래한다.

본 발명의 풍력 장치의 특징적인 장점은, 심지어 바람이 없을 때에도 경제적으로 전력을 생성할 수 있고 따라서 다른 모든 종류의 풍력 터빈들에 비하여 우수하다는 점이다. 바람의 결과로서 움직이는 주위 공기가 있으면, 본 발명의 풍력 장치의 효율은 훨씬 더 커지게 된다.

또한, 본 발명의 실질적인 장점은, 운동 에너지뿐만 아니라 상당한 양의 열 에너지가 관통하여 유동하는 공기로부터 추출될 수 있다는 사실에 있다.

상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 섹션의 공기 가속 기기는 바람직하게는 팬(fan)을 포함한다. 이러한 팬들을 사용하여, 상기 공기 스트림은 쉽고 제어 가능하게 가속화된다. 상기 팬들로는 낮은 비용의 표준 구성요소들이 사용될 수 있다.

본 발명의 풍력 장치는 바람직하게는, 상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 단면에 있는 공기 가속 기기의 다운스트림(주위 공기의 유동 방향에 대하여)에, 유동 가이드 기기를 포함한다. 이 가이드 기기는, 문제가 되는, 난류로 만들어진 공기 스트림 또는 공기 가속 기기에 의하여 회전하는 공기 스트림을 층류(laminar flow)로 변환한다. 상기 풍력 장치의 효율은 이러한 층류에 의하여 상당히 상승된다.

바람직한 실시예에 있어서, 유동 가이드 기기는 다운스트림 고정자(stator)로 디자인된다. 이러한 다운스트림 고정자 단순한 디자인을 가지면서, 상기 난류 공기 유동을 층류 공기 유동으로 변환한다.

대안적으로, 상기 유동 가이드 기기는 또한, 평행 튜브 기기(parallel-tube device)로 디자인될 수도 있다. 이러한 종류의 평행 튜브 기기는 바람직하게는, 큰 직경을 갖는 중앙 튜브를 포함하고, 그 주위에는 동심으로 정렬된 평행 튜브의 서클(circle)들이 배치되고, 상기 직경은 상기 중앙 튜브의 직경보다 상대적으로 작은 튜브 직경으로부터 시작하여, 하나의 서클에서 다음의 서클에 대하여 증가한다.

또한 그것은, 다운스트림 고정자 및 평행 튜브 기기를 갖는 유동 가이드 기기를 위해, 상기 유동 채널 내에서 층류 유동을 생성하는 최적화의 관점에서도 잇점이 있다.

그것은 특히, 제1 섹션의 공기 가속 기기 및/또는 제5 섹션의 공기 가속 기기의 업스트림(상류)에는, 층류 공기 유동을 달성하는 공기 가이드 기기를 포함하는 풍력 장치에 대한 잇점이 있다. 이것은 공기 가속 기기의 최적화, 특히, 한편으로는 공기 속도의 균일성을 증가시키고 다른 한편으로는 공기 가속 기기에서의 에너지 소모의 최적화라는 목적으로 이어진다.

그것은 특히 상기 제5 섹션의 공기 가이드 기기의 업스트림에, 평행 튜브 기기를 제공하는 잇점이 있다. 이러한 평행 튜브 기기는 상기 유동을 보다 훨씬 더 평온하게 하게 하고, 또한 상기 라발 노즐 내의 회전자로부터 오는 공기 스트림을 층류 유동으로 변환하는 역할을 한다.

상기 층류 유동을 보존하기 위하여, 상기 유동 채널은 벤튜리 노즐의 영역 내에서 각도(α)가 15˚ 이하로 되도록 가늘어지는 것이 바람직하다. 결과적으로, 상기 층류 유동이 보존되고 상기 공기 스트림이 상기 회전자를 갖는 상기 제3 섹션 내에서 최적의 형태로 공급되는 잇점이 제공된다.

상기 회전자의 다운스트림(하류)에서, 상기 유동 채널은 각도(β)가 7˚ 이하로 되도록 상기 라발 노즐의 영역 내에서 확장되는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 디자인은 잇점이 있는 것으로 증명되었다.

상기 제1 섹션 영역 내의 상기 유동 채널의 직경은 상기 제5 섹션 영역 내의 직경과 동등한 것이 바람직하다. 이것은 상기 유동 채널의 직경이 상기 공기 가속 기기들의 영역들에서와 동일하다는 것을 의미한다.

또한, 상기 유동 채널의 출구의 횡단면은 상기 유동 채널의 입구의 횡단면 보다 더 큰 것(특히 두 배인 것)이 바람직하다. 이것은 대기 중으로 공기 스트림이 배출되는 속도가 상당히 감소되고, 따라서 상기 공기 스트림이 상당히 간단한 방식으로 대기 중으로 배출될 수 있다는 특별한 잇점을 제공한다.

상기 유동 가이드 기기의 다운스트림에 있어서, 상기 제1 섹션 내의 공기 가속 기기 이후에, 상기 공기 스트림 유동을 따라 가늘어지는 유동 콘(flow cone)을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 유동 채널 슬리브는 가늘어지고, 따라서, 상기 다운스트림 고정자의 허브 또는 상기 유입 팬의 허브의 표면 영역은 유동 제어 관점에서 중화되어(neutralized), 상기 선단(tip)의 공기 스트림의 방해를 받지 않는 다운스트림이 달성될 수 있다. 상기 외부 횡단면의 감소는 상기 유동 속도의 유지하는 역할을 한다.

상기 공기 스트림을 훨씬 더 평온하게 하기 위하여, 바람직하게는 상기 층류 유동을 증가시키기 위하여 제공되는 또 다른 유동 가이드 기기가 제공되는, 균일한 횡단면을 갖는 섹션이 상기 가늘어지는 유동 채널 섹션 근처에 구비될 수 있다.

여기서, 최대 효율을 달성하기 위한 파라미터들 중 하나가 상기 유동 채널 내에서의 유동이 가능한 한 층류가 되어야 한다는 점이 다시 한 번 강조된다. 즉, 상기 가속 기기들 또는 회전자에 의하여 생성되는 난류는 적절히 중화되어야 한다.

이러한 잇점을 얻기 위하여, 본 발명에 따라, 한 점으로부터 상기 회전자의 허브의 횡단면을 향해 확장되는 콘(cone)이 상기 제2 섹션 내에 제공된다. 이러한 콘은 상기 공기 스트림을 매우 자연스러운 방식으로, 상기 회전자로 이어지는 환상(環狀)의 챔버로 인도한다.

제 4 섹션 내에, 한 점을 향하여 가늘어지는 콘을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 콘의 시작 부분의 횡단면은 상기 회전자의 허브의 횡단면과 실질적으로 동일하다.

상기 유동 채널의 평온화 섹션은, 실질적으로 균일한 외부 직경과 추가적인 유동 가이드 기기를 포함하는데, 상기 제4 섹션의 근처에 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 층류 유동이 보장되면, 그 결과로서 풍력 장치의 효율이 훨씬 더 향상된다.

제5 섹션 내에서 한 점으로부터 확장되는 콘 또는 테이퍼의 제공에 의하여 이러한 향상이 얻어진다. 그 콘의 끝 부분의 횡단면은 상기 유동 가이드 기기의 허브의 횡단면에 실질적으로 대응된다.

본 발명에 따르면, 상기 제3 섹션은 기어 유닛을 포함하는데, 상기 기어 유닛은 상기 회전자의 회전 운동을, 적어도 하나의 출력 또는 출발 샤프트(takeoff shaft)의 회전 운동으로 변환한다. 상기 샤프트는 실질적으로 상기 유동 채널에 수직으로 연장되며, 발전기에 연결되어 그것을 구동한다. 상기 전체 시스템은 따라서 매우 간결하게 디자인될 수 있다.

상기 기어 유닛은 샤프트가 지지되는 하우징을 포함하고, 상기 샤프트의 일단은 상기 하우징의 외부에서 회전자에 연결되고, 상기 샤프트의 타단은 출발 샤프트에 90 °로 연결되며, 상기 기어 유닛의 하우징은 상기 유동 채널의 슬리브 외부로 연결되는 베어링 플레이트를 포함하는 베어링 기기에 의해 지지된다. 이러한 구성에 의하여, 유동하는 공기의 에너지가 특히 유익하고 간결한 방식으로 출발 샤프트의 구동 샤프트 에너지로 변환될 수 있게 된다.

상기 회전자는 상기 베어링 기기에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트 상에 장착되고, 상기 회전자는 외부 난류 섹션을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 외부 난류 섹션은 상기 유동 채널의 슬리브 외부의 일 부분을 형성하고, 상기 회전 운동을 기어 유닛에 의해 발전기로 전송하는 역할을 하는 기어 림(gear rim) 을 포함한다.

따라서, 이 대안적인 실시예에 있어서, 상기 회전자에 의하여 생성된 샤프트의 회전 운동을 내부에 설치된 기어 유닛에 의하여 외부로 전송하는 것이 가능하게 된다.

상기 구동 힘은 상기 회전자의 외부 표면 상에 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 회전자의 회전을 전송하기 위하여, 몇몇의, 특히 4개의 피니언들을 상기 외주의 주변으로 균일하게 배분하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 상기 각각의 피니언은 출발 샤프트에 연결되고, 순차적으로 발전기에 연결된다.

대안적인 또 다른 실시예에 있어서, 상기 회전자는 베어링 기기에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트 상에 장착되고, 상기 회전자 또는 발전기의 전기자(armature)를 구동하는 외부 섹션을 포함한다. 이는 상기 기어 유닛들이 대응되는 사프트들을 사용하여 상기 회전자의 회전 운동을 발전기에 전송하여야 하는 필요성을 제거하는 효과가 있다. 따라서 이러한 기능 요소들 및 전차 장치의 마모가 감소된다.

이전에 설명된 바와 같이, 상기 가속 기기들에 의하여 생성되는 유동 채널로 향하는 상기 강제된 공기 운동에 기초하여, 본 발명의 풍력 장치는 상기 공기의 운동에 독립적으로 전류를 생성할 수 있다. 그러나, 상기 풍력 장치의 효율은, 이미 상기 장치의 외부에서 움직이고 있는 주위 공기를 개입시킴으로써 훨씬 더 향상될 수 있으며, 이에 의해 상기 가속 기기들의 전력 소모가 감소될 수 있다.

상기 주위 공기의 바람 방향이 변경되기 때문에, 상기 풍력 장치는 자유롭게 회전할 수 있는 스탠드 내에 장착되는 것이 바람직하다. 그 결과로서, 상기 풍력 장치는 상기 바람의 방향으로 정렬될 수 있다.

상기 스탠드는 바닥 벽(bottom wall), 상부 지붕 벽(upper roof wall) 및 복수의 기둥들을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 유동 채널의 제1 내지 제5 섹션은 실질적으로 상기 최외곽의 기둥들 사이에 배치된다. 이것은, 상기 풍력 장치가 캡슐화될 수 있을 뿐만 아니라 사운드-감쇠 작용을 할 수 있다는 특별한 잇점으로 이어지고, 그 결과, 순수하게 산업적인 지역의 야외뿐만 아니라 혼합 사용 지역에서의 설치를 적합하게 한다.

유입되는 주위 공기의 바람 속도를 증가시키기 위하여, 상기 제1 섹션의 업스트림에 또 다른 벤튜리 노즐을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 공기 출구 또는 공기 배출 면 상에는 또 다른 라발 노즐을 제공하는 것이 바람직하다. 이 노즐들의 사용에 의하여, 상기 풍력 장치를 통과하는 공기는 보다 효율적으로 배출될 수 있다. 두 노즐들은 연속적인 방식으로 변화하는 횡단면 또는 종 형상의 횡단면과 같이 불연속적인 방식으로 변화하는 횡단면을 가질 수 있다.

상기 전체 스탠드 및 풍력 장치가 매우 쉽게 회전할 수 있도록, 본 발명의 풍력 장치는 액체로 충만된 수조(basin) 내에 부유하는 방식으로 지지되는 부력 유닛(buoyancy unit)을 포함한다. 결과적으로, 상기 장치의 회전에는 아무런 마찰이 개입되지 않게 된다.

본 발명의 풍력 장치는 또한, 수직으로 배열되는 실시예를 포함할 수 있다. 그 결과로서, "역방향 굴뚝 효과(reverse chimney effect)"라는 잇점이 얻어진다. 상기 회전자의 공기 다운스트림의 현저한 냉각의 결과로, 이러한 공기는 무거워지고, 보다 빨리 하강하며, 상기 회전자의 상부 영역으로부터 더운 공기를 아래로 잡아당긴다.

상기 풍력 장치의 상부 유입부에서, 바람직하게는 반원형 형상을 갖는 공기 공급 기기를 제공하는 것이 바람직하다. 그 결과로서, 상기 주위 공기의 유동은 상기 풍력 장치의 유입부로 전도된다.

상기 배출 면 상에, 유동 편향 기기(flow deflection device)를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 유동 편향 기기는 상기 수직 방향으로부터의 유출되는 공기 스트림을 실질적인 수평 방향으로 편향하는 유동 채널을 포함한다. 따라서 상기 공기 스트림은 상기 주위 공기 스트림에 평행한 방향으로 향함으로써 바람직한 방식으로 운반될 수 있다.

상기 유동 채널은 편향 몸체 내에 배치되는 것이 바람직한데, 상기 편향 몸체의 주위로는 주위 공기가 흘러간다. 상기 편향 몸체는 상기 장치가 상기 바람을 직면할 때 상기 장치를 지지하고, 흡입 효과(suction effect)를 생성하는데, 이 효과에 의하여 상기 풍력 장치를 이탈하는 공기가 따라서 운반된다.

본 발명에 따르면, 유동 채널이 유동 방향, 예를 들어, 수평 섹션 내에서 확장되기 때문에 더욱 효율적인 장치가 제공될 수 있다. 특히 추가적인 공기 가속 기기가 상기 채널 내에 제공되면 배출 기능이 향상되는 결과를 얻을 수 있다.

상기 풍력 장치로부터의 공기 스트림의 배출을 더욱 더 향상시키기 위하여, 몇몇 배플(baffle) 플레이트들이 상기 유동 채널의 다운스트림(상기 유동 방향에 관하여)에 배치된다. 이러한 플레이트들은 상기 유동 채널의 횡단면을 넘어서 돌출되는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기 유동 채널의 공기 스트림은 더욱 효과적으로 전도되지만, 상기 주위 공기는 또한 이 경계 영역 내에 정렬된다.

또한, 상기 장치를 주위 공기의 최적 방향으로 움직이도록 하기 위하여, 상기 풍력 장치에 세일 (sail)을 부착하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 주위 공기를 이용하여 전력을 생성하는 풍력 장치 시스템에 관련된다. 상기 풍력 장치 시스템은 전술한 바와 같이, 서로의 상부 및/또는 서로의 다음에 배치되는 몇몇의 풍력 장치들을 포함한다.

상기 풍력 장치 시스템은 스탠드를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 스탠드 내에는 서로의 상부 또는 다음에 배치된 풍력 장치들이 회전가능하도록 지지된다. 따라서, 상기 풍력 장치 시스템 자체는 상기 바람을 직면할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 장치를 통과하여 흐르는 주위 공기로부터 전력을 생성하는 발전기를 포함한다. 상기 발전기는 특히 본 발명의 풍력 장치 및 풍력 장치 시스템에 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 발전기는 다음을 포함한다:

- 공기가 관통하여 흐를 수 있고, 실질적으로 일정한 외주를 구비하는 슬리브를 갖는 유동 채널;

- 베어링 기기에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트 상에 장착되고, 회전자 또는 발전기의 전기자를 구동하는 외부 섹션을 포함하는 회전자.

결국, 본 발명은 또한, 주위 공기, 바람직하게는 움직이는 주위 공기로부터 전력을 생성하는 방법에 관련된다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 유동 채널의 제1 섹션 내로 주위 공기를 유입하는 단계,

- 상기 유동 채널의 제1 섹션에 설치된 가속 기기를 이용하여 상기 공기 스트림을 가속하는 단계,

- 벤튜리 노즐의 형태를 갖는 유동 채널 내의 수축에 의하여, 상기 공기 스트림을 상기 유동 채널의 제2 섹션 내에 추가적으로 가속하는 단계,

- 상기 공기 스트림이 상기 유동 채널의 제3 섹션을 통과하도록 전도시키고 이 섹션 내의 회전자를 구동하는 단계,

- 상기 공기 스트림을 라발 노즐의 형태로 디자인되는 유동 채널의 제4 섹션 내로 배출하는 단계,

- 상기 공기 스트림을 상기 유동 채널의 제5 섹션 내로 새로이 가속하는 단계, 및

- 상기 공기 스트림을 대기 중으로 배출하는 단계로서, 상기 공기 스트림이 상기 유동 채널을 통하여 흐르는 동안 상기 공기 스트림으로부터 운동 에너지 및 열 에너지가 추출된다.

상기 유입 공기를 층류 유동으로서, 상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 섹션의 가속 기기의 업스트림에 배치하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 방법의 효율을 상당히 증대시키는 효과가 있다.

또한, 상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 섹션의 상기 가속 기기의 하류에, 상기 관통하여 흐르는 공기를 다시 층류 유동으로 정렬하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 유동 채널 내의 공기 흐름을 평온하고 향상되도록 하여 상기 방법의 효율을 증대시키는 효과가 있다.

상기 공기 스트림을 상기 유동 채널의 제1 및 제2 섹션 내에서 가속시킴으로써, 그것이 상기 유동 채널의 제3 섹션으로 들어갈 때에 미리 정한 속도에 도달하도록 하는 것이 또한 바람직하다. 상기 속도를 미리 정한 속도로 조절함으로써, 최적의 포인트에서 전도시키려는 상기 방법의 목적이 달성된다. 즉, 공기는 최적의 공기 속도에서 상기 회전자에 의하여 흐르게 된다. 상기 방법의 최적화는 또한, 상기 제4 섹션에서의 음압을 생성하여, 결국 상기 공기가 회전자를 이탈한 후에 능동적으로 멀리 당겨지도록 하는 제5 섹션을 사용함으로써 달성된다.

본 발명에 따르면, 각각의 개별 가속 기기들은 상기 전력 발생 과정의 시작 시에 외부 전력에 위하여 구동된다. 그러나, 일단 안정적인 전력 발생 상태에 도달하면, 상기 가속 기기들은 상기 장치에 의하여 생성되는 전력에 의하여 동작한다. 따라서 주위 공기로부터 전력을 발생하기 위한 최적의 방법이 제공된다. 상기 가속 기기들로 입력되는 에너지는 발생되는 에너지의 총량에 비해 매우 작은 부분을 차지할 뿐이다. 그 결과, 이 방법에 의하여 특히 높은 효율이 달성될 수 있다. 본 발명의 추가적인 상세들, 특징들 및 잇점들은, 다음의 도면을 참조하여 설명되는 상세한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 이 도면들에서, 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호가 부여된다.

Fig. 1은 본 발명의 풍력 장치의 제1 실시예의 측면도를 보여준다. 풍력 장치(1)는 주위 공기로부터 전력을 생성하는 역할을 하고, 상기 장치를 가로질러 통과하는 유동 채널(3)을 포함한다. 유동 채널(3)은 유입 면(4)으로부터 유출 면(5)으로 연장된다.

본 발명의 풍력 장치는 복수의 섹션들을 포함한다. 상기 섹션들은 제1 섹션(7), 제2 섹션(9), 제3 섹션(11), 제4 섹션(13) 및 제5 섹션(15)이다. 상기 개별적인 섹션들은 이하에서 보다 자세하게 설명된다.

상기 제5 섹션(15)의 근처에는, 제6 섹션(16)이 존재한다. 제6 섹션(16)에 의하여, 상기 제1 섹션으로 유입되는 공기 스트림은 다시 대기 중으로 배출된다.

Fig. 1.a에 도시된 풍력 장치(1)의 간단한 실시예에 있어서, 상기 장치는 발들(feet, 19)에 의하여 차례로 지지되는 플랫폼 또는 프레임(17) 상에서 지지된다. Fig. 1.a에서 보여지는 바와 같이, 풍력 장치(1)는 횡단면이 실질적으로 원형이고 스탠드(21)에 의하여 프레임(17) 상에서 지지된다. 당업자라면 평평한 프레임 상에서 튜브형 몸체를 자명하게 지지할 수 있을 것이므로 상기 스탠드의 외형에 대해서는 더 이상 설명이 필요 없을 것이다.

Fig. 1.a에 도시된 바와 같이, 전류를 생성하는 발전기(23)가 존재하는 본 발명의 제1 실시예가 보여진다.

Fig. 1.b는 Fig. 1.a에서 그 측면도가 도시되는 제1 실시예에 따른 풍력 장치(1)의 플랜 뷰를 보여준다. Fig. 1.a 및 Fig. 1.b에서 유추될 수 있는 바와 같이, 제1 섹션(7)은 유동 채널(3)의 외부 슬리브(6)의 실질적으로 일정한 외부 직경을 포함한다. 그 근처에는 제1 섹션(7)으로부터 가늘어지는 상기 제2 섹션(9)이 존재한다. 그것은 벤튜리 노즐로서 디자인된다. 제2 섹션(9)의 근처에는 제3 섹션(11)이 존재한다. 제3 섹션(11)은 실질적으로 균일한 횡단면을 포함하고, 그 안에는 상기 유입된 공기 스트림에 의하여 회전하는 회전자가 설치된다. 상기 회전자의 상세는 이하에서 보다 자세히 설명될 것이다.

제3 섹션(11)의 근처에는, 제4 섹션(13)이 존재한다. 제4 섹션(13)은 튜브 팽창의 형태로 디자인되는데, 바람직하게는 라발 노즐의 형태로 디자인되는 것이 좋다. 인접한 제5 섹션(15)은 또한 실질적으로 균일한 횡단면을 포함한다. 제5 섹션(15) 이후를 따르는 제6 섹션(16)은, 이하에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 깔때기의 형태로 개방된다.

상기 유입 면(4) 상의 제1 섹션(7)의 업스트림에는, 공기 가이드 기기(27)가 위치한다. 공기 가이드 기기(27)는, 난류 및 와류로 된 유입 공기 스트림을 층류 유동으로 변환하는 작업을 수행한다.

제6 섹션(16) 이후에는, 또 다른 공기 가이드 기기(29)가 유출 면(5) 상에 존재한다. 공기 가이드 기기(29)는 유출 공기 스트림을 대기 중으로 가능한 한 층류 유동으로서 배출하는 역할을 한다. 상기 층류 유동은 관통하여 흐르는 공기 스트림을 대기 중으로 배출하는 데에 특별한 잇점을 제공한다.

본 발명의 풍력 장치(1)의 제1 실시예의 횡단면을 보여주는 Fig. 2.a가 참조된다. Fig. 2.a에서, 상기 개별적인 섹션들은 또한 Fig. 2.1내지 Fig. 2.17에서 지시된다. 여기서 "F."는 Fig.(figure)의 약자이다. 이 도면들은 보다 자세한 도면들을 이용하여 해당 섹션들을 지시하고 설명하기 위한 의도로 사용된다. Fig. 2.1 내지 2.17에 서의 개별적인 섹션들은 관련된 도면을 참조하여 아래에서 보다 자세히 설명될 것이다. 상기 개별적인 섹션들은 각각 몇몇의 분리된 다이어그램들로 나뉘어지고, 다양한 방향으로 도시된다. 예를 들어, Fig. 2.1은 Fig. 2.1.a, Fig. 2.1.b 및 Fig. 2.1.c의 3개의 다이어그램으로 구성된다.

Fig. 2.b는 본 발명의 풍력 장치(1)의 3차원 측면을 설명하기 위한, 제1 실시예에 따른 풍력 장치(1)의 사시도를 보여준다.

이하 Fig. 2.1.a 내지 Fig. 2.1.c을 참조한다.

Fig. 2.1.a는 공기 가이드 기기(27)의 정면도를 보여준다; Fig. 2.1.b는 Fig. 2.1.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도를 보여준다; Fig. 2.1.c는 공기 가이드 기기(27)의 사시도를 보여준다.

공기 가이드 기기(27)는 전방향 원형 프론트 섹션(30)으로부터 연장되고, 튜브형 섹션(32)가 뒤따르는 중앙 콘(29)을 포함한다. 유입되는 공기 스트림을 한 방향으로 정렬하는 데에 사용되고, 부착 베인들(attachment vanes, 34)에 의하여 튜브형 섹션(32)에 연결되는 튜브형 섹션(33)은, 튜브형 섹션(32)의 주위로 동심원적으로 연장된다. 베인들(34)은 튜브형 섹션(32)로부터 원주를 향하여 외부로 연장되고, 동심원의 튜브형 섹션(36) 및 플랜지(37)를 포함하는 파이프 플랜지(35)에 연결된다. 플랜지(37)는 상기 유동 채널(3)의 제1 섹션(7)과의 연결을 수립하기 위하여 적절한 고정 수단이 삽입될 수 있도록 하는 보어들(bores, 38)을 포함한다. Fig. 2.1.b는 횡단면으로 된 Fig. 2.1의 B-B 라인에 따른 유입 섹션의 횡단면을 보여준다.

상기 언급된 고정 수단은 튜브형 섹션들을 서로 연결하는 종래의 수단을 나타내고, 개별적인 튜브형 섹션 요소들의 모두에 존재한다는 점은 알 수 있을 것이다. 그들은 이러한 이유에서 이하에서 각각의 개별적인 튜브형 요소에서는 설명되지 않을 것이다.

Fig. 2.2.a 내지 2.2.c는 제1 가속 기기(39)를 보여준다. 가속 기기(39)는 팬의 형태로 디자인된다.

Fig. 2.2.b에 도시된 바와 같이, 팬 베인들(40)은 모터(41)에 의하여 회전하도록 설정되고, 유입되는 공기 스트림을 가속하는 역할을 하는 음압 또는 흡입(suction)을 생성한다.

팬(39)은 두 개의 플랜지(42)에 의하여 적절한 방식으로 제1 섹션(7) 내에 장착된다. 모터(41)는 지주들(struts, 43)에 의하여 종단 브라켓들(44)에 연결된다. 종단 브라켓들(44)은 모터(41)를 안전하게 위치하게 하고, 따라서 팬 베인들(40)을 제 위치에 있게 한다. 이 때 상기 베인들은 베어링의 링(45) 주위에 배치된다. 추가적인 종단 지주들(46)은 제1 가속 기기(39)를 안정화시키는 역할을 한다.

Fig. 2.3.a 내지 2.3.b는 공기 유동 가이드 기기(49)의 횡단면도 및 정면도를 보여준다. 이것은 상기 공기 가속 기기에 의하여 난류화되는 공기 스트림을 평온하게 하고, 유동 채널(3)의 제1 섹션(7) 내에서 층류 공기 유동을 생성하는 역할을 한다. Fig. 2.3.a 및 2.3.b에 도시된 예시적인 실시예에서, 공기 유동 가이드 기기(49)는 다운스트림 고정자(50)로서 디자인된다. 다운스트림 고정자(50)는 중심 링(51), 고정 플랜지(52) 및 별 모양으로 배치된 베인들(53)을 포함한다. 상기 별 모양으로 배치된 베인들(53)은 와류 및 난류의 공기 스트림을 층류 유동으로 변환한다.

Fig. 2.4.a는 벤튜리 노즐(10)로서 디자인되는 제2 섹션(9)의 정면도를 보여준다. Fig. 2.4.b는 Fig. 2.4.a의 B-B 라인에 따른 벤튜리 노즐의 횡단면을 보여준다. Fig. 2.4.b에서 명확한 바와 같이, 유동 채널의 외부 슬리브(6)는 유입 횡단면으로부터 유출 횡단면을 향하여 특정 각도(α)로 가늘어진다. 벤튜리 노즐이 형성될 수 있도록 상기 각도(α)는 15° 또는 그 이하가 되어야 한다. 외부 슬리브(6)는 내부 튜브(55)의 주위에 장착된다. 상호 지지를 위하여, 4개의 지주들(56, 57)은 상기 외주의 주변으로 분포되고, 지주들의 두 세트는 상기 내부 튜브의 축 방향으로, 서로로부터 특정 거리가 떨어지도록 배치되어, 외부 슬리브(6) 및 내부 튜브(55)를 지지하게 된다.

외부 슬리브(6)의 테이퍼의 결과로서, 상기 유입되는 공기 스트림은, 제2 섹션(9) 즉, 벤튜리 노즐(10)의 사시도를 보여주는 Fig. 2.4.c로부터 명확한 바와 같이, 종래의 방법으로 가속된다.

공기 스트림은 제2 섹션(9)에서 가속된 후에는, Fig. 2.5.a 내지 2.5.c에서 도시된 제3 섹션(11)에 도달한다. Fig. 2.5.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도를 보여주는 Fig. 2.5.b로부터 명확한 바와 같이, 일종의 터빈(25)이 제3 섹션(11) 내에 설치된다. 이러한 터빈은 베어링 기기(59) 및 프로펠러 또는 회전자(60)를 포함한다. 베어링 기기(59)는 베어링 부시(bearing bush, 61)를 포함하는데, 그 위에는 베어링 부시(61)로부터 외부를 향해 반경방향으로 연장되고 외부 슬리브(6)로 연결되는 베어링 플레이트들(62)이 배치된다. Fig. 2.5.b 및 2.5.c에서 명확히 도시된 바와 같이, 제3 섹션(11)은 일정한 횡단면을 포함한다. 기어 종래의 디자인으로 이루어질 수 있고 Fig. 2.15a 내지 2.15c를 참조하여 후술될 기어 유닛(63)은, 베어링 부시(61) 내에서 지지된다.

기어 유닛(63)은 튜브형 섹션(64) 내에서 지지되고 회전자(60)가 장착되는 회전 샤프트(67)를 포함한다.

상기 회전자는, 관통하여 흐르는 공기 스트림을 편향하고 회전가능 하도록 디자인되어 결과적으로 회전 샤프트(67)를 회전시키는 베인들(69)을 포함한다. 출발 샤프트(71)의 일단은 소위 "킹 샤프트(king shaft)"에 의하여, 적절한 방식으로 회전 샤프트에 연결되고, 그것에 의하여 구동된다. 상기 출발 샤프트의 타단은 발전기(23)에 연결된다(Fig. 1.a, 1.b 및 2.b 참조). 발전기(23)를 구동하는 것은 전류를 생성하는 효과를 나타낸다.

제4 섹션은 제3 섹션을 따라 형성되는데, Fig. 2.6.a 내지 2.6.c를 참조하여 보다 자세히 보여질 것이다. Fig. 2.6.a는 유입 면으로부터 보여지는 제4 섹션(13)의 정면도를 보여준다. 상기 유입 면의 횡단면은 제3 섹션(11)의 유출 면의 횡단면과 실질적으로 동일하다. Fig. 2.6.b 및 2.6.c에서 명확하게 보여지는 바와 같이, 제4 섹션(13)은 상기 유입 횡단면으로부터 어떤 각도(β)로 팽창되어, 특히, 상기 각도(β)가 7˚ 또는 그 이하일 때 라발 노즐(12)를 형성한다. 이것은 벤튜리 노즐(10)에 대한 디자인에서도 마찬가지이다. 제4 섹션(13)은 유출 면을 향하여 증가하는 횡단면을 갖는 내부 튜브(73)를 포함한다. 제2 섹션(9)의 경우에서와 같이, 외부 슬리브(6)는 대응되는 지주들(74, 75)에 의하여 내부 튜브(73)에 연결된다. 제4 섹션(13)의 팽창은 7˚ 또는 그 보다 작은 각도(β)로 진행하는데, 그 결과 상기 유동이 지연되는 것을 방지한다. 제4 섹션(13)은, Fig. 2.6.b 및 2.6.c에 특히 분명히 도시된 바와 같이, 세 개의 튜브형 부품들(76)에 의하여 형성된다. 각각의 부품들(76)은 두 개의 끝 표면들에서 링 형상의 플랜지들(77)을 포함한다. 상기 두 개의 끝 표면들은 복수의 보어들(78)을 포함하는데, 종래의 기술에 따라 대응되는 고정 수단이 상기 보어들(78)을 관통하여 삽입될 수 있다. 그 결과, 튜브형 부품들(76)은 서로 연결될 수 있다.

Fig. 2.7.a 및 2.7.b는 또 다른 유동 가이드 기기(79)의 유입 면으로부터 보여지는 횡단면도 및 정면도를 보여준다. "업스트림 고정자"로도 불리는 유동 가이드 기기(79)는, 튜브형 섹션(81)과, 외부 슬리브(6)를 향하여 그로부터 직경 방향으로 연장되는 가이드 베인들(82)를 포함한다. 유동 가이드 기기(79)에 의하여, 관통하여 흐르는 공기 스트림은 훨씬 더 평온화되어 상기 공기 스트림의 층류 유동을 보장한다.

유동 가이드 기기(79)는 제5 섹션의 유입 섹션을 형성하고, Fig. 2.8.a 내지 2.8.c에 도시된 바와 같이 제2 가속 기기(85)가 유동 가이드 기기(79)를 뒤따른다. 제2 가속 기기(85)의 디자인은, Fig. 2.2.a 내지 2.2.b와 관련하여 설명한 것처럼, 실질적으로 제1 가속 기기(39)와 동일하다. 따라서, 제2 가속 기기(85)에 대한 추가적인 상세한 설명은 필요 없을 것이다. 동일한 설명이, Fig. 2.3.a 및 2.3.b에 도시되는 제5 섹션(15)내에 있는 다음의 공기 가이드 기기(49)에 대해서도 적용된다. 따라서, 공기 유동 가이드 기기(87)의 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제5 섹션(15) (Fig. 1.a 내지 2.b 참조)에 이어서, Fig. 2.10.a 내지 2.10.c에 도시되는 제6 섹션(16)은 실질적으로 일정한 횡단면이 제공된다. 보여지는 바와 같이, 이것은 유동 채널(3)의 내부 튜브(90) 및 외부 슬리브(6)를 갖는 팽창하는 튜브형 섹션(89)이다. 상기 팽창 때문에, 상기 관통하여 흐르는 공기 스트림은 상기 튜브형 섹션(89)에 의하여 상당히 느려진다. 예를 들어, 상기 표면 영역이 두 배가 될 때, 상기 유동 속도는 반으로 줄어든다. 상기 팽창의 정도는 바람직하게는 상기 각도(β)로 정의된 것과 동일한 각도로 하는 것이 바람직하다.

Fig. 2.11.a 내지 2.11.c는 공기 가이드 기기(29)의 정면도, B-B 라인에 따른 횡단면도 및 사시도를 보여준다. Fig. 2.1.a 내지 2.1.c에 도시되고 위에서 설명한 바와 같이, 그것은 디자인에 있어서 공기 가이드 기기(27)에 대응된다. 공기 가이드 기기(29)가 튜브형 부품(89)의 유출 횡단면에 맞게 조절된다는 사실은 별도로 하고, 그것은 공기 가이드 기기(27)와 동일한 디자인을 가지므로 이하에서는 보다 자세한 설명은 하지 않기로 한다.

Fig. 2.12.a 내지 2.12.c는 발전기(23)를 보여준다. 발전기(23)는 종래의 방식으로 만들어지고, 출발 샤프트(71)에 연결될 수 있는 입력 샤프트(93)을 포함한다(Fig. 2.5.a 및 2.5.c 참조).

Fig. 2.13.a 내지 2.13.c는 제2 섹션(9), 즉 벤튜리 노즐의 내부 튜브(55)의 정면도, 측면도 및 사시도를 보여준다. 그것은 튜브형 유입 섹션(95) 및 튜브형 유출 섹션(96)을 포함한다. 상기 튜브형 유입 섹션은 상기 튜브형 유출 섹션보다 큰 횡단면을 갖는다.

Fig. 2.14.a 내지 Fig. 2.14.c는 제4 섹션(13), 즉 라발 노즐(12)의 내부 튜브(73)의 정면도, Fig. 2.14.a의 B-B에 따른 횡단면도 및 사시도를 보여준다. 내부 튜브(73)는 튜브형 유입 섹션(97)(Fig. 2.14.b가 간략화 된 형태를 보여주고 있음), 튜브형 유출 횡단면(98) 및 팽창 튜브형 섹션(99)을 포함한다. 팽창 튜브형 섹션(99)은 작은 직경을 갖는 튜브형 유입 섹션(97)을 큰 직경을 갖는 튜브형 유출 섹션(98)에 연결한다.

Fig. 2.15.a 내지 2.15.c는 하우징(65)을 갖는 종래의 디자인으로 된 기어 유닛(63)을 보다 자세히 보여준다. 회전력은 회전자(60)(Fig. 2.5.b)에 의하여 구동되는 회전 샤프트(67)에 의하여 출발 샤프트(71)로 전송된다. 출발 샤프트(71)는 회전 샤프트(67)로부터 90˚의 오프셋을 갖고 하우징(65)으로부터 외부로 돌출된다. 동작 중에, 출발 샤프트는 상기 발전기의 입력 샤프트(93)에 연결된다.

Fig. 2.16은, 평행 튜브 배치의 제1 형태로 디자인되는, 또 다른 공기 유동 가이드 기기(101)의 사시도를 보여준다. Fig. 2.16에 도시된 바와 같이, 튜브들이 이루는 동심원들(105)은 서로 평행하고, 중앙 튜브(103)의 주위로 배치된다. 상기 직경은 중앙 튜브(103)의 주위에 있는 제1 링으로부터 최외곽의 링까지 연속하여 증가한다. 또한, 가능한 최대의 유동 횡단면을 촉진하기 위하여, 작은 튜브들(107)은 최외곽의 튜브 원의 튜브들(105) 사이의 중간 공간에 배치된다. 이 평행 튜브 기기(101)는 또한, 상기 공기 스트림을 평온화하고, 유출부에서 층류 공기 유동을 보장하는 역할을 한다.

본 발명의 풍력 장치(1)의 제1 실시예에서의 방식은 이하에서 설명될 것이다.

주위 공기로부터 생성될 수 있는 에너지 효율은, 평온화된 또는 층류의 공기 스트림이 존재하는 경우에 증가될 수 있다. 이러한 이유에서, 여기되거나 난류 상태로 될 수 있는 주위 공기를 층류 공기 스트림을 재정렬하고, 이러한 층류 공기 스트림을 제1 공기 가속 기기(39)에 공급하기 위하여 공기 유입부(4)에 공기 가이드 기기(27)가 제공된다. 제1 공기 가속 기기(39)는 유입 면(4)에 대하여 상대적으로 음압을 생성한다.

이후에, 팬의 형태로 이루어질 수 있는 제1 공기 가속 기기(39)는, 상기 공기 스트림이 다시 난류로 되도록 하여, 뒤따르는 공기 스트림 가이드 기기(49)가 다시 상기 난류의 공기 스트림을 재정렬하고 그것을 층류 유동으로 변환할 수 있다.

유동 채널(3)의 제2 섹션 내의 벤튜리 노즐(10)은 상기 공기를 결정될 수 있는 최대 값으로 가속시킨다. 공기 스트림을 다시 난류로 만드는 것을 피하기 위해서는, 벤튜리 노즐의 각도는 15˚ 또는 그 이하가 되어야 한다는 점이 발견되었다.

제3 섹션에서, 상기 가속된 공기는 회전자(60)를 구동한다. 이 때, 상기 공기 스트림으로부터 운동 에너지가 추출되고, 그 결과, 공기 스트림은 느려진다. 또한, 그로부터 열 에너지가 추출되고, 그 결과 공기 스트림은 냉각된다. 상당한 양의 열 에너지가 상기 공기로부터 추출된다.

상기 느려진 공기 스트림에 의하여 역압(backpressure)이 생성되지 않도록, 상기 공기는 제5 섹션(15) 내의 제2 가속 기기에 의하여 재차 가속된다. 상기 유동을 평온화하기 위하여 상기 팬의 업스트림에, 공기 스트림 가이드 기기(79)가 제공되는 것이 바람직하다.

제4 섹션(13)에 설치된 라발 노즐(12)은 7˚ 또는 그 이하의 팽창 각도(β)를 가져야 한다. 그 결과, 상기 공기 스트림에서 바람직하지 못한 난류는 계속하여 회피될 수 있다.

제2 가속 기기(85)를 형성하는 팬 이후에, 또 다른 공기 스트림 가이드 기기(87)가 제공된다. 공기 스트림 가이드 기기(87)는 상기 난류화된 공기 스트림을 재차 평온화하고 이를 층류 유동의 형태로 제6 섹션(16)에 전달하는 역할을 한다. 제6 섹션(16)은 어떤 각도(β)로 라발 노즐처럼 팽창되어, 상기 유출되는 공기 스트림의 속도를 상당히 낮추게 된다. 상기 공기 스트림은 공기 가이드 기기(29)에 의하여 재차 정렬되고, 상기 평온화된 공기 스트림은 대기 중으로 배출된다. 풍력 장치(1)는 또한, 공기 스트림 가이드 또는 공기 가이드 기기들 없이도 동작할 수 있지만, 그 효율은 Fig. 1.a 내지 2.b에서 도시되는 실시예에 비하여 낮을 것이다.

상기 벤튜리 노즐 및 라발 노즐은 선형적으로 가늘어지거나 팽창되지는 않는다는 점은 주목되어야 한다. 반대로, 그것들은 종 형상으로 수축되고 팽창될 수 있다. 중요한 점은 상기 유동은 지연되지 않는다는 것이다. 동일한 것이, 상기 풍력 장치의 효율을 증가시키는 역할을 하는 업스트림 및 다운스트림 고정자들에 대해서도 적용된다.

상기 풍력 장치의 최적화는 상기 설명된 벤튜리 및 라발 노즐들의 각도들 (α, β)에 의하여 수행된다. 그러나, 상기 풍력 장치는 또한, 상기 각도들이 큰 경우에 조차도, 기본적인 기능은 수행할 수 있다.

다음에는, 본 발명의 풍력 장치의 제2 실시예가 Fig. 3 내지 3.14.b에 기초하여 설명된다.

Fig. 3은 전체 장치(1)의 실질적으로 최적화된 중앙 부분을 보여준다. 여기서, "Figur" 또는 "F."는 "Fig."의 약자이다. Fig. 3을 뒤따르는 도면들의 번호의 지정은 이미 전술한 바와 같다.

유입 섹션(4) 및 제1 섹션(7)은 전혀 도시되지 않거나 간략화 된 형태로만 도시된다. 여기서, 제1 보조 섹션(107)은 제1 섹션(7)을 뒤따른다.

상기 풍력 장치의 제1 실시예에서 나타낸 유동 채널(3)의 중심 튜브들은, 이후에 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 콘 형태의 테이퍼 또는 팽창에 의해 부분적으로 대체될 것이다.

이후에 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 제4 섹션(13) 및 제5 섹션(15) 사이에도 보조 섹션(115)이 제공된다.

Fig. 3.1.a 내지 3.2.b를 참조하여 설명한다. Fig. 3.1.a는 튜브형 섹션(108)의 측면도를 보여주고, Fig. 3.1.b는 상기 유입 면으로부터 튜브형 섹션(108)을 보여준다. 상기 도면들에 보여지는 바와 같이, 튜브형 섹션(108)은 약간 가늘어진다.

Fig. 3.2.a 및 3.2.b는 직선의 원형 콘 형상을 갖는 콘 형태의 테이퍼(109)를 보여준다. 테이퍼(109)는 상기 유동 방향으로 가늘어져서 선단(11)에 이른다. 유동 채널(3) 내의 공기 스트림의 유동 속도를 일정하게 유지하기 위하여, 튜브형 섹션(108)의 유입 면과 유출 면 사이의 유동 횡단면은 일정하게 유지된다. 이것은 튜브형 섹션(108)의 외부 슬리브가 갖는 약간의 콘 형상을 설명한다. 그것은 상기 각도(α)만큼 줄어든다.

Fig. 3.3.a는 일정한 외부 슬리브를 갖는 튜브형 섹션(111)의 측면도를, Fig. 3.3.b는 그 정면도를 각각 보여준다. 이러한 종류의 추가적인 튜브형 섹션(111)은 상기 공기 스트림의 유동을 안정화하기 위하여 매우 필요하다.

Fig. 3.4.a 및 3.4.b는 또 다른 공기 스트림 가이드 기기(112), 즉, 측면도 및 Fig. 3.4.b의 A-A 라인에 따른 횡단면도를 보여준다. 공기 스트림 가이드 기기(112)는 동심원으로 배치된 튜브형 섹션들(113)에 의하여 구성되고, 평행 튜브 배치의 제2 실시예를 나타낸다.

Fig. 3.5.a 및 3.5.b에 도시된 바와 같이, 또 다른 보조 튜브형 섹션(114)이 튜브형 섹션(112)을 뒤따른다. 그것은 Fig. 3.3.a 및 3.3.b에 도시된 보조 튜브형 섹션(111)과 동일한 기능을 갖는다.

Fig. 3.6.a는 벤튜리 노즐로서 디자인되고 어떤 각도(α)로 가늘어지는 제2 섹션(9)의 모식도이다. Fig. 3.6.b는 제2 섹션(9)의 유입 면으로부터의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.7.a는 직선의 원형 콘으로서 디자인되고, 선단(120)로부터 어떤 각도(α)로 팽창되는 팽창 섹션(119)의 측면도를 보여준다. Fig. 3.7.b는 유출 면으로부터 보여지는 팽창 섹션(119)의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.8.a 및 3.8.b는 라발 노즐(12)로서 디자인되고 팽창 각도(β)로 팽창되는 제4 섹션(13)의 모식도를 보여준다. Fig. 3과 관련하여 알 수 있는 바와 같이, 테이퍼 섹션(121)은 제3 섹션(11)으로부터 진행되어 제4 섹션(13) 내에 배치된다. 이러한 테이퍼 섹션의 측면도 및 정면도가 각각 Fig. 3.9.a 및 3.9.b에 도시된다. 테이퍼 섹션(121)은 또한, 직선의 원형 콘으로서 디자인되고 선단(122)을 갖는다. 그 감소되는 각도는 라발 노들(12)과 동일하다.

팽창 섹션(112)의 감소 각도, 제2 섹션(9)의 벤튜리 노즐의 감소 각도 및 테이퍼 섹션(121)의 감소 각도는 제4 섹션(13)의 라발 노즐의 감소 각도에 대응되도록 하여, 상기 벤튜리 효과 및 라발 효과가 완전히 얻어질 수 있도록 하여야 한다. 이러한 경우에, 이중 벤튜리 노즐 및 이중 라발 노즐이 얻어질 수 있다.

Fig. 3.10.a 및 3.10.b는 실질적으로 보조 튜브형 섹션들(111, 114)과 동일한 방식으로 디자인되고 동일한 기능을 갖는 또 다른 튜브형 섹션(123)을 보여준다(Fig. 3.3.a, 3.3.b, 3.5.a 및 3.5.b를 비교하라).

또한, 보조 섹션(107)을 통하여, Fig. 3.11.a 및 3.11.b에 따른 공기 스트림 가이드 기기(124)는 동심원의 튜브형 섹션들(125)을 제공받는다. 또 다른 보조 튜브형 섹션(126)이 상기 튜브형 섹션들(125)을 뒤따른다. 보조 튜브형 섹션(126)은 상기 보조 튜브형 섹션들(11, 114 및 123)과 실질적으로 동일한 디자인 및 동일한 기능을 갖는다. 상기 보조 튜브형 섹션(126)은 Fig. 3.12.a 및 3.12.b에 도시된다.

또한, 보조 섹션(115)는 Fig. 3.13.a에 도시된 바와 같이, 약간 콘의 형태로 팽창되는 튜브형 섹션(127)을 포함한다. 정면도가 Fig. 3.13.b에 도시된다. Fig. 3에 도시된 바와 같이, 튜브형 섹션(127) 내에 배치되는 팽창 섹션(128)은 각각 측면도 및 정면도를 보여주는 Fig. 3.14.a 및 3.14.b에 보다 자세히 도시된다. 그것은 직선의 원형 콘으로서 디자인되고 선단(129)를 갖는다.

Fig. 1.a 내지 2.b에 따른 실시예에서, 본 발명의 풍력 장치(1)가 어떻게 조립되는지 보여주는 Fig. 4가 참조된다. 스탠드(21)를 갖는 프레임(17)은, 자체가 스탠드(135)에 배치되는 플레이트(131) 상에 장착된다. 스탠드(135)는 지붕(136), 바닥 플레이트(137) 및 개별 기둥들(138)를 포함한다.

풍력 장치(1)의 개별 구성요소들은 명확성을 기하기 위하여, Fig. 4에서는 더 이상 개별적으로 지시되지 않는다. 유입 면(4) 상에, 종 형상의 깔때기와 같은 노즐(141)이 벤튜리 노즐의 형태를 가지면서 추가적으로 제공된다. 이것은 가속화된 비율로 상기 주위 공기를 유동 채널(3) 내로 유입하는 역할을 한다.

대응되는 방식으로, 깔때기처럼 생긴, 종 형상의 노즐은 라발 노즐(143)의 형태를 가지면서 유출 면(5) 상에 제공된다. 이것은 풍력 장치(1)로부터 배출되는 공기 스트림을 적절히 느리게 하는 역할을 한다. 이것은 큰 배출력을 필요로 하지 않아도 되는 잇점을 제공한다.

바닥 플레이트(137)는 실질적으로 주변의 지면(145)의 레벨에 위치하고, 이후에 설명되는 바와 같이, 그 일 부분이, 원형 디스크의 형태로 디자인되는 부력 유닛(146)의 지붕을 형성한다. 부력 유닛(146)은 또한, 바닥 플레이트(147), 측벽(148) 및 강화 지주들(149)을 포함한다. 상기 강화 지주들은 중심 축(150)으로부터 하위 모서리들(151, 152)로 연장된다.

부력 유닛(146)은 액체(156), 특히 물(156)로 채워지는 원형 수조(155) 내에 배치된다. 상기 중심 축(15)의 영역 내에서, 킹 핀(157)은 바닥 플레이트(147)로부터 수직 방향으로 하강하고, 피봇 베어링(159)에서 회전가능 하도록 지지된다. 상기 피봇 베어링은 기초 블록(160) 내에 장착된다.

이러한 디자인을 사용함으로써, 부력 유닛(146) 및 따라서 전체 장치를 마찰이 거의 없이 회전시키고, 따라서 풍력 장치(1)의 위치를 조절하는 것이 가능하다. 그것은 풍력 장치(1)가 상기 성행하는 바람을 직면할 수 있도록 하기 위한 것이다. 케이지(cage)의 회전을 안정화하기 위하여, 링 형상의 베어링(161)이 또한 제공된다.

이하 Fig. 4의 V-V에 따른 횡단면도를 보여주는 Fig. 5를 참조한다.

Fig. 6은 Fig. 4 및 5에 따른 현장에 설치된 본 발명의 풍력 장치의 플랜 뷰를 보여준다. 위로부터 보면, 액체(156)를 포함하는 수조(155)의 원형 디자인을 쉽게 확인할 수 있다. 원형 바닥 플레이트(137)는 자유롭게 회전할 수 있도록 수조(155) 내에서 지지된다. Fig. 6에 따른 플랜 뷰에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍력 장치(1)는 지붕(136)에 의하여 덮여지기 때문에 파선에 의하여 도식적으로만 보여진다. 또한 유입 영역(4) 내의 벤튜리 노즐(141)과 유출 영역(5) 내의 라발 노즐(142)도 도식적으로 보여진다.

이하 본 발명의 풍력 장치 시스템(170)을 보여주는 Fig. 7을 참조한다. 풍력 장치 시스템(170)은 Fig. 4 내지 6에 따른 풍력 장치의 디자인에 근거하므로 동일한 참조 번호가 사용된다.

풍력 장치 시스템(170)은 서로의 상하로 균일한 방식으로 배치되는 복수의 풍력 장치들(1)을 포함한다. 그리고, Fig. 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍력 장치 시스템(170)은 서로의 좌우로도 배치되는 풍력 장치들(1)을 포함한다. Fig. 8은 풍력 장치 시스템(170)에서의 9개의 풍력 장치들(1)을 보여준다. 이러한 숫자는 단지 예로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있는, 서로 좌우 및/또는 상하로 배치되는 풍력 장치들의 어떠한 바람직한 조합도 가능하다.

Fig. 7 및 8에 도시된 바와 같이, 베어링 블록은 지붕(136)의 상부에 제공되고, 킹 핀(164)이 상기 베어링 블록으로부터 수직 상방향으로 연장된다. 킹 핀(164)은 베어링(165)에 의하여 회전가능하도록 지지되고, 마운팅 프레임(166) 내에 차례로 배치되는 베어링(165)은, 예를 들어, 이후의 Fig. 9를 참조하여 보다 자세히 설명될 것이다.

Fig. 9는 풍력 장치 시스템(170) 전체의 정면도를 보여준다. Fig. 8에 따른 도면에 부가하여, 상기 풍력 장치 시스템을 회전가능하고 안정적으로 지지하는 역할을 하는 마운팅 프레임(166)이 보여진다. 이러한 지지는, 특히 바람이 매우 강할 때, 여기서 상당한 힘이 상기 시스템 상에 작용할 수 있기 때문에 필요하다. 그것은 지지 기둥(167) 및 횡단 지주들(168), 그리고 대응되는 추가적인 보강재(169)를 포함한다. 예를 들어, 총 4개의 지지 기둥들(167)은 기초 블록들(175)에 연결된다. 나머지, 이와 같은 프레임 구조는 당업자의 역량 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Fig. 10은 Fig. 9의 풍력 장치 시스템(170)의 상위 부분의 90˚ 회전된 모식도를 보여준다. 또한, 세일(178)은 크로스 빔(168) 위의 꼭대기에 제공된다. 상기 세일은 회전 가능하도록 지지되고 지붕(136)에 연결되는 마스트(179)에 부착된다. 결과적으로, 상기 시스템은 바람에 의하여 자체로 정렬되는 목적을 달성한다.

보다 향상된 가이드를 위하여, 세일(178)은 링(181) 상에 위치하는 베어링(180)에 의하여 지지된다. 세일(178)은 링(181) 위에서 슬라이드되거나 회전될 수 있다.

Fig. 11 및 12는 본 발명의 풍력 장치(1)의 제3 실시예를 보여준다. 이 것은 수직 방향으로 설치되는 특별한 특징을 갖는다.

실질적으로 화살표(200) 방향으로 흐르는 바람이 유입될 수 있도록 하기 위하여, 상기 장치는 바람직하게는, 상기 유입부(4)에서 반원형의 공기 공급 기기(190)를 갖는다. 이것은 상기 유입되는 공기 스트림을 유입부(4)로 전도한다. 유입부(4)에 이어 제1 실시예(Fig. 1.a 내지 2.b) 또는 제2 실시예(Fig. 3)에 따른 풍력 장치가 뒤따른다.

발전기(23)는 출발 샤프트(71)에 의하여 구동되고, 따라서 생성된 전류는 케이블(24)를 통하여 전송된다.

유출부(5)에는, 유동 편향 기기(192)가 제공된다. 유동 편향 기기(192)는 수직 방향으로부터 유출되는 공기 스트림을 실질적으로 수평 방향으로 편향하는 유동 채널을 포함한다.

유동 채널은 특정한 형상을 갖는 편향자(deflector) 몸체(194) 내에 배치된다. 그것은 "이중 날개(double wing)" 형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 화살표(200)의 방향으로 도달하는 공기는 위아래로 편향되고, 따라서 가속된다. 이것은 장치(1)를 이탈하는 공기가 유동 채널(193)의 다운스트림을 따라 운반되는 잇점으로 이어진다.

Fig. 11에 도시된 바와 같이, 유동 채널(193)은 상기 유동 방향으로 팽창되고 또 다른 가속 기기(195)를 포함한다. 가속 기기(195)는 전술한 바와 같은 방식으로 디자인될 수 있다. 즉, 그것은 하나 또는 그 이상의 팬들을 포함할 수 있다. 이미 전술한 바와 같이, 업스트림 고정자(196) 및 다운스트림 고정자(197)도 제공될 수 있다.

배플들(196)은 유동 채널(194)의 다운스트림에 배치된다. 이것은 상기 유동 채널로부터 나오는 공기 스트림을 정렬하는 역할을 한다. 그것들은 그 횡단면을 넘어서 돌출되어, 지나가는 주위 공기를 정렬할 수도 있다.

편향자 몸체(194)는 프레임(198)에 의하여 지지된다.

풍력 장치(1)는 적절한 프레임 구조물(199) 내에 매달려 있을 수 있다.

공기 공급 기기(190)의 영역 내에서, 세일(191)은 그것에 부착되고 상기 바람을 직면하는 전체 장치를 유지하는 역할을 한다. 그것은 편향자 몸체(194)에 의하여 지지된다.

Fig. 12에 도시된 바와 같이, 베어링 링(201)이 제공된다.

Fig. 13에 도시된 바와 같이, 회전자 기기의 제1 실시예가 보여진다. 베어링 기기(59)는 플랜지(202)를 포함하는 견고한 샤프트(68)의 일단에 장착된다. 베어링(203)은 회전자(60)에 연결되고, 상기 샤프트의 타단에 장착된다.

회전자(60)는 외부 링(70)에 연결되는 회전자 블레이드들 또는 베인들(66)을 포함한다. 베어링 기기(59)는 외부 링(204)에 연결되는 플레이트들(62)를 포함하는데, 외부 링(204)은 유동 채널(3)의 외부 슬리브(6)의 일 부분이다. 회전하는 외부 링(70)은, 상기 외주를 따라 균일하게 배치된 하나 또는 그 이상의 피니언들(미도시 됨)과 맞물리는 기어 림(80)을 포함한다. 각각의 피니언들은 발전기를 구동하는 구동 샤프트에 연결된다.

충분한 크기를 갖는 공기 갭(205)이 플레이트들(62) 및 베인들(66) 사이에 제공된다.

Fig. 14는 발전기(210)의 또 다른 본 발명의 실시예를 보여준다. 발전기(210)는 종래의 방식으로 디자인된다. 그것은 여기 권선들(excitation windings, 214)를 갖는 전기자 또는 회전자(212)를 포함한다. 적절한 유도 권선들(induction windings)이 상기 회전자 내에 배치된다.

이러한 발전기의 특별한 특징은, Fig. 13에 따른 실시예에서, 예를 들면, 회전자(212)가 풍력 장치(1)의 제3 섹션(11)을 둘러싸는 것이다. 여기서, 외부 기어 림(80) 대신에, 대응되도록 맞춘 연결 방법이 사용된다.

상기 발전기는 또한, 스탠드(218) 및 브라켓(220)을 포함한다. 브라켓(220)은 시계 방향으로 90˚ 만큼 회전하며 지지 베어링으로서의 역할을 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 풍력 장치의 제공에 의하면, 훨씬 더 효율적이고, 비용이 적게 들고, 보다 간결한 방식으로, 주위 공기로부터 에너지를 복원할 수 있게 되고, 이는 보다 높은 출력으로 이어진다.

Fig. 1.a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 장치를 보여주는 측면도를 보여준다.

Fig. 1.b는 Fig. 1.a의 풍력 장치의 플랜 뷰(plan view)를 보여준다.

Fig. 2.a는 Fig. 1.a의 풍력 장치의 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.b는 Fig. 1.a, 1.b 및 2.a에 따른 풍력 장치의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.1.a는 본 발명의 풍력 장치의 유입 영역의 일 실시예에 관한 정면도를 보여준다.

Fig. 2.1.b는 Fig. 2.1.a의 B-B 라인을 따른 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.1.c는 본 발명의 풍력 장치의 유입 영역의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.2.a는 유동 채널의 제1 섹션에서 가속 기기의 일 실시예에 관한 정면 도를 보여준다.

Fig. 2.2.b는 Fig. 2.2.a의 B-B 라인을 따른 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.2.c는 Fig. 2.2.a의 가속 기기의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.3.a는 본 발명의 풍력 장치의 제1 섹션에서 다운스트림 고정자의 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.3.b는 Fig. 2.3.a의 다운스트림 고정자의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.4.a는 벤튜리 노즐의 형태로 된 본 발명의 풍력 장치의 제2 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.4.b는 Fig. 2.4.a의 유입 노즐의 측면도를 보여준다.

Fig. 2.4.c는 상기 유입 면으로부터 상기 제2 섹션의 유입 노즐의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.5.a는 본 발명의 풍력 장치의 제3 섹션의 유입 면을 보여준다.

Fig. 2.5.b는 Fig. 2.5.a에 따른 제3 섹션의 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.5.c는 상기 유출 면으로부터 본 발명의 풍력 장치의 제3 섹션의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.6.a는 상기 유입 면으로부터 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제4 섹션을 보여준다.

Fig. 2.6.b는 Fig. 2.6.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도이다.

Fig. 2.6.c는 상기 섹션의 유출 면으로부터, 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제4 섹션의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.7.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제5 섹션의 가속 기기 전방에 있는, 업스트림 고정자의 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.7.b는 Fig. 2.7.a에 따른 다운스트림 고정자의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.8.a는 Fig. 2.2.a에 대응하는, 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제5 섹션 내에서 가속 기기를 보여준다.

Fig. 2.8.b는 Fig. 2.8.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.8.c는 Fig. 2.2.c의 다이어그램에 대응되는, 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제5 섹션 내에서 상기 제2 가속 기기의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.9.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제5 섹션 내에서 다운스트림 고정자의 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.9.b는 Fig. 2.9a에 따른 다운스트림 고정자의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.10는 상기 유입 면으로부터, 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제5 섹션에 근접한 유출 섹션을 보여준다.

Fig. 2.10.b는 Fig. 2.10.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.10.c는 상기 유출 면으로부터 Fig. 2.10.a의 유출 섹션의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.11.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 유출 섹션을 보여준다.

Fig. 2.11.b는 Fig. 2.11.a의 B-B 라인에 따른 횡단면도를 보여준다.

Fig. 2.11.c는 상기 유출 면으로부터 Fig. 2.11.a에 따른 마지막 섹션의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.12.a는 전류를 발생하기 위한 발전기(23)의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.12.b는 Fig. 2.12.a의 전류 발전기의 측면도를 보여준다.

Fig. 2.12.c는 Fig. 2.12.a의 전류 발전기의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.13.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제1 섹션으로부터 제2 섹션을 통과하여 제3 섹션으로 연장되는 유입 면으로부터, 내부 튜브의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.13.b는 Fig. 2.13.a의 내부 튜브의 측면도를 보여준다.

Fig. 2.13.c는 상기 유동 채널의 제3 섹션의 면으로부터, Fig. 2.13.a의 내부 튜브의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.14.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제3 섹션으로부터, 제4 섹션을 통과하여 5 섹션으로 연장되는 내부 튜브의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.14.b는 Fig. 2.14.a의 내부 튜브의 간략화 된 측면도를 보여준다.

Fig. 2.14.c는 제5 섹션의 면으로부터, Fig. 2.14.a의 내부 튜브의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.15.a는 상기 면을 향해 측방으로 연장되는 출발 샤프트를 갖는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제3 섹션 내에서, 기어 유닛의 정면도를 보여준다.

Fig. 2.15.b는 Fig. 2.15.a의 기어 유닛의 측면도를 보여준다.

Fig. 2.15.c는 회전자의 면으로부터, Fig. 2.15.a의 기어 유닛의 사시도를 보여준다.

Fig. 2.16.a는 상기 유동을 더욱 평온하게 하기 위한 평행 튜브 기기의 사시 도를 보여준다.

Fig. 3은 유입 및 유출 섹션들 갖는 본 발명의 풍력 장치의 제2 실시예의 간략화 된 횡단면도를 보여준다.

Fig. 3.1.a는 본 발명의 풍력 장치의 유동 채널의 제1 섹션 내에, 다운스트림 고정자의 다운스트림 섹션의 외부에 위치한 원주형 슬리브의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.1.b는 Fig. 3.1.a의 슬리브 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.2.a는 Fig. 3.1.a의 슬리브 섹션의 내부에 위치한 테이퍼 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.2.b는 Fig. 3.2.a의 테이퍼 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.3.a는 본 발명의 풍력 장치의 제2 실시예의 유동 채널의 제2 섹션의 업스트림에 있는 튜브형 슬리브 섹션을 보여준다.

Fig. 3.3.b는 Fig. 3.3.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.4.a는 동심원으로 배치된 튜브들을 갖는 튜브형 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.4.b는 Fig. 3.4.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.5.a는 Fig. 3.3.a과 유사한 튜브형 섹션을 보여준다.

Fig. 3.5.b는 Fig. 3.5.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.6.a는 벤튜리 노즐의 형태로 된 유동 채널의 제2 섹션을 보여준다.

Fig. 3.6.b는 Fig. 3.6.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.7.a는 유동 채널의 제2 섹션 내에서, 상기 팽창 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.7.b는 상기 좌측 면으로부터, Fig. 3.7.a의 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.8.a는 상기 유입 면으로부터, 라발 노즐 형태로 된 유동 채널의 제3 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.8.b는 Fig. 3.8.a의 유동 채널의 제3 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.9.a는 상기 유동 채널의 제4 섹션 내에서, 상기 콘의 형태를 갖는 테이퍼 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.9.b는 Fig. 3.9.a의 콘의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.10.a는 Fig. 3.5.a와 유사한 튜브형 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.10.b는 Fig. 3.10.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.11.a는 복수의 동심원 튜브들을 갖는 튜브형 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.11.b는 Fig. 3.11.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.12.a는 Fig. 3.11.a에 따른 튜브형 섹션의 다운스트림에서, 튜브형 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.12.b는 Fig. 3.12.a의 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.13.a는 상기 유동 채널의 제5 섹션 내에서, 약간 원뿔형으로 된 또 다른 튜브형 섹션을 보여준다.

Fig. 3.13.b는 상기 유입 면으로부터, Fig. 3.13.a에 따른 튜브형 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 3.14.a는 Fig. 3.13.a의 튜브형 섹션의 내부에 배치된 팽창 섹션의 측면도를 보여준다.

Fig. 3.14.b는 Fig. 3.14.a의 좌측 면으로부터, Fig. 3.14.a의 팽창 섹션의 정면도를 보여준다.

Fig. 4는 물로 채워진 수조 내에 부유하는, 회전 가능하게 지지된 부력 유닛 상에 있는 스탠드의 제1 실시예에 따라, 상기 면으로부터, 본 발명의 풍력 장치의 종단면을 보여주는 도면이다.

Fig. 5는 Fig. 4의 V-V 라인에 따른 횡단면도이다.

Fig. 6는 Fig. 4에 따른 스탠드를 갖는 풍력 장치의 플랜 뷰를 보여준다.

Fig. 7은 서로 상부 및 다음에 배치되는 제1 실시예에 따라, 풍력 장치들을 갖는 본 발명의 풍력 장치 시스템을 통과하는 종단면을 보여준다.

Fig. 8는 Fig. 7의 풍력 장치 시스템의 측면도를 보여준다.

Fig. 9는 상부 회전 지지부를 갖는 본 발명의 풍력 장치 시스템의 또 다른 실시예를 보여준다.

Fig. 10는 세일을 갖는 풍력 장치 시스템의 Fig. 9에 따른 본 발명의 실시예의 측면도를 보여준다.

Fig. 11는 본 발명의 풍력 장치의 제3 실시예의 부분 횡단면도를 보여준다.

Fig. 12는 Fig. 11에 따른 풍력 장치의 플랜 뷰를 보여준다.

Fig. 13은 본 발명에 따른 회전자 및 기어 유닛 기기의 측면도를 보여준다.

Fig. 14는 본 발명에 따른 발전기의 개략도를 보여준다.

Claims (49)

1. 유동 채널(3)를 가지고 주위 공기로부터 전력을 생성하는 풍력 장치(1)로서,

   상기 유동 채널(3)을 통하여 상기 주위 공기가 공기 스트림을 형성하여 전도되고, 상기 유동 채널(3)은 그의 경계를 형성하는 외부 슬리브(6)를 포함하고,

   상기 유동 채널(3)은,

   실질적으로 일정한 횡단면을 갖고, 주위 공기가 유입될 수 있도록 하며, 공기 가속 기기(39)가 구비되는 제1 섹션(7);

   벤튜리 노즐(10)의 형태로 디자인되는 제2 섹션(9);

   상기 제2 섹션(9)을 뒤따르고, 내부에는 회전자(60)가 설치되는 제3 섹션(11)으로서, 상기 회전자(60)는 관통하여 흐르는 공기 스트림에 의하여 회전하도록 설치되고 그 회전에 의하여 전력이 생성되는, 상기 제3 섹션(11);

   라발 노즐(12)의 형태로 디자인되는 제4 섹션(13); 및

   상기 유입된 공기를 상기 유동 채널(3) 내로 배출하는 제2 공기 가속 기기(85)를 포함하는 제5 섹션(15)을 더 포함하는, 풍력 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유동 채널(3)의 제1 섹션 및/또는 제5 섹션(7, 15)의 공기 가속 기기(39, 85)는 적어도 하나의 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
3. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 유동 채널(3)의 제1 섹션 및/또는 제5 섹션(7, 15)의 공기 가속 기기(39, 85)의 다운스트림에는, 상기 공기 가속 기기에 의하여 생성되는 난류 및/또는 와류의 공기 스트림을 층류 유동으로 변환하는 유동 가이드 기기(49, 87)가 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 유동 가이드 기기(49, 87)는 다운스트림 고정자인 것을 특징으로 하는 풍력장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 유동 가이드 기기(49, 87)는 평행 튜브 기기인 것을 특징으로 하는 풍력장치.
6. 제3 내지 제5항에 있어서,

   상기 유동 가이드 기기는 다운 스트림 고정자 및 평행 튜브 기기(101, 112)를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
7. 제1 내지 제6항에 있어서,

   상기 제1 섹션(7)의 공기 가속 기기(39) 및/또는 상기 제5 섹션(15)의 공기 가속 기기(85)의 업스트림에는, 층류 공기 유동을 달성하기 위한 공기 가이드 기기(27, 79)가 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제5 섹션(15)의 공기 가이드 기기(87)의 업스트림에는, 평행 튜브 기기(101, 112)가 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
9. 제5 내지 제8항에 있어서,

   상기 평행 튜브 기기(112)는

   중앙 튜브 주위로 동심원적으로 배치된 복수의 튜브 섹션들(113)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
10. 제1 내지 9항에 있어서,

    상기 유동 채널(3)은 15° 또는 그 이하의 각도(α )로 상기 벤튜리 노즐(9)의 영역 내에서 가늘어지는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
11. 제1 내지 10항에 있어서,

    상기 유동 채널(3)은 7° 또는 그 이하의 각도(β)로, 상기 회전자(60)의 다운스트림의 제4 섹션(13) 내에서 확장되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
12. 제1 내지 11항에 있어서,

    상기 제1 섹션(7)의 영역 내에 있는 상기 유동 채널(3)의 직경은 상기 제5 섹션(15) 내에서의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 풍력장치.
13. 제1 내지 12항에 있어서,

    상기 유동 채널(3)의 유출부(5)의 횡단면은 상기 유동 채널(3)의 유입부(4)의 횡단면에 비하여 크고, 바람직하게는 2배로 큰 것을 특징으로 하는 풍력장치.
14. 제3 내지 13항에 있어서,

    상기 제1 섹션(7) 내의 공기 가속 기기(39)를 뒤따르는 유동 가이드 기기(49)의 다운스트림에는, 가늘어지는(tapering) 튜브형 섹션(108)이 제공되고, 상기 튜브형 섹션(108)에는 한 점을 향하여 가늘어지고 공기 스트림이 흐르는 유동 콘(109)이 제공되며, 상기 콘(109)의 테이퍼 각도(α)는 실질적으로 15° 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 풍력장치.
15. 제14항에 있어서,

    바람직하게는 또 다른 유동 가이드 기기(101, 112)가 제공되는 일정한 횡단면(107)의 섹션은, 상기 유동 채널의 가늘어지거나 좁아지는 튜브형 섹션(108) 이후에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
16. 제1 내지 15항에 있어서,

    상기 제2 섹션(9) 내에는, 선단(120)으로부터 상기 회전자의 허브의 횡단면을 향하여 확장되는 콘(119)이 제공되고, 상기 콘(119)의 확장되는 각도(α)는 상기 벤튜리 노즐의 테이퍼 각도(α)와 동일한 것을 특징으로 하는 풍력장치.
17. 제1 내지 16항에 있어서,

    상기 제4 섹션(13) 내에는, 선단(122)을 향하여 가늘어지는 콘(121)이 제공되고, 상기 콘(121)의 유출 횡단면은 상기 회전자(60)의 허브의 횡단면과 실질적으로 동일하며, 상기 콘(121)의 테이퍼 각도(β)는 상기 라발 노즐의 팽창 각도(β)와 동일한 것을 특징으로 하는 풍력장치.
18. 제1 내지 17항에 있어서,

    제4 섹션(13)에 인접하여, 상기 유동 채널(3)의 유동-평온화 섹션(116)이 제공되고, 상기 유동-평온화 섹션(116)은 실질적으로 일정한 외경을 갖고 바람직하게는 추가적인 유동 가이드 기기(124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
19. 제1 내지 18항에 있어서,

    제5 섹션(15)의 업스트림에는, 상기 유동 가이드 기기의 전방에, 선단으로부터 각도(β)로 확장되는 콘이 제공되고, 상기 콘의 끝부분의 횡단면은 상기 유동 가이드 기기(79)의 허브의 횡단면과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 풍력장 치.
20. 제1 내지 19항에 있어서,

    상기 제3 섹션(11)은, 상기 회전자(60)의 회전을 적어도 하나의 출력 샤프트(71)의 회전 운동으로 변환하는 기어 유닛(63)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 샤프트(71)는 상기 유동 채널(3)로부터 실질적으로 수직인 방향으로 연장되고 발전기(23)를 구동하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 기어 유닛(63)은 샤프트(67)를 지지하는 하우징(65)을 포함하며, 상기 샤프트(67)의 일단은 회전자(60)의 상기 하우징의 외부에 연결되고, 상기 샤프트(67)의 타단은 출발 샤프트(71)에 90°의 오프셋으로 연결되고, 상기 기어 유닛의 하우징(65)은, 상기 유동 채널(3)의 외부 슬리브(6)에 연결되는 베어링 플레이트들(62)을 포함하는 베어링 기기(59) 내에서 지지되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
22. 제1 내지 19항에 있어서,

    상기 회전자(60)는, 상기 베어링 기기(59)에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트(67) 상에서 지지되고, 상기 회전자(60)는 상기 유동 채널의 외부 슬리브의 일 부분을 형성하는 외부 튜브형 섹션(70)을 포함하고, 상기 외부 튜브형 섹션(70)은, 상기 기어 유닛에 의하여 상기 회전자(60)의 회전을 발전기에 전달하는 역할을 하는 기어 림(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
23. 제22항에 있어서,

    상기 회전자(60)의 회전 운동을 전달하기 위하여, 상기 외주 주변에 균일하게 배치되는 몇몇의(특정적으로는 4개) 피니언들이 제공되고, 상기 피니언들의 각각은 구동 샤프트에 연결되고, 각각의 구동 샤프트는 발전기에 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
24. 제1 내지 19항에 있어서,

    상기 회전자는, 상기 베어링 기기에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트 상에 장착되고, 상기 회전자는, 상기 회전자 및/또는 발전기의 전기자를 구동하는 외부 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
25. 제1 내지 24항에 있어서,

    회전 가능하게 지지되는 스탠드(135)가 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
26. 제25항에 있어서,

    상기 스탠드(135)는 바닥 플레이트(137), 지붕(136) 및 복수의 기둥들(138) 을 포함하고, 상기 유동 채널(3)의 제1 내지 제5 섹션들(7, 9, 11, 13, 15)은 실질적으로 상기 최외곽 기둥들 사이에서 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
27. 제26항에 있어서,

    상기 풍력 장치(1)는 상기 바닥 플레이트(137)로부터 일정 거리 떨어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
28. 제25 내지 27항에 있어서,

    상기 공기 스트림 유입 면(4) 상에 추가적인 벤튜리 노즐(141)이 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
29. 제25 내지 28항에 있어서,

    상기 공기 배출 면(5) 상에 추가적인 라발 노즐(142)이 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
30. 제25 내지 29항에 있어서,

    상기 회전 가능한 스탠드(135)는 액체(156) 위에 부유하는 회전 가능한 부력 유닛(146)을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
31. 제30항에 있어서,

    상기 액체(156)는 원형 수조(155) 내에 보유되고, 상기 부력 유닛(146)은 상기 원형 수조(155) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
32. 제25 내지 31항에 있어서,

    킹 핀(157)은 상기 부력 유닛(146)의 바닥 플레이트(147)로부터 아래 방향으로 돌출되고, 베어링 블록(160) 내에 형성되는 베어링(159)에 의하여 회전 가능하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
33. 제32항에 있어서,

    원주형 베어링(161)이 상기 부력 유닛(146)의 측벽(148)과 상기 수조(155) 사이에서 상기 액체(158)의 레벨 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
34. 제1 내지 33항에 있어서,

    상기 풍력 장치는 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
35. 제35항에 있어서,

    바람직하게는 반원형 디자인을 갖는 공기 공급 기기(190)가 상기 풍력 장치(1)의 상부 유입부에 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
36. 제34 또는 35항에 있어서,

    상기 유출되는 공기 스트림을 상기 수직 방향에서 실질적으로 수평 방향으로 편향하는 유동 채널(193)을 포함하는 유동 편향 기기(192)가 상기 유출 면(5) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
37. 제36항에 있어서,

    상기 유동 채널(193)은 편향자 몸체(194) 내에 배치되는데, 상기 편향자 몸체(194) 주변으로 상기 주위 공기가 흐르는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
38. 제36 또는 37항에 있어서,

    상기 유동 채널(193)은 상기 유동 방향으로 팽창되고 바람직하게는 추가적인 공기 가속 기기(195)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
39. 제36 내지 38항에 있어서,

    상기 유동 채널(193)의 다운스트림(유동의 방향에 관하여)에는, 바람직하게는 상기 유동 채널(193)의 횡단면을 넘어서 돌출되는 복수의 배플 플레이트들(196)이 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
40. 제34 내지 39항에 있어서,

    상기 주위 공기의 최적 유동 방향으로 상기 장치를 정렬하는 역할을 하는 세일(191)이 상기 풍력 장치(1)에 부착되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
41. 제1 내지 40항 중 어느 한 항에 기재된 몇몇의 풍력 장치들(1)을 포함하고, 상기 풍력 장치들(1)은 서로 상하 방향 또는 좌우방향으로 배치되는, 주위 공기에 의해 전력을 발생하는 풍력 장치 시스템.
42. 제41항에 있어서,

    상기 풍력 장치들(1) 서로 상하 방향 또는 좌우방향으로 배치하는 스탠드가 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 풍력 장치 시스템.
43. 관통하여 흐르는 공기로부터 전력을 발생하고, 특히 제1 내지 40항에 따른 풍력 장치(1) 및 제41 또는 42항에 따른 풍력 장치 시스템에서 사용되는 발전기로서,

    상기 관통하여 흐르는 공기를 위하여, 실질적으로 일정한 외주를 가지는 외부 슬리브를 갖는 유동 채널(3); 및

    베어링 기기에 회전 불가능하게 연결되는 샤프트 상에 장착되고 회전자 및/또는 발전기의 전기자를 구동하는 외부 섹션을 포함하는 회전자를 포함하는 발전기.
44. 주위 공기, 바람직하게는 움직이는 주위 공기로부터 전력을 발생하는 방법으로서,

    상기 주위 공기를 유동 채널(3)의 제1 섹션(7)으로 유입하는 단계;

    상기 유동 채널(3)의 제1 섹션(7) 내에 설치되는 가속 기기(39)에 의하여, 상기 공기 스트림을 가속하는 단계;

    벤튜리 노즐 형태로 된 상기 유동 채널의 구조에 의하여, 상기 유동 채널(3)의 제2 섹션(9) 내의 상기 공기 스트림을 추가적으로 가속하는 단계;

    상기 유동 채널(3)의 제3 섹션(11)을 통하여 상기 공기 스트림을 전도하고, 상기 섹션 내의 회전자(60)를 구동하는 단계;

    상기 공기 스트림을 상기 유동 채널(3)의 제4 섹션(13) 내로 배출하는 단계로서, 상기 유동 채널(3)은 라발 노즐의 형태로 디자인된 상기 단계;

    상기 유동 채널(3)의 제5 섹션(15) 내의 상기 공기 스트림을 새로이 가속하는 단계; 및

    상기 공기 스트림을 대기 중으로 배출하는 단계로서, 상기 유동 채널을 통하여 상기 공기 스트림이 통과하는 동안, 상기 공기 스트림으로부터 운동 에너지 및 열 에너지가 추출되는 상기 단계를 포함하는 방법.
45. 제44항에 있어서,

    상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 섹션(7, 15)의 가속 기기(39, 87)의 업스트림에서, 상기 유입되는 공기가 층류 유동으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
46. 제44 또는 45항에 있어서,

    상기 유동 채널의 제1 및/또는 제5 섹션(7, 15)의 가속 기기(39, 87)의 업스트림에서, 상기 관통하여 흐르는 공기가 재차 층류 유동으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
47. 제44 내지 46항에 있어서,

    상기 공기 스트림은 상기 유동 채널의 제1 및 제2 섹션에서 가속되어, 상기 공기 스트림이 상기 유동 채널의 제3 섹션(11)에 들어갈 때 소정의 속도에 도달하는 것을 특징으로 하는 방법.
48. 제44 내지 47항에 있어서,

    상기 제5 섹션에 의하여, 상기 제4 섹션 내에 음압이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
49. 제44 내지 48항에 있어서,

    상기 전력 발생 과정의 시작 시에는, 상기 가속 기기들은 외부 에너지에 의하여 구동되고, 안정적인 전력 발생 상태에 도달한 후에는, 상기 가속 기기들은 상기 발생된 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 방법.

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