BR112017019716B1 - Turbina eólica modular - Google Patents

Abstract

Essa invenção descreve uma turbina eólica aperfeiçoada adequada para montagem sem uma torre de turbina eólica. A turbina eólica é baseada em um rotor com lâminas selecionadas adequadamente. Um bocal e um difusor no fluxo de vento aumentam a quantidade de energia eólica disponível para o rotor. O rotor é conectado de forma interrompida com um ou mais geradores o que permite a geração em uma ampla faixa de velocidades de vento. O rotor também é conectado de forma interrompida com um volante que permite o armazenamento ou utilização da energia de rotação como necessário pela disponibilidade da energia eólica. Uma ou mais turbinas eólicas podem ser agrupadas em um alojamento comum. A falta de uma torre de turbina eólica e o projeto geral compacto permitem que a turbina eólica seja utilizada em proximidade com ou em edifícios.

Description

Campo Técnico

[001] Esta patente refere-se a turbinas eólicas que aumentam o fluxo de ar através do uso de bocais e difusores e que são adequadas para montagem sem uma torre de turbina eólica.

Fundamentos

[002] Turbinas eólicas são bem conhecidas como meios de conversão de energia cinética do vento em energia mecânica pela rotação de lâminas de rotor. Por sua vez, a energia mecânica pode então ser convertida em energia elétrica por meio de um gerador elétrico.

[003] Um tipo de turbina eólica utilizada para geração de eletricidade é compreendido de um rotor com uma multiplicidade de lâminas esbeltas e longas conectadas a um eixo comum situado no topo de uma torre de tamanho adequado. Uma ilustração deste tipo pode ser encontrada na figura 1 de US8.622.698. Desafios encontrados na prática com este tipo de turbina eólica são a ineficiência com velocidades de vento baixas, a altura das torres e lâminas - necessárias para fins de segurança e eficiência - e a aparência invasiva como um todo de tais estruturas grandes. Esta patente também ilustra a torre de turbina eólica comum utilizada na prática: um suporte de elemento singular, alto e esbelto.

[004] Em parte, a eficiência de uma turbina eólica é prevista pela Lei de Betz. Esta lei prevê que uma turbina eólica só pode capturar menos de 16/27 (59,3%) da energia cinética do vento. O limite surge como resultado da colisão das moléculas de ar que transferem sua energia para as lâminas do rotor.

[005] Na prática, as turbinas eólicas só podem capturar cerca de 75 a 80% do limite da Lei de Betz. No entanto, um meio de se alcançar eficiências maiores é se coletar fluxo de vento adicional pelo uso de bocais e difusores antes e depois do rotor. O desafio é mais completamente descrito em US20120175882.

[006] Muitas turbinas eólicas com proteções ou carenagens para criar bocais e difusores são bem conhecidas na técnica. Um exemplo é encontrado em WO2012137008. Outro é encontrado em WO2006065248. Um tipo anterior de proteção para turbina eólica especificado para uso em uma estrutura de torre é encontrado em US4075500. No entanto, na prática, o peso e a carga do vento das proteções se provam difíceis de montar em torres de turbina eólica.

[007] Outras desvantagens das turbinas eólicas são encontradas no parágrafo 0014 e seguinte de US2012282092. Estas incluem: operação ineficiente perto do solo; grandes dimensões exigidas pelas torres; manutenção cara, tensões cíclicas e falhas.

[008] Um tipo de ineficiência das turbinas eólicas é criado pelas correntes de vento que são criadas nas pontas das lâminas. Um meio de se solucionar este problema é cercar as lâminas em uma estrutura pela qual não existem tais correntes. Tal disposição é encontrada em CA2590918 (na figura 3). Nesta patente, o tambor também age como uma parte do gerador elétrico.

[009] Seria benéfico se uma turbina eólica pudesse ser projetada de forma que fosse eficiente com velocidades de vento mais baixas, pudesse ser instalada sem o uso de uma torre de turbina eólica comum e pudesse geralmente superar as desvantagens previamente conhecidas das turbinas eólicas em geral. CA2590918 referenciado anteriormente para instruir que uma turbina protegida pode ser instalada no topo de uma torre de turbina eólica. CA25090918 também instrui o uso de uma aleta para conduzir passivamente a turbina no vento.

[010] US140433 instrui a eliminação do mastro da turbina eólica. No entanto, similar ao CA2590918, US4140633 instrui apenas o uso de uma plataforma giratória de livre rotação para garantir o giro da turbina no vento e o uso adicional aletas guia (Coluna 9, linha 5) para garantir que a turbina se autocentralize no vento.

[011] Outra dificuldade do projeto da turbina é o uso de um único gerador operando de forma coaxial ou acionado pelo eixo central do rotor da turbina. Tal posicionamento requer que a turbina seja desligada pela manutenção ou reparo do gerador. Além disso, o posicionamento do gerador no eixo central do rotor geralmente envolve acesso difícil em quadrantes apertados. CA2590918 anteriormente referido, instrui o uso opcional de um gerador acionado pela circunferência do rotor (Figura 5), porém não instrui o uso de uma interrupção mecânica ou o uso de mais de um gerador.

[012] O uso de um único gerador em turbinas eólicas limita sua habilidade de geração de eletricidade com eficiência em uma ampla faixa de velocidades eólicas. Um gerador dimensionado para velocidades eólicas medianas é geralmente ineficiente a uma menor velocidade do ar, que causa a ociosidade da turbina em tais condições.

[013] Um desafio com a geração de eletricidade é a perda de eletricidade no sistema de transmissão e distribuição. Quantidades significativas de eletricidade são perdidas na simples transmissão da eletricidade de um lugar para outro. Devido a este desafio, é desejável que os sistemas de geração sejam colocados perto de onde a eletricidade será utilizada. A presente invenção permite que a capacidade de geração seja localizada perto de ou, em casos adequados, em edifícios eliminando perdas de transmissão.

[014] Um desafio final com os sistemas relacionados com a eletricidade é a dificuldade de armazenamento do excesso de eletricidade e a suavização das flutuações na fonte de eletricidade. Esse desafio é pronunciado quando usando vento para energizar geradores de eletricidade devido às flutuações naturais no vento. Um meio de se solucionar este problema é pelo uso de volantes e embreagens como encontrado em US8749083. No entanto, o sistema proposto aqui sofre o desafio de precisar montar um volante pesado em cima de uma torre de turbina eólica.

[015] Líquidos tal como água podem ter fluxos similares aos gases tal como o ar. Uma desvantagem dos projetos da maior parte das turbinas eólicas é a incapacidade de se adaptar esses projetos a áreas de fluxo de água natural a fim de gerar eletricidade.

[016] Outra desvantagem da maior parte dos projetos de turbina é a falta de interoperabilidade com outras formas de forças motrizes.

Sumário da Invenção

[017] É um objetivo dessa invenção superar as limitações da técnica anterior no aumento da velocidade do vento através do dispositivo.

[018] É outro objetivo dessa invenção aperfeiçoar a eficiência da geração de eletricidade pelo fornecimento de uma conexão entre o rotor e um ou mais geradores elétricos na circunferência do rotor como adequado para velocidade através do rotor.

[019] É outro objetivo dessa invenção criar um meio de armazenamento de eletricidade excessiva por meios mecânicos ou outros meios e para permitir que tal capacidade excessiva seja utilizada como necessário.

[020] É outro objetivo dessa invenção criar um dispositivo compacto que possa ser facilmente montado horizontalmente ou verticalmente e utilizado em qualquer lugar incluindo em telhados de edifícios.

[021] É outro objetivo dessa invenção interoperar com outras formas de força motriz na mesma instalação.

[022] É outro objetivo dessa invenção permitir o uso de um ou mais dispositivos de acordo com a presente invenção na mesma instalação.

[023] Esta patente descreve um dispositivo que, em uma modalidade, utiliza um rotor tipo tambor central no qual as lâminas acionadas por vento são afixadas. O uso de um rotor tipo tambor permite que as lâminas sejam fixadas fora ou na circunferência de seu movimento eliminando vórtices que se desenvolvem em turbinas eólicas mais convencionais.

[024] O uso de um rotor tipo tambor também permite muitos tipos diferentes e disposições de lâminas para uso. Os dois tipos principais de lâminas que podem ser utilizadas são lâminas tipo parafuso e tipo ventilador.

[025] Uma lâmina tipo parafuso é um flange helicoidal com a largura do flange sendo aproximadamente igual ao raio do rotor. O flange é conectado em sua extremidade externa ao rotor seguindo percurso de um hélice. O lado central do flange pode ser solto ou opcionalmente conectado a um eixo coaxial com o rotor. Se mais de uma lâmina tipo parafuso for utilizada, as lâminas tipo parafuso são localizadas proporcionalmente dentro e de forma coaxial com o rotor. No caso de um número par de flanges, flanges de lados opostos traçarão um formato helicoidal com os flanges opostos, de fato sendo uma peça.

[026] O hélice da lâmina tipo parafuso pode ser com sentido de giro para a direita ou para esquerda e terá uma inclinação descrita como a distância entre os pontos onde o hélice fez uma rotação completa. Adicionalmente, o flange pode ser conectado ao rotor em vários ângulos. A atuação, a inclinação, o ângulo de conexão com o rotor e a posição dentro do rotor da lâmina tipo parafuso, podem ser determinados por experimentação e otimizadas para uma combinação particular de tamanhos de rotor e velocidades de vento.

[027] Uma lâmina tipo ventilador é uma pluralidade de lâminas idênticas em torno de um eixo geométrico central coaxial com o rotor. As lâminas são conectadas em suas extremidades distais com o rotor e em suas extremidades centrais uma com a outra ou com um eixo opcional. O formato, tamanhos, ângulos e projeto das lâminas tipo ventilador e sua localização dentro do rotor podem ser determinados por experimentação e otimizados para uma combinação em particular de tamanhos de rotor e velocidades de vento.

[028] Outros tipos de rotores podem ser utilizados na presente invenção. Por exemplo, um eixo central pode ser fornecido ao qual lâminas ou ventiladores de tamanho adequado são fixados. Cubos adequados podem ser afixados ao eixo central como necessário.

[029] Bocais para concentrar o vento podem ser colocados antes do rotor para aumentar o fluxo de ar de entrada. De forma similar, difusores podem ser localizados atrás do rotor a fim de diminuir a pressão do ar de saída. Ambas as técnicas são úteis a fim de aumentar a habilidade do dispositivo em gerar eletricidade em situações de velocidade de vento baixa.

[030] Bocais e difusores podem ser criados através do uso de carenagens de formato adequado. As carenagens de entrada concentram o vento para criar um bocal para entrada de ar. As carenagens de saída criam zonas de baixa pressão para agir como difusores para saída de ar.

[031] Outro meio de aumentar a velocidade de vento no rotor é a utilização de um eixo cônico reverso. Tal eixo aumentará o efeito venturi presente dentro do rotor. A localização real de tal eixo considerará a disposição das lâminas a serem utilizadas além de qualquer bocal ou difusor sendo utilizado.

[032] O rotor gira livremente em torno de seu eixo geométrico. Tal rotação livre pode ser realizada com os anéis de suporte tradicionais em dois ou mais lugares em torno do rotor. Alternativamente, sistemas de suporte com tendência a menos fricção tal como suportes de ar ou suportes magnéticos podem ser utilizados e são bem conhecidos da técnica.

[033] O dispositivo pode ser girado para o vento por um motor de tamanho adequado acionado de forma rotativa que é bem conhecido na técnica. Anemômetros para medir a direção e a velocidade do vento e controlar o conjunto de circuitos bem conhecidos da técnica são utilizados para determinar a direção necessária. Diferente de plataformas giratórias utilizadas com turbinas eólicas, que rodam livremente e podem ser direcionadas para o vento usando métodos passivos tais como aletas, isso permite que o dispositivo seja alternado para dentro e para fora do vento através de meios de controle dependendo das condições predominantes do vento.

[034] O rotor estilo tambor da presente invenção apresenta vários dos diferentes meios pelos quais os geradores elétricos podem ser mecanicamente conectados. Preferivelmente, uma pluralidade de geradores é utilizada com meios para conectar mecanicamente cada gerador individualmente com o rotor. Visto que a conexão mecânica de um gerador cria uma carga para o rotor, em situações de baixo vento, é desejável se ter apenas um ou um número pequeno de geradores mecanicamente conectados ao rotor para operar na máxima eficiência do gerador de acordo com a velocidade de vento mais baixa. Com altas cargas de vento, mais geradores podem ser mecanicamente conectados ao rotor para levar vantagem da maior energia presente no sistema. Meios para interromper mecanicamente a conexão de geradores com o rotor e para controlar os mesmos são bem conhecidos da técnica.

[035] Além disso, para um ou mais geradores elétricos, a presente invenção pode usar tais geradores elétricos em reverso como motores. Os ditos motores podem usar energia elétrica para rotacionar o rotor e trazê-lo para velocidades operacionais quando é ativado pela primeira vez. Alternativamente, motores podem ser usados para armazenar o excedente de energia elétrica no rotor ou no volante coaxial.

[036] Na presente invenção, os geradores que estão conectados com o rotor podem facilmente passar por reparação e manutenção sem a parada total do dispositivo. O gerador a ser reparado ou passar por manutenção pode ser desconectado da circunferência do rotor e então ser facilmente removido por um guindaste suspenso como necessário.

[037] O dispositivo pode ter um volante coaxial com o rotor. O volante pode ser conectado ao rotor e aos geradores com embreagens e engrenagens a fim de armazenar o movimento do rotor no volante ou, alternativamente, para fazer com que o volante energize os geradores. É possível também, em momentos de excesso de energia elétrica, se operar o sistema em reverso fazendo com que os geradores ajam como motores que, por sua vez, transferem energia para o volante.

[038] Os meios para conectar e transferir o movimento do volante para e a partir do rotor e geradores e para controlar o mesmo são bem conhecidos na técnica e incluem embreagens de uma e duas vias, caixas de engrenagem e conversores de torque.

[039] O dispositivo como descrito pode ser montado sem uma torre. O tamanho geral do dispositivo é proporcional ao diâmetro do rotor e da carenagem adicional.

[040] O dispositivo também pode ser disposto de forma modular permitindo que múltiplas unidades sejam utilizadas em uma instalação comum em um sistema de rotação de mesa rotativa comum. Em uma instalação modular com múltiplas unidades, qualquer uma ou mais unidades podem ser facilmente removidas para reparo ou manutenção por meios de um guindaste suspenso e em qualquer condição climática, enquanto deixa o equilíbrio das unidades no lugar para produção.

[041] Embora o dispositivo seja inerentemente robusto, no caso de velocidades de vento muito altas tais como durante tempestades tropicais e furacões, o dispositivo pode ser girado para um ângulo para fora ou para dentro do vento por meio da plataforma giratória acionada por motor, a fim de continuar operando sob essas condições e capturar a capacidade máxima do dispositivo. Os modelos existentes devem ser desligados nessas condições.

[042] Outro objeto da invenção é usar e armazenar energia excedente a partir de fontes alternativas tal como vapor, gás ou qualquer outra fonte motriz.

[043] A presente invenção também pode ser adaptada para uso em cursos de água natural. Todos os aspectos internos podem ser impermeáveis à água com o rotor virado ou colocado dentro da direção do fluxo da água.

[044] Como parte de um sistema completo de tais turbinas, é um objeto da presente invenção que seja usado e montado em uma ampla variedade de locais e instalações. Por exemplo, no litoral, o dispositivo como a turbina eólica pode ser montado em torres off-shore ou embarcações e instalações on-shore incluindo torres e construções de diferentes tamanhos. O dispositivo pode também ser efetivamente usado na água onde a possibilidade de correntes acionadoras existe.

Descrição dos Desenhos

[045] Modalidades da presente invenção são explicadas, por meio de exemplo, e com referência aos desenhos em anexo. Os desenhos ilustram apenas exemplos das modalidades dessa invenção e, portanto, não devem ser considerados limitadores de seu escopo, visto que a invenção pode ter outras modalidades igualmente efetivas.

[046] A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva recortada de uma turbina eólica de acordo com a invenção.

[047] A figura 2 ilustra uma vista dianteira de uma turbina eólica de acordo com a invenção.

[048] A figura 3 ilustra uma vista transversal de uma turbina eólica de acordo com a invenção através de uma seção A-A da figura 2.

[049] A figura 4 ilustra uma vista tracejada dos componentes internos principais de uma turbina eólica de acordo com a invenção na mesma orientação que a figura 3.

[050] A figura 5 ilustra uma vista tracejada de uma turbina eólica de acordo com a invenção como na figura 4 com um alojamento externo alternativo e situada em uma mesa rotativa.

[051] A figura 6 ilustra uma vista em perspectiva de uma turbina eólica de acordo com a invenção como ilustrado na figura 5.

[052] A figura 7 ilustra uma vista dianteira de uma turbina eólica de acordo com a invenção como ilustrado na figura 5.

[053] A figura 8 ilustra uma vista esquemática detalhada de um conjunto gerador utilizado em uma turbina eólica de acordo com a invenção.

[054] A figura 9 ilustra uma vista traseira de uma turbina eólica de acordo com a invenção como ilustrado em qualquer uma das figuras acima com a carenagem de saída removida a fim de ilustrar a disposição das peças internas.

[055] A figura 10 ilustra uma vista tracejada lateral de uma modalidade alternativa da invenção onde múltiplas turbinas eólicas são agrupadas juntas em um alojamento comum, com um guindaste suspenso para manutenção.

[056] A figura 11 ilustra uma vista em perspectiva da modalidade alternativa da invenção da figura 10.

[057] A figura 12 ilustra uma vista dianteira da modalidade alternativa da invenção da figura 10.

[058] A figura 13 ilustra uma vista em perspectiva de outra modalidade alternativa da invenção onde um agrupamento diferente de múltiplas turbinas eólicas é agrupado em um alojamento comum.

[059] A figura 14 ilustra uma vista dianteira da modalidade alternativa da invenção da figura 13.

[060] A figura 15 ilustra uma vista tracejada lateral da modalidade alternativa da invenção da figura 13 ilustrando que as turbinas eólicas também podem ser agrupadas em uma disposição na qual as portas de saída de um conjunto de turbinas eólicas pode energizar as portas de entrada de turbinas eólicas adicionais todas dentro de um alojamento comum.

[061] A figura 16 ilustra a turbina eólica das figuras 10, 11 e 12 situada no topo do teto de um edifício.

[062] A figura 17 ilustra a invenção das figuras 10, 11 e 12 situada em vários tipos de instalações de base.

[063] A figura 18 ilustra a invenção das figuras 10, 11 e 12 situada em bases de instalações off-shore.

[064] A figura 19 é um esquema de uma porção da invenção usada em condições de vento e luz.

[065] A figura 20 é um esquema de uma porção da invenção usada em condições de ventos de velocidades medianas.

[066] A figura 21 é um esquema de uma porção da invenção usada em condições de ventos de altas velocidades.

[067] A figura 22 é um esquema de uma porção da invenção sendo usada numa condição de velocidade de vento nula.

[068] A figura 23 é um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições onde existe um excedente de energia elétrica.

[069] A figura 24 é um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições que combina vento e outra fonte motriz.

[070] A figura 25 é um gráfico que mostra o potencial de capacidade disponível versus a velocidade do vento, comparando a invenção e dois tipos de turbinas eólicas.

Descrição Detalhada

[071] A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva recortada da turbina eólica 10 de acordo com a invenção. A invenção possui lâminas helicoidais 20 em torno de um eixo coaxial 25. O alojamento 30 também ilustra a carenagem de entrada 35 que concentra o fluxo de ar de entrada como um bocal. A seção recortada ilustra a localização do suporte de lâmina helicoidal 38 e um volante coaxial 40. Tudo dentro do suporte de lâmina helicoidal 38 compreende o rotor da invenção.

[072] A figura 2 ilustra uma vista dianteira da turbina eólica 10 de acordo com a invenção. A turbina ilustra as bordas dianteiras 22 das lâminas helicoidais 20 em torno de um eixo coaxial 25. A carenagem de entrada 35 concentra o fluxo de ar de entrada como um bocal e cobre outro equipamento dentro da turbina eólica impedindo a entrada de sujeira, animais e outros resíduos que podem interferir com a turbina eólica.

[073] A figura 3 ilustra uma vista transversal da turbina eólica 10 através da seção A-A da figura 2. A turbina eólica é girada de modo que o vento entre na turbina eólica a partir da esquerda e saia a partir da direita. Isso ilustra a carenagem de entrada 35 que concentra o fluxo de ar de entrada como um bocal, as lâminas helicoidais 20 e a localização do volante coaxial 40. A figura também ilustra um eixo coaxial 25 projetado para fornecer concentração de fluxo de ar de entrada adicional, sendo cônico em formato com sua extremidade maior na direção das lâminas helicoidais. As lâminas helicoidais 20 giram dentro do alojamento de lâmina 41 que, por sua vez, é separado do alojamento externo 42 por cilindros guia adequadamente posicionados 44 ou conjunto gerador 50. Tudo dentro do alojamento de lâmina 41 age como o rotor da invenção.

[074] A figura 4 ilustra uma vista tracejada dos componentes internos principais da turbina eólica 10 na mesma orientação que na figura 3. Todas as partes dentro do alojamento externo 42 são ilustradas por linhas tracejadas. A carenagem de entrada 35 juntamente com um eixo coaxial 25 concentra o fluxo de ar de entrada como um bocal. O eixo coaxial 25 nessa modalidade também é projetado para ter uma parte de saída 26 que diminui a pressão do ar agindo como um difusor a partir do ponto das bordas dianteiras 22 das lâminas helicoidais 20 para suas bordas traseiras 23. As lâminas helicoidais 20 são fixadas à parte de saída 26 do eixo coaxial 25 e, em seu outro lado, o alojamento de lâmina 41. O alojamento de lâmina 41 agindo como o rotor da invenção gira por meio de cilindros guia adequadamente posicionados 44 ou conjuntos gerador 50. O alojamento de lâmina 41 também pode ser mecanicamente engatado com uma caixa de engrenagem 60 que permite a energia mecânica do alojamento de lâmina 41 para o volante 40 que é coaxial com e externo do alojamento de lâmina 40, mas dentro do alojamento externo 42 e separado do alojamento externo 42 com meios de redução de fricção.

[075] A figura 5 é uma vista tracejada dos componentes internos principais de uma modalidade diferente da invenção. Todas as partes dentro do alojamento externo alternativo 43 são ilustradas com linhas tracejadas. A modalidade alternativa da invenção é a turbina eólica 10 com um alojamento externo alternativo 43 que inclui uma carenagem de entrada estendida 46 e uma carenagem de saída estendida 47. A turbina eólica é virada em uma mesa rotativa mecânica 70 de modo que o vento entre na turbina eólica a partir da esquerda e saia a partir da direita. A mesa rotativa mecânica 70 pode ser energizada por motores ou outros meios e controlada pelos microcontroladores com sinais de entrada de anemômetros de aleta e outras técnicas bem conhecidas dos técnicos do assunto. A mesa rotativa 70 gira em torno da linha central 71. A carenagem de entrada estendida 46 fornece uma área transversal adicional para capturar mais energia eólica e age como um bocal. A carenagem de saída estendida 47 diminui a pressão de ar de saída aumentando a velocidade do ar através da turbina eólica e agindo como um difusor.

[076] A figura 6 ilustra o dispositivo da figura 5 em vista em perspectiva. Também ilustrado é um entrelaçamento opcional 75 localizado na entrada do dispositivo e dimensionado para evitar a entrada de amimais e objetos indesejáveis e para agir como um mecanismo de segurança. Essa figura ilustra a turbina eólica 10 que pode ser girada em uma mesa rotativa mecânica 70 a fim de colocar a abertura para o vento. Também é ilustrada a carenagem de entrada estendida 46 e a carenagem de saída estendida 47. Dentro do entrelaçamento também pode ser observado o eixo coaxial 25, a carenagem de entrada 35 e as bordas dianteiras 22 das lâminas helicoidais 20.

[077] A figura 7 ilustra o dispositivo da figura 6 em visão dianteira. Essa figura ilustra a carenagem de entrada estendida 46. O eixo coaxial 25, a carenagem de entrada 35, e as lâminas helicoidais 20 também podem ser observadas. Também é ilustrada a mesa rotativa mecânica 70.

[078] A figura 8 ilustra um detalhe esquemático de um conjunto gerador. Um gerador ou alternador 80 é montado em uma base articulada 84 e é diretamente conectado a uma roda de fricção ou engrenagem 82. A roda de fricção ou engrenagem 82 pode ser engatada com uma fonte de acionamento adequada pelo engate do acionador 86 o que permite que a roda de fricção ou engrenagem 82 seja engatada com uma fonte de energia de rotação. A saída do gerador ou alternador 80 é conectada por meios bem conhecidos da técnica para ativar a produção de eletricidade pelo engate do conjunto gerador com o rotor da invenção.

[079] A figura 9 ilustra uma vista traseira completa da turbina eólica 10 com a carenagem de saída removida. Essa figura ilustra as bordas traseiras 23 das lâminas helicoidais 20 dentro do alojamento de lâmina 41 que, por sua vez, são suportadas pelos cilindros guia 44. Todos os detalhes dentro do alojamento de lâmina 41 agem como o rotor da invenção. Conjuntos gerador 50 podem ser engatados com o alojamento de lâmina 41 agindo como o rotor individualmente de acordo com um sistema controlador que é bem conhecido dos técnicos do assunto. O dito sistema de controlador permitiria o engate dos conjuntos gerador com o alojamento de lâmina 41 em proporção com o vento disponível.

[080] A figura 10 ilustra uma modalidade alternativa da invenção na qual as unidades de turbina eólica individuais podem ser agrupadas a fim de maximizar a energia eólica disponível em locais específicos. Cada unidade de turbina eólica individual 11 pode ser alojado em um alojamento externo 90 que possui uma carenagem de entrada estendida 91 disposta para concentrar a energia eólica disponível para todas as unidades no agrupamento. Um guindaste suspenso 93 pode ser usado para manutenção e remoção de unidades individuais. O conjunto geral é localizado em uma mesa rotativa mecânica dimensionada adequadamente 70.

[081] A figura 11 ilustra uma vista em perspectiva da modalidade alternativa de um agrupamento de unidades de turbina eólica individuais ilustradas na figura 10.

[082] A figura 12 ilustra uma vista dianteira da modalidade alternativa de um agrupamento de unidades de turbina eólica individuais ilustradas na figura 10.

[083] A figura 13 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidade alternativa da invenção onde múltiplas unidades de turbina eólica de acordo com a invenção são agrupadas juntas em um alojamento externo alternativo 92.

[084] A figura 14 é uma vista dianteira da modalidade alternativa da invenção ilustrada na figura 13.

[085] A figura 15 é uma vista tracejada lateral da modalidade alternativa da invenção ilustrada na figura 13 onde as linhas tracejadas representam os componentes principais da invenção dentro do alojamento externo. A figura ilustra que um segundo conjunto de unidades de turbina eólica 95 pode ser colocado atrás de um primeiro conjunto de unidades de turbina eólica 96 a fim de garantir que toda a energia eólica disponível seja convertida dentro da invenção. O espaço 97 entre os dois conjuntos de unidades de turbina eólica é moldado e fornecido de uma forma que maximize os efeitos de difusor para o primeiro conjunto de unidades de turbina eólica 96 e os efeitos de bocal para o segundo conjunto de unidades de turbina eólica 95.

[086] A figura 16 ilustra as modalidades da invenção ilustradas nas figuras 10, 11 e 12, localizadas em um edifício comercial 100. O edifício comercial não é ilustrado como parte da invenção, mas apenas para ilustrar como a presente invenção pode ser facilmente localizada no topo de um edifício comercial com conexão mecânica adequada e meios de controle bem conhecidos dos técnicos do assunto.

[087] A figura 17 ilustra as modalidades da invenção ilustradas nas figuras 10, 11 e 12, localizadas em diferentes estruturas de aplicações em terra. As instalações ilustradas são especificamente uma instalação vertical e uma instalação no leito de um rio. As estruturas não estão mostradas como parte da invenção, mas apenas para ilustrar como a presente invenção pode ser facilmente localizada em variadas estruturas. Turbinas eólicas 10 podem ser localizadas em torres ou construções. Agrupamentos de turbinas 15 como em qualquer das figuras de 10 a 15, também podem ser montadas em construções de diferentes tamanhos. Turbinas 16 energizadas a partir de correntes aquáticas também podem ser instaladas.

[088] A figura 18 ilustra as modalidades da invenção ilustradas nas figuras 10, 11 e 12, localizadas em diferentes estruturas em instalações de base offshore. As estruturas não estão ilustradas como parte da invenção, mas apenas para ilustrar como a presente invenção pode ser facilmente localizada em variadas estruturas. Turbinas eólicas 10, ou agrupamentos de turbinas 15 como em qualquer uma das figuras de 10 a 15, podem ser localizadas em torres ou embarcações off-shore. Turbinas 16 energizadas a partir de correntes aquáticas também podem ser instaladas.

[089] A figura 19 ilustra um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições de vento e luz. Um ou mais dos geradores 50 estão colocados em uma conexão mecânica com o rotor 20 para gerar eletricidade. As áreas hachuradas ilustram porções da invenção sendo energizadas.

[090] A figura 20 ilustra um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições de vento com velocidade mediana. Um ou mais geradores 50 são colocados em uma conexão mecânica com o rotor 20 para gerar eletricidade. Além disso, o volante coaxial 40 está conectado também com o rotor 20 para girar o volante. As áreas hachuradas ilustram essas porções da invenção sendo energizada.

[091] A figura 21 ilustra um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições de vento com velocidade alta. Um ou mais geradores 50 são colocados em uma conexão mecânica com o rotor 20 para gerar eletricidade. Além disso, o volante coaxial 40 está conectado com o rotor 20 para armazenar energia excedente a partir do rotor, que não é necessária para os geradores. As áreas hachuradas ilustram essas porções da invenção sendo energizadas.

[092] A figura 22 ilustra um esquema de uma porção da invenção sendo usada em condições de vento nulo. Energia rotacional no volante 40 e o rotor 20 são usadas para conectar com um ou mais geradores 50 para gerar energia elétrica. As áreas hachuradas ilustram essas porções da invenção sendo energizada.

[093] A figura 23 ilustra um esquema de uma porção do sistema sendo usada nas seguintes condições: o rotor do tipo tambor acionado por vento (20), aciona os geradores (50) conectado a este (20), e o volante coaxial (40) é acionado por um motor alternativo (75) que pode ser ativado por fontes alternativas como vapor, gás, ou outra fonte motriz, portanto, armazenando energia ou produzindo eletricidade se os geradores ( 50) estão engatados com o volante. As áreas hachuradas ilustram essas porções da invenção sendo energizadas.

[094] A figura 24 ilustra um esquema de uma porção de um sistema sendo usado nas seguintes condições: um motor alternativo (75) como notado na figura 23, está acionando o volante coaxial (40) e todos os geradores (50) engatados no motor, e, dependendo do vento disponível, aciona parcialmente ou totalmente o rotor (20) e todos os geradores (50) fixados. Força acionadora a partir do motor alternativo (75) é transmitido através de acionamento por embreagem/acoplamento (76), que quando engatados combina o volante (40) com o rotor (20). As áreas hachuradas ilustram essas porções da invenção sendo energizadas.

[095] A figura 25 é um gráfico que ilustra a capacidade 101 versus a velocidade do vento em metros por segundo 102. A média de velocidade dos ventos Canadenses 103 de 7,5 m/s é ilustrada como força de ventos de um furacão 104. O potencial que pode ser adquirido pela invenção não tem a mesma limitação de três lâminas de uma única turbina, que não pode operar eficientemente a baixa velocidade 11 ou em altas velocidade de vento, necessário para o desligamento a fim de evitar a destruição do dispositivo. A área hachurada é o potencial do vento que pode ser utilizado pela invenção.

Claims (2)

1. Turbina eólica modular (10), caracterizada pelo fato de compreender: um alojamento (30, 42, 43) compreendendo uma base chata, uma extremidade de entrada de alojamento aberta e uma extremidade de saída de alojamento aberta e oposta, em que o dito alojamento tem um formato para permitir uma pluralidade dos ditos alojamentos serem usados em uma forma modular empilhada; um rotor estilo tambor livremente rotativo (25, 20, 38, 41) montado horizontalmente dentro do dito alojamento (30, 42, 43) e o dito rotor estilo tambor é aberto em ambas extremidades com uma extremidade de entrada de rotor para afunilar ar para dentro do rotor e uma extremidade de saída de rotor oposta à dita extremidade de entrada de rotor para direcionar ar para longe do rotor estilo tambor, e em que a dita extremidade de entrada de rotor e dita extremidade de saída de rotor são alinhadas com a dita extremidade de entrada de alojamento e dita extremidade saída de alojamento, respectivamente; uma ou mais lâminas (20) dispostas dentro e conectadas ao dito rotor estilo tambor e coaxial com o mesmo, por meio do qual a passagem do ar através do dito rotor estilo tambor induz o dito rotor estilo tambor a rodar em torno de seu eixo; uma carenagem de entrada (35) dentro do dito alojamento (30) e localizada na dita extremidade de entrada do dito alojamento para concentrar ar como um bocal e direcionar o dito ar concentrado no dito rotor estilo tambor; uma pluralidade de geradores (50) que são conectados de forma interrompível com o dito rotor estilo tambor e localizado na periferia do dito rotor estilo tambor dentro do dito alojamento (30, 42, 43) para gerar eletricidade; um volante (40) coaxial com o dito rotor estilo tambor e localizado dentro do dito alojamento (30, 42, 43) que pode ser conectado de forma interrompível através de meios de embreagem bidirecionais com tanto o dito rotor estilo tambor ou um ou mais da dita pluralidade de geradores (50) ou outra força motriz (150) para armazenar ou usar energia rotacional; uma mesa rotativa acionada por motor (70) na qual a dita base chata do dito alojamento (30, 42, 43) repousa ou é fixada e que permite que a turbina eólica seja direcionada para o vento; um controlador que mede velocidade e direção do vento e controla a dita mesa rotativa acionada por motor, e as ditas conexões interrompíveis entre os ditos rotores estilo tambor e a dita pluralidade de geradores (50) ou outra força motriz (150), e a dita conexão interrompível entre o dito rotor estilo tambor e o dito volante (40) para maximizar a saída elétrica da dita turbina eólica sob diferentes condições de operação.

2. Turbina eólica modular de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender: uma carenagem de saída (47) dentro do dito alojamento e localizada na extremidade de saída do dito alojamento configurada para agir como um difusor recebendo o ar de saída do referido rotor.

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