BR112019002624B1 - Aparelho para uso na geração de eletricidade a partir de um fluxo de água bidirecional e sistema para geração para uso na geração de água a partir de um fluxo de água bidirecional - Google Patents

Abstract

Um aparelho para uso na geração de eletricidade a partir de um fluxo de água bidirecional, tal como o fluxo de maré, é descrito. O aparelho compreende: uma estrutura de base; um tubo de fluxo primário que define uma primeira passagem de fluxo através da estrutura de base; um tubo de fluxo secundário que define uma segunda passagem de fluxo através da estrutura de base. O tubo de fluxo primário compreende: uma seção convergente; uma câmara de mistura, a seção convergente estando conectada a uma primeira extremidade da câmara de mistura para definir um venturi entre as mesmas; e uma seção difusora conectada a uma segunda extremidade da câmara de mistura. O aparelho compreende ainda uma abertura no tubo de fluxo secundário disposta para proporcionar comunicação fluídica entre a segunda passagem de fluxo e a câmara de mistura; uma turbina conectável a um gerador e disposta para ser rodada pelo fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo; e um mecanismo de controle para direcionar o fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo através da abertura para a câmara de mistura, onde a água que flui de uma primeira direção flui para a câmara de (...).

Description

Campo Técnico

[0001] Esta invenção refere-se a sistemas e aparelhos para gerar energia a partir do movimento de um corpo de água. Em particular, a invenção refere-se a um aparelho bidirecional para gerar energia a partir do fluxo de água, tal como o estuário das marés, a lagoa das marés ou o fluxo do rio das marés, coletivamente conhecido aqui como “Fluxo das Marés”.

Antecedentes

[0002] Vários sistemas têm sido propostos para gerar energia a partir de fluxos de água.

[0003] Alguns sistemas exigem diques, barragens, ou outras estruturas artificiais, para bloquear o fluxo de água através de um corpo de água, e criar uma coluna de água atrás da barragem. Uma vez que a coluna de água é de altura suficiente, a água armazenada é liberada para fluir através de turbinas para gerar energia elétrica, assim convertendo a energia potencial armazenada na água em potência útil. Estes são por vezes referidos como dispositivos de “Coluna de Maré” ou “Intervalo de Maré”.

[0004] Outros sistemas têm se concentrado no desenvolvimento de turbinas bidirecionais que podem ser colocadas diretamente no fluxo de água e que podem operar tanto nas vazantes quanto nas enchentes. Estas turbinas podem ser usadas com barragens de maré ou correr em ambientes de fluxo livre. No entanto, pode haver problemas com a eficiência de turbinas projetadas para trabalhar no fluxo vindo de diferentes direções.

[0005] A presente invenção fornece um sistema bidirecional alternativo que pode ser usado para produzir eletricidade a partir de fluxos de maré em ambas as direções.

Divulgação da invenção

[0006] A invenção de forma geral reside em um aparelho bidirecional para uso na geração de eletricidade a partir de fluxos de maré de água.

[0007] Por conseguinte, um primeiro aspecto da invenção compreende um aparelho para gerar eletricidade a partir de um fluxo de maré de água compreendendo: uma estrutura de base; um tubo de fluxo primário que define uma primeira passagem de fluxo através da estrutura de base; um tubo de fluxo secundário definindo uma segunda passagem de fluxo através da estrutura de base; o tubo de fluxo primário compreendendo: uma seção convergente; uma câmara de mistura, a seção convergente estando conectada a uma primeira extremidade da câmara de mistura para definir um venturi entre as mesmas; e uma seção difusora conectada a uma segunda extremidade da câmara de mistura; o aparelho compreendendo ainda: uma abertura no comprimento do tubo de fluxo secundário disposto para proporcionar comunicação fluida entre a segunda passagem de fluxo e a câmara de mistura; uma turbina conectável a um gerador e disposta para ser rodada pelo fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo; e, um mecanismo de controle para direcionar o fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo através da abertura para dentro da câmara de mistura, em que a água que flui a partir de uma primeira direção flui para dentro da câmara de mistura a partir de uma extremidade da estrutura de base e a água que flui a partir de uma segunda direção flui para a câmara de mistura a partir da extremidade oposta da estrutura de base.

[0008] As primeira e segunda passagens de fluxo são configuradas para fluxo bidirecional. O aparelho pode funcionar como um dispositivo bidirecional, capaz de gerar eletricidade a partir de um corpo de água que pode fluir em direções opostas. Isso minimiza o tempo de inatividade quando a eletricidade pode ser gerada a partir de um fluxo de maré de água. A eletricidade pode ser gerada durante ambas as marés vazantes e de enchente.

[0009] Em uso, quando a água está fluindo em uma primeira direção, a água pode fluir para dentro da câmara de mistura a partir de uma primeira extremidade da estrutura de base e ser impedida de fluir para fora da passagem de fluxo secundário na segunda extremidade da estrutura de base. Quando a água está fluindo em uma segunda direção, a água pode fluir para dentro da câmara de mistura a partir da segunda extremidade da estrutura de base e pode ser impedida de fluir para fora do tubo de fluxo secundário na primeira extremidade da estrutura de base.

[0010] Durante a operação, há comunicação fluídica entre uma primeira passagem de fluxo e uma segunda passagem de fluxo. Os tubos de fluxo primário e secundário são configurados de tal modo que, em uso, a água a partir de uma primeira passagem de fluxo e uma segunda passagem de fluxo pode se combinar na câmara de mistura do tubo de fluxo primário, e fluir para fora do tubo de fluxo primário.

[0011] O aparelho preferivelmente compreende uma pluralidade de tubos de fluxo primário e uma pluralidade de tubos de fluxo secundário, em que cada tubo de fluxo primário está localizado adjacente a pelo menos um tubo de fluxo secundário. O número de tubos de fluxo primário e secundário dependerá do tamanho do aparelho e/ou do tamanho do corpo em que o aparelho será usado. Cada tubo de fluxo primário conectado a pelo menos um tubo de fluxo secundário, e cada arranjo de tubo de fluxo primário/tubo de fluxo secundário tendo pelo menos uma turbina. Numa concretização, um tubo de fluxo primário está em comunicação fluídica com dois tubos de fluxo secundários. Alternativamente, cada tubo de fluxo primário pode estar em comunicação fluídica com um tubo de fluxo secundário.

[0012] Os tubos se estendem horizontalmente através da estrutura de base, cada tubo tendo uma primeira abertura numa primeira extremidade da estrutura de base e uma segunda abertura na segunda extremidade da estrutura de base. Quando um fluxo de maré está numa primeira direção, a primeira abertura será a extremidade de entrada e a segunda abertura do tubo de fluxo primário será a extremidade de saída. Quando um fluxo de maré se encontra na segunda direção, a segunda abertura será a extremidade de entrada e a primeira abertura do tubo de fluxo primário será a extremidade de saída.

[0013] A seção convergente se estreita desde a primeira abertura em uma extremidade do tubo até uma primeira extremidade da câmara de mistura. A seção difusora é uma segunda seção convergente e se estreita a partir da segunda abertura na segunda extremidade do tubo para a segunda extremidade da câmara de mistura.

[0014] Tanto a primeira como a segunda seção convergente são configuradas como difusores de tal forma que quando a água flui através dos tubos em uma primeira direção, o segundo convergente atua como seção difusora, e quando a água flui através dos tubos em uma segunda direção, a primeira seção convergente atua como a seção difusora. As seções difusoras diminuem a velocidade da água que sai do tubo.

[0015] Um tubo de fluxo primário e um tubo de fluxo secundário são conectados um ao outro através das respectivas aberturas ao longo de seus comprimentos, de tal modo que o fluido pode fluir a partir do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0016] A câmara de mistura pode ter pelo menos uma abertura ao longo do seu comprimento. A câmara de mistura está em comunicação fluida com um tubo de fluxo secundário através da abertura. Como tal, um tubo de fluxo primário pode ter pelo menos três aberturas. Aberturas de extremidade em cada extremidade do tubo de fluxo primário para receber água do fluxo de maré da água e pelo menos uma abertura ao longo do comprimento da câmara de mistura do tubo de fluxo primário para permitir a comunicação fluida com o tubo de fluxo secundário.

[0017] Em algumas concretizações, cada tubo de fluxo primário pode ter quatro aberturas. A câmara de mistura pode possuir duas aberturas, cada abertura da câmara de mistura permitindo a comunicação fluida com o mesmo tubo de fluxo secundário ou cada abertura da câmara de mistura permitindo a comunicação fluida com um tubo de fluxo secundário diferente.

[0018] Os tubos de fluxo secundário podem ter pelo menos uma abertura ao longo de seu comprimento para permitir que ele esteja em comunicação fluida com a câmara de mistura do tubo de fluxo primário. Como tal, um tubo de fluxo secundário tem pelo menos três aberturas. Aberturas de extremidade em cada extremidade do tubo de fluxo secundário para receber água do fluxo de maré de água e pelo menos uma abertura ao longo do comprimento do tubo de fluxo secundário para permitir a comunicação fluida com o tubo de fluxo primário. A abertura para o tubo de fluxo primário está localizada na seção central do tubo de fluxo secundário. Em algumas concretizações, o tubo de fluxo secundário tem quatro aberturas, o tubo de fluxo secundário pode ter duas aberturas ao longo de seu comprimento, cada abertura ao longo do comprimento do tubo de fluxo secundário permitindo comunicação fluida com o mesmo tubo de fluxo primário ou cada abertura ao longo do comprimento do tubo de fluxo secundário permitindo a comunicação fluida com um tubo de fluxo primário diferente.

[0019] O mecanismo de controle é um mecanismo de controle de fluido e controla a direção do fluxo através da segunda passagem de fluxo. O mecanismo de controle de fluido pode bloquear o fluxo de água através de todo o comprimento da segunda passagem de fluxo. O mecanismo de controle de fluido pode controlar a direção da água de modo que toda a água que entra nos tubos de fluxo primário e secundário seja descarregada através do tubo de fluxo primário.

[0020] O aparelho pode compreender mecanismos de controle de fluxo passivos e/ou ativos para controlar a direção do fluxo de água através do dispositivo.

[0021] Por mecanismo passivo, entende-se que o tubo de fluxo secundário é dimensionado e moldado para impedir que a água seja extraída da extremidade a jusante do tubo de fluxo secundário. Por exemplo, o diâmetro e/ou a área da seção transversal do tubo de fluxo secundário podem ser selecionados para fornecer uma velocidade de água que assegure que não exista gradiente de pressão estática ao longo do tubo de fluxo secundário. Isto pode ajudar a impedir que o fluxo de água seja extraído da extremidade a jusante do tubo de fluxo secundário para a câmara de mistura.

[0022] Um mecanismo de controle de fluxo físico pode ser um mecanismo de controle de fluxo móvel que direciona o fluxo de água da segunda passagem de fluxo através da abertura para a câmara de mistura, o mecanismo de controle pode ser móvel entre uma primeira posição na qual permite que a água flua para a câmara de mistura a partir da primeira extremidade da estrutura de base, e uma segunda posição na qual a água flui para a câmara de mistura a partir da segunda extremidade da estrutura de base.

[0023] Numa primeira posição, o mecanismo de controle de fluido direciona o fluxo de água a partir de uma extremidade da segunda passagem de fluxo para a câmara de mistura. Na primeira posição, o mecanismo de controle de fluido pode bloquear a entrada de água na extremidade oposta da segunda passagem de fluxo. Numa segunda posição, o mecanismo de controle de fluido direciona o fluxo de água a partir da extremidade oposta da segunda passagem de fluxo na câmara de mistura. Na segunda posição, o mecanismo de controle de fluido pode bloquear a entrada de água na primeira extremidade da segunda passagem de fluxo.

[0024] Numa concretização, um mecanismo de controle de fluxo pode ser um defletor móvel ou um cilindro tendo uma passagem de fluxo através dele tendo uma abertura em um lado na extremidade inferior do cilindro e uma abertura na extremidade superior no lado oposto do cilindro.

[0025] Os tubos de fluxo secundário podem estar localizados ao lado ou acima dos tubos de fluxo primários. De preferência, a turbina está localizada no tubo de fluxo secundário. Cada tubo de fluxo secundário pode compreender duas turbinas. As duas turbinas podem estar localizadas em extremidades opostas dos tubos. Numa outra concretização, cada disposição de tubo de fluxo primário e tubo de fluxo secundário compreende uma turbina localizada na segunda passagem de fluxo. De preferência, a turbina está localizada em um coletor que liga um dos tubos de fluxo primário a um dos tubos de fluxo secundário.

[0026] Numa concretização, os tubos de fluxo secundário estão localizados nos lados dos tubos de fluxo primários para formar um arranjo horizontal de tubos de fluxo primário e secundário, e em que cada tubo de fluxo secundário compreende duas turbinas, uma primeira turbina localizada numa primeira extremidade do tubo de fluxo secundário e uma segunda turbina localizada numa segunda extremidade do tubo de fluxo secundário. As turbinas podem girar em torno de um eixo substancialmente horizontal.

[0027] O tubo de fluxo secundário compreende uma seção central localizada entre as primeira e segunda extremidades do tubo de fluxo secundário, em que na seção central o tubo de fluxo secundário se divide em um primeiro canal de fluxo e um segundo canal de fluxo e em que os primeiro e segundo canais de fluxo estão em comunicação fluídica com a câmara de mistura de um tubo de fluxo primário.

[0028] Numa concretização, o primeiro canal de fluxo e o segundo canal de fluxo de cada tubo de fluxo secundário estão em comunicação fluida com o mesmo tubo de fluxo primário.

[0029] O aparelho pode compreender uma primeira câmara de plenum conectando o topo da câmara de mistura ao primeiro canal de fluxo de um tubo de fluxo secundário e uma segunda câmara de plenum conectando o fundo da câmara de mistura de cada tubo de fluxo primário ao segundo canal de fluxo do tubo de fluxo secundário. A água entra na primeira câmara de plenum a partir do primeiro canal de fluxo e depois é descarregada na câmara de mistura do tubo de fluxo primário. A água entra na segunda câmara de plenum a partir do segundo canal de fluxo e depois é descarregada na câmara de mistura do mesmo tubo de fluxo primário.

[0030] Um mecanismo de controle de fluxo controla o fluxo através do tubo de fluxo secundário. O aparelho pode compreender um mecanismo de controle de fluxo passivo para direcionar a água através do aparelho. O mecanismo de controle de fluxo pode ser estruturalmente organizado de tal forma que não haja gradiente de pressão entre cada extremidade do tubo de fluxo secundário. O diâmetro e/ou área da seção transversal do tubo de fluxo secundário podem ser configurados de tal forma que não haja gradiente de pressão estática ao longo do comprimento do tubo de fluxo secundário e o plenum seja configurado para ter uma pressão baixa em relação à extremidade a jusante do tubo.

[0031] Numa concretização, um mecanismo de controle de fluxo pode estar localizado no tubo de fluxo secundário e permitir o fluxo de fluido numa primeira direção, isto é, no tubo de fluxo primário, e impede o fluido de fluxo em uma segunda direção, isto é, continuando através do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle pode ser um defletor móvel. O defletor de controle de fluxo pode compreender um canal para direcionar a água da passagem de fluxo secundário para a passagem de fluxo primário.

[0032] A câmara de mistura pode compreender defletores de controle de fluxo horizontais móveis posicionados para direcionar o fluxo de água a partir das câmaras de pressão para a câmara de mistura.

[0033] Numa concretização, o primeiro canal de fluxo e o segundo canal de fluxo de cada tubo de fluxo secundário estão em comunicação fluida com diferentes tubos de fluxo primário. O primeiro canal de fluxo direciona a água para um primeiro tubo de fluxo primário. O segundo canal de fluxo direciona a água para um segundo tubo de fluxo primário.

[0034] O primeiro canal de fluxo de um tubo de fluxo secundário é configurado para descarregar água na câmara de mistura a partir de um primeiro tubo de fluxo primário e o segundo canal de fluxo do tubo de fluxo secundário é configurado para descarregar água em um segundo tubo de fluxo primário. Os primeiro e o segundo tubos de fluxo primário podem estar localizados em lados opostos do tubo de fluxo secundário.

[0035] Um mecanismo de controle de fluxo controla o fluxo através do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo pode estar localizado no tubo de fluxo secundário e permite o fluxo de fluido em uma primeira direção, isto é, no tubo de fluxo primário, e impede o fluxo de fluido em uma segunda direção, isto é, continuando através do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle pode ser um defletor móvel. O defletor de controle de fluxo pode compreender um canal para direcionar a água a partir da passagem de fluxo secundário para a passagem de fluxo primário.

[0036] Numa concretização, cada tubo de fluxo secundário está localizado abaixo de um tubo de fluxo primário. Um arranjo horizontal de tubos de fluxo primário é formado acima de um arranjo horizontal de tubos de fluxo secundário. Cada tubo de fluxo primário conectado a um tubo de fluxo secundário. Cada disposição do tubo de fluxo primário/tubo de fluxo secundário compreende uma turbina localizada no fluxo secundário.

[0037] O aparelho adicionalmente compreende um coletor que conecta o tubo de fluxo secundário ao tubo de fluxo primário localizado acima, em que a turbina está localizada no coletor. A turbina pode girar em torno de um eixo substancialmente vertical.

[0038] Ao localizar a turbina no coletor, eletricidade pode ser gerada a partir do fluxo bidirecional, como um fluxo de maré, usando uma turbina no caminho de fluxo secundário.

[0039] O tubo de fluxo primário compreende uma câmara de plenum móvel na câmara de mistura, e em que o fluxo a partir do tubo de fluxo secundário é puxado para a câmara de plenum através do coletor.

[0040] A câmara de plenum móvel está localizada de tal modo que o fluxo de água através do tubo de fluxo primário pode fluir em torno dos lados do plenum e ter uma abertura na direção do fluxo, através da qual a água do tubo de fluxo secundário é descarregada para misturar com o fluxo através do tubo de fluxo primário.

[0041] A câmara de plenum móvel é móvel entre uma primeira posição, de tal modo que a abertura da câmara de plenum está numa primeira direção do fluxo, e uma segunda posição de tal modo que a abertura da câmara de plenum está numa segunda direção do fluxo.

[0042] A câmara de plenum móvel está conectada ao mecanismo de controle de fluxo de tal modo que o movimento do mecanismo de controle de fluxo entre a sua primeira e segunda posição move a câmara de plenum entre a sua primeira posição e segunda posição.

[0043] O mecanismo de controle pode ser um defletor móvel. O defletor de controle de fluxo pode compreender um canal para direcionar a água a partir da passagem de fluxo secundário para a passagem de fluxo primário.

[0044] Em outra concretização, o mecanismo de controle de fluxo pode estar na forma de um tambor substancialmente cilíndrico que tem uma abertura em um lado na sua extremidade inferior e uma abertura no seu outro lado na sua extremidade superior. A abertura de saída na superfície cilíndrica da extremidade superior pode liberar água para dentro do tubo de fluxo primário e a abertura de entrada na superfície cilíndrica da extremidade inferior recebe a água a partir do tubo de fluxo secundário.

[0045] Um aspecto adicional da invenção é um sistema para gerar água a partir de um fluxo de água bidirecional compreendendo um aparelho como descrito acima e pelo menos uma barreira localizada no topo da estrutura de base. As barreiras se estendem através da estrutura de base ortogonal ao eixo central dos tubos de fluxo primário e secundário.

[0046] De preferência, a pelo menos uma barreira é uma barreira móvel localizada no topo da estrutura de base, e em que a barreira móvel é móvel entre uma primeira posição levantada e uma segunda posição rebaixada.

[0047] De preferência, o sistema compreende duas barreiras móveis, em que a primeira barreira móvel está localizada na primeira extremidade da estrutura de base e a segunda barreira móvel está localizada na extremidade oposta da estrutura de base.

[0048] Na descrição a seguir, os termos “a montante” e “a jusante” são usados para definir localizações relativas de características do aparelho. As direções a montante e a jusante são definidas em relação à direção que a água flui através do aparelho em uso. A extremidade a montante pode ser considerada a região de entrada e a extremidade a jusante pode ser considerada a região de saída.

Breve descrição dos desenhos

[0049] A invenção será agora descrita a título de exemplo com referência aos desenhos anexos:

[0050] As Figuras 1 a 3 mostram a vistas esquemáticas em corte da invenção;

[0051] A Figura 4 mostra uma vista em corte da invenção;

[0052] A Figura 5 mostra uma vista de cima em corte da invenção;

[0053] As Figuras 6 e 7 mostram vistas frontais da invenção;

[0054] A Figura 8 mostra um exemplo de um mecanismo de controle de fluxo para utilização com a invenção;

[0055] A Figura 9 mostra uma vista em corte de parte da invenção;

[0056] A Figura 10 mostra uma vista esquemática cortada da invenção;

[0057] As Figuras 11 e 12 mostram vistas em corte da invenção;

[0058] A Figura 13 mostra uma vista esquemática da invenção;

[0059] As Figuras 14-17 mostram vistas em corte da invenção;

[0060] invenção; A Figura 18 mostra uma vista de topo esquemática da

[0061] A Figura 19 mostra uma vista em corte da invenção;

[0062] A Figura 20 mostra uma vista esquemática da invenção;

[0063] A Figura 21 mostra uma vista em corte da invenção;

[0064] A Figura 22 mostra uma vista frontal da invenção;

[0065] invenção; A Figura 23 mostra uma vista lateral em corte da

[0066] A Figura 24 mostra uma vista superior em corte da invenção;

[0067] As Figuras 25a-f mostram desenhos esquemáticos do uso de uma concretização da invenção em um corpo de água com um fluxo de maré; e

[0068] As Figuras 26a-f mostram desenhos esquemáticos da utilização de uma concretização da invenção em um corpo de água com um fluxo de maré.

Descrição detalhada da invenção

[0069] Com referência à Figura 1, um sistema bidirecional 10 de acordo com a invenção para converter um fluxo de água de maré em eletricidade compreende uma estrutura de base 12 para posicionar através da largura de um corpo de água. As barreiras móveis 14 estão localizadas no topo da estrutura de base 12 para definir um lado a montante e um lado a jusante. Em uso, as barreiras móveis fornecem uma diferença de pressão entre os lados a montante e a jusante da barreira.

[0070] A estrutura de base 12 compreende um arranjo de tubos 20, 22 que fornecem as passagens de fluxo para a água através da estrutura de base e são configurados para o fluxo de água bidirecional, e turbinas 24 para gerar potência à medida que a água flui através do aparelho. Cada tubo de fluxo secundário está conectado a pelo menos um tubo de fluxo primário de modo que a água possa fluir do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário. O sistema cria um estoque de energia potencial hidráulica, que é convertida em energia elétrica conforme flui pelo aparelho.

[0071] Com referência às Figuras 01-12 numa primeira concretização da invenção, o aparelho 10 compreende uma estrutura de base 12 que tem um arranjo de tubos de fluxo primário 20 e um arranjo de tubos de fluxo secundário 22. Cada tubo de fluxo primário está localizado entre dois tubos de fluxo secundário. Os tubos de fluxo primários fornecem uma passagem de fluxo a partir do lado a montante da barreira para o lado a jusante da barreira 14. O tubo de fluxo secundário alimenta um fluxo de água no tubo de fluxo primário. Como mostrado nas Figuras 1-12, cada tubo de fluxo primário 20 está conectado a dois tubos de fluxo secundários, de tal modo que a água pode fluir a partir dos tubos de fluxo secundários para o tubo de fluxo primário.

[0072] Ambos os tubos de fluxo primário e secundário recebem água do corpo de água. A água que sai do tubo de fluxo primário é um fluxo misto de água que entrou no aparelho através de ambos os tubos de fluxo primário e tubos de fluxo secundário.

[0073] Com referência às Figuras 3 e 11, cada tubo de fluxo primário 20 compreende uma primeira seção convergente 26 que se estreita a partir da sua abertura 28 em uma primeira extremidade da estrutura de base no sentido de uma câmara de mistura 30 que define uma seção de venturi. Uma segunda seção convergente 32 se estreita a partir da sua abertura 34 na segunda extremidade da estrutura de base em direção à segunda extremidade da câmara de mistura 30. A câmara de mistura compreende aberturas 36 para receber água dos tubos de fluxo secundários adjacentes.

[0074] Ambas as primeira e segunda seções convergentes são configuradas como difusores. Quando a água está fluindo a partir do tubo de fluxo primário numa primeira direção 38 a água entra no tubo de fluxo primário através da abertura 28 na primeira seção convergente 26, e a segunda seção convergente 32 é a seção difusora.

[0075] Quando a água está fluindo através do tubo de fluxo primário em uma segunda direção 40, a água do corpo de água entra no tubo de fluxo primário através da abertura 34 na segunda seção convergente e a primeira seção convergente é a seção difusora.

[0076] Como mostrado nas Figuras 1, 2 e 6, as seções convergentes e difusoras têm uma seção transversal substancialmente retangular. As paredes laterais do difusor e as seções convergentes do tubo de fluxo primário são substancialmente verticais, com as seções convergentes 26, 32 se expandindo no plano vertical em direção às aberturas 28, 34 do tubo. Como mostrado nas Figuras 3 e 7, as seções convergentes 26, 32 podem ter seções transversais substancialmente circulares, que divergem na direção da abertura do tubo.

[0077] Com referência às Figuras 5 e 10, os tubos de fluxo secundário 22 estão localizados substancialmente paralelos aos tubos de fluxo primário 20. Cada tubo de fluxo secundário é composto por duas turbinas 24 localizadas nas extremidades opostas do tubo. Uma primeira turbina está localizada na seção a montante 42 do tubo de fluxo secundário. Uma segunda turbina está localizada na seção a jusante 44 do tubo de fluxo secundário. As pás da turbina giram em torno do eixo substancialmente horizontal da turbina. As turbinas estão conectadas a um gerador (não mostrado). As turbinas podem ser conectadas aos mesmos ou diferentes geradores. A rotação das turbinas aciona o gerador, assim produzindo potência útil.

[0078] Uma seção central 46 está localizada entre as duas turbinas contendo as seções a montante e a jusante 42, 44. O tubo de fluxo secundário é conectado ao tubo de fluxo primário de modo a estar em comunicação fluida com os tubos de fluxo primário adjacentes através da seção central.

[0079] O tubo de fluxo secundário é fornecido com uma única passagem de fluxo nas seções a montante 42 e a jusante 44 e duas passagens de fluxo na seção central.

[0080] Na seção central, o tubo de fluxo secundário é dividido em um primeiro canal de fluxo 48 e um segundo canal de fluxo 50. O primeiro canal de fluxo e um segundo canal de fluxo compreendem, cada um, uma abertura 52 que permite que o tubo de fluxo secundário esteja em comunicação fluida com o tubo de fluxo primário adjacente.

[0081] Com referência às Figuras 5, 9 e 10 o primeiro canal de fluxo está em comunicação fluida com um primeiro tubo de fluxo primário localizado em um primeiro lado do tubo de fluxo secundário e o segundo canal de fluxo está em comunicação fluida com um segundo tubo de fluxo primário localizado em um segundo lado do tubo de fluxo secundário de modo que o tubo de fluxo secundário esteja em comunicação fluida com dois tubos de fluxo primários, localizados em lados opostos do tubo de fluxo secundário. No entanto, o tubo de fluxo secundário localizado na borda da estrutura de base só irá alimentar a água em um tubo de fluxo primário.

[0082] O primeiro canal de fluxo é direcionado para longe do eixo central do tubo de fluxo secundário em direção a uma abertura do tubo de fluxo primário. O segundo canal de fluxo é direcionado para longe do eixo central do tubo de fluxo secundário em direção a uma abertura do tubo de fluxo primário, e em uma direção oposta ao primeiro canal de fluxo. As aberturas nos primeiro e segundo canais de fluxo fornecem comunicação fluida com os tubos de fluxo primários adjacentes.

[0083] A seção a montante 54 do primeiro canal de fluxo desvia a água a partir da seção a montante do tubo de fluxo secundário a um ângulo para fora a partir do eixo central do tubo de fluxo secundário. A seção a jusante 56 do primeiro canal de fluxo desvia a água da seção a jusante do tubo de fluxo secundário a um ângulo para fora do eixo central do tubo de fluxo secundário. As seções a montante 54 e a jusante 56 do primeiro canal de fluxo 48 unem-se numa abertura 52.

[0084] A seção a montante 58 do segundo canal de fluxo desvia a água da seção a montante do tubo de fluxo secundário num ângulo afastado do eixo central do tubo de fluxo secundário e numa direção oposta à seção a montante do primeiro canal de fluxo. A seção a jusante 60 do segundo canal de fluxo desvia a água da seção a jusante do tubo de fluxo secundário a um ângulo distante do eixo central do tubo de fluxo secundário e numa direção oposta à seção a montante do primeiro canal de fluxo. As seções a montante 58 e a jusante 60 do segundo canal de fluxo 50 se unem na abertura 52.

[0085] Um mecanismo de controle de fluxo 62 está localizado nas aberturas 52 dos primeiro e segundo canais de fluxo 48, 50. O mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo a partir de um lado do aparelho para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário adjacente e evita que a água flua para a outra seção do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo pode se mover entre duas posições, dependendo da direção do fluxo através do aparelho.

[0086] Em uma primeira posição, como mostrado nas Figuras 5 e 9, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo da primeira seção (a montante) 42 do aparelho para a câmara de mistura 30 do tubo de fluxo primário adjacente 20 e efetivamente impedindo que a água flua para a segunda seção (a jusante) 44 do tubo de fluxo secundário. Quando a água está fluindo na direção oposta, o mecanismo de controle de fluxo pode ser movido para uma segunda posição (não mostrada). Numa segunda posição, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo da segunda seção do aparelho para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário adjacente e bloqueia eficazmente a entrada de água na primeira seção do tubo de fluxo secundário.

[0087] O mecanismo de controle de fluxo pode estar na forma de um defletor. O defletor pode girar dependendo da direção da água que flui através do aparelho.

[0088] Com referência à Figura 8, o defletor de controle de fluxo pode ter uma forma de cilindro substancialmente circular compreendendo um canal 72 que em utilização pode direcionar o fluxo de água do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0089] Na primeira posição, a primeira extremidade do canal defletor 72 se alinha com a seção a montante (primeira) 54, 58 dos canais de fluxo 48, 50, e a segunda extremidade do canal defletor 72 é dirigida para a abertura da câmara de mistura, de tal modo que a água pode fluir a partir da primeira seção 42 do tubo de fluxo secundário para o canal defletor e depois para a câmara de mistura. A água é impedida de fluir para as seções a jusante (segundo) 56, 60 dos canais de fluxo 48, 50 e para a segunda seção 44 do tubo de fluxo secundário.

[0090] Na segunda posição (não mostrada), quando a água se estiver fluindo na direção oposta, a segunda extremidade do canal defletor se alinha com a extremidade a jusante (segunda) 56, 60 dos canais de fluxo, e a primeira extremidade do canal defletor é direcionada para a abertura da câmara de mistura, de tal modo que a água pode fluir a partir da segunda seção 44 do tubo de fluxo secundário para o canal defletor e depois para a câmara de mistura. A água é impedida de fluir para as seções a montante (primeiras) 54, 58 dos canais de fluxo 48, 50 e para a primeira seção 42 do tubo de fluxo secundário.

[0091] As turbinas localizadas no tubo de fluxo secundário, podem ser qualquer turbina adequada usada na geração da eletricidade a partir do fluxo de água. Por exemplo, turbinas que podem ser utilizados incluem turbinas do tipo hélice e do tipo Kaplan.

[0092] Uma outra concretização da invenção é mostrada nas Figuras 13-18. Esta concretização da invenção compreende uma estrutura de base 12 que tem um arranjo de tubos de fluxo primário 20 e um arranjo de tubos de fluxo secundário 22. Cada tubo de fluxo primário 20 está localizado entre um tubo de fluxo secundário 22 e outro tubo de fluxo primário 20. Os tubos de fluxo primários fornecem uma passagem de fluxo de uma localização a montante para uma localização a jusante da barreira. O tubo de fluxo secundário alimenta o fluxo no tubo de fluxo primário. Uma barreira (não mostrada) está localizada ao longo da largura da estrutura de base 12. Cada tubo de fluxo primário 20 está ligado a um tubo de fluxo secundário, de tal modo que a água pode fluir do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0093] Ambos os tubos de fluxo primário e secundário recebem água do corpo de água. A água que sai dos tubos de fluxo primário é um fluxo misto de água que entrou no aparelho através dos tubos de fluxo primário e dos tubos de fluxo secundário.

[0094] Com referência à Figura 15, cada tubo de fluxo primário compreende uma primeira seção convergente 26 que se estreita a partir da sua abertura 28 numa primeira extremidade da estrutura de base em direção a uma câmara de mistura 30 que define uma seção de venturi. Uma segunda seção convergente 32 estreita-se a partir da sua abertura 34 na segunda extremidade da estrutura de base em direção à segunda extremidade da câmara de mistura.

[0095] A câmara de mistura compreende aberturas 36 para receber água do fluxo secundário adjacente. As câmaras de plenum 64 estendem-se para um lado e para o outro da câmara de mistura 30 na estrutura de base. A câmara de mistura recebe o fluxo secundário a partir do tubo de fluxo secundário através das câmaras de plenum.

[0096] Ambas as primeira e segunda seções convergente são configuradas como difusores. Quando a água está fluindo a partir do tubo de fluxo primário numa primeira direção 38, a água entra no tubo de fluxo primário através da primeira seção convergente 26 e a segunda seção convergente 32 é a seção difusora.

[0097] Quando a água está fluindo através do tubo de fluxo primário numa segunda direção 40, a água entra no tubo de fluxo primário através da segunda seção convergente 32 e a primeira seção convergente 26 é a seção difusora.

[0098] As seções convergentes têm uma forma transversal substancialmente retangular. As paredes laterais do difusor e as seções convergentes do tubo de fluxo primário são substancialmente verticais, com as seções convergentes se expandindo no plano vertical.

[0099] Os tubos de fluxo secundário estão localizados substancialmente paralelos aos tubos de fluxo primários. Cada tubo de fluxo secundário compreende duas turbinas localizadas nas extremidades opostas do tubo. Uma primeira turbina está localizada na seção a montante 42 do tubo de fluxo secundário. Uma segunda turbina está localizada na seção a jusante 44 do tubo de fluxo secundário. As pás da turbina giram em torno do eixo substancialmente horizontal da turbina. As turbinas estão ligadas a um gerador (não mostrado). As turbinas podem ser ligadas aos mesmos ou geradores diferentes. A rotação das turbinas aciona o gerador produzindo potência útil.

[0100] Com referência às Figuras 16 e 17, uma seção central 46 do tubo de fluxo secundário está localizada entre as duas turbinas contendo as seções a montante e a jusante 42, 44. O tubo de fluxo secundário está em comunicação fluida com um tubo de fluxo primário adjacente através da seção central.

[0101] Numa seção central, o tubo de fluxo secundário é dividido num primeiro canal de fluxo 48 e num segundo canal de fluxo 50. O primeiro canal de fluxo e o segundo canal de fluxo compreendem, cada um, uma abertura que permite que o tubo de fluxo secundário esteja em comunicação fluida com o tubo de fluxo primário adjacente através das câmaras de plenum 64.

[0102] O primeiro canal de fluxo e o segundo canal de fluxo estão em comunicação fluida com o mesmo tubo de fluxo primário. O primeiro canal de fluxo está em comunicação fluida com o tubo de fluxo primário através da primeira câmara de plenum. O segundo canal de fluxo está em comunicação fluida com o tubo de fluxo primário através da segunda câmara de plenum.

[0103] O primeiro canal de fluxo é direcionado verticalmente para cima e através do eixo central do tubo de fluxo secundário em direção à primeira câmara de plenum. O segundo canal de fluxo é dirigido verticalmente para baixo e através do eixo central do tubo de fluxo secundário em direção à segunda câmara de plenum e em uma direção oposta ao primeiro canal de fluxo. As aberturas 52 nos primeiro e segundo canais de fluxo proporcionam comunicação fluida com os tubos de fluxo primários adjacentes através das primeira e segunda câmaras de plenum 64.

[0104] A seção a montante 54 do primeiro canal de fluxo desvia a água da seção a montante do tubo de fluxo secundário numa direção afastada do eixo central do tubo de fluxo secundário. A seção a jusante 56 do primeiro canal de fluxo desvia a água da seção a jusante do tubo de fluxo secundário numa direção afastada do eixo central do tubo de fluxo secundário. As seções a montante e a jusante do primeiro canal de fluxo unem-se na abertura com a câmara de plenum 64.

[0105] A seção a montante 58 do segundo canal de fluxo desvia a água da seção a montante do tubo de fluxo secundário para longe do eixo central do tubo de fluxo secundário e numa direção oposta à seção a montante do primeiro canal de fluxo. A seção a jusante 60 do segundo canal de fluxo desvia a água da seção a jusante do tubo de fluxo secundário para longe do eixo central do tubo de fluxo secundário e numa direção oposta à seção a montante do primeiro canal de fluxo. As seções a montante e a jusante do segundo canal de fluxo unem-se na abertura 52 com a câmara de plenum 64.

[0106] O mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo de água a partir dos primeiro e segundo canais de fluxo para a câmara de plenum e impede o fluxo de água para o lado a jusante dos primeiros e segundo canais de fluxo, de tal modo que toda a água no tubo de fluxo secundário é descarregada no tubo de fluxo primário.

[0107] O mecanismo de controle de fluxo permite que a água do tubo de fluxo secundário passe para a câmara de plenum 64. A água é em seguida descarregada por toda a largura da abertura da câmara de plenum para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário. A água é descarregada a partir da câmara de plenum superior 64 para o topo da câmara de mistura e da câmara de plenum inferior 64 para o fundo da câmara de mistura. O fluxo secundário mistura-se a partir das bordas externas do fluxo primário na câmara de mistura antes que o fluxo seja descarregado na seção difusora e para fora do tubo.

[0108] O mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo para a câmara de mistura. A baixa pressão no plenum evita que o fluxo seja desviado para o lado a jusante do tubo de fluxo secundário. O fluxo é impedido de ser puxado da entrada do tubo de fluxo secundário a jusante e recircular através do dispositivo, seja passivamente, ou por controle de fluxo separado na entrada do tubo de fluxo secundário na extremidade de entrada a jusante do tubo. O controle passivo é alcançado geometricamente. O diâmetro do tubo de fluxo secundário pode ser concebido para fornecer uma determinada velocidade da água que vai assegurar que não exista nenhuma diferença de pressão estática ao longo do tubo de fluxo secundário e, portanto, nenhum fluxo é puxado através do nível de água a jusante. A geometria é tal que o fluxo é acelerado através da seção a montante 42 do tubo de fluxo secundário, até uma velocidade específica que reduz a pressão estática nos canais de fluxo a montante 54 e 58 em relação à pressão no nível de água a jusante.

[0109] Numa outra concretização, um mecanismo de controle de fluxo está localizado nas aberturas dos primeiro e segundo canais de fluxo do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo de um lado do aparelho para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário adjacente e impede que a água flua para a outra seção do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo pode se mover entre duas posições, dependendo da direção do fluxo.

[0110] Numa primeira posição, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo a partir da primeira seção (a montante) 42 do aparelho para a câmara de pressão 64 e a câmara de mistura 30 do tubo de fluxo primário adjacente 20 e impede que a água flua para a segunda seção (a jusante) 44 do tubo de fluxo secundário. Quando a água está fluindo na direção oposta, o mecanismo de controle de fluxo pode ser colocado em uma segunda posição. Na segunda posição 44, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo a partir da segunda seção do aparelho na câmara de pressão 64 e a câmara de mistura 30 do tubo de fluxo primário adjacente e bloqueia a água de fluir para a primeira seção 42 do tubo de fluxo secundário 20.

[0111] Um defletor de controle de fluxo pode ser usado no tubo de fluxo secundário para direcionar o fluxo para a câmara de fabricação. Um mecanismo de controle de fluxo está localizado nas aberturas dos primeiro e segundo canais de fluxo. O mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo de um lado (a montante) do aparelho para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário adjacente e impede que a água flua para a outra seção (a jusante) do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo pode se mover entre duas posições, dependendo da direção do fluxo.

[0112] Fazendo referência à Figura 15 defletores de controle de fluxo horizontais 66 estão posicionados através da abertura das câmaras de plenum 64 para direcionar a água para dentro da câmara de mistura 30. Os defletores de controle de fluxo horizontais podem girar em torno de um eixo central para controlar a direção em que a água é descarregada na câmara de mistura. Os defletores de controle de fluxo horizontais podem ser movidos entre duas posições de modo que a descarga da água da câmara de plenum para dentro da câmara de mistura esteja na direção do fluxo de água através do aparelho.

[0113] A título de exemplo, quando a água está fluindo para dentro do aparelho numa primeira direção 38, os defletores horizontais de controle de fluxo podem ser movidos para uma primeira posição, de tal modo que o fluxo de água da câmara de plenum seja descarregado para a câmara de mistura na primeira direção para misturar com o fluxo primário que flui através do aparelho na mesma direção. Quando a água está fluindo para o aparelho em uma segunda direção, os defletores de controle de fluxo horizontais podem ser colocados em uma segunda posição, de modo que o fluxo de água é descarregado da câmara de plenum para a câmara de mistura na segunda direção para se misturar com o fluxo primário que flui através do aparelho na mesma direção.

[0114] O defletor direciona o fluxo dos tubos de fluxo secundário ao longo das faces superior e inferior da câmara de mistura com o fluxo primário principal ocupando a área central da câmara de mistura.

[0115] Os defletores são separados do controle de fluxo na entrada dos tubos de fluxo secundário, e são para direcionar o fluxo na câmara de mistura. Quando os defletores são posicionados em uma terceira posição, eles podem impedir o fluxo da câmara de plenum para o tubo de fluxo primário. Por exemplo, quando os defletores são posicionados substancialmente na horizontal, eles podem parar todo o fluxo do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0116] Uma outra concretização da invenção é mostrada nas Figuras 19-24. Nesta concretização da invenção, o aparelho compreende uma estrutura de base 12 que tem um arranjo de tubos de fluxo primário 20 e um arranjo de tubos de fluxo secundário 22. O arranjo horizontal de tubos de fluxo primário situa-se abaixo do arranjo horizontal de tubos de fluxo secundário. Os tubos de fluxo primários fornecem uma passagem de fluxo a partir de uma localização a montante para uma localização a jusante da barreira. Cada tubo de fluxo primário está ligado a um tubo de fluxo secundário. O tubo de fluxo secundário alimenta o fluxo de água no tubo de fluxo primário localizado acima dele. Uma barreira se estende através da largura da estrutura de base. Como mostrado nas Figuras 19-24, cada tubo de fluxo primário 20 está ligado a um tubo de fluxo secundário, de tal modo que a água pode fluir do tubo de fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0117] Ambos os tubos de fluxo primário e secundário recebem água do corpo de água. A água que sai dos tubos de fluxo primário é um fluxo misto de água que entrou no aparelho através dos tubos de fluxo primário e dos tubos de fluxo secundário. Um tubo de fluxo primário compreende uma primeira seção convergente 26 que se estreita a partir da sua primeira abertura 28 numa primeira extremidade da estrutura de base no sentido de uma câmara de mistura 30 que define uma seção de venturi. Uma segunda seção convergente 32 estreita-se a partir de uma segunda abertura 34 na segunda extremidade da estrutura de base para a segunda extremidade da câmara de mistura 30. A câmara de mistura compreende uma abertura para receber água do tubo de fluxo secundário adjacente.

[0118] Ambas as primeira e segunda seções convergentes são configuradas como difusores. Quando a água está fluindo através do tubo de fluxo primário 20 em uma primeira direção 38, a água entra no tubo de fluxo primário através da primeira seção convergente 26 e a segunda seção convergente 32 é a seção difusora.

[0119] Quando a água está fluindo através do tubo de fluxo primário numa segunda direção 40, a água entra no tubo de fluxo primário através da segunda seção convergente 32 e a primeira seção convergente 26 é a seção difusora.

[0120] As seções convergentes 26, 32 têm uma forma transversal substancialmente retangular. As paredes laterais das seções convergentes do tubo de fluxo primário são substancialmente verticais, com as seções convergentes se expandindo no plano vertical a partir da câmara de mistura.

[0121] O tubo de fluxo secundário está em comunicação fluida com o tubo de fluxo primário através de sua seção central. Os tubos de fluxo secundários 22 estão localizados substancialmente paralelos aos tubos de fluxo primários 20 e o coletor 68 liga o tubo de fluxo secundário 22 ao tubo de fluxo primário 20 localizado acima. O coletor 68 permite que o tubo de fluxo secundário esteja em comunicação fluida com o seu tubo de fluxo primário acima. O coletor se estende desde uma seção central do tubo de fluxo secundário até o tubo de fluxo primário.

[0122] Uma turbina está localizada no coletor e conectada a um gerador (não mostrado). As pás da turbina são rotativas em torno de um eixo substancialmente vertical. A turbina pode ser, por exemplo, uma hélice ou uma turbina Kaplan.

[0123] O tubo de fluxo secundário compreende um mecanismo de controle de fluxo que pode ser movido entre uma primeira e uma segunda posição para direcionar água para o coletor e através da turbina para a câmara de mistura e impedir que a água flua por todo o caminho através do tubo de fluxo secundário e saia pela seção a jusante do tubo de fluxo secundário. O mecanismo de controle de fluxo pode estar na forma de um tambor aberto na extremidade com um lado aberto e um lado fechado. O lado aberto recebe água do tubo de fluxo secundário no tambor. O lado fechado bloqueia eficazmente o fluxo de água através do comprimento do tubo de fluxo secundário e direciona a água através da extremidade aberta do tambor para a câmara de mistura do tubo de fluxo primário. O tambor pode se estender através do coletor para a abertura da câmara de mistura, fornecendo uma passagem de fluxo do fluxo secundário para o tubo de fluxo primário.

[0124] O mecanismo de controle de fluxo pode se mover entre duas posições, dependendo da direção do fluxo. Numa primeira posição, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo a partir da primeira seção (a montante) do aparelho para o coletor e eficazmente bloqueia a água de fluir para dentro da segunda seção (a jusante) do tubo de fluxo secundário. Quando a água está fluindo na direção oposta, o mecanismo de controle de fluxo pode ser movido para uma segunda posição. Na segunda posição, o mecanismo de controle de fluxo direciona o fluxo da segunda seção do aparelho para o coletor e efetivamente bloqueia a entrada de água na primeira seção do tubo de fluxo secundário. Nesta segunda posição, a segunda seção será agora a seção a montante, e a primeira seção será a seção a jusante.

[0125] Uma cobertura móvel forma uma câmara de plenum 70 na câmara de mistura em torno da abertura das câmaras de mistura com o coletor que compreende a turbina. O fluxo de água do tubo de fluxo secundário é puxado para dentro da câmara de plenum, depois de fluir através da turbina no coletor. O eixo da turbina estende-se através da câmara de plenum para um gerador (não mostrado).

[0126] A câmara de plenum móvel está localizada centralmente na câmara de mistura, de tal modo que o fluxo de água através do tubo de fluxo primário pode fluir em torno dos lados da câmara de plenum. A câmara de plenum tem uma abertura na forma de fenda, através da qual a água recebida do tubo de fluxo secundário é descarregada para misturar com o fluxo de água primário que flui através do tubo de fluxo primário. A câmara de plenum é rotativa de tal modo que a abertura da câmara de plenum pode estar localizada de modo que o fluxo a partir da câmara de plenum é descarregado para o centro do fluxo primário. A câmara de plenum é composta por defletores externos 74 no lado oposto à abertura. Os defletores externos 74 têm uma forma triangular e direcionam a água em torno dos lados da câmara de plenum 70.

[0127] O mecanismo de controle de fluxo está ligado à câmara de plenum localizada na câmara de mistura e a câmara de plenum pode rodar quando o mecanismo de controle de fluxo se move entre a sua primeira e segunda posição.

[0128] O mecanismo de controle de fluxo inclui a cobertura que forma o plenum e os defletores externos. O tambor pode estender-se para dentro da câmara de mistura, o topo do tambor sendo configurado como a câmara de plenum tendo uma abertura para liberar água para a câmara de mistura. O mecanismo inteiro gira entre as primeira e segunda posições. O tambor aberto na extremidade está conectado ao plenum, de modo que a rotação do tambor gira o plenum. Na primeira posição, o lado aberto do tambor está voltado para uma primeira direção e a abertura da câmara de plenum para a passagem de fluxo primário está voltada para uma segunda direção. Numa segunda posição, o lado aberto do tambor está voltado para uma segunda direção e a abertura da câmara de plenum para a passagem de fluxo primário está voltada para uma primeira direção.

[0129] Como mostrado na Figura 23, a turbina pode ser localizada na porção do coletor do tambor. A turbina gira independentemente do tambor e da câmara de plenum à medida que a água flui.

[0130] O aparelho é particularmente útil em ambientes de águas rasas. Onde há apenas um único arranjo horizontal de tubos, por exemplo, como mostrado nas Figuras 1 a 18, o equipamento pode ser usado sem grandes escavações em grandes projetos de infraestrutura em profundidades de água de até meio metro dependendo do tamanho dos tubos e turbinas usadas. Onde há dois arranjos horizontais de tubos, um arranjo localizado acima, por exemplo, como mostrado na Figuras 19-24, o aparelho pode ser utilizado sem grandes escavações de leito em grandes projetos de infraestrutura em profundidades de água de um metro ou menos dependendo do tamanho dos tubos e turbinas.

[0131] Onde o leito do rio ou do mar pode ser abaixado e perfilado por escavação local para o alinhamento do aparelho, não há limitação de profundidade da água. Vários arranjos dos tubos de fluxo primário e secundário podem ser usados. O número de tubos em cada arranjo dependerá do tamanho do corpo de água em que o aparelho será utilizado. Cada aparelho pode compreender apenas dois ou três tubos, a estrutura de base compreendendo um arranjo de tubo de fluxo secundário e primário. De preferência, a estrutura de base compreende um arranjo de tubos de fluxo secundário e primário, por exemplo, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais tubos de fluxo primário e secundário.

[0132] Embora as seções convergentes e difusoras sejam mostradas como tendo seções transversais substancialmente circulares ou retangulares. Podem ser utilizadas outras seções convergentes/difusoras, câmara de mistura, e combinações de formatos. Os tubos de fluxo secundário podem ter seções transversais substancialmente circulares nas suas aberturas. No entanto, outras formas de seções transversais também são contempladas. A forma da seção transversal dos tubos de fluxo secundário pode mudar ao longo do comprimento da passagem de fluxo. Por exemplo, o caminho do fluxo secundário pode fazer a transição de ter uma seção transversal circular nas aberturas do tubo de fluxo secundário para uma seção transversal retangular nos canais de fluxo secundário na região central.

[0133] Os tubos são configurados, isto é, pelos seus tamanhos e formas, de tal modo que aproximadamente 80% do volume da água que entra no aparelho fluirá para os tubos de fluxo primário e aproximadamente 20% do volume da água que entra no aparelho entrará nos tubos de fluxo secundário. 100% do volume de água que entra no aparelho sai do aparelho através dos tubos de fluxo primário.

[0134] Com referência às Figuras 1, 12, 19, 20, 23 e 25, o sistema compreende duas barreiras móveis localizadas na superfície superior da estrutura de base. As barreiras estendem- se ortogonalmente ao eixo central dos tubos primários e secundários, através da estrutura de base. Uma primeira barreira móvel está localizada na primeira extremidade da estrutura de base. A segunda barreira móvel está localizada na extremidade oposta da estrutura de base.

[0135] Cada uma das barreiras móveis pode mover-se entre uma primeira posição levantada um da segunda posição rebaixada. Na posição levantada, a barreira impede que a água flua sobre o topo do aparelho e cria uma diferença de pressão a partir do lado a montante e a jusante da barreira. A água é dirigida pelo arranjo de tubos. Os tubos fornecem uma passagem de fluxo para a água através da estrutura de base a partir do lado a montante da barreira para o lado a jusante da barreira. Na posição rebaixada, a água pode fluir por cima da barreira e da estrutura da base.

[0136] Quando o fluxo de água é proveniente de uma primeira direção, a primeira barreira móvel localizada na extremidade a montante da estrutura de base é levantada e a segunda barreira móvel localizada na extremidade a jusante da estrutura de base é rebaixada. Quando a água flui a partir de uma segunda direção, a segunda barreira móvel localizada na extremidade a jusante da estrutura de base é levantada e a primeira barreira móvel localizada na extremidade a montante da estrutura de base é baixada.

[0137] Embora a presente invenção tenha sido descrita como compreendendo duas barreiras móveis, uma em cada extremidade da estrutura de base, o sistema também pode compreender uma barreira.

[0138] As barreiras móveis podem, por exemplo, ser barreiras infláveis e/ou placas ou portões de Weir hidraulicamente operados. A barreira móvel se estende através da largura da estrutura de base.

[0139] Quando barreiras infláveis são usadas, balões de borracha podem ser presos às bordas da estrutura de base de concreto. Os balões podem ser preenchidos com um fluido, como água ou gás, para elevar a barreira. Quando a barreira deve ser abaixada, o fluido pode ser liberado do balão. Exemplos de barreiras infláveis são as fornecidas por Dyrhoff UK Ltd, ver, por exemplo, GB2521876. Outras barreiras podem incluir infláveis tubulares usados com portões articulados. Os infláveis tubulares estão localizados em um lado dos portões. A inflação dos componentes tubulares eleva os portões, a desinflação dos componentes tubulares abaixa os portões.

[0140] Ao fornecer ao sistema barreiras móveis, as barreiras podem ser rebaixadas quando não estão em uso e melhoram a aparência do ambiente. Embora o sistema seja descrito com referência a barreiras móveis, barreiras fixas poderiam ser usadas em vez disso, por exemplo, uma parede de concreto, localizada ao longo da largura da estrutura de base. Embora o sistema seja discutido como tendo uma barreira em cada seção de extremidade da estrutura de base ou uma única barreira ao longo da seção central da estrutura de base, cada barreira que se estende ao longo da largura da estrutura de base pode ser compreender componentes alinhados separadamente. Por exemplo, múltiplos, ou seja, um, dois, três ou mais, portões acionados hidraulicamente ou inflavelmente ou placas de Weir podem ser alinhadas através da largura da base para formar uma barreira.

[0141] O sistema pode ser usado como mostrado na Figura 25. Na maré baixa, o nível da água em ambos os lados do sistema pode estar abaixo da estrutura de base e as barreiras são ambas abaixadas (Figura 25a). Em maré enchendo, a barreira a jusante é elevada para manter a diferença de pressão preferida à medida que a maré vem (Figuras 25 b-c). Na maré alta (Figura 25 d) a barreira a jusante é abaixada e a barreira a montante é levantada pronta para o próximo ciclo de maré. A barreira a montante permanece elevada à medida que a maré vai embora até que a diferença de pressão preferida seja estabelecida (Figura 25e). À medida que a maré continua a sair, a barreira a montante é abaixada para manter a diferença de pressão preferida, até que esteja totalmente abaixada (Figura 25f). Com ambas as barreiras agora abaixadas na maré baixa, o sistema está pronto para o próximo ciclo de maré. Como uma diferença de pressão pode ser estabelecida tanto em uma maré entrando como saindo, o sistema pode ser utilizado para gerar energia elétrica a partir de fluxos de maré em ambas as direções.

[0142] Quando a água está fluindo a partir de uma primeira direção 38, por exemplo uma maré entrando, a primeira barreira é levantada. A barreira ao longo do corpo de água fornece uma diferença de pressão entre o primeiro lado (a montante) da estrutura de base e o segundo lado (a jusante) da estrutura de base. A água do primeiro lado (a montante) da barreira flui através dos tubos de fluxo primário. Um fluxo de água primário entra na primeira seção (convergente) e flui para a câmara de mistura e, em seguida, sai da segunda seção convergente (difusora). Um fluxo secundário através dos tubos de fluxo secundário é induzido, e a água flui através da primeira seção dos tubos de fluxo secundário para os tubos de fluxo primário, que impulsiona a rotação da turbina gerando eletricidade por meio de um arranjo de tomada de energia mecânica ou elétrica.

[0143] Quando o fluxo da água inverte, e flui na segunda direção 40, por exemplo, em uma maré de saída, a segunda barreira é elevada e a primeira barreira pode ser abaixada. A barreira em todo o corpo de água fornece uma diferença de pressão entre a segunda extremidade da estrutura de base e a primeira extremidade da estrutura de base. A água do segundo lado da barreira flui através dos tubos de fluxo primário. Um fluxo de água primário entra na segunda seção (convergente) e flui para a câmara de mistura e, em seguida, sai da primeira seção convergente (agindo agora como a seção difusora). Um fluxo secundário através dos tubos de fluxo secundário é induzido, e a água flui através da segunda seção dos tubos de fluxo secundário para os tubos de fluxo primário, que acionam a rotação da turbina gerando eletricidade por meio de um arranjo de tomada de energia mecânica ou elétrica.

[0144] A Figura 26 exemplifica um sistema de acordo com a invenção compreendendo uma barreira fixa. Como mostrado nas Figuras 26a-f, uma barreira está localizada através da estrutura de base e mantém a diferença de pressão entre os lados a montante e a jusante da estrutura de base durante as marés de entrada, Figuras 26 b e c, e marés de saída, Figuras 26 e e f.

[0145] Uma zona de baixa pressão no venturi do tubo de fluxo primário induz o fluxo secundário através do tubo de fluxo secundário, para o tubo de fluxo primário. Ambos os fluxos de água primários e secundários entram na câmara de mistura onde os dois fluxos podem se misturar. O fluxo misto entra na seção difusora (primeira ou segunda seção convergente dependendo da direção do fluxo) e a velocidade do fluxo de água diminui à medida que ele se move através da seção difusora. À medida que a água flui através da seção difusora, o fluxo recupera sua pressão estática e perde sua pressão dinâmica antes de sair da seção difusora a jusante. Isso preserva a baixa pressão estática no venturi.

[0146] Assim, o sistema é capaz de gerar eletricidade a partir do fluxo de água em duas direções. Por exemplo, o sistema pode ser usado como uma barragem de maré através de um rio de maré ou estuário. Os sistemas são particularmente adequados para uso em ambientes onde apenas uma baixa diferença de pressão é possível de ser obtida.

[0147] O sistema também permite que a forma do sinal de maré seja preservada, gerando eletricidade a partir de um fluxo de maré. O sistema não interrompe o fluxo de água, como em um dispositivo convencional de maré, já que a água pode continuar a fluir através do dispositivo durante as marés de entrada e saída apesar da presença das barreiras para manter a diferença de pressão.

Claims (16)

1. Aparelho (10) para uso na geração de eletricidade a partir de um fluxo de água bidirecional caracterizado pelo fato de que compreende: uma estrutura de base (12); um tubo de fluxo primário (20) que define uma primeira passagem de fluxo através da estrutura de base (12); um tubo de fluxo secundário (22) definindo uma segunda passagem de fluxo através da estrutura de base (12), em que as primeira e segunda passagens de fluxo são configuradas para fluxo bidirecional; o tubo de fluxo primário compreendendo: uma seção convergente (26); uma câmara de mistura (30), a seção convergente (26) estando conectada a uma primeira extremidade da câmara de mistura (30) para definir um venturi entre as mesmas; e uma seção difusora (32) conectada a uma segunda extremidade da câmara de mistura (30); o aparelho compreendendo ainda: uma abertura (28) no tubo de fluxo secundário (22) disposto para proporcionar comunicação fluídica entre a segunda passagem de fluxo e a câmara de mistura (30); uma turbina (24) conectável a um gerador e disposta para ser rodada pelo fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo; e um mecanismo de controle (62) para direcionar o fluxo de água a partir da segunda passagem de fluxo através da abertura (28) para dentro da câmara de mistura (30), em que a água que flui a partir de uma primeira direção flui para dentro da câmara de mistura (30) a partir de uma extremidade da estrutura de base (12) e a água que flui a partir de uma segunda direção flui para a câmara de mistura (30) a partir da extremidade oposta da estrutura de base (12); e em que o mecanismo de controle pode bloquear o fluxo através de todo o comprimento da segunda passagem de fluxo e pode controlar a direção da água de modo que toda a água que entra nos tubos de fluxo primário e secundário seja descarregada através do tubo de fluxo primário.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de tubos de fluxo primário (20) e uma pluralidade de tubos de fluxo secundário (22), em que cada tubo de fluxo primário (20) está localizado adjacente a pelo menos um tubo de fluxo secundário (22).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os tubos de fluxo secundário (22) estão localizados nos lados dos tubos de fluxo primários (20) para formar um arranjo horizontal de tubos de fluxo primário (20) e secundário (22), e em que cada tubo de fluxo secundário (22) compreende duas turbinas (24), uma primeira turbina (24) localizada em uma primeira extremidade do tubo de fluxo secundário (22) e uma segunda turbina (24) localizada em uma segunda extremidade do tubo de fluxo secundário (22).

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado pelo fato de que o tubo de fluxo secundário (22) compreende uma seção central localizada entre as primeira e segunda extremidades do tubo de fluxo secundário, em que na seção central o tubo de fluxo secundário compreende um primeiro canal de fluxo (48) e um segundo canal de fluxo (50), e em que os primeiro (48) e segundo (50) canais de fluxo estão em comunicação fluídica com a câmara de mistura (30) de um tubo de fluxo primário (20).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal de fluxo (48) e o segundo canal de fluxo (50) de cada tubo de fluxo secundário (22) estão em comunicação fluida com o mesmo tubo de fluxo primário (20).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira câmara de plenum (64) conectando o primeiro canal de fluxo (48) ao topo da câmara de mistura (30) e uma segunda câmara de plenum (64) conectando o segundo canal de fluxo (50) ao fundo da câmara de mistura (30) de cada tubo de fluxo primário (20), opcionalmente em que a câmara de mistura (30) compreende defletores de controle de fluxo horizontais móveis (66) posicionados para direcionar o fluxo de água das câmaras de plenum (64) para a câmara de mistura (30).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal de fluxo (48) e o segundo canal de fluxo (50) estão em comunicação fluídica com diferentes tubos de fluxo primário (20).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal de fluxo (48) de um tubo de fluxo secundário (22) é configurado para descarregar água na câmara de mistura (30) de um primeiro tubo de fluxo primário (20) e o segundo canal de fluxo (50) do tubo de fluxo secundário (22) é configurado para descarregar água em um segundo tubo de fluxo primário (20).

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que cada tubo de fluxo primário (20) está em comunicação fluídica com dois tubos de fluxo secundário (22) ou cada tubo de fluxo primário (20) está em comunicação fluídica com um tubo de fluxo secundário (22).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada tubo de fluxo secundário (22) está localizado abaixo de um tubo de fluxo primário (20).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende um coletor (68) que conecta o tubo de fluxo secundário (22) ao tubo de fluxo primário (20) localizado acima, em que a turbina está localizada no coletor, opcionalmente em que o tubo de fluxo primário (20) compreende uma câmara de plenum móvel (70) na câmara de mistura (30), e em que o fluxo a partir do tubo de fluxo secundário (22) é arrastado para dentro da câmara de plenum através do coletor (68).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o tubo de fluxo primário (20) compreende uma câmara de plenum móvel (70) e em que: - a câmara de plenum móvel (70) está localizada de tal modo que o fluxo de água através do tubo de fluxo primário (20) pode fluir em torno dos lados do plenum (70) e ter uma abertura na direção do fluxo, através da qual a água do tubo de fluxo secundário (22) é descarregada; - a câmara de plenum móvel (70) é móvel entre uma primeira posição de tal modo que a abertura da câmara de plenum (70) está numa primeira direção do fluxo e uma segunda posição tal que a abertura da câmara de plenum (70) está em uma segunda direção do fluxo; e/ou - a câmara de plenum móvel (70) está conectada ao mecanismo de controle de fluxo de tal modo que o movimento do mecanismo de controle de fluxo entre sua primeira e segunda posição move a câmara de plenum (70) entre sua primeira posição e segunda posição.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de fluxo (62) é móvel entre uma primeira posição na qual a água flui para a câmara de mistura (30) a partir de uma extremidade da estrutura de base (12) e uma segunda posição na qual a água flui para a câmara de mistura (30) a partir da extremidade oposta da estrutura de base (12).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de fluxo é um defletor móvel, opcionalmente em que o defletor de controle de fluxo compreende um canal (72) para direcionar a água a partir da passagem de fluxo secundário para a passagem de fluxo primário.

15. Sistema para geração para uso na geração de água a partir de um fluxo de água bidirecional caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14; e pelo menos uma barreira (14) localizada através do topo da estrutura de base (12).

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma barreira móvel (14) localizada no topo da estrutura de base (12), e em que a barreira móvel (14) é móvel entre uma primeira posição levantada e uma segunda posição rebaixada, opcionalmente em que o sistema compreende duas barreiras móveis (14), em que a primeira barreira móvel (14) está localizada na primeira extremidade da estrutura de base (12) e a segunda barreira móvel (14) está localizada na extremidade oposta da estrutura de base (12).