BR112020015718A2

BR112020015718A2 - Sistemas e métodos de geração de energia elétrica

Info

Publication number: BR112020015718A2
Application number: BR112020015718-0A
Authority: BR
Inventors: Frederick D Ferguson
Original assignee: Waterotor Energy Technologies
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-12-08
Also published as: PH12020551161A1; MA50332A1; ZA202004499B; NI202000053A; CA3090038A1; JP2021513027A; IL276432A; CN111684153A; JOP20200180A1; CO2020009649A2; EP3746654A4; KR20200123794A; MA50332B1; EA202091572A1; NO20200944A1; SG11202006682UA; WO2019148285A1; EP3746654A1; SA520412544B1; TN2020000155A1

Abstract

sistemas e métodos de geração de energia elétrica, que se trata de um dispositivo para extrair energia de um fluxo de água, compreendendo: uma pluralidade de núcleos centrais, cada um apoiado numa primeira e segunda extremidade, cada núcleo girando em torno de um eixo essencialmente vertical; pelo menos um membro de lâmina se estende de cada um dos núcleos centrais para se envolver com o fluxo de água para causar a rotação dos núcleos centrais; e, pelo menos um direcionador de fluxo primário posicionado numa extremidade principal do dispositivo para direcionar o fluxo de água de entrada para uma região predeterminada ao longo de cada um dos membros de pelo menos uma lâmina, onde a pluralidade de núcleos fica posicionada atrás de pelo menos um direcionador de fluxo primário.

Description

SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

1. CAMPO - A divulgação diz respeito ao campo da geração de energia elétrica e, mais especificamente, a sistemas e métodos de geração de energia elétrica que utilizam uma turbina de água de rotor duplo vertical.

2. ANTECEDENTES - A procura mundial por energia é sempre crescente, dando assim origem à necessidade de desenvolver e melhorar continuamente as tecnologias de extração de energia. As fontes de energia renováveis são favoráveis devido ao impacto ambiental relativamente baixo das mesmas. Um exemplo de uma fonte de energia renovável é um dispositivo de geração hidrelétrico, comumente chamado de turbina hidráulica.

3. Existem várias configurações de turbinas hidráulicas para extrair energia de um fluxo de água. No entanto, tais dispositivos podem ser difíceis de manter, uma vez que estão tipicamente submersos em água, impondo assim condições severas aos componentes mecânicos essenciais à vitalidade dos dispositivos. Além disso, existe uma pressão contínua para aumentar a eficácia e eficiência destes dispositivos e diminuir os requisitos mínimos de velocidade de fluxo para o seu funcionamento, para que uma maior proporção das fontes de água corrente do nosso planeta possa ser aproveitada para a energia deles. 4, Estas deficiências, e outras, são abordadas pelas várias configurações descritas nesta divulgação.

5. RESUMO DA DIVULGAÇÃO - Em um aspecto, a presente divulgação fornece um dispositivo para extrair energia de um fluxo de água, compreendendo: uma pluralidade de núcleos centrais, cada um apoiado numa primeira e segunda extremidade, cada núcleo girando em torno de um eixo essencialmente vertical; pelo menos um membro de lâmina se estende de cada um dos núcleos centrais para se envolver com o fluxo de água para causar a rotação dos núcleos centrais; e, pelo menos um direcionador de fluxo primário posicionado numa extremidade principal do dispositivo para direcionar o fluxo de água de entrada para uma região predeterminada ao longo de cada um dos membros de pelo menos uma lâmina, onde a pluralidade de núcleos fica posicionada atrás de pelo menos um direcionador de fluxo primário.

6. Em outro aspecto, a presente divulgação prevê uma lâmina para uso com uma turbina geradora de energia, tendo a turbina um membro giratório central, a lâmina tendo uma superfície de êmbolo e uma superfície de elevação, e compreendo: uma porção interna próxima do membro giratório central; uma porção central começando em uma extremidade distal da porção interna; e uma porção externa começando em uma extremidade distal da porção central e terminando em uma ponta afiada, onde a porção central é curvada para induzir a elevação para o lado sem êmbolo da lâmina; e onde uma curvatura da parte externa na ponta corresponde essencialmente a uma curvatura de um percurso circular percorrido pela ponta da lâmina durante a rotação do membro giratório central.

7. Em outro aspecto, a presente divulgação fornece um método para extrair energia de um fluxo de água, compreendendo as seguintes etapas: implantação de um dispositivo dentro de uma massa de água, compreendendo: vários núcleos centrais, cada um apoiado em uma primeira e segunda extremidade, cada núcleo giratório em torno de um eixo essencialmente vertical; pelo menos um membro de lâmina se estende de cada um dos núcleos centrais para se envolver com o fluxo de água, para causar a rotação dos núcleos centrais; e, pelo menos um direcionador de fluxo primário posicionado em uma extremidade principal do dispositivo para direcionar o fluxo de entrada de água para uma região predeterminada ao longo de cada um dos membros de pelo menos uma lâmina, onde diversos núcleos são posicionados atrás de pelo menos um direcionador de fluxo primário; operar oO dispositivo para gerar energia a partir do fluxo de água; e, transmitir a energia para alimentar um dispositivo elétrico.

8. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS - As figuras abaixo servem para ilustrar várias configurações das características da divulgação. Essas figuras são ilustrativas e não têm poder de limitação.

9. A Figura 1 (Fig. 1) é uma visão de topo de um dispositivo extrator de energia de acordo com uma configuração da presente divulgação;

10. A Figura 2 (Fig. 2) é uma vista em perspectiva do

4 / 39 dispositivo de extração de energia mostrado na Figura 1;

11. A Figura 3 (Fig. 3) é uma vista de topo do direcionador de fluxo primário, dos núcleos centrais, da folha metalizada e dos direcionadores de fluxo secundário do dispositivo de extração de energia mostrado na Figura 1;

12. A Figura 3A (Fig. 3A) é uma vista de topo do direcionador de fluxo primário, folha metalizada, direcionadores de fluxo secundário e uma variante dos núcleos centrais do dispositivo de extração de energia mostrado na Figura 1;

13. A Figura 4 (Fig. 4) é uma vista de topo dos núcleos centrais e dos membros da lâmina, isoladamente, do dispositivo de extração de energia da Figura 1;

14. A Figura 5 (Fig. 5) é uma vista em perspectiva de mais uma configuração da presente divulgação;

15. A Figura 6 (Fig. 6) mostra o corte transversal de um membro da lâmina de acordo com outra configuração desta divulgação;

16. A Figura 7 (Fig. 7) mostra uma vista em perspectiva de um núcleo com dois membros de lâmina, como descreve a configuração da Figura 6;

17. A Figura 8 (Fig. 8) mostra uma vista em perspectiva de um núcleo com três membros de lâmina, como descreve a configuração da Figura 6;

18. A Figura 9 (Fig. 9) mostra uma vista em perspectiva de um núcleo com quatro membros de lâmina, como descreve a configuração da Figura 6;

19. A Figura 10 (Fig. 10) mostra uma vista em perspectiva de um núcleo com seis membros de lâmina, conforme descreve a configuração da Figura 6;

20. A Figura 11 (Fig. 11) mostra uma vista em perspectiva de um núcleo com oito membros de lâmina, conforme descrito na configuração da Figura 6;

21. A Figura 12 (Fig. 12) mostra uma visão em perspectiva de um núcleo com dez membros de lâmina, conforme descrito na configuração da Figura 6;

22. A Figura 13 (Fig. 13) é uma vista frontal de um dispositivo de extração de energia com aletas diédricas, de acordo com outra configuração da presente divulgação;

23. A Figura 14 (Fig. 14) é uma vista lateral do dispositivo de extração de energia com aletas diédricas de acordo com outra configuração da presente divulgação;

24. A Figura 15 (Fig. 15) é uma vista de topo do dispositivo de extração de energia, como descreve a configuração da Figura 14;

25. A Figura 16 (Fig. 16) é uma vista em perspectiva do dispositivo de extração de energia submerso num corpo de água, conforme descrito na configuração da Figura 14;

26. A Figura 17 (Fig. 17) é uma vista lateral do dispositivo de extração de energia submerso num corpo de água, tal como descrito na configuração da Figura 14;

27. A figura 18 (Fig. 18) é uma vista em perspectiva frontal

6 /39 de um dispositivo de extração de energia com aletas diédricas e uma aleta traseira de acordo com mais uma configuração da presente divulgação;

28. A Figura 19 é uma vista em perspectiva traseira do dispositivo de extração de energia, conforme descreve a configuração da Figura 18;

29. A Figura 20 (Fig. 20) é uma vista traseira do dispositivo de extração de energia, conforme descrito na configuração da Figura 18;

30. A Figura21l (Fig. 21) é uma vista lateral do dispositivo de extração de energia, conforme descrito na configuração da Figura 18;

31. A Figura 22 (Fig. 22) é uma vista em perspectiva traseira do dispositivo de extração de energia parcialmente submerso num corpo de água, conforme descrito na configuração da Figura 18;

32. A Figura 23 (Fig. 23) é uma vista frontal de um dispositivo de extração de energia para águas rasas, de acordo com outra configuração da presente divulgação;

33. A Figura 24 (Fig. 24) é uma vista em perspectiva dianteira do dispositivo de extração de energia descrito na figura 23;

34. A Figura 25 (Fig. 25) é uma vista de topo do direcionador de fluxo dianteiro do dispositivo de extração de energia descrito na configuração da Figura 23;

35. A Figura 26 (Fig. 26) é uma vista de topo em corte do dispositivo de extração de energia descrito na configuração da Figura 23;

36. A Figura 27 (Fig. 27) é uma vista de topo em corte de um dos núcleos centrais do dispositivo de extração de energia descrito na configuração da Figura 23;

37. A Figura 28 (Fig. 28) é uma vista em perspectiva frontal do dispositivo de extração de energia descrito na configuração da Figura 23, preso a um estabilizador de piso;

38. A Figura29 (Fig. 29) é uma vista lateral do dispositivo de extração de energia descrito na configuração da Figura 28 e preso ao solo de água;

39. A Figura 30 (Fig. 30) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal, núcleos centrais e direcionadores de fluxo secundário quando a água flui na direção Y, de acordo com uma personificação da presente revelação;

40. A Figura 30A (Fig. 30A) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal, núcleos centrais e direcionadores de fluxo secundário quando a água flui na direção Y', de acordo com uma personificação da presente revelação;

41. A Figura 30B (Fig. 30B) é uma visão de topo de uma configuração do direcionador de fluxo frontal, núcleos centrais e direcionadores de fluxo secundários, tendo o direcionador de fluxo frontal e os direcionadores de fluxo secundários rolhas, de acordo com uma personificação da presente divulgação;

42. A Figura 30C (Fig. 30C) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal, direcionadores de fluxo secundários e uma pluralidade de núcleos centrais em uma configuração substancialmente em forma de V, de acordo com uma personificação da presente revelação;

43. A Figura 3l (Fig. 31) é uma vista de topo em perspectiva de um dispositivo de extração de energia para águas rasas, de acordo com mais uma configuração da presente divulgação;

44. A Figura 32 (Fig. 32) é uma vista de topo em perspectiva transversal do dispositivo de extração de energia, conforme descrito na Figura 31, sendo o corte transversal tomado pelo centro do dispositivo de extração de energia;

45. A Figura 33 (Fig. 33) é uma vista em corte transversal do dispositivo de extração de energia como descrito na Figura 31, sendo o corte transversal tomado através da proteção;

46. A Figura 34 (Fig. 34) é uma vista em corte transversal de topo do dispositivo de extração de energia, conforme descrito na Figura 31;

47. A Figura 35 (Fig. 35) é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de extração de energia para águas rasas, de acordo com mais uma configuração da presente divulgação;

48. A Figura 36 (Fig. 36) é uma vista em corte transversal do dispositivo de extração de energia como descrito na Figura

35, sendo o corte transversal tomado através do centro do dispositivo de extração de energia;

49. A Figura 37 (Fig. 37) é uma vista em corte transversal do dispositivo de extração de energia como descrito na Figura 35, sendo o corte transversal tomado através da proteção;

50. A Figura 38 (Fig. 38) é uma visão em corte transversal de topo do dispositivo de extração de energia, conforme descrito na Figura 35;

51. A Figura 39A (Fig. 39A) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e núcleos centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

52. A Figura 39B (Fig. 39B) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e dos núcleos centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

53. A Figura 390 (Fig. 39C) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e dos núcleos centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

54. A Figura 39D (Fig. 39D) é uma vista de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e dos núcleos centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

55. A Figura 39E (Fig. 39E) é uma vista de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e dos núcleos

/ 39 centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

56. A Figura 39F (Fig. 39F) é uma visão de cima de uma configuração do direcionador de fluxo frontal e dos núcleos centrais, de acordo com outra encarnação da presente revelação;

57. A Figura 40 (Fig. 40) é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de extração de energia para águas rasas sem quadro superior, de acordo com mais uma configuração da presente divulgação;

58. A Figura 41 (Fig. 41) é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de extração de energia para águas rasas, de acordo com mais uma configuração da presente divulgação;

59. A Figura 42 (Fig. 42) é uma vista lateral do dispositivo de extração de energia para águas rasas mostrada na Figura 41;

60. A Figura 43 (Fig. 43) é uma vista em perspectiva do dispositivo de extração de energia para águas rasas mostrada na Figura 41, com a proteção 6035 omitida;

61. A Figura 44 (Fig. 44) é uma vista do topo em corte de um núcleo com lâminas, de acordo com outra configuração da presente divulgação;

62. A Figura 45 (Fig. 45) é uma vista em perspectiva de corte do núcleo da lâmina, como mostrado na Figura 44;

63. A figura 46 (Fig. 46) é uma vista de topo do corte de

11 / 39 uma única lâmina do núcleo da lâmina, como mostrado na Figura 44; e,

64. A Figura 47(Fig. 47) é um diagrama de blocos representando as etapas de um método de extração de energia de um fluxo de água utilizando as configurações do dispositivo aqui descrito, de acordo com uma configuração da presente divulgação.

65. DESCRIÇÃO DETALHADA - As configurações abaixo são meramente ilustrativas e não são limitadoras. Será apreciado que várias modificações e/ou alterações às configurações aqui descritas poderão ser feitas sem se afastar da divulgação e quaisquer modificações e/ou alterações estão dentro do âmbito da divulgação contemplada.

66. Com referência às Figuras 1 e 2 e de acordo com uma configuração da presente divulgação, é apresentado um dispositivo de extração de energia 10. Nesta configuração, o dispositivo 10 é composto de dois núcleos centrais 15 e

17. Cada um dos núcleos centrais 15 e 17 são apoiados em lados opostos, de modo que lhes é permitida liberdade de rotação sobre os seus respectivos eixos centrais Z1 e 22. Em funcionamento, os núcleos 15 e 17 ficam posicionados de tal forma que os seus eixos de rotação são verticais Ou consideravelmente verticais. Na configuração ilustrada, os dois núcleos 15 e 17 são apoiados por rolamentos adequados (não mostrados) e a estrutura 12. Pessoas de habilidade comum na matéria gostarão de saber que a estrutura de suporte 12

12 / 39 poderá assumir várias configurações desde que sirva para manter a necessária relação espacial entre os diversos componentes do dispositivo 10.

67. Cada núcleo 15 e 17 tem uma variedade de membros de lâmina 20 e 22 que se estendem radialmente a partir do centro dos núcleos 15 e 17. Na configuração preferida, o dispositivo é ilustrado como tendo três lâminas por núcleos 15 e 17; no entanto, a pessoa hábil na matéria gostará de saber que um número menor ou maior de lâminas por núcleo poderá ser usado sem fugir desta divulgação.

68. Como à água flui na direção Y em direção e através do dispositivo 10, forças geradas pela água nos membros da lâmina 20 e 22 causam uma rotação dos núcleos 15 e 17. Na configuração ilustrada, e a partir da posição privilegiada representada na Figura 1, o fluxo de água na direção Y faria com que o núcleo 15 girasse para a esquerda e o núcleo 17 girasse para a direita. A energia rotacional resultante dos núcleos 15 e 17 pode, então, ser convertida em eletricidade utilizando uma combinação de caixas de câmbio e geradores, conforme a necessidade, que são comumente conhecidos na matéria. Para simplificar, as caixas de câmbio e geradores não foram incluídas nas figuras.

69. Uma combinação adequada de componentes de transmissão de potência poderá ser utilizada para assegurar a sincronização da rotação dos núcleos 15 e 17 e evitar o contato físico entre os membros das lâminas 20 e 22. Por

13 / 39 exemplo, a combinação de corrente e rodas dentadas pode ser usada para se conseguir a sincronização dos núcleos das lâminas 15 e 17 em direções opostas. Os peritos na matéria gostariam de saber que outras combinações adequadas de componentes de transmissão de potência poderão ser usadas para sincronizar a rotação dos núcleos 15 e 17.

70. O dispositivo 10 compreende numerosos elementos que ajudam a aumentar o coeficiente global de potência do sistema. Esses elementos serão agora descritos com referência contínua às Figuras 1, 2 e 3. Um direcionador de fluxo primário 30 está posicionado numa extremidade principal 35 do aparelho 10. Como mostrado, o direcionador de fluxo primário 30 é mantido no cargo pelo quadro 12. O direcionador de fluxo primário 30 serve para direcionar o fluxo de entrada de água de forma a maximizar a energia rotacional resultante dos núcleos 15, 17. De preferência, o fluxo de água de entrada é direcionado para um ponto de estagnação dos núcleos 15 e 17 da lâmina.

71. Como é sabido na matéria, quando um objeto estático é colocado no caminho de um fluxo de fluido, o ponto de estagnação é o ponto ao longo do objeto que separa o fluido que escorre para um lado do objeto, do fluido que escorre para o outro lado do objeto. No caso dos núcleos rotativos e 17 e membros das lâminas 20 e 22 aqui descritos, o ponto de estagnação mudará com a posição rotacional dos membros das lâminas 20 e 22, bem como com as variações da direção do

14 / 39 fluxo do fluido. Como tal, o ponto de estagnação estará continuamente mudando durante o funcionamento do dispositivo

10. Através da experimentação, o requerente achou preferível direcionar o fluxo de fluido de entrada para uma área ao longo dos membros das lâminas 20 e 22 dentro da zona rajada representada como B na Figura 4. Os limites da zona B compreendem dois planos essencialmente paralelos. O primeiro plano PI é o que contém o eixo de rotação do núcleo em questão (neste exemplo, núcleo 15) e é essencialmente paralelo à direção natural do fluxo Y. O segundo plano P2 é resultante de uma translação lateral do plano PI em uma distância de 0,5*R numa direção normal ao eixo Z1l do núcleo em questão 15 em direção ao eixo Z2 do outro núcleo (núcleo 17 neste exemplo). A distância R é definida como o raio do percurso circunferencial percorrido pelas pontas dos membros da lâmina 20 do núcleo em questão 15 durante a rotação.

72. Com referência contínua às Figuras l1, 2 e 3, os direcionadores de fluxo secundário 40, 42 são mostrados presos ao quadro 12 e posicionados ao lado e no exterior da periferia rotacional de cada um dos núcleos de lâminas 15,

17. Os direcionadores de fluxo secundário 40, 42 servem para curar o fluxo de fluido periférico de entrada (através das superfícies 95, 97) e direcioná-lo para os membros da lâmina 20, 22 para aumentar as forças indutoras de rotação experimentadas pelos membros da lâmina 20, 22.

73. Os direcionadores de fluxo secundário 40, 42 também

/ 39 servem para conter o fluxo de fluido (via superfícies 96, 98) saindo da rotação dos membros das pás 20, 22 a jusante dos eixos rotacionais. A contenção do fluxo de fluido na saída do dispositivo 10 ajuda a reduzir o arrasto do dispositivo 10, facilitando a recolocação do fluxo a jusante. A recolocação do fluxo a jusante pode ser ainda induzida usando-se um membro de recolocação como, por exemplo, a folha metalizada 50. A folha metalizada 50 é um membro estrutural com essencialmente a mesma altura que os núcleos 15 e 17 e os membros da lâmina 20 e 22. A folha metalizada 50 é posicionada numa extremidade posterior 55 do dispositivo 10 (a jusante em relação aos núcleos 15 e 17) e serve para recolocar o fluido que flui dos membros da lâmina 20 e 22, reduzindo assim o arrasto e aumentando o coeficiente de potência do sistema. O requerente determinou que é preferível uma geometria em formato de gota, resultando em um aerofólio simétrico. A pessoa de habilidade comum na matéria, no entanto, gostará de saber que a redução do arrasto na extremidade traseira do dispositivo pode ser realizada por estruturas similares de geometrias variadas, além da forma de gota ilustrada nas configurações preferidas.

74. Com referência à Figura 2, cada núcleo 15 e 17 do dispositivo 10 poderá ser ligado a um gerador (não mostrado) através dos eixos 60 e 62 projetados ao longo dos eixos giratórios Z1 e 22 dos núcleos 15 e 17. Os eixos 60 e 62 podem ser acoplados aos núcleos 15 e 17 usando, por exemplo,

16 / 39 várias configurações de acoplamento, dispositivos de trava sem chave, ou outros meios adequados conhecidos pela pessoa de habilidade comum na matéria. Os geradores (não mostrados) serviriam para converter a energia rotacional dos núcleos 15 e 17 em eletricidade. A pessoa comum com experiência gostaria de saber que embora os eixos 60 e 62 sejam aqui descritos como componentes separados dos núcleos 15 e 17, estes podem ser fabricados com eixos salientes incorporados (por exemplo, cada núcleo e eixo saliente sendo uma peça unitária moldada) .

75. As configurações descritas do dispositivo de extração de energia podem ser configuradas na prática de uma forma vantajosa, que permita que um ou muitos dos componentes mecânicos do dispositivo fiquem livres do contato contínuo com a água. Por exemplo, o dispositivo 10 poderá ficar suspenso em uma ou mais estruturas flutuantes 66 e 68 de modo que os geradores e caixas de câmbio (não mostrados) fiquem acima do nível da superfície do fluido, e os núcleos e 17 e os correspondentes membros das lâminas 20 e 22 fiquem abaixo da superfície do fluido. As caixas de câmbio e geradores podem ficar alojados dentro das estruturas flutuantes 66 e 68, em cujo caso as estruturas flutuantes 66 e 68 também serviriam para abrigar esses componentes dos elementos. A configuração ilustrada nas figuras 1 e 2 mostra a parte superior do quadro 12, incluindo os meios para sincronizar a rotação dos núcleos 15 e 17, e qualquer

17 / 39 mecanismo de suporte e acoplamento necessários, nas proximidades dos núcleos 15 e 17. No entanto, o quadro superior 12 poderá, alternativamente, servir como estrutura flutuante e poderá ser configurado de tal forma que os rolamentos, acoplamentos, meios de sincronização e outros componentes mecânicos fiquem mais afastados da superfície do fluido. A Figura 13 ilustra essa configuração alternativa do dispositivo de extração de energia e será descrita mais adiante.

76. Com referência específica à Figura 3, são mostrados o posicionamento relativo e cortes transversais dos núcleos 15, 17, o direcionador de fluxo primário 30, os direcionadores de fluxo secundário 40, 42, e a folha 50. A moldura 12 e outros componentes do dispositivo foram omitidos para facilitar a ilustração. A secção transversal preferida do direcionador de fluxo primário 30 é em forma de lua crescente, tendo uma superfície condutora convexa 70 e uma superfície condutora côncava 75. A superfície condutora convexa 70 do direcionador de fluxo primário 30 serve para dividir o fluxo de entrada do fluido denotado pela seta Y e direcioná-lo para uma Pporção predeterminada desejável (descrita com mais detalhes acima) dos membros da lâmina 20,

22.

77. O requerente determinou que a presença dos lábios 80 nas extremidades laterais do direcionador de fluxo primário é desejável, pois os lábios ajudam a liberar a adesão do

18 / 39 fluxo nas extremidades das bordas curvas do direcionador de fluxo direcionando o fluxo para dentro das lâminas 20, 22, otimizando a potência direcionando o fluxo ligeiramente para fora diretamente para a face da lâmina, aumentando assim o desempenho do aparelho. O direcionador de fluxo primário 30 está posicionado na extremidade principal 35 do aparelho, à frente dos núcleos 15, 17 e dos membros da lâmina 20, 22. Uma pessoa hábil na arte apreciaria que, embora a presente divulgação descreva um único direcionador de fluxo primário que é geralmente em forma de lua crescente, o número, forma e tamanho do direcionador de fluxo primário 30 pode variar desde que sirva para direcionar o fluxo de fluido de entrada para o local predeterminado ao longo dos membros da lâmina. Uma linha central pontilhada X é mostrada para denotar a posição do ponto mais a jusante das faces frontais curvas 95 e 97 em relação aos núcleos centrais 15 e 17. O posicionamento dos direcionadores de fluxo secundário 40, 42 de tal forma que a frente está voltada para 95, 97 termina num ponto que está a montante em relação aos eixos rotacionais Z1, Z2 dos núcleos 15, 17 foi considerado como tendo um efeito positivo sobre o coeficiente de potência do aparelho.

78. Com referência à Figura 3A, os componentes (o direcionador de fluxo primário 30, os direcionadores de fluxo secundário 40, 42 e à folha 50) que foram descritos na Figura 3 são mostrados com uma encarnação alternativa dos núcleos

19 / 39 centrais das pás l5a, l7a. Nessa configuração alternativa, o núcleo central 15a é composto exatamente por duas lâminas 20a e 20b enquanto o núcleo central l17a é também composto exatamente por duas lâminas 22a e 22b. Como se pode ver, os núcleos centrais l15a e l17a são de preferência sincronizados de forma que as lâminas 20a e 20b fiquem essencialmente no plano horizontal, enquanto as lâminas 22a e 22b fiquem essencialmente no plano vertical. Em outras palavras, os núcleos centrais l15a e l17a são desviados em aproximadamente 90 graus. Esse deslocamento relativo de 90 graus de um núcleo central l15a em relação ao outro núcleo central l17a, garante que as lâminas 20a, 20b, 22a e 22b não batam umas nas outras durante a rotação. Nesta encarnação, os direcionadores de fluxo secundário 40, 42 estão posicionados atrás do centro dos núcleos centrais l5a, l7a, conforme representado pela linha de pontilhado horizontal "A", e ajudam a curvar o fluxo de fluido periférico de entrada e o direcionam para os membros da lâmina 20a 20b, 22a, 22b para melhorar as forças indutoras de rotação experimentadas pelos membros da lâmina 20a, 20b, 22a, 22b.

79. Com relação à Figura 4, O posicionamento relativo dos núcleos 15 e 17 em uma configuração preferencial é agora descrito. As pontas dos membros da lâmina de cada núcleo rotativo 15 e 17 criam um percurso circunferencial. Como mostrado, os núcleos 15 e 17 ficam posicionados entre si de tal forma, que seus percursos circunferenciais se sobrepõem.

/ 39 Uma faixa preferencial de sobreposição circular entre cada um dos núcleos com lâminas foi determinada como estando entre 50% e 80% do raio R (ou seja, uma faixa preferencial para a distância entre os eixos de rotação dos núcleos Z21 e 22 foi determinada como estando compreendida entre 1,5*R e 1,2*R).

80. A Figura 5 mostra uma configuração alternativa da presente divulgação, onde as chapas 67 e 69 de isolamento são usadas para "apoiar" os núcleos (não mostrados) e os membros de lâmina (não mostrados). A utilização dessas chapas ajuda a maximizar a energia extraída do fluido que entra em contato com os membros de lâmina (não mostrado), impedindo a fuga do fluido das extremidades superior e inferior do dispositivo 10.

81. As chapas 67 e 69 podem ter o formato de dois discos circulares lado a lado fundidos para ficar com uma forma semelhante a um amendoim. Os diâmetros das porções de disco das chapas podem variar; entretanto, usando-se discos com raio de pelo menos 125% do raio R foram mostrados resultados favoráveis no que diz respeito ao coeficiente de potência do dispositivo 10. Embora a presente configuração revele dois núcleos, um trabalhador experiente na matéria gostaria de saber que uma combinação de múltiplos sistemas de núcleo duplo estivesse, de forma semelhante, dentro do âmbito desta divulgação.

82. A Figura 6 mostra uma geometria da lâmina em corte transversal "que se verificou apresentar propriedades

21 / 39 desejáveis como lâmina de turbina. Ou seja, uma lâmina 85 com o corte transversal ilustrado “mostrou induzir quantidades mais baixas de arrasto do êmbolo e quantidades mais altas de elevação quando colocada no caminho de um fluxo de fluido. O corte transversal da lâmina 85 geralmente consiste de uma porção central 87 que compreende um ponto que define o centro de rotação da lâmina, e uma porção de lâmina 90. A porção da lâmina 90 é geralmente definida por um lado de impacto curvilíneo 92 e por um lado de arrasto curvilíneo 94, ambos originados da porção central 87 e convergindo para um ponto, por vezes referido como ponta extrema 96, a alguma distância do centro do ponto de rotação. O ângulo entre os dois lados da lâmina 90 na ponta extrema 96 é minimizado, reduzindo assim ao mínimo a espessura da parte da lâmina 90 na ponta extrema 96 e produzindo uma lâmina 85 com uma extremidade de gume afiado. O lado de arrasto 94 da porção 90 da lâmina 85 é, na sua maioria plano, aumentando assim a elevação experimentada pela lâmina 85 durante a rotação. A parte da lâmina 90 desta configuração é ainda configurada de forma que a ponta 96 da lâmina 90 coincida com o percurso circunferencial definido pelo percurso da ponta 96 da lâmina rotativa 85.

83. Em outras palavras, uma primeira linha definida por um ponto na da ponta extrema 96 da porção 90 da lâmina e um ponto ao longo do lado de impacto 92, imediatamente antes da ponta extrema 96 é o mais colinear possível com a tangente

22 / 39 da trajetória circunferencial na ponta extrema 96 da porção da lâmina 90. Da mesma forma, uma segunda linha definida por um ponto na ponta extrema 96 da porção 90 da lâmina e um ponto ao longo do lado de arrasto 94 imediatamente antes da ponta 9, é o mais colinear possível com a tangente do percurso circunferencial na ponta extrema 96 da lâmina 85.

84. As Figuras 7, 8, 9, 10, 11 e 12 mostram vistas em cortes transversais de configurações alternadas de núcleos com duas, três, quatro, seis, oito e dez porções de lâmina ilustradas na Figura 7, respectivamente.

85. Com referência às figuras 13, 14, 15, 16 e 17 e de acordo com outra configuração da presente divulgação, é apresentado um dispositivo de extração de energia 210 que inclui chapas de estabilidade diédricas 215 e 220. As placas de estabilidade 215 e 220 ficam posicionadas numa extremidade inferior do dispositivo 210 e são presas através da armação 212, e têm um ângulo ascendente e para fora em relação ao dispositivo 210. Como tal, as placas de estabilidade 215 e 220 ajudam a manter o dispositivo numa orientação desejável em relação à direção do fluxo de água Y e a otimizar o desempenho do dispositivo 210. De forma semelhante à configuração apresentada nas Figuras l1 e 2, o dispositivo 210 está equipado com uma folha metalizada 222 posicionada na extremidade posterior do dispositivo 210. A folha metalizada 222 pode servir também para ajudar a manter a orientação ideal do dispositivo em relação ao fluxo de água.

23 / 39 As placas de estabilidade 215 e 220 e a folha metalizada 222 também podem servir para reduzir a agitação indesejada do dispositivo 210 durante o funcionamento, provocada por pequenas variações na direção do fluxo de água. Para prender o dispositivo 210 geralmente dentro do fluxo de água, esse dispositivo pode, por exemplo, ser amarrado ao fundo do oceano por meio de um cabo 230 preso em uma extremidade a um ponto de conexão 225 do dispositivo 210, e na outra extremidade a um objeto pesado 235 (como — mostrado especificamente na Figura 16), como um bloco de concreto repousando no fundo do oceano. Nessa configuração, todo o dispositivo 210 fica configurado para ser flutuante e, portanto, enviesado em direção à superfície da água. A flutuabilidade poderá, por exemplo, ser alcançada através da seleção de um material adequado para a construção da estrutura ou através da configuração de elementos indutores de flutuabilidade dedicados (por exemplo, 263 e 264) que podem ser posicionados na extremidade superior do dispositivo 210 e abaixo dos geradores (não mostrados).

86. Como parte de uma configuração alternativa, o dispositivo pode ser configurado de tal forma que o corpo principal (isto é, os núcleos com lâminas) não fique flutuante e o dispositivo fique suspenso por cima de uma estrutura fixa como, por exemplo, uma plataforma semelhante àquela normalmente utilizada na perfuração marítima. Um dispositivo de extração de energia aqui descrito pode ficar

24 / 39 suspenso a partir dessa estrutura, utilizando um ou mais cabos. Nesse tipo de configuração alternativa, os elementos indutores de flutuabilidade 263 e 264 podem ainda ser utilizados e podem ser configurados de forma a induzir a flutuabilidade a geradores localizados numa extremidade superior do dispositivo, mas não ao resto do mesmo. Essa configuração de flutuabilidade, juntamente com um mecanismo que permita o movimento vertical dos geradores independentemente do resto do dispositivo, ajudaria a evitar a submersão dos geradores que pode ser causada pela atividade das marés ou grandes ondulações no corpo de água.

87. A liberdade vertical dos geradores poderá ser conseguida, por exemplo, ao proporcionar a parte da estrutura (260 e 262 na Figura 13) estendendo-se do topo dos núcleos da lâmina para os geradores uma quantidade adequada de capacidade telescópica. A capacidade telescópica pode ser fornecida, por exemplo, através da utilização de um eixo quadrado com configuração de armação oca quadrada para as porções da armação 260 e 262 que se estendem entre os núcleos com lâmina do dispositivo e os geradores. Como alternativa, pode ser utilizado um eixo de acionamento TDF telescópico duplo comumente disponível para proporcionar aos geradores uma quantidade desejada de liberdade vertical. Com essa configuração, uma maré crescente não submergiria OS geradores porque os elementos indutores de flutuabilidade fariam com que eles subissem com a maré.

/ 39

88. Com relação às Figuras 18, 19, 20, 21 e 22 e de acordo com mais uma configuração da presente divulgação, é mostrado um dispositivo de extração de energia 310 com aletas diédricas 315 e 320 e aleta estabilizadora traseira 323. As aletas diédricas 315 e 320 são configuradas de forma semelhante às aletas diédricas 215 e 220 descritas anteriormente com relação às figuras 13, 14, 15, 16 e 17. À aleta traseira 323 fica posicionada na extremidade traseira do dispositivo 310, estende-se para trás e tem uma porção em forma de remo essencialmente plana 333. Conceitualmente semelhante a um cata-vento, a aleta estabilizadora 323 pode ser usada para ajudar a mitigar a indesejável guinada do dispositivo 310 quando ele estiver posicionado num corpo de água, e para ajudar ainda mais a manter uma orientação desejável do dispositivo no que diz respeito à direção do fluxo de água. O dispositivo 310 também é composto por uma estrutura de torre em forma de tronco 328 projetada para cima a partir de uma parte superior dos núcleos centrais. A estrutura em torre 328 pode ser configurada para proporcionar flutuabilidade ao dispositivo, para enviesar o dispositivo 310 e em direção à superfície da água.

89. O dispositivo 310 pode ser amarrado a um bloco de ancoragem 335 por meio de um cabo 330. A Figura 22 mostra um exemplo do dispositivo 310 enviesado para a superfície em um corpo de água e preso por uma corda ao solo. O comprimento do cabo 330 pode ser selecionado de forma que o gerador ou

26 / 39 geradores no topo do dispositivo sejam mantidos geralmente acima da superfície da água.

90. Com referência às Figuras 23 e 24, outra configuração da presente divulgação é agora descrita. O aparelho 1010 é geralmente composto por uma estrutura 1012, a estrutura 1012 de preferência fixada a pelo menos dois núcleos centrais 1015, 1017 e um direcionador de fluxo primário 1030. Os dois núcleos centrais 1015 e 1017 são ainda constituídos por pelo menos um membro de lâmina 1020a e 1022a que se estende radialmente a partir do centro dos núcleos centrais 1015 e

1017. Nessa configuração, o dispositivo 1010 é mostrado com três lâminas (por exemplo 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b e 1022c) por núcleo; no entanto, uma pessoa hábil na matéria gostaria de saber que mais ou menos de três lâminas podem ser usadas. Como a água flui na direção Y para e através do dispositivo 1010, forças geradas pela água na superfície de impacto (ou êmbolo) dos membros de lâmina 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b e 1022c causam uma rotação dos núcleos centrais 1015 e 1017. As forças adicionais nas lâminas 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b e 1022c, que serão descritas mais adiante, também contribuem para induzir a rotação dos núcleos. Na configuração mostrada nas Figuras 23 e 24, oO fluxo de água na direção Y faria com que o núcleo 1015 girasse à esquerda e o núcleo 1017 girasse à direita.

91. A energia rotacional resultante dos núcleos centrais 1015 e 1017 poderá, então, ser convertida em eletricidade

27 / 39 utilizando uma combinação de componentes mecânicos (por exemplo, caixas de câmbio e geradores), conforme necessário.

Tais componentes mecânicos podem incluir acionamentos por correia ou corrente, tomadas de força ou outros componentes adequados geralmente conhecidos na matéria.

Por simplificar, as caixas de câmbio e geradores não foram incluídas nas figuras.

O dispositivo 1010 compreende numerosos elementos que ajudam a aumentar o coeficiente global de potência do sistema.

Por exemplo, um direcionador de fluxo primário 1030 pode ser posicionado em uma extremidade principal 1035 do aparelho 1010. O direcionador de fluxo primário 1030 pode ser fixado ao quadro 1012 para garantir seu posicionamento adequado em relação aos núcleos de lâminas 1015, 1017. O direcionador de fluxo primário 1030 serve para direcionar o fluxo de entrada de água de forma a maximizar a energia rotacional resultante dos núcleos centrais 1015, 1017. O direcionador de fluxo primário 1030 é ainda composto por dois lábios 1080 posicionados nas extremidades laterais do direcionador de fluxo primário 1030. Estes lábios 1080 ajudam a liberar a adesão do fluxo nas extremidades das bordas curvas do direcionador de fluxo direcionando o fluxo para as lâminas —1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c, contribuindo para um maior coeficiente de potência para o aparelho.

De preferência, o fluxo de água de entrada é direcionado para um ponto de estagnação dos núcleos centrais 1015 e 1017, como descrito anteriormente em relação à

28 / 39 configuração mostrada nas Figuras 1 a 4.

92. A Figura 25 mostra uma vista de cima do direcionador de fluxo primário 1030 da Figura 24. O direcionador de fluxo primário 1030 é mostrado geralmente em forma de seta, tendo uma porção frontal em V 1040 e lábios 1080, que servem para redirecionar o fluxo de água de entrada Y para fora e para um ponto desejado nos membros da lâmina, como descrito anteriormente. Como mostrado na Figura 24, a porção central 1037 do direcionador de fluxo primário 1030 pode ser configurada com uma curvatura complementar à do caminho percorrido pelas pontas das lâminas. A Figura 39A mostra uma visão de topo dos núcleos com lâminas 2015, 2017, e um direcionador de fluxo frontal 2030 semelhante ao que é mostrado na incorporação na Figura 24. As figuras 39B, 39C, 39D, 39E e 39F mostram encarnações alternativas com possíveis variantes para a porção central e extremidade traseira do direcionador de fluxo frontal, incluindo uma forma de linha como mostra a figura 39B, uma forma de arco como mostra a figura 39C, uma forma triangular como mostra a figura 39D, uma forma quadrada como mostra a figura 39E, ou uma forma de funil de arrasto como mostra a figura 39F.

93. Uma configuração espacial preferida dos núcleos de lâminas desta configuração é agora descrita com referência às Figuras 26 e 27. De modo similar à configuração mostrada na Figura 4, uma distância "R" é definida pelo raio do percurso circunferencial percorrido pelas pontas (por

29 / 39 exemplo 1050 ou 1052) dos membros das lâminas dos núcleos. As trajetórias circunferenciais das pontas das lâminas dos núcleos adjacentes (mostradas na Figura 26 como círculos pontilhados 1051 e 1053) são separadas por uma distância "D", como se vê na Figura 26. Numa configuração preferencial, os núcleos centrais são espaçados de tal forma, que a distância "D" entre os caminhos da ponta da lâmina fica entre 1 e 4 vezes o raio "R".

94. As figuras 28 e 29 mostram como a configuração das figuras 23 e 24 pode ser presa a um pavimento aquático utilizando um estabilizador de fundo de lençol d'água 1060. O estabilizador de fundo de lençol dágua 1060 tem pernas 1062 de comprimento variável a serem presas ao fundo de lençol dágua 1065 para dar estabilidade ao dispositivo 1010 em águas pouco profundas. A adaptabilidade nas pernas 1062 permite a acomodação de um fundo de lençol d'água irregular e ajuda a garantir que o dispositivo 1010 seja mantido em uma posição horizontal e uniforme, como mostrado especificamente na Figura 29.

95. Com referência às Figuras 30, 30A e 30B, e de acordo com uma incorporação alternativa da presente divulgação, o direcionador de fluxo primário 2030 pode ser rotacionalmente ajustável, por exemplo, sobre um eixo pivô 2050. O eixo pivô 2050 é posicionado na primeira extremidade (ou extremidade principal) do direcionador de fluxo primário 2030. Em virtude de sua pivotabilidade, o direcionador de fluxo frontal 2030

/ 39 é capaz de se ajustar às condições do fluxo de água de entrada e da rotação do núcleo para ajudar a garantir a direção favorável contínua da água, já que o ponto de estagnação das pás varia. Especificamente, o ponto de estagnação das lâminas em qualquer ponto dado - que é o ponto alvo para a direção do fluxo de água de entrada, como descrito acima - varia com a velocidade do fluxo de água e a velocidade de rotação do núcleo. O direcionador de fluxo frontal pivotante 2030 permite a variabilidade até o ponto de liberação de água do direcionador de fluxo de tal forma que o ponto de liberação pode ser alterado em resposta a mudanças no ponto de estagnação durante o funcionamento do aparelho. As propriedades naturais de dinâmica do fluido do sistema durante a operação são tais que as pontas 2085 do direcionador de fluxo frontal 2030 seguirão naturalmente o ponto de estagnação em mudança durante a operação (ou seja, não é necessária nenhuma interferência externa para manter uma orientação desejável do direcionador de fluxo frontal pivotante).

96. Um direcionador de fluxo frontal pivotante também torna as personificações da divulgação atual adequadas ao fluxo bidirecional (ou de maré). A Figura 30A mostra como os segmentos 2055, 2057 do direcionador de fluxo frontal 2030 podem girar em torno do ponto pivô 2050 para inverter a direção da abertura em V para permitir que o fluxo de retorno passe pelo direcionador de fluxo 2030 quando a direção do

31 / 39 fluxo de água mudar de Y para Y'". Duas rolhas frontais 2080, 2082 também são fornecidas e mostradas especificamente na Figura 30B para evitar que cada segmento 2055, 2057 do direcionador de fluxo frontal 2030 gire para além de uma posição desejada, o que pode impedir a rotação dos núcleos centrais 2015, 2017 na direção desejada. Da mesma forma, oO primeiro direcionador de fluxo secundário 2040 é também composto por duas rolhas traseiras 2090, 2092, enquanto o segundo direcionador de fluxo secundário 2042 é também composto por duas rolhas traseiras 2094, 2096. Tais rolhas 2090, 2092, 2094, 2096 também impedem que os direcionadores de fluxo secundário 2040, 2042 girem para além de uma posição desejada, o que pode reduzir a eficiência do aparelho.

97. Embora um par de núcleos centrais 2015 e 2017 sejam mostrados em muitas das configurações ilustrativas da presente divulgação, núcleos adicionais poderiam ser fornecidos para ajudar a capturar energia residual da água que sai dos lados das configurações aqui descritas. Por exemplo, como vemos na Figura 30C, os núcleos adicionais 2015, 2017, 2020, 2022, 2025 e 2027 podem ser posicionados em uma configuração externa traseira, de modo que o dispositivo formaria uma configuração basicamente em forma de V dos núcleos centrais.

98. Durante a operação de encarnações incorporando núcleos com pás e o direcionador de fluxo frontal como configurado e mostrado na Figura 30, a pressão indesejada pode acumular-

32 / 39 se atrás do direcionador de fluxo frontal 2030 na área designada pelo círculo pontilhado P. Para ajudar a aliviar este acúmulo adverso de pressão, as características de alívio de pressão - que agora serão descritas com referência às Figuras 31, 32, 33 e 34 - podem ser incorporadas nas várias encarnações descritas aqui. O aparelho 3010 é geralmente composto por um quadro 3012, o quadro 3012 de preferência com dois núcleos centrais 3015, 3017 e um direcionador de fluxo primário 3030. Nessa configuração de alívio de pressão, o quadro 3012 é dotado de uma abertura 3039 (Figura 33). A presença da abertura 3039 faz com que haja um caminho de fluxo para permitir que a água de retorno acumule pressão atrás do direcionador de fluxo frontal na vizinhança geral P (Figura 34) para escapar de dentro do aparelho 3010. Uma proteção 3035 presa à estrutura faz com que a água que flui sobre o dispositivo seja desviada ligeiramente mais para cima e para longe da abertura 3039, criando assim um espaço de baixa pressão na parte inferior da proteção 3035. O reino de baixa pressão, por sua vez, ajudaria o fluxo de água de alta pressão por trás do direcionador de fluxo dianteiro

3030. A construção da proteção 3035 é melhor ilustrada na Figura 33, a qual mostra o dispositivo 3010 da Figura 31 com um corte da proteção 3035 ligeiramente acima da moldura 3012.

99. As figuras 35, 36, 37 e 38 mostram uma configuração alternativa indicando uma variante sobre os meios de alívio de pressão mostrados nas figuras 31 a 34. Nesta variante, oO

33 / 39 direcionador de fluxo dianteiro tem uma aleta de reboque

4031. Como a água de retorno nesta configuração é efetivamente dividida em duas áreas (P e P' da Figura 38), duas aberturas 4038 e 4039 são fornecidas.

100. Uma proteção corretamente dividida 4035 pode, assim, ser fornecida para causar gradientes de pressão e trajetórias de fluxo de fluido desejados similares às descritas nas Figuras 31, 32, 33 e 34. A construção da proteção 4035 é melhor ilustrada na Figura 37, que mostra o dispositivo 4010 da Figura 35 com um corte da proteção 4035 ligeiramente acima da estrutura 4012.

101. A Figura 40 mostra uma variante para o direcionador de fluxo frontal 5030 que fornece meios adicionais para aliviar a pressão acumulada atrás do direcionador de fluxo frontal

5030. Para facilitar a ilustração, o painel superior da moldura foi omitido da configuração mostrada na Figura 40. O direcionador de fluxo frontal 5030 desta incorporação está configurado de forma a permitir que a água flua de trás do direcionador de fluxo frontal 5030 para o fluxo de entrada de água. Especificamente, o direcionador de fluxo frontal 5030 tem uma configuração de qguelras que mantém uma superfície de fluxo substancialmente suave para o fluxo de água de entrada e aspira água de alta pressão construída atrás do direcionador de fluxo frontal 5030. Semelhante ao reino de baixa pressão criado sob o escudo da incorporação mostrado na Figura 31, o fluxo de entrada de água sobre as

34 / 39 ranhuras 5036 do direcionador de fluxo frontal 5030 também cria um reino de baixa pressão, que induz o fluxo de água por trás do direcionador de fluxo frontal 5030 para se juntar ao fluxo de água de entrada. O posicionamento das ranhuras 5036 pode ser mantido, por exemplo, através da afixação mecânica da pluralidade de componentes do direcionador de fluxo frontal com a estrutura (painel de estrutura superior não mostrado); anexando os componentes do direcionador de fluxo frontal uns aos outros com ligações rígidas para manter o espaçamento das ranhuras; por outros meios que seriam apreciados na arte, ou; por qualquer combinação dos mesmos.

102. As figuras 41, 42 e 43 mostram mais uma configuração da presente divulgação. Esta encarnação combina o direcionador de fluxo frontal de guelras com uma variante do escudo de alívio de pressão da figura 35. Nesta encarnação, o aparelho 6010 é composto pela estrutura 6012, dois núcleos de lâminas 6015, 6017, direcionador de fluxo frontal 6030 e escudo 6035. O quadro 6012 é menos amplo que o 4012 (Figura 35) e não abrange todo o dispositivo 6010. O direcionador de fluxo frontal 6030 tem painéis laterais 6040, 6042, 6044 para ajudar a conter o fluxo de água que entra. O direcionador de fluxo frontal 6030 pode ser mais largo na sua boca e pode afunilar à medida que se aproxima dos núcleos de pás para fazer com que o fluxo de entrada de água acelere para os núcleos de pás 6015, 6017. Um caminho de fluxo para permitir a acumulação de água atrás do direcionador de fluxo dianteiro

/ 39 6030 é permitido pela abertura 6092 criada pelo espaçamento relativo da estrutura 6012 e pelos painéis do invólucro 6044, 6046 do direcionador de fluxo dianteiro 6030 (a abertura 6092 é melhor ilustrada na Figura 43).

103. As figuras 44, 45 e 46 mostram uma variante de um núcleo com lâminas que poderia ser substituído nas diversas configurações de dispositivos aqui descritas. O núcleo central alternativo 7015 mostrado tem dois membros de lâmina 7020 e 7022 estendendo-se para fora do centro do núcleo central 7015. Nesta variante para a configuração de lâmina e núcleo, as lâminas são essencialmente sem corpo, no sentido de que a estrutura das lâminas é semelhante a uma placa, em oposição a ter um corpo mais volumoso. Por exemplo, uma lâmina de acordo com esta configuração, pode ser contornada a partir de chapa metálica ou outro material fino e plano adequado, suficientemente forte para suportar as diversas forças exercidas sobre o sistema durante a operação pelo fluxo de água. Cada membro com lâmina 7020 e 7022 termina em uma ponta afiada (por exemplo, 7053).

104. Durante a rotação, as extremidades de ponta 7053 definem um percurso circular 7060. Em qualquer momento, as lâminas terminam em suas pontas 7053, num ponto que reside ao longo do percurso circular 7060. As lâminas dessa configuração são concebidas de forma a ter uma linha tangente na ponta 7053 da lâmina que é essencialmente congruente com a linha tangente ao longo do caminho circular 7060, no ponto em que

36 / 39 a ponta 7053 reside.

105. Com referência específica à Figura 46, uma única lâmina da configuração descrita com referência às Figuras 44 e 45 é mostrada. As lâminas dessa configuração podem ser geralmente descritas como tendo três seções adjacentes e duas superfícies. As três seções (uma parte interna 7050, uma parte central 7055 e uma parte externa 7060) e as duas superfícies (a superfície de impacto ou superfície do êmbolo 7070 e a superfície de elevação ou sem êmbolo 7075) estão identificadas na Figura 46. A porção interna 7050 é a mais próxima e se prende ao núcleo central 7015. A porção central 7055 da lâmina 7055 começa no final da porção interna 7050 e é configurada de forma semelhante a um aerofólio para induzir baixa pressão e, portanto, forças de elevação na superfície de elevação 7075 da lâmina 7020. A porção externa 7060 começa na extremidade distal da porção central 7055, se estende para fora de forma curva e termina com uma ponta afiada 7080. A porção externa 7060 é caracterizada por sua ponta 7080 estar na orientação descrita anteriormente (ou seja, onde uma linha tangente na ponta da lâmina é essencialmente “congruente com uma linha tangente da trajetória circular da ponta da lâmina no ponto de intersecção entre a ponta da lâmina 7080 e a trajetória circular. Essa combinação de características da lâmina produz resultados favoráveis na geração de energia.

106. Com referência contínua às figuras 44, 45 e 46, oS

37 / 39 membros das lâminas 7020 e 7022 podem, opcionalmente, apresentar um ou mais mecanismos de desvio de fluido como, por exemplo, as aletas 7070 que podem abrir e fechar para permitir a passagem do fluido através das lâminas 7020 e 7022 durante certos estágios de rotação dos núcleos com lâminas.

A rotação das lâminas pode ser dividida em dois ciclos.

O primeiro ciclo, que chamaremos de ciclo do êmbolo, é experimentado por uma lâmina quando o fluxo de água que entra atua diretamente sobre o lado do impacto da lâmina (como descrito anteriormente com referência ao elemento 92 da Figura 6); este ciclo também pode ser descrito como quando a superfície de impacto da lâmina está experimentando o êmbolo.

Quando o fluxo de água de entrada já não atua diretamente sobre o lado de impacto da lâmina (ou seja, a lâmina já não está sofrendo impacto), a lâmina está no segundo ciclo, que designaremos como o ciclo sem êmbolo.

Quando uma lâmina está no ciclo de êmbolo, o fluxo de água que entra faz com que as aletas 7070 se fechem, criando assim uma superfície de lâmina essencialmente contínua contra a qual a água poderá atuar.

Quando uma lâmina transita para o ciclo sem êmbolo, as aletas são forçadas a se abrir (ou sangrar) criando desvios para que a água adiante da rotação da lâmina escorra através da lâmina (ao contrário de ser arrastada e deslocada pela lâmina). Desta forma, as lâminas apresentam menor resistência à rotação durante o ciclo sem haste, aumentando assim a rotação dos núcleos em pó.

38 / 39

107. A Figura 47 mostra as etapas de um método de extração de energia de um fluxo de água usando as configurações dos dispositivos aqui descritos. As etapas do método podem ser realizadas em qualquer ordem prática e não devem ser limitadas à ordem sugerida nas configurações exemplares aqui descritas.

108. Na etapa 1070, um dispositivo de extração de energia de acordo com qualquer uma das configurações aqui descritas é posicionado ou implantado em um corpo d água. Como descrito, isso pode ser conseguido prendendo o dispositivo ao chão da massa de água (no caso de um dispositivo flutuante) ou suspendendo o dispositivo de uma estrutura de suporte em um ou mais pontos acima da superfície da água (no caso de um dispositivo que seja pelo menos parcialmente não flutuante). Em ambos os casos, o dispositivo é posicionado de modo que as seções do núcleo fiquem submersas em água, de forma que a água corrente provoque a rotação dos núcleos. Em outra etapa 1072, o dispositivo é operado de tal forma que a energia mecânica rotativa dos núcleos do dispositivo é convertida em eletricidade. Isso pode ser conseguido, por exemplo, através da utilização de geradores em comunicação com os núcleos rotativos quer diretamente, quer através de vários componentes mecânicos de transmissão de energia comumente conhecidos na matéria (como descrito anteriormente). Em outra etapa 1074, a eletricidade gerada é transmitida para ser usada para alimentar qualquer

39 / 39 quantidade de dispositivos elétricos e/ou pode ser usada para criar ou complementar uma ou mais redes de energia.

109. Muitas modificações das configurações aqui descritas bem como outras configurações, podem ser evidentes para uma pessoa hábil na matéria, tendo o benefício dos ensinamentos apresentados na descrição anterior e nos desenhos associados. Entende-se que tais modificações e configurações adicionais são capturadas no âmbito da divulgação contemplada, que não deve ser limitada a qualquer uma das configurações específicas divulgadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, um aparelho para extrair energia de um fluxo de água, caracterizado por: possuir uma variedade de núcleos centrais, cada um apoiado em uma primeira e segunda extremidade, cada núcleo rotativo em torno de um eixo essencialmente vertical; membros de lâmina que se estenda de cada um dos núcleos centrais, para se envolver com o fluxo de água e causar a rotação dos núcleos centrais; e, direcionador de fluxo primário posicionado em uma extremidade principal do aparelho para direcionar o fluxo de entrada de água para uma região pré-determinada ao longo de cada um dos membros de uma lâmina, em que a pluralidade de núcleos está posicionada atrás de direcionador de fluxo primário.

2. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por incluir ainda um direcionador de fluxo secundário posicionado de cada lado do aparelho para direcionar o fluxo de água adicional para os membros da lâmina.

3. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por um membro da lâmina extensível ser sem corpo, e terminar em ponta, onde uma curvatura da lâmina na ponta é congruente com uma curvatura do caminho circular percorrido pela ponta durante a rotação do núcleo.

4. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ser composto por dois núcleos centrais, onde a rotação de cada núcleo central faz com que as lâminas correspondentes percorram um caminho circular definindo um raio "R", e onde os núcleos centrais são espaçados de tal forma, que o caminho circular percorrido pelas lâminas de um núcleo e o caminho circular percorrido pelas lâminas do outro núcleo sejam separados por uma distância "X", onde R <X <4R.

5. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado pelo direcionador de fluxo primário ser rotativamente ajustável.

6. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado pelo direcionador de fluxo primário ter uma primeira extremidade substancialmente em forma de V.

7. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado pelo direcionador de fluxo primário ter uma segunda extremidade, tendo a segunda extremidade — uma seção transversal com uma forma tirada do grupo composto por: um quadrado, uma linha, um arco, um diamante e uma flecha.

8. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado pelo direcionador de fluxo primário ser composto ainda por reguladores de pressão para aliviar um acúmulo de pressão atrás da extremidade principal de pelo menos um direcionador de fluxo primário.

9. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por conter um caminho de fluxo para permitir que o fluido escape do aparelho por detrás do direcionador de fluxo frontal.

10. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por conter quatro núcleos, onde os núcleos estão em uma configuração essencialmente em forma de V.

11. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por conter um gerador acoplado a cada um dos núcleos centrais, para captação de energia a partir da rotação do núcleo central correspondente.

12. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 11 é caracterizado por compreender ainda uma estrutura flutuante, para manter a variedade de geradores essencialmente acima da água.

13. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por inclui ainda uma estrutura de suporte ao dispositivo e placas de estabilidade presas à estrutura para manter o dispositivo numa orientação para a frente e vertical, em relação ao fluxo de água.

14. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por incluir ainda uma aleta estabilizadora traseira fixada à estrutura, tendo essa aleta estabilizadora uma seção essencialmente plana da lâmina para atenuar a indesejável guinada do dispositivo e manter uma orientação favorável do dispositivo em relação ao fluxo de água.

15. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA de acordo reivindicação 10 caracterizado por ser composto ainda por uma torre em forma de tronco fixada e projetada para cima a partir do quadro para facilitar o acesso aos geradores.

16. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelos direcionadores de fluxo secundário serem rotativamente ajustáveis.

17. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA em que o aparelho de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo direcionador de fluxo primário ser rotacionalmente ajustável em torno de um eixo pivô.

18. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 3 caracterizado pelo membro extensor da lâmina girar através de um ciclo êmbolo e um ciclo não êmbolo, a lâmina é ainda composta de um mecanismo de fluxo de fluido para aliviar a pressão contra o membro da lâmina enquanto gira através do ciclo não êmbolo.

19. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA caracterizado por conter uma lâmina para uso com uma turbina geradora de energia, tendo a turbina um membro central rotativo, tendo a lâmina uma superfície de êmbolo e uma superfície de elevação, compreendendo: uma seção interna próxima do membro rotativo central; uma seção central começando na extremidade distal da seção interna; e, uma seção externa que começa numa extremidade distal da seção central e termina numa ponta afiada; onde a seção central é curvada para induzir a elevação para o lado não êmbolo da lâmina; e onde uma curvatura da seção externa na ponta corresponde a uma curvatura de um caminho circular percorrido pela ponta da lâmina durante a rotação do membro giratório central.

20. SISTEMAS E MÉTODOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA caracterizado por ser um método para extrair energia de um fluxo de água, caracterizado pelas etapas de: colocar um dispositivo numa massa de água, compreendendo: uma variedade de núcleos centrais, cada um apoiado em uma primeira e segunda extremidade, cada núcleo rotativo em torno de um eixo essencialmente vertical; um membro de lâmina que se estenda de cada um dos núcleos centrais para se envolver com o fluxo de água e causar a rotação dos núcleos centrais; e, um direcionador de fluxo primário posicionado em uma extremidade principal do aparelho para direcionar o fluxo de entrada de água para uma região pré-determinada ao longo de cada um dos membros de uma lâmina, em que a pluralidade de núcleos está posicionada atrás de pelo menos um direcionador de fluxo primário; operando o dispositivo para gerar energia a partir do fluxo de água; e, transmitindo a energia para alimentar um dispositivo elétrico.