ES2587791T3 - Aparato de generación - Google Patents

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ES2587791T3 ES10718641.3T ES10718641T ES2587791T3 ES 2587791 T3 ES2587791 T3 ES 2587791T3 ES 10718641 T ES10718641 T ES 10718641T ES 2587791 T3 ES2587791 T3 ES 2587791T3
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Michael Hoyle
Andrew Gledhill
David Kirton
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Abstract

Un aparato de generación (100) para generar energía a partir de corrientes submarinas, comprendiendo el aparato de generación: una carcasa de turbina (104); al menos una turbina (110) dentro de la carcasa (104), teniendo la/cada turbina (110) un eje de rotación (111) y una entrada (162); al menos un álabe de guía (112) adaptado para guiar un flujo de entrada de fluido hacia la/cada entrada de la turbina (162), el flujo de fluido, en uso, aproximándose al aparato en una dirección sustancialmente perpendicular a dicho al menos un eje de la turbina (111), en donde una superficie de la carcasa de la turbina y el al menos un álabe de guía (112) definen una trayectoria de flujo, en donde al menos una parte de la trayectoria de flujo está adaptada para cambiar la dirección de un flujo de entrada de fluido desde una dirección sustancialmente perpendicular a dicho al menos un eje de la turbina (111) a una dirección sustancialmente paralela a dicho al menos un eje de la turbina (111), y al menos un generador (114) que convierte la rotación de la/cada turbina en energía.

Description

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DESCRIPCION
Aparato de generacion Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un aparato de generacion para generar energia. En particular, pero no exclusivamente, la presente invencion se refiere a un aparato de generacion para generar energia a partir de corrientes submarinas.
Antecedentes de la invencion
Con la disminucion de las reservas de combustibles fosiles, existe un deseo de desarrollar nuevas formas de aprovechamiento de la energia procedente de fuentes renovables como la energia eolica o la energia de las mareas.
Muchos dispositivos para la generacion de energia a partir del viento o corrientes del mar/de los rios se han propuesto, sin embargo, la mayoria de tales dispositivos son ya sea unidireccionales o bidireccionales en que solo puede funcionar si el flujo de fluido es desde una direccion o de la direccion opuesta. Existen dispositivos omnidireccionales que, por ejemplo, giran en el viento, sin embargo, estos dispositivos requieren complejas disposiciones de rodamientos para hacerlo.
Un problema adicional surge con algunos disenos de dispositivos de generacion de submarinos que se tienen piezas en movimiento expuestas, estas partes moviles pueden suponer un peligro para los buques de pesca dado que las redes de pesca pueden quedar atrapadas en el dispositivo y, en algunos casos, las redes de pesca pueden ser arrastradas al fondo del mar.
Otro inconveniente con los dispositivos convencionales de generacion es que la ventana en la que operan puede ser bastante pequena. Es decir, si el viento o la corriente son demasiado bajos o demasiado altos, el dispositivo no puede funcionar.
Los documentos DE102005033412A y US2008/0247860A divulgan cada uno un aparato de generacion para generar energia a partir de corrientes submarinas de acuerdo con la tecnica anterior.
Sumario de la invencion
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un aparato de generacion para generar energia a partir de corrientes submarinas, segun la reivindicacion 1.
En una realizacion, un aparato de acuerdo con la presente invencion puede aprovechar el flujo desde todas las direcciones cuando el plano de la direccion del flujo del fluido de entrada es sustancialmente perpendicular a al menos uno de los ejes de la turbina o turbinas, y utilizar el flujo para generar energia. Un aparato que genera energia desde todas las direcciones tiene una gran utilidad y es mas sencillo de instalar dado que la orientacion es un problema menor.
Aunque el aparato de generacion se describe como adecuado para la generacion de energia a partir de corrientes submarinas, al menos una realizacion de la presente invencion puede ser adecuada para la generacion de energia a partir del viento. Del mismo modo, para evitar dudas, las corrientes que se pueden utilizar para generar energia no estan restringidas a las corrientes de la marea, sino que tambien podrian incluir corrientes creadas por un cambio en la altura, por ejemplo, en un rio, o corrientes generadas a partir de las condiciones climaticas, tales como corrientes generadas por el viento. Ademas, cualquier flujo de liquido que no puede tecnicamente ser descrito como una corriente tal como una marejada podria ser aprovechada en realizaciones de la presente invencion.
El flujo de fluido, durante el uso, se acerca al aparato en una direccion sustancialmente perpendicular al/cada eje de turbina.
Puede haber una pluralidad de alabes de guia.
El/cada alabe de guia esta adaptado para dirigir un flujo de fluido entrante hacia la turbina.
El/cada alabe de guia puede montarse en al menos una superficie de la carcasa.
La/cada superficie de la carcasa y el/cada alabe de guia definen una trayectoria de flujo.
Al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo puede ser un canal.
Al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo puede ser un conducto cerrado.
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Al menos una parte del/cada trayectoria de flujo esta adaptado para cambiar la direction de un flujo de entrada de fluido. El cambio de direccion puede ser de dos o tres dimensiones.
Al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo puede estar adaptada para cambiar la direccion de un flujo horizontal de fluido en un flujo sustancialmente vertical de fluido.
Al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo se puede adaptar para acelerar un flujo de entrada de fluido. La aceleracion del flujo aumenta la utilidad del dispositivo al permitir que el aparato genere energia a partir de flujos de entrada relativamente lentos.
La aceleracion de un fluido entrante se puede conseguir mediante una reduction del area en section transversal de la trayectoria de flujo.
Al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo puede estar adaptada para impartir una rotation a un flujo de entrada de fluido.
El fluido giratorio puede girar alrededor de un eje.
El eje de rotacion puede ser sustancialmente paralelo a al menos un eje de la turbina.
El fluido giratorio puede girar alrededor de la carcasa. Tal disposition facilita el suministro de fluido en movimiento a la turbina a traves de mas de 50 % de la superficie barrida por los alabes de la turbina.
Al menos una portion de al menos una de las trayectorias de flujo puede ser lineal.
Al menos una porcion de al menos una de las trayectorias de flujo puede ser helicoidal.
En una realization, la cada trayectoria/de flujo comprende una parte lineal y una parte helicoidal.
La parte helicoidal puede ser adyacente a la entrada de la turbina.
Cuando la parte helicoidal es adyacente a la entrada de la turbina, los alabes de guia que definen la parte helicoidal pueden actuar como estatores.
La superficie de la carcasa puede estar dispuesta, durante el uso, en un angulo obtuso a un flujo de entrada de fluido.
En uso, tras el acoplamiento con la superficie de la carcasa, el flujo de fluido puede cambiar de direccion.
La carcasa puede comprender carcasas interior y exterior.
Las carcasas interior y exterior pueden estar al menos parcialmente separadas.
Las carcasas interior y exterior pueden estar al menos parcialmente separadas entre si por el/cada alabe de guia.
Cuando hay una pluralidad de alabes de guia, la carcasa interior, la carcasa exterior, y cada par de los alabes de guia adyacentes pueden definir al menos una trayectoria de flujo.
Las carcasas interior y exterior pueden definir una entrada del aparato.
Las carcasas interior y exterior pueden definir una entrada de la turbina.
Las carcasas interior y exterior pueden definir una salida del aparato.
La/cada turbina puede estar dispuesta entre la entrada del aparato y la salida del aparato. En una realizacion que tiene la entrada de la turbina entre la entrada del aparato y la salida del aparato permite que la turbina quede oculta por la carcasa y reduce la posibilidad de que, por ejemplo, redes de pesca queden atrapadas en la turbina.
La/cada trayectoria de flujo puede ser adaptada para suministrar un flujo de fluido a la entrada de la turbina.
El area de la seccion transversal de cada trayectoria de flujo puede disminuir a lo largo de la trayectoria de flujo. Un area de trayectoria de flujo decreciente resulta en la aceleracion del flujo, entregando un flujo mas rapido de fluido a la entrada de la turbina.
En una realizacion, las carcasas interior y exterior comprenden regiones conicas o troncoconicas. Se entendera que el termino “conico” no se limita a una forma que tiene una seccion transversal circular, pero se pretende que incluya
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una forma que comprende multiples secciones lineales con una seccion transversal que puede ser hexagonal, octogonal o cualquier forma adecuada.
En esta realizacion, las carcasas interior y exterior estan en una relacion apilada.
En esta realizacion, las regiones conicas o troncoconicas pueden ser sustancialmente paralelas.
Alternativamente, las regiones conicas o troncoconicas pueden ser convergentes para acelerar un flujo de fluido hacia la turbina.
En una realizacion alternativa, la carcasa exterior puede ser toroidal, la carcasa exterior definiendo un orificio pasante. Por toroidal se entiende una forma cerrada que define un orificio pasante, como un anillo de donut.
El orificio pasante de la carcasa exterior puede definir una superficie interna conica que converge hacia una salida del aparato.
En esta realizacion, la seccion transversal del toroide puede ser triangular.
La carcasa interior puede definir una superficie conica que se extiende en el orificio pasante de la carcasa exterior.
En esta realizacion, la carcasa interior puede comprender una region conica.
La carcasa interior puede estar dispuesta como un cono invertido, una porcion de cono extendiendose en el orificio pasante de la carcasa exterior.
El aparato puede comprender una base.
La base puede estar adaptada para elevar la carcasa de una superficie, tal como un lecho marino.
La base puede definir una trayectoria de flujo por debajo de la carcasa.
La salida del aparato puede ser adyacente a la trayectoria del flujo de base.
En al menos una realizacion, un efecto Venturi se puede establecer en la salida del aparato debido al flujo de fluido a lo largo de la trayectoria del flujo de base. Cuando se establece un efecto de este tipo, el flujo de fluido a lo largo de la trayectoria del flujo de base que pasa la salida del aparato succiona fluido desde el interior del aparato por la salida de la cual, se cree, se succionara mas fluido a traves de la turbina.
En una disposicion alternativa, la salida del aparato puede ser distal de la base.
La base puede comprender una pluralidad de patas.
En una realizacion preferida, la base comprende al menos tres patas.
El aparato puede ser adaptado para sujetarse de manera liberable a las patas. Sujetarse de forma liberable la carcasa a la base permite que la carcasa sea retirada de la base en el caso de un fallo de algun tipo y sea sustituida por una unidad alternativa. La sustitucion de una unidad defectuosa por una unidad operativa maximiza la extraction de energia en el lugar especificado.
Las patas pueden estar conectadas por un bastidor de base.
Las patas pueden ser regulables en altura para permitir la nivelacion.
La base puede comprender un molde hinchable. Se proporciona un molde para permitir que el hormigon o similar sea vertido alrededor del bastidor de base para fijar la base en relacion con el fondo del mar.
El molde puede comprender un cimiento.
El cimiento puede ser al menos parcialmente hinchable entre una configuration plegada y una configuration inflada. El cimiento del molde puede ser hinchado por el llenado con hormigon o similar.
En una realizacion hinchar la base del molde con hormigon, encapsula el bastidor de base en el hormigon.
El molde puede comprender al menos una pared.
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La/cada pared del molde puede ser al menos parcialmente hinchable entre una configuracion plegada y una configuracion hinchada.
La/cada pared hinchable puede hincharse usando agua de mar.
Una vez hinchadas las paredes del molde pueden extenderse hacia arriba desde la base.
Una vez hinchados, el cimiento y las paredes definen un recipiente para recibir lastre. En algunos entornos, tales como en una region de altas velocidades de la corriente, puede ser deseable anadir lastre en la parte superior de la base para anadir peso extra al aparato.
El molde puede ser biodegradable.
La base del molde puede definir al menos una ranura. Las ranuras permiten que el agua fluya a traves del cimiento cuando se baja en su posicion en el fondo del mar antes del hinchado.
El aparato puede comprender una capucha.
La capucha puede estar situada adyacente a la salida del aparato. A la capucha puede ser proporcionada para promover el desarrollo de una zona de baja presion en la proximidad de los gases de escape para promover la aceleracion del flujo de escape.
La superficie de la carcasa puede ser lisa.
Alternativamente, la superficie de la carcasa puede definir un perfil de superficie.
El perfil de superficie puede comprender hoyuelos y/o salientes. Se cree que un perfil de superficie con, por ejemplo, hoyuelos y/o salientes, mejora el flujo de fluido a traves de la superficie.
La carcasa puede comprender un bastidor de la carcasa.
La/cada superficie de la carcasa puede estar unida al bastidor de la carcasa.
La/cada superficie de la carcasa puede ser de un material flexible.
Alternativamente, la/cada superficie de la carcasa puede ser de un material rigido.
La/cada superficie de la carcasa puede comprender un material de peso ligero.
La/cada superficie de la carcasa puede comprender una tela tal como nylon ripstop, poliester, elastomero reforzado con vidrio, polipropileno, Kevlar o de cualquier otro material adecuado.
El/cada alabe de guia puede ser de un material flexible.
Alternativamente, el/cada alabe de guia puede ser de un material rigido tal como el acero.
El/cada alabe de guia puede comprender un material de peso ligero.
El/cada alabe de guia puede comprender una tela tal como nylon ripstop, poliester, elastomero reforzado con vidrio, polipropileno, Kevlar o de cualquier otro material adecuado.
El/cada alabe de guia puede comprender un borde de ataque. El borde de ataque es la primera parte de la porcion expuesta del/cada alabe de guia para satisfacer el flujo de entrada de fluido, cuando el flujo de fluido es paralelo al plano del alabe de guia. El borde de ataque del alabe de guia tambien puede ser descrito como el borde del alabe de guia expuesto al flujo de fluido que esta mas alejado del eje de la turbina en un plano transversal al eje de la turbina.
El/cada borde de ataque puede comprender al menos una porcion flexible.
La/cada porcion flexible puede estar adaptada para moverse en respuesta al flujo de fluido. El proposito de la porcion flexible es aumentar el area de superficie del alabe en circunstancias en que el flujo de fluido es perpendicular al alabe para “reunir” mas del flujo de fluido. Cuando el flujo de fluido es perpendicular al plano del alabe, la porcion flexible puede estar adaptada para inclinarse radialmente hacia fuera desde el borde de ataque del alabe para dirigir el flujo de fluido en el aparato. Cuando el flujo de fluido es paralelo a la direction del alabe de guia, la porcion flexible puede estar adaptada para moverse a una posicion en la que esta alineada con la direccion del flujo.
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Cada borde delantero puede comprender una primera porcion flexible y una segunda porcion flexible, cada porcion flexible estando adaptada para recoger el flujo desde direcciones opuestas, ambas direcciones opuestas perpendiculares al plano del alabe.
El/cada generador puede comprender un arranque suave. Un arranque suave permite que la salida del generador se construya a lo largo de un periodo de tiempo. Un arranque suave alivia cualquier presion indebida en el tablero y el generador en si.
En una realizacion, el aparato de generacion comprende una caja de engranajes entre la/cada turbina y el/cada generador.
La/cada turbina puede comprender una pluralidad de hojas.
Las hojas pueden estar montadas de forma movil a un arbol de la turbina.
Las hojas pueden estar montadas en rotacion al arbol de la turbina. En una realizacion, en rotacion el montaje de los alabes de la turbina al eje de la turbina permite que el angulo de los alabes se ajuste de manera que se puede mantener una velocidad de rotacion constante del arbol de la turbina cuando la velocidad del flujo de entrada es variable.
Las hojas pueden ser auto ajustables para girar a una posicion optima para una velocidad dada de flujo.
En una realizacion al aumentar la velocidad del flujo de entrada, las hojas estan adaptadas para desviar y/o girar fuera de la direccion del flujo entrante.
En esta realizacion, la deflexion y/o la rotacion fuera de la direccion de flujo es en contra de la carga de un muelle.
El aparato puede comprender uno o mas conductos adaptados para desviar el flujo que no ha sido recogido por la entrada del aparato para entrar en las trayectorias de flujo del aparato.
Los conductos pueden comprender aberturas definidas por la carcasa exterior.
Los conductos pueden desviar el flujo en las trayectorias de flujo del aparato adyacentes a la entrada de la turbina.
Los conductos pueden comprender una cubierta conica que se encuentra alrededor de la carcasa exterior.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo de generacion de energia de acuerdo con la reivindicacion 14.
Breve descripcion de los dibujos
Las realizaciones de la presente invencion se describiran ahora con referencia a las figuras adjuntas en las que:
La figura 1 es una vista lateral de un aparato de generacion de acuerdo con una primera realizacion presente invencion;
La figura 2 es una vista en seccion a traves del aparato de la figura 1;
La figura 3 es una vista lateral de un aparato de generacion de acuerdo con una segunda realizacion presente invencion;
La figura 4 es una vista en seccion a traves del aparato de la figura 3;
La figura 5 es una vista esquematica en perspectiva del aparato de la figura 1;
La figura 6 es una vista esquematica en perspectiva del aparato de la figura 3;
La figura 7 es un esquema de una entrada de la turbina de acuerdo con la tercera realizacion de la presente invencion;
La figura 8 es una vista en perspectiva del bastidor de base del aparato de generacion de la figura 1 o la figura 3 durante el montaje;
La figura 9 es una vista en perspectiva del molde de base del aparato de generacion de la figura 1 o la figura 3 durante el montaje;
La figura 10 es una vista superior de la estructura de base de la figura 8 y el molde de base de la figura 9 durante el montaje;
La figura 11 es un esquema de una aplicacion del aparato de la figura 1 o la figura 3 de acuerdo con la cuarta realizacion de la presente invencion;
La figura 12 es un esquema de una aplicacion del aparato de la figura 1 o la figura 3 de acuerdo con la quinta realizacion de la presente invencion;
La figura 13 es un esquema de una aplicacion del aparato de la figura 1 o la figura 3 de acuerdo con la sexta realizacion de la presente invencion;
La figura 14 es un esquema de una aplicacion del aparato de la figura 1 o la figura 3 de acuerdo con la septima
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realizacion de la presente invencion; y
La figura 15 es una vista en seccion de un aparato de generacion de acuerdo con una octava realizacion de la presente invencion.
Descripcion detallada de los dibujos
En primer lugar, se hace referencia a las figuras 1 y 2, vistas lateral y en seccion de un aparato de generacion, generalmente indicado por el numero de referencia 100, de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion.
El aparato 100 comprende una carcasa de acero inoxidable 104, la carcasa 104 comprende, ademas, una carcasa interior 106 y una carcasa exterior 108. El aparato 100 comprende ademas un eje de turbina vertical 110, una pluralidad de alabes de guia de acero inoxidable 112 y un generador 114 para la conversion de rotacion de la turbina 110 en energia. El diametro maximo de la carcasa es de 6 m y la altura del aparato 100 es de 4 m. El aparato 100 es capaz de producir 0,5 MW de electricidad.
La carcasa exterior 108 comprende un toroide 116 de seccion transversal triangular aproximada. La carcasa 108 toroidal tiene una superficie exterior 118, una superficie interior 120 y una superficie inferior 122. Adjunta a la superficie inferior 122 hay una base 124 para elevar la carcasa 104 fuera el fondo del mar 126. La superficie interior de la carcasa exterior 120 define un orificio pasante 130 en el que se extiende la carcasa interior 106.
La carcasa interior 106 es conica y define una superficie exterior 132. Las carcasas interior y exterior 106, 108 comprenden cada uno un bastidor 132, 133 chapado de paneles de acero inoxidable 134, de manera que las carcasas interior y exterior 106, 108 comprenden multiples superficies de cepillado. Esta disposition proporciona una seccion transversal a traves de la carcasa interior en forma de cono 106 que no es circular, sino, en este ejemplo un decaedro, es decir la superficie exterior 136 de la carcasa interior 106 comprende diez paneles de acero 134.
La carcasa interior 106 esta soportada por la carcasa exterior, por puntales (no mostrados) soldados entre la carcasa de los bastidores 132, 133.
Los alabes de guia 112 estan soldados a las superficies exteriores 118, 136 de las carcasas interior y exterior 106, 108. Como se puede ver, ya que cada carcasa 106, 108 se estrecha, la distancia entre alabes adyacentes 112 se estrecha. Esta disposicion ayuda a acelerar el flujo a medida que pasa a traves del aparato de generacion 100.
El funcionamiento del aparato de generacion 100 se discutira ahora con referencia en particular a la figura 1.
Haciendo referencia a la figura 1 una corriente 150 fluye hacia el aparato 100 en una direction perpendicular al eje vertical 111 de la turbina 110. La corriente 150 esta representada por lineas de flujo 150a - 150h. Como puede verse en la figura 1, parte de la corriente, representada por la linea de flujo mas bajo 150a fluye debajo de la carcasa 104. Una parte diferente de la corriente, representada por las siguiente cuatro lineas de flujo 150b - 150e, fluye sobre la superficie exterior de la carcasa exterior 118 para formar un flujo de la carcasa exterior 160a. El flujo de la carcasa exterior 160 fluye hacia arriba a una serie de trayectorias de flujo 152 definidas por la superficie de la carcasa exterior 118 y pares adyacentes de alabes de guia 112, en el lado de la carcasa exterior 108 que se expone a la corriente 150. Para mayor claridad la corriente 150b-150e que desemboca en la superficie de la carcasa exterior 118 solo se muestra que fluye entre dos de los alabes de guia 112a, 112b.
La corriente 150 se acopla al aparato a dos metros por segundo. Sin embargo, como el agua fluye hasta la superficie exterior de la carcasa exterior 118, se acelera debido al estrechamiento de las vias de flujo 152 definidas por los alabes112a, 112b y la superficie exterior de la carcasa exterior 118. El flujo se acelera porque esta siendo forzado a traves del estrechamiento de las trayectorias de flujo 152 por el flujo continuo de la corriente 150b - 150e en las vias de flujo 152.
Del mismo modo una portion adicional de la corriente 150, representada por la sexta a la octava linea de flujo 150f - 150h, impacta sobre la superficie externa de la carcasa interna 136, que forman un flujo de carcasa interior 160b. El flujo de carcasa interior 160b es forzado hacia abajo, hacia una turbina de entrada 162, el plano de entrada de la turbina 162 es aproximadamente paralelo a las lineas de flujo 150 antes de que las lineas de flujo 150 se acoplen al aparato 100. En el caso de la carcasa interior 106, el flujo 150f-150h se acelera por el estrechamiento de las vias de flujo de la carcasa interior 154 definidas adyacentes a los alabes de guia de la carcasa interior 112 y la superficie de la carcasa interior 136. Una vez mas, a modo de ejemplo la corriente 150 se muestra que fluye por una trayectoria de flujo 154 delimitada por dos de los alabes de guia 112c, 112d, sin embargo, se entendera que un determinado flujo de corriente 150 sera recogido por todas las vias de flujo 152, 154 expuestos a la corriente 150. En la mayoria de los casos esto seran las trayectorias de flujo 152,154 cubriendo hasta 50 % del area de superficie expuesta de la carcasa 104 en un momento dado. A medida que el aparato de generacion 100 es efectivamente radial en naturaleza, el aparato 100 puede generar energia a partir de un flujo de corriente 150 desde cualquier direccion dada.
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A medida que el flujo 160a en la trayectoria de flujo de la carcasa exterior 152 se encuentra con el flujo 160b en la trayectoria de flujo de la carcasa interior 154, los flujos 160a, 160b se combinan para formar un flujo combinado 160c que fluye a traves de una turbina de entrada 162 y en la turbina 110 para girar los alabes de la turbina 170.
En la entrada de la turbina 162, la presion del fluido es relativamente alta. En contraste en una salida de la carcasa 164 la presion del fluido es relativamente baja y la parte de la corriente 150a que fluye debajo de la caja 104, pasa a la salida de la carcasa 164, crea un efecto Venturi en la salida de la carcasa 164 que aspira el flujo combinado 160c a traves de la carcasa exterior del orificio pasante 130 y a traves de la salida de la carcasa 164.
La rotacion de la hoja de turbina 170 es capturada por el generador 114 para generar electricidad que se alimenta entonces a traves de un cable 166 al control de potencia y un circuito de acondicionamiento (no mostrado) antes de ser enviado para uso en diversas aplicaciones. Algunas de estas aplicaciones seran discutidas en su momento.
Haciendo referencia a la figura 5, el flujo de entrada de agua 150 tendra un impacto en un lado del aparato 100, representado por la region sombreada 190 en la figura. A medida que el fluido en movimiento es guiado por los alabes de guia lineales hacia los alabes de turbina 170, el fluido en movimiento solo entrara aproximadamente la mitad del area barrida por los alabes de turbina 170. Esta area esta rayada en la figura 5 y se indica mediante el numero de referencia 192. Tambien se cree, sin embargo, que el efecto de succion Venturi en la salida de la carcasa 164 tambien puede absorber un poco de la corriente que ha pasado por los lados del aparato 100 en la turbina de entrada 162 en un lugar no directamente expuesto a la direccion de la corriente entrante 150 (esto se representa en la figura 5 como una parte no sombreada de la turbina de entrada 162).
Tambien sera apreciado que la turbina 110 se oculta con eficacia y el aparato 100 no tiene partes moviles que pueden enganchar, por ejemplo, redes de pesca.
Se hace referencia ahora a las figuras 3 y 4 vistas laterales y en seccion de un aparato de generation 200 de acuerdo con una segunda realization de la invention. En esta realization a las caracteristicas y componentes que son comunes entre la primera y segunda realizaciones se les da el mismo numero de referencia que la primera realizacion con “100" anadido al numeral.
En esta realizacion, el aparato 200 comprende unas carcasas interior y exterior 206, 208 en una relation apilada. Las carcasas 206, 208 son troncoconicas y juntas definen una entrada de la carcasa 263 y una salida de la carcasa 264 con un acceso vertical de la turbina 210 situado entre ellas, la turbina teniendo una turbina de entrada 262. La turbina de eje vertical 210 esta unida a un generador 214 que genera energia que a su vez alimenta a traves del cable 266 al control de potencia y circuitos de acondicionamiento (no mostrado) y se utiliza en diversas aplicaciones que seran discutidas en su momento.
Las carcasas 206, 208 comprenden cada un bastidor 232, 233 cubierto de nylon ripstop 234. El bastidor de la carcasa exterior 233 esta soportado por el bastidor de la carcasa interior 232, los dos bastidores 233, 232 estan conectados por puntales (no mostrados)
El aparato de generacion 210 de las figuras 3 y 4 comprende, ademas, alabes de guia 212 (solo uno de los cuales se muestra en la figura 3 para mayor claridad). Los alabes de guia 212 comprenden nylon ripstop y son helicoidales y se extienden aproximadamente dos tercios de la altura del aparato 210. Cada alabe de guia 212 tiene un borde interior 280 que esta cosido a la superficie de la carcasa interior 218 y un borde exterior 282 que, en la zona de solapamiento entre el alabe de guia 212 y la carcasa exterior 208, esta unido a la superficie interior de la carcasa exterior 284.
El flujo de entrada 250 se encuentra con la carcasa interior 206 y fluye hacia arriba y alrededor de la superficie de la carcasa interior 218 a lo largo de trayectorias de flujo cerradas 252 definidas por la superficie exterior de la carcasa interior 218, los pares adyacentes de los alabes de guia 212 y la superficie interior de la carcasa exterior 284.
En contraste con la primera realizacion 100 en la cual el flujo que impacta en toda la altura del aparato 100 era utilizable para generar energia, solo el flujo que impacta en la region sombreada 290 en la figura 6 se puede utilizar para aprovechar la energia de la segunda realizacion del aparato 200. Sin embargo, el uso de alabes de guia helicoidales 212 imparte rotacion al flujo 250 y despues de que el fluido giratorio ha pasado el extremo 286 de cada alabe 212, el flujo 250 continua girando alrededor de la carcasa interior 206 tal que el fluido en movimiento se entrega al area completa barrida por los alabes de la turbina 270 a medida que giran, indicado por la region rayada 292 en la figura 6. Esto significa que para el area de barrido completo de los alabes de turbina 270, las hojas 270 se mueven por el fluido. Esto se cree que genera una rotacion mas rapida de la turbina 210. Esto contrasta con una situation en la que una portion de fluido en el area de barrido de los alabes de la turbina esta parada o estancada. Si hay liquido estacionario o estancado en los alabes de turbina, los alabes de turbina tienen que mover el fluido, lo que contrarresta la rotacion generada por el fluido en movimiento en otra parte del area de barrido, lo que reduce la eficiencia de la turbina.
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Un diagrama esquematico de parte de un aparato de generacion 300 de acuerdo con la tercera realizacion de la presente invencion se muestra en la figura 7. Este esquema muestra la turbina de entrada 362 de un aparato similar al aparato 100 de la primera realizacion. La diferencia aqui es que en lugar de un solo eje de turbina vertical hay siete turbinas de eje vertical 310. Un gran numero de turbinas 310 se utiliza para una maquina de diametro mas grande y tiene la ventaja de que donde los flujos se entregan solo a una parte de la zona de entrada de la turbina 362 solamente se utilizaran algunas de las turbinas. En las zonas de la entrada de la turbina 362 en las que el flujo se estaciona o estanca, las turbinas no girar. En situaciones donde hay una sola turbina accionada por el flujo en movimiento solamente en una parte de la zona de barrido, los alabes de turbina tienen que moverse a traves del flujo estancado en otras partes del area de barrido, reduciendo potencialmente la eficiencia del aparato.
Se hace referencia ahora a las figuras 8, 9 y 10 que son varias vistas de la base 124 del aparato de generacion 100 de la figura 1. La base 124 comprende un bastidor de base 320 y tres patas de soporte 326, 328, 330.
La base 124 tambien comprende un molde 332 (figuras 9 y 10). El molde 332 incluye una base hinchable 334, adaptada para ser hinchada con hormigon y paredes hinchables 336 adaptadas para ser hinchadas con agua de mar.
Haciendo referencia a la figura 10, cuando la base 124 se baja al fondo del mar, se permite que el agua fluya a traves de ranuras 340 en el cimiento hinchable 334. Una vez que el cimiento 124 se ha situado en el fondo del mar y nivelado, el hormigon se bombea en el cimiento 334. Este procedimiento encapsula el bastidor de base 320 en el hormigon fijandolo en el lecho marino. Si se requiere mas peso, las paredes hinchables 336 son hinchadas con agua de mar y el lastre se puede cargar en la base 124. Una vez que la base 124 esta totalmente lastrada, el aparato 100 se baja para enganchar la pata extendida 330 que se extiende a una altura mayor que las otras dos patas de soporte 326, 328 con una de las tres aberturas de la carcasa 344. Una vez acoplada con la pata extendida 330, el aparato 100 se hace girar para alinear las otras dos aberturas de la carcasa 344 (figura 8) con los dos brazos de apoyo restantes 326, 328 y el aparato 100 se baja entonces en acoplamiento con un resalte de apoyo (no mostrado) en cada pata 326, 328, 330. El aparato 100 se asegura entonces a la base 124 mediante tres pasadores 346. El molde 332 es biodegradable y se degradara con el tiempo.
Las figuras 11 a 14 muestran diagramas esquematicos de las aplicaciones del aparato 100 de la figura 1, de acuerdo con realizaciones cuarta, quinta, sexta y septima de la presente invencion.
La figura 11 muestra un sistema 405 en el que el aparato 100 acciona una herramienta submarina 410. La turbina 110 esta unida al generador 114 que es, conectado a la herramienta 410 por un rectificador 412, un interruptor de parada 414 y un interruptor de circuito 416. El sistema mostrado en la figura 11 tambien comprende un medidor de potencia 420 conectado a un registrador de datos 418. Un medidor de velocidad de las mareas 424 tambien esta conectado con el registrador de datos 418. Un medidor de salida 422 para medir la salida del sistema 405 esta unido a un ordenador portatil 426. El registrador de datos 418 tambien alimenta la informacion recibida desde el medidor de potencia 420 y el medidor de velocidad de las mareas 424 al ordenador portatil 426. El portatil 426 procesa la informacion y utilizar la informacion procesada para calcular la eficiencia del sistema 405 y hacer ajustes si es necesario. La energia proporcionada por el sistema 405 alimenta la herramienta 410.
La figura 12 muestra un sistema similar 505 al sistema 405 que se muestra en la figura 11, sin embargo, se esta suministrando la potencia a un inversor de conexion a red 510 para realimentar a una red electrica, como la red nacional.
La figura 13 muestra un sistema 605 en el que se proporciona un controlador logico programable 640 para controlar el funcionamiento del sistema 605. El controlador logico programable controla principalmente un sistema generador 614. El sistema generador 614 comprende un control de paso 642 para controlar el paso de los alabes, un freno 644 para controlar la velocidad de las hojas, una caja de cambios 646, un generador asincrono 648 y un panel de instrumentos 658 para la medicion de tension, corriente, frecuencia de la energia/rpm y la temperatura. La caja de cambios 646 se proporciona para convertir la velocidad de rotacion del arbol de salida de la turbina 690 a la velocidad requerida del arbol de entrada del generador 692. El controlador logico programable 640 tambien esta conectado a un medidor de velocidad de la marea 660 y alimenta informacion a traves de un modem 662 a una instalacion en tierra. El controlador logico programable 640 es alimentado por una fuente de alimentacion 664.
El sistema tambien cuenta con un contactor de arranque suave 650, una unidad de acondicionamiento de potencia 652, un interruptor de circuito 654 y una caja de distribucion 656 para distribuir la energia, por ejemplo, a la red nacional.
Haciendo referencia a la figura 14, un esquema de un sistema de realizacion septima 705 que comprende elementos de calentamiento 770, que estan unidos a las tuberias de hidrocarburos (no mostrado) para mantener la temperatura del hidrocarburo cuando los hidrocarburos transitan a traves del sistema de tuberias (no se muestra). El sistema 705 es en gran medida similar al sistema 605 de la figura 13 sin embargo, incluye ademas una bateria 772 para alimentar el PLC 740, en caso de no estar disponible de alimentacion de la turbina 110. El sistema 705 de la figura 14 tambien incluye un controlador de carga 774 para cargar la bateria cuando sea necesario.
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Haciendo referencia a la figura 15, una vista en seccion de un aparato generador 800 de acuerdo con una octava realizacion de la presente invencion, esta realizacion incorpora primera y segunda partes flexibles 891a-h/892a-h en el borde delantero 893 de cada uno de los alabes de gma de ocho aparatos 812a-h.
El borde de ataque 893 de cada una de los alabes de guia 812 es el borde mas alejado de los alabes de guia de la turbina de eje 811.
Cuando el fluido 850 fluye hacia el aparato 800, las partes flexibles 891, 892 se mueven para maximizar movimiento de fluido que fluye en las trayectorias de flujo 852. Para el primer alabe de guia 812a, el plano del cual se encuentra paralelo a la direccion del flujo de fluido 850, las partes flexibles 891a, 892a se doblan hacia el alabe de guia 812a. En el caso del tercer alabe de guia 812c y el septimo alabe de guia 812g, que se encuentran perpendiculares a la direccion del flujo de fluido 850, las partes flexibles 891c, 892g en el lado del alabe de guia 812c, 812g frente a la direccion del flujo de fluido 850, se doblan hacia el exterior para capturar mas del flujo de fluido 850 que el alabe de guia 812C, 812G, haria por su cuenta. Esto aumenta el volumen de fluido que fluye a traves del aparato 800.
Diversas modificaciones y mejoras se pueden hacer a las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la invencion, que se define por las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, en la segunda realizacion, una capucha se podria proporcionar sobre la salida de la carcasa 264 para promover el desarrollo de una zona de baja presion en la proximidad de una salida de la carcasa 264 para ayudar en la aceleracion del flujo de fluido a traves de la turbina 210.
En una realizacion alternativa adicional los alabes de guia 212 podrian comprender una parte lineal en, por ejemplo, la entrada de la carcasa 263 antes de convertirse en helicoidal.
En una realizacion alternativa adicional del controlador de paso de los alabes de la turbina de la figura 13 se podria sustituir por un sistema automatizado en el que las hojas se desvian fuera de la corriente de fluido que pasa a traves de la entrada de la turbina cuando la velocidad del flujo aumenta. En esta realizacion las hojas podrian ser cargadas por un muelle para ser devueltas hacia la direccion del flujo cuando la velocidad del flujo se reduce.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato de generation (100) para generar energia a partir de corrientes submarinas, comprendiendo el aparato de generacion:
    una carcasa de turbina (104);
    al menos una turbina (110) dentro de la carcasa (104), teniendo la/cada turbina (110) un eje de rotation (111) y una entrada (162);
    al menos un alabe de guia (112) adaptado para guiar un flujo de entrada de fluido hacia la/cada entrada de la turbina (162), el flujo de fluido, en uso, aproximandose al aparato en una direction sustancialmente perpendicular a dicho al menos un eje de la turbina (111), en donde una superficie de la carcasa de la turbina y el al menos un alabe de guia (112) definen una trayectoria de flujo, en donde al menos una parte de la trayectoria de flujo esta adaptada para cambiar la direccion de un flujo de entrada de fluido desde una direccion sustancialmente perpendicular a dicho al menos un eje de la turbina (111) a una direccion sustancialmente paralela a dicho al menos un eje de la turbina (111), y
    al menos un generador (114) que convierte la rotacion de la/cada turbina en energia.
  2. 2. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que hay una pluralidad de alabes de guia.
  3. 3. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que el/cada alabe de guia esta montado en al menos una superficie de la carcasa.
  4. 4. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo es un canal, opcionalmente en el que al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo es un conducto cerrado.
  5. 5. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una portion de la trayectoria de flujo esta adaptada para cambiar la direccion de un flujo horizontal a un fluido en un flujo sustancialmente vertical de fluido.
  6. 6. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una porcion de la/cada trayectoria de flujo esta adaptada para acelerar un flujo de entrada de fluido, opcionalmente en el que la aceleracion de un fluido de entrada se consigue mediante una reduction en el area de la section transversal de la trayectoria de flujo.
  7. 7. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que al menos una parte de la/cada trayectoria de flujo esta adaptada para impartir una rotacion en un flujo de entrada de fluido, en donde el fluido giratorio gira alrededor de un eje sustancialmente paralelo a al menos un eje de la turbina, opcionalmente en donde el liquido giratorio gira alrededor de la carcasa.
  8. 8. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que la carcasa comprende carcasas interior y exterior, en el que las carcasas interior y exterior estan al menos parcialmente separadas entre si por el/cada alabe de guia, opcionalmente en el que donde hay una pluralidad de alabes de guia, la carcasa interior, la carcasa exterior y cada par de alabes de guia adyacentes definen al menos una trayectoria de flujo.
  9. 9. El aparato de generacion de la reivindicacion 8, en el que las carcasas interior y exterior definen una entrada del aparato, en el que las carcasas interior y exterior definen una entrada de la turbina, en el que la carcasa interior y la carcasa exterior definen una salida del aparato; en el que la/cada turbina esta dispuesta entre la entrada del aparato y la salida del aparato, en el que la/cada trayectoria de flujo esta adaptada para suministrar un flujo de fluido a la entrada de la turbina.
  10. 10. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que el area de la seccion transversal de cada trayectoria de flujo disminuye a lo largo de la longitud de la trayectoria de flujo.
  11. 11. El aparato de generacion de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que las carcasas interior y exterior comprenden regiones conicas o troncoconicas, en el que las carcasas interior y exterior estan en una relation de apilamiento, en el que las regiones conicas o troncoconicas son sustancialmente paralelas, en donde las regiones conicas y troncoconicas son convergentes para acelerar un flujo de fluido hacia la turbina.
  12. 12. El aparato de generacion de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que la carcasa exterior es toroidal, definiendo la carcasa exterior un orificio pasante, en donde el orificio pasante de la carcasa exterior define una superficie interna conica que converge hacia una salida del aparato, en el que la seccion transversal del toroide es triangular.
  13. 13. El aparato de generacion de la reivindicacion 12, en el que la carcasa interior define una superficie conica que se extiende en el orificio pasante de la carcasa exterior, en el que la carcasa interior comprende una zona conica, en el
    que la carcasa interior esta dispuesta como un cono invertido, extendiendose una porcion de cono en el orificio pasante de la carcasa exterior.
  14. 14. Un metodo de generacion de energia, comprendiendo el metodo las etapas de:
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    proporcionar un aparato de generacion de un flujo de fluido, siendo recibida una porcion del flujo de fluido por el aparato, guiando al menos un alabe de guia del aparato el flujo de fluido hacia la/cada entrada de al menos una turbina, teniendo la/cada turbina un eje de rotacion sustancialmente perpendicular a una direccion del flujo de fluido, en donde una superficie de la carcasa de la turbina y el al menos un alabe de guia definen una trayectoria 10 de flujo, en donde al menos una porcion de la trayectoria de flujo esta adaptada para cambiar la direccion del
    flujo de entrada de fluido desde una direccion sustancialmente perpendicular a dicho al menos un eje de la turbina a una direccion sustancialmente paralela a dicho al menos un eje de la turbina.
  15. 15. El aparato de generacion de cualquier reivindicacion anterior, en el que la/cada trayectoria de flujo comprende 15 una porcion lineal y una porcion helicoidal, en el que la porcion helicoidal es adyacente a la entrada de la turbina;
    opcionalmente en el que, cuando la porcion helicoidal es adyacente a la entrada de la turbina, los alabes de guia que definen la parte helicoidal actuan como estatores.
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