MX2013005353A - Sistema de turbina y metodo. - Google Patents

Abstract

Algunas modalidades de un sistema de turbina aquí descrito proporcionan una turbina que rota en respuesta a un flujo de fluido fuera de eje, tal como agua que fluye en una dirección generalmente horizontal que por lo general es perpendicular a un eje vertical de rotación; la rotación de la turbina puede impulsar un generador para emitir energía eléctrica.

Description

SISTEMA. DE TURBINA Y METODO CAMPO DE LA INVENCION Este documento se refiere a una turbina, por ejemplo, que rota para generar energía eléctrica a partir de un flujo de fluido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Algunos sistemas de turbina generan energía eléctrica en respuesta a la rotación de una turbina. Por ejemplo, numerosos sistemas de turbina de viento intentan recolectar la energía del viento a partir del flujo de aire sobre un conjunto de aspas de turbinas de viento, las cuales impulsan las aspas de la turbina de viento para que roten alrededor de un eje y de esta manera impulsen un generador interno para emitir energía eléctrica. En otro ejemplo, sistemas convencionales de hidroturbina buscan convertir la energía de las corrientes de agua en ríos o corrientes de mareas en océanos o mares en energía eléctrica.

SUMARIO DE LA INVENCION Algunas modalidades de un sistema de turbina aquí descrito proporcionan una turbina que rota en respuesta a un flujo de fluido fuera de eje, tal como agua que fluye en una dirección generalmente horizontal que por lo regular es perpendicular a un eje vertical de rotación. El sistema de turbina puede emplear una combinación sinérgica de principios de dinámica de fluidos para recolectar la energía cinética en agua que fluye u otro fluido para la conversión en movimiento mecánicamente rotatorio. Por ejemplo, el sistema de turbina puede proporcionar una turbina de eje vertical formada como una estructura unitaria que, en respuesta al flujo de fluido fuera de eje, rota en una dirección sin considerar la dirección del flujo de fluido (el cual puede ser útil cuando se recolecta energía a partir de corrientes de marea en un ambiente oceánico) . En modalidades particulares, la turbina de eje vertical está configurada para proporcionar una eficiencia mejorada incluso en flujo de fluido de lento movimiento (tal como una corriente o río lento) .

En algunas modalidades, un sistema de turbina puede incluir una turbina que rota alrededor de un eje central en respuesta a fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje central. La forma de la turbina puede contribuir a una combinación sinérgica de principios de dinámica de fluidos para impulsar el movimiento rotatorio de la turbina.

Modalidades particulares aquí descritas incluyen una turbina para uso en un sistema de generación eléctrico.

La turbina puede comprender una turbina de eje vertical que rota alrededor de un eje vertical en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que por lo general es perpendicular al eje vertical. La turbina de eje vertical puede incluir una superficie de domo superior central, al menos parcialmente definida por una curva en forma de campana en un plano vertical en sección transversal. También, la turbina de eje vertical puede incluir una pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba donde cada una se extiende desde una región exterior cercana a una periferia exterior de la turbina de eje vertical hacia la superficie de domo superior central. Cada una de las aletas puede terminar a una altura vertical por debajo de una región más superior de la superficie de domo superior central.

En algunas modalidades, un sistema de turbina para generar energía eléctrica puede incluir una turbina de eje vertical. La turbina de eje vertical puede incluir una pluralidad de aletas formadas como una estructura unitaria con una superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada. La turbina de eje vertical puede rotar alrededor de un eje vertical en una primera dirección alrededor de un eje vertical tanto en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una primera dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical como en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una segunda dirección de flujo opuesta que generalmente es perpendicular al eje vertical.

En algunas modalidades, un sistema de turbina para generar energía eléctrica puede incluir una turbina de eje vertical que está configurada para rotar alrededor de un eje vertical en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical. La turbina de eje vertical puede incluir una región de superficie más superior definida por una curvatura convexa que mira hacia arriba centrada alrededor del eje vertical. El sistema también puede comprender una estructura base colocada debajo de la turbina de eje vertical para permanecer generalmente estacionaria durante la rotación de la turbina de eje vertical. El sistema además puede comprender un generador eléctrico colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

Modalidades particulares aquí descritas pueden incluir un método para utilizar un sistema de turbina para generar energía eléctrica a partir de un flujo de corriente submarina. El método puede incluir colocar una turbina de eje vertical por debajo del agua de manera que un eje vertical de rotación de la turbina de eje vertical queda acomodado generalmente perpendicular al flujo de agua. La turbina de eje vertical puede incluir una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que incluye una superficie de domo superior central y una pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba donde cada una se extiende desde una región exterior cerca de una periferia exterior de la turbina de eje vertical hacia la superficie de domo superior central. El método también puede incluir, generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical causada por el agua que fluye sobre la superficie de domo superior central e interactuando con la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba.

Algunas modalidades aquí descritas incluyen un método para fabricar un sistema de turbina para uso en la generación de energía eléctrica. El método puede incluir, moldear una turbina de eje vertical. Por ejemplo, la turbina de eje vertical se puede moldear de manera que una pluralidad de aletas de la turbina se forma como una estructura unitaria con una superficie más superior curva de manera convexa, centralmente ubicada de la turbina. El método también puede incluir, montar la turbina de eje vertical a la estructura base de manera que la turbina de eje vertical está configurada para rotar alrededor de un eje vertical con relación a la estructura base en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical.

Estas y otras modalidades aquí descritas pueden proporcionar uno o más de los siguientes beneficios. Primero, algunas modalidades del sistema de turbina pueden incluir una turbina que emplea una combinación sinérgica de principios de dinámica de fluido para poner en explotación la energía cinética en agua que fluye u otro fluido para conversión en movimiento mecánicamente rotatorio. Este movimiento rotatorio mecánico puede ser utilizado, por ejemplo, para impulsar un árbol del rotor de un generador de imanes permanentes para propósitos de generar energía eléctrica, o alternativamente, para impulsar un sistema de bomba que empuje el fluido hidráulico a través de una máquina de generador eléctrico remotamente ubicada (por ejemplo, en tierra) .

Segundo, el sistema de turbina puede emplear una turbina que tenga una forma novedosa que de manera conveniente ponga en explotación la energía cinética del agua que fluye u otro fluido a partir de las fuerzas Newtonianas que actúan sobre las aletas y también a partir de un efecto de recuperación de presión a medida que el agua u otro fluido fluye sobre una superficie de domo superior y hacia abajo a lo largo del lado corriente abajo de la turbina. Por ejemplo, la turbina puede incluir una superficie convexa superior centralmente ubicada alrededor del eje vertical que está al menos parcialmente definida por un contorno en forma de campana en un plano en sección transversal vertical. Este contorno en forma de campana contribuye al efecto de recuperación de presión a medida que el fluido fluye sobre la superficie conexa superior en una dirección que es transversal al eje vertical. Este contorno en forma de campana permite que la superficie convexa superior controle y mantenga el flujo laminar sobre el cuerpo de la turbina. También, la turbina incluye un conjunto de aletas que se proyectan hacia arriba las cuales están configuradas para poner en explotación y redirigir el agua u otro fluido que fluye sobre la porción corriente arriba de la turbina (contribuyendo asi con fuerzas Newtonianas para el movimiento rotacional) asi como poniendo en explotación el agua u otro fluido que fluye a la porción corriente abajo (por ejemplo, que fluye sobre la superficie convexa superior de la turbina y hacia abajo al contorno en forma de campana) . Además, las aletas están configuradas para controlar la trayectoria del fluido que fluye sobre el cuerpo principal de la turbina y dirigir el fluido hacia diferentes áreas en diferentes momentos con base en su orientación al flujo de la corriente. Además, en algunas circunstancias, las aletas se pueden configurar para manejar el flujo turbulento fuera del cuerpo principal de la turbina por medio de una generación de vórtice, lo cual puede ordenar que el flujo no laminar alrededor de la turbina se organice alrededor de estos vórtices y de esta manera se reduzcan los efectos de arrastre u otras ineficiencias durante la operación de la turbina.

Tercero, el sistema de turbina se puede configurar para generar niveles significativos de energía eléctrica incluso en flujo de fluido de lento movimiento (tal como una corriente o río lento) . Además, la turbina se puede configurar con un perfil vertical relativamente bajo en comparación con un diámetro exterior de la turbina, lo cual permite que la turbina rote alrededor del eje vertical con una potencia significativa incluso cuando la profundidad del agua es relativamente superficial (por ejemplo, menor que el diámetro de la turbina) . En algunas circunstancias, la turbina se puede configurar para tener un cuerpo principal que tiene aproximadamente 7.9 pies (2.40 metros) de diámetro (centrado alrededor del eje vertical de rotación) y se puede utilizar para generar un movimiento rotatorio mecánico que es suficiente para producir, por ejemplo, energía eléctrica incluso cuando se sumerge en una corriente de agua generalmente horizontal de un río o corriente lenta. En otras modalidades, la turbina se puede configurar para tener un cuerpo principal de aproximadamente 12 pies (3.65 metros) de diámetro (centrado alrededor del eje vertical de rotación) y se puede utilizar para generar movimiento rotatorio mecánico que sea suficiente para producir, por ejemplo, energía eléctrica cuando se sumerge en corrientes de marea oceánica que fluyen generalmente en forma perpendicular al eje vertical. En algunas modalidades portátiles, la turbina se puede configurar para tener un cuerpo principal que tenga aproximadamente 4 a aproximadamente 8 pulgadas (10.16 a 20.32 centímetros) de diámetro (centrado alrededor del eje vertical de rotación) y se puede transportar en una mochila o con equipo militar para proporcionar un generador de potencia portátil para uso en un río o corriente. Por consiguiente, la turbina puede rotar a una velocidad que generalmente es segura para los peces u otra vida marina al mismo tiempo que el sistema de turbina recolecta una fuente de energía segura y renovable.

Cuarto, el sistema de turbina se puede construir en una manera que ocasione que la turbina rote en una dirección rotacional consistente alrededor del eje vertical tanto en la situación en que se expone a un flujo de fluido que se aproxima desde una primera dirección de flujo, que generalmente es perpendicular al eje vertical, como en la situación en que se expone a una segunda dirección de flujo que es opuesta a la primera dirección de flujo. En dichas modalidades, el sistema de turbina puede ser convenientemente sumergido a lo largo del piso de un océano o mar que está sujeto a corrientes de marea. Por ejemplo, algunas modalidades del sistema de turbina se pueden configurar para producir movimiento rotatorio mecánico en una dirección alrededor del eje vertical (para propósitos de generar energía eléctrica) tanto en la situación en que se expone a las corrientes de marea durante una marea alta como en la situación en que se expone a las corrientes de marea durante una marea baja. En dichas circunstancias, no se requiere que el sistema de turbina emplee múltiples estructuras de aspa de turbina que roten en direcciones opuestas (por ejemplo, una estructura de aspa para corrientes de marea alta y otra estructura de aspa para corrientes de marea baja) .

Quinto, tal como se describe con mayor detalle a continuación, la turbina se puede construir como una estructura unitaria de manera que todas las aletas y la superficie convexa superior se forma como una estructura de una sola pieza, de bajo mantenimiento, la cual es particularmente benéfica para aplicaciones de océano y río en donde el sistema de turbina se sumerge completamente. En algunas modalidades, la turbina se puede formar como una estructura unitaria como parte de un proceso de moldeo que forma en colectivo el cuerpo principal de la turbina incluyendo la superficie convexa superior y las aletas. Dicho proceso de moldeo puede ser útil en la formación de una turbina en la cual toda la cara superior (incluyendo la superficie convexa superior, la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba, y las superficies base del canal entre aletas vecinas está libre de aberturas u otras aperturas. En algunas modalidades preferidas, la turbina tiene una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que se extiende a un limite circular en la periferia exterior de la turbina. Opcionalmente, un eje motor puede ser integralmente moldeado con el cuerpo principal de la turbina de manera que el eje motor se extiende hacia abajo desde una cara inferior del cuerpo de turbina moldeado. Por consiquiente , la turbina se puede fabricar de manera eficiente y reproducible en una manera de bajo costo que significativamente puede reducir el número de componentes y el tiempo de ensamble correspondiente.

Los detalles de una o más modalidades de la invención se establecen en los dibujos acompañantes y en la siguiente descripción. Otras características, objetos y ventajas de la invención serán aparentes a partir de la descripción y los dibujos, y a partir de las reivindicaciones .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista lateral de un sistema de turbina sumergido en un fluido que fluye, de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 2 es una vista superior del sistema de turbina de la figura 1.

La figura 3 es una vista despiezada en perspectiva de componentes particulares del sistema de turbina de la figura 1.

La figura 4 es una vista en perspectiva de una turbina para uso con .un sistema de turbina tal como el sistema de la figura 1, de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 5 es una vista plana superior de la turbina de la figura 4.

La figura 6 es una vista en elevación frontal de la turbina de la figura 4.

La figura 7 es una vista en elevación derecha de la turbina de la figura 4.

La figura 8 es una vista en elevación posterior de la turbina de la figura 4.

La figura 9 es una vista en elevación izquierda de la turbina de la figura 4.

La figura 10 es una vista plana inferior de la turbina de la figura .

La figura 11 es una vista en sección transversal vertical de la turbina de la figura 4.

La figura 12 es un gráfico de flujo. para un proceso de fabricación de un sistema de turbina tal como el sistema de la figura 1, de acuerdo con algunas modalidades.

Las figuras 13A-C son vistas superiores de una trayectoria de rotación de una turbina para uso con un sistema de turbina tal como el sistema de la figura 1, de acuerdo con algunas modalidades.

Símbolos de referencia similares en los diversos dibujos indican elementos similares.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, algunas modalidades de un sistema de turbina 100 pueden incluir una turbina 110 que está configurada para rotar alrededor de un eje vertical 115 en respuesta a un flujo de fluido fuera de eje, tal como un flujo de fluido 50 que se aproxima a la turbina 110 desde una dirección que generalmente es perpendicular al eje vertical 115. Por ejemplo, en algunas modalidades, el sistema de turbina 100 puede estar equipado con la turbina de eje vertical 110 que genera movimiento rotatorio mecánico 116 para producir energía eléctrica en respuesta al agua que fluye en un río, corriente, océano, mar u otro cuerpo de agua que tiene corrientes. En la modalidad mostrada, la turbina 110 está formada como una estructura unitaria que, en respuesta al flujo de fluido fuera de eje 50, se puede configurar para proporcionar una eficiencia mejorada para la generación de energía eléctrica incluso en flujo de fluido de lento movimiento (tal como una corriente, río o corriente de marea lenta) .

El sistema de turbina también puede incluir una estructura base 150 colocada debajo de la turbina de eje vertical 110, la cual está asegurada al piso 60 por debajo de la superficie 40 del cuerpo de agua en donde la turbina 110 está completamente sumergida. Como tal, la estructura base 150 está configurada para permanecer generalmente estacionaria durante la rotación de la turbina de eje vertical 110. En esta modalidad, la estructura base incluye una estructura de pedestal 152 que tiene una pluralidad de anclajes 153 que son impulsados hacia el piso 60 del cuerpo de agua para anclar la posición del sistema de turbina 100. La estructura base 154 también puede incluir una carcasa de alojamiento inferior 154 que está colocada opuesta a la turbina 110 de manera que un espacio interior queda al menos parcialmente definido entre la turbina 110 y la estructura base 150. Tal como se describe con mayor detalle a continuación, algunas modalidades del sistema de turbina 100 pueden incluir un generador de imanes permanentes (o, alternativamente, un sistema de bomba hidráulico) alojado en el espacio interior entre la turbina 100 y la estructura base 150. En dichas circunstancias, los componentes del sistema de turbina 100 se pueden construir en una manera que conserve el espacio y proporcione un perfil relativamente bajo para operar a una profundidad superficial de un cuerpo de agua.

Al menos una línea 156 (por ejemplo, una línea de cable eléctrico o una línea de tubería) se puede extender desde la estructura base 150 hacia un sistema de electrónica no sumergido 160 (figura 2) . La línea 156 puede emitir una corriente eléctrica generada a partir de un generador de imanes permanentes (que se describe con mayor detalle a continuación) acoplado a la estructura base 150 al sistema de electrónica no sumergido 160. En esta modalidad, el sistema de electrónica está colocado en una ubicación en tierra, pero se debiera entender que en modalidades alternativas, el sistema de electrónica puede estar ubicado en una plataforma por encima de la superficie construida sobre la superficie 40 del agua. El sistema de electrónica 160 puede incluir un sistema de inversor y transmisión que está configurado para acondicionar la energía eléctrica proveniente de la línea 156 para emitirse a un sistema de rejilla externo. Por ejemplo, el sistema de electrónica 160 se puede configurar para emitir la energía eléctrica como una energía AC trifásica de 120 V que es transmitida a la rejilla de energía externa. En algunas modalidades alternativas, el sistema de electrónica 160 puede alojar el generador eléctrico (de manera que no hay un generador acoplado a la estructura base 150 debajo de la superficie 40) a fin de permitir un mantenimiento simplificado. En esas circunstancias, la línea 156 se puede configurar para proporcionar una trayectoria de fluido presurizado (por ejemplo, fluido hidráulico) que es bombeado al sistema de electrónica 160 por la potencia del movimiento rotatorio mecánico 116 de la turbina 110. A partir de ahí, el fluido hidráulico puede impulsar un rotor del generador eléctrico (alojado por el sistema de electrónica 16) para rotar y así generar energía eléctrica. En cualquiera de estos escenarios, la turbina 110 se puede utilizar para generar el movimiento mecánicamente rotatorio 116 que es suficiente para producir energía eléctrica incluso cuando está sumergido en una corriente de agua de movimiento relativamente lento.

Haciendo referencia todavía a las figuras 1-2, la turbina de eje vertical 110 puede incluir una superficie convexa superior centralmente ubicada 120 y una pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba 130. En esta modalidad, la superficie convexa superior 120 está al menos parcialmente definida por una curva en forma de campana en un plano en sección transversal vertical (hacer referencia también a la figura 11) de manera que la superficie convexa superior tiene una forma generalmente de domo en su ápice. Cada una de las aletas 130 se extiende desde una región exterior 111 de la turbina (por ejemplo, en o cerca del diámetro exterior del cuerpo de turbina tal como se muestra en la figura 2) y hacia la superficie convexa superior centralmente ubicada 120. Tal como se describe con mayor detalle a continuación, en esta modalidad cada una de las aletas 130 termina a una altura vertical por debajo de una región más superior de la superficie convexa superior 120. Por consiguiente, la superficie convexa superior 120 en esta modalidad sube por arriba de los extremos terminales de cada aleta 130.

Tal como se muestra en las figuras 1-2, la pluralidad de aletas 130 están acomodadas de manera que la turbina de eje vertical 110 es empujada para rotar en la dirección rotacional 116 alrededor del eje vertical 115 en respuesta al flujo de fluido 50 que se desplaza en una primera dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical 115 (por ejemplo, fluyendo de izquierda a derecha tal como se muestra en la figura 1 y de abajo hacia arriba como se muestra en la figura 2). Sin embargó, se debiera entender a partir de la presente descripción que el arreglo de las aletas 130 de igual manera ocasiona que la turbina de eje vertical 110 rote en la misma dirección rotacional 116 en respuesta al flujo de fluido 50 que se desplaza en una segunda dirección de flujo opuesta que también generalmente es perpendicular al eje vertical 115. En otras palabras, la turbina 110 seria empujada para rotar en la misma dirección rotacional 116 incluso si el flujo de fluido 50 se estuviese desplazando opuesto a aquél mostrado en las figuras 1-2 (por ejemplo, si estuviese fluyendo de derecha a izquierda en la figura 1 y de arriba hacia abajo en la figura 2). Por lo tanto, las aletas 130 de la turbina están acomodadas de manera' que la turbina de eje vertical 110 rota en la dirección rotacional 116 alrededor del eje vertical 115 tanto en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina, en una primera dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical, como en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una segunda dirección de flujo opuesta que generalmente es perpendicular al eje vertical.

Haciendo referencia todavía a las figuras 1-2, la forma de la superficie convexa superior 120 y las aletas que se extienden hacia arriba 130 contribuye a una combinación sinérgica de fuerzas Newtonianas y un efecto de recuperación de presión para impulsar el movimiento rotatorio 116 de la turbina 110, el cual de manera conveniente puede proporcionar una potencia rotacional significativa incluso en flujo de fluido relativamente lento. Por ejemplo, cuando la turbina 110 está sumergida en el fluido 50 (por ejemplo, el flujo de agua en estas modalidades) , el fluido 50 es dirigido para fluir hacia uno o más canales 125 entre aletas vecinas 130 en una porción corriente arriba 112 de la turbina 110 y sobre la parte superior de la superficie convexa superior 120. Cada uno de los canales incluye una superficie base 126 que conduce a la superficie convexa superior 120. Tal como se describe con mayor detalle a continuación, cada superficie base 126 de los canales 125 puede ser al menos parcialmente definida por el contorno en forma de campana en la sección transversal vertical de la turbina 110. Por lo tanto, aunque el fluido 50 que fluye a través de los canales 125 es redirigido por las aletas 130 (proporcionando asi fuerzas Newtonianas que impulsan la rotación de la turbina 110) , el fluido también está atravesando hacia arriba a lo largo del contorno en forma de campana de las superficies base 126 de los canales 125 hacia la superficie convexa superior 120 (escalonándose asi para un efecto de recuperación de presión a lo largo de la porción corriente abajo 114) . A partir de ahí, el fluido 50 es dirigido hacia abajo de la superficie convexa superior 120 y hacia uno o más de los canales 125 en una porción corriente abajo 114 de la turbina 110. A medida que el fluido 50 se mueve en esta trayectoria desde la superficie convexa superior 120 a la porción corriente abajo 114, se induce un efecto de recuperación de presión para desarrollar una región de alta presión (hacer referencia también a la figura 4) a lo largo de la porción corriente abajo 114 que contribuye a que una potencia significativa actúe sobre la aleta respectiva 130 y rote la turbina 110.

Haciendo referencia ahora a la figura 3, se pueden construir algunas modalidades del sistema de turbina 100 de manera que uno o más componentes quedan colocados en un alojamiento sellado 140 entre la turbina 110 y la estructura base 150. El alojamiento de sellado 140 puede ser utilizado para alojar componentes que facilitan la conversión del movimiento rotatorio mecánico 116 (figuras 1-2) de la turbina 10 en energía eléctrica. En esta modalidad, la turbina 110 está montada en la parte más superior del sistema de turbina 100 de manera que el fluido 50 es impulsado a fluir sobre la superficie convexa superior 120 de la turbina 110 (referencia a las figuras 1-2) mientras que la estructura base 150 está anclada al suelo 60 bajo la superficie 40. La turbina 110 se puede formar como un componente de una sola pieza de manera que todas las aletas 130, las superficies base del canal 126, y la superficie convexa superior 120 son moldeadas como una sola estructura unitaria. En algunas modalidades, el eje motor 135 puede ser integralmente moldeado con la turbina 110 de manera que el eje motor 135 se extiende de manera fija desde una cara inferior de la turbina 110.

En algunas modalidades, la estructura base 150 puede incluir un número de componentes que están ensamblados juntos. Por ejemplo, la estructura de pedestal 152 puede incluir la pluralidad de anclajes 153 que se extienden hacia abajo desde ahi de manera que los anclajes pueden residir en el suelo mientras que la estructura de pedestal 152 queda colocada sobre el piso 60 del cuerpo de agua. La estructura base 150 también puede incluir un elemento de cojinete 155 que recibe un extremo del eje motor 135 (opuesto al extremo que está montado a la turbina 110). Un sello de collar 153 de la estructura base 150 se puede ajustar sobre el elemento de cojinete 155 para proporcionar un sello con la carcasa de alojamiento inferior 154. Se debiera entender a partir de la presente descripción que, en modalidades alternativas, la turbina 110 puede ser montada de manera rotatoria a una estructura base con un tamaño, forma o técnica de anclaje diferentes .

Haciendo referencia todavía a la figura 3, el alojamiento sellado 140 se puede montar entre la carcasa de alojamiento inferior 154 de la estructura base 150 y la turbina 110 para utilizar el espacio interior entre la turbina 110 y la estructura base 150. En algunos casos, esta configuración del sistema de turbina 100 se puede utilizar para lograr un perfil o altura vertical relativamente bajos del sistema de turbina 100 de manera que éste puede operar en una profundidad superficial de un cuerpo de agua. El alojamiento de sello 140 puede incluir primera y segunda carcasas 142 y 144 que están selladas juntas para encerrar un número de componentes, tal como un generador de imanes permanentes 145 y un sistema de engranajes 146. El sistema de engranajes 146 puede comprender un sistema de engranajes planetarios u otro arreglo de engranajes que convierta el movimiento rotacional 116 de la turbina 110 (y el eje motor 135 montado al mismo) en una velocidad rotacional superior para el rotor del generador de imanes permanentes 145. El generador de imanes permanentes 145 puede incluir un rotador que rote dentro de un estator (por ejemplo, con bobinas conductoras acomodadas en ranuras) de manera que la rotación del rotor induce la corriente eléctrica en las bobinas del estator. Esta corriente generada puede ser emitida a través de la linea 156 (figura 2) al sistema de electrónica 160 en tierra o en una plataforma. Se debiera entender que en el sistema de turbina 100 se pueden emplear modalidades alternativas del generador de imanes permanentes (con componentes internos diferentes o un tamaño y forma diferentes) . El eje motor 135 se extiende hacia abajo desde la cara inferior de la turbina 110, a través del alojamiento sellado 140, y al elemento de cojinete 15 de la estructura base 150. El alojamiento sellado 140 puede estar equipado con sellos de cojinete 143 en las aberturas de la primera y segunda carcasas 142 y 144 para proporcionar un sello hermético al agua a lo largo de la porción del eje motor 135 que pasa a través del alojamiento sellado 140.

En algunas modalidades alternativas, la estructura 145 dentro del alojamiento sellado 140 puede ser un sistema de bomba en lugar de un generador de imanes permanentes. Por ejemplo, en algunas modalidades, el sistema de electrónica no sumergido 160 (figuras 1-2) puede alojar el generador eléctrico (de manera que no hay un generador acoplado a la estructura base 150) para proporcionar acceso conveniente al generador para propósitos de mantenimiento o reparación. En esas circunstancias, la estructura 145 dentro del alojamiento sellado 140 puede incluir un sistema de bomba que fuerce el fluido hidráulico a través de una tubería (por ejemplo, tal como la línea 156 en la figura 2) al sistema de electrónica 160 mediante la energía del movimiento rotatorio mecánico 116 de la turbina 110. A partir de ahí, el fluido hidráulico puede impulsar un rotor del generador eléctrico (alojado por el sistema de electrónica 160) para rotar y así generar energía eléctrica.

Haciendo referencia ahora a las figuras 4-11, la forma de las estructuras en la cara superior de la turbina 110 contribuye a una combinación sinérgica de fuerzas Newtonianas y un efecto de recuperación de presión para impulsar el movimiento rotatorio 116 de la turbina 110. La cara superior de la turbina 110 puede incluir la superficie convexa superior centralmente ubicada 120, la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba 130, y los canales 125 (con superficies base de canal 126) definidos entre aletas vecinas 130. En esta modalidad, la turbina comprende cinco aletas 130a-e que sobresalen hacia arriba a una altura vertical mayor que la periferia exterior 111 de la turbina 110. Tal como se describe con mayor detalle a continuación, cuando las aletas 130a-e rotan a diferentes posiciones alrededor del eje vertical 115, cada aleta 130a-e está configurada para capturar fluido que fluye sobre la cara superior de la turbina 110, redirigiendo el fluido a lo largo de una trayectoria diferente del flujo de fluido ambiental, e induciendo una región de alta presión 138 en la porción corriente ¦ abajo 114 de la turbina 110. En particular, la región de alta presión 138 generalmente se forma en un canal en un primer lado de una aleta respectiva en una posición corriente abajo (aleta 130d en la posición mostrada en la figura 4) y una región de baja presión 139 es formada en un segundo lado opuesto de la aleta respectiva.

La turbina 110 en esta modalidad tiene una cara superior definida por la superficie convexa superior centralmente ubicada 120, la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba 130, y las superficies base de canal 126 (entre las aletas vecinas 130). Por consiguiente, en esta modalidad, toda la cara superior de la turbina 110 está libre de aberturas u otras aperturas de manera que la turbina 110 tiene una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que se extiende a un limite circular en la periferia exterior 111 de la turbina 110. En algunas modalidades, la periferia exterior 111 de la turbina 110 puede tener un diámetro de aproximadamente 5 pies (1.52 metros) o más, aproximadamente 7 pies (2.13 metros) a aproximadamente 20 pies (6.09 metros), y de preferencia aproximadamente 7.9 pies (2.40 metros) para aplicaciones de rio o corriente y de preferencia aproximadamente 12 pies (3.65 metros) para algunas aplicaciones de océano. En algunas modalidades portátiles, la periferia exterior 111 de la turbina 110 puede tener un diámetro de aproximadamente 4 pulgadas (10.16 centímetros) a aproximadamente 12 pulgadas (30.48 centímetros) , de preferencia aproximadamente 6 pulgadas (15.24 centímetros) para transporte simplificado en una mochila o con equipo militar de soldados para proporcionar un generador de energía portátil para uso temporal en un río o corriente (por ejemplo, para proporcionar energía eléctrica para equipo de comunicaciones u otro aparato) .

Haciendo referencia todavía a las figuras 4-11, en esta modalidad, todas las aletas 130a-e están colocadas radialmente hacia dentro del límite circular en la periferia exterior 111 de la turbina 110, y todas las aletas también sobresalen hacia arriba a una altura vertical por encima de la periferia exterior 111 de la turbina 110. Cada una de las aletas 130a-e puede tener una forma y tamaño sustancialmente idénticos, y puede incluir una cara convexa 132 y una cara cóncava colocada de manera opuesta 133. La cara convexa 132 de cada aleta 130a-e se cruza con la cara cóncava colocada en posición opuesta 133 a lo largo de una arista curva que se extiende hacia la superficie convexa superior centralmente ubicada 120. En operación, la superficie convexa 132 puede tener una forma de hidroplano que reduce el arrastre a medida que el agua fluye sobre la superficie convexa 132, mientras que la superficie cóncava 133 está configurada para capturar y redirigir el flujo de fluido 50. Por consiguiente, las aletas 130a-e están acomodadas de manera que la turbina de eje vertical 110 rota en la dirección rotacional 116 (figuras 1-2) alrededor del eje vertical 115 tanto en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina 110 en una primera dirección de flujo, que generalmente es perpendicular al eje vertical 115, como en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una segunda dirección de flujo opuesto, que también es generalmente perpendicular al eje vertical 115.

Tal como se muestra en las figuras 4-5, la pluralidad de aletas 130a-e está colocada para ser no simétrica alrededor del eje vertical. Por ejemplo, en esta modalidad, cada una de las aletas 130a-e es curva a lo largo de la longitud que se extiende desde la región de aleta exterior que está cerca de la periferia exterior 11 de la turbina 110 hacia la superficie convexa superior central 120, y la cara cóncava 133 de cada aleta 130a-e termina en una dirección no radial que se extiende hacia una aleta adyacente y lejos del eje vertical 115. En un ejemplo ilustrativo, la cara cóncava 133 de la aleta 130a se extiende lejos de la periferia exterior 111 y hacia la superficie convexa superior central 120, pero la cara cóncava 133 termina en una dirección que señala hacia la aleta adyacente 130b (no en una dirección radial hacia el eje vertical central 115) . Se debiera entender que, en modalidades alternativas, la turbina 110 puede comprender aletas 130 que están simétricamente colocadas alrededor del eje vertical 115, por ejemplo, la turbina puede comprender cuatro aletas 130 que están colocadas de manera simétrica alrededor del eje vertical 115.

La forma de las aletas 130a-e se puede configurar para poner en explotación el flujo de fluido 50 que se aproxima a cada, aleta respectiva 130a-e en la porción corriente arriba 112 de la turbina 110. Además, la forma de las aletas 130a-e también está configurada para poner en explotación el flujo de fluido una segunda vez a medida que el flujo de fluido 50 se desplaza sobre la superficie convexa superior 120 y hacia abajo del contorno en forma de campana en la porción corriente abajo 114 de la turbina 110. En algunas condiciones de flujo, la forma de las aletas 130a-e puede contribuir a la generación del vórtice por encima de la turbina 110 que agrega todavía otro beneficio para poner en explotación la energía cinética del flujo de fluido 50. En algunas circunstancias, las aletas 130a-e pueden manejar flujo turbulento fuera del cuerpo de turbina por medio de la generación del vórtice (hacer referencia a cada vórtice 116 en la figura 4)', el cual empuja u ordena al flujo no laminar alrededor de la turbina rotatoria 110 organizarse alrededor de estos vórtices y así se reduce el arrastre sobre la turbina 110. Tal como se muestra en la figura 4, en esta modalidad las aletas 130a-e están configuradas para generar al menos un vórtice 116 que es transversal al eje vertical 116 de la turbina 110 en respuesta al flujo de fluido 50 que generalmente es perpendicular al eje vertical 115.

Haciendo referencia todavía a las figuras 4-11, en esta modalidad de la turbina 110, la superficie convexa superior centralmente ubicada 120 es simétrica alrededor del eje vertical 115. La superficie convexa superior 120 puede ser definida por el contorno en forma de campana en una sección transversal vertical (hacer referencia a la figura 11) de manera que la superficie 120 sirve como un domo 120 que guía el flujo de fluido 50. En algunas modalidades, tal como se muestra en las figuras 6-7, cada una de las aletas 130a-e finaliza (se refiere al punto de terminación 136) a una altura vertical 128 que está por debajo de una región más superior (incluyendo el ápice) de la superficie convex superior central 120. Esta relación estructural entre las aletas 130a-e y la superficie convexa superior 120 puede ocasionar que la turbina 110 pueda operar de manera más eficiente (reduciendo los efectos del arrastre) debido a que el flujo de fluido 50 que pasa a través del canal 125 hacia la superficie convexa superior 120 puede pasar sobre la región más superior de la superficie convexa 120 sin interferencia de las aletas 130a-e. También, en algunas modalidades, la región más superior (incluyendo el ápice) de la superficie convexa superior central 120 tiene una altura vertical 121 que es mayor que todas las aletas 130a-e. Por ejemplo, la altura vertical máxima de cada una de la aletas 130a-e puede ser menor que la altura vertical 121 de la superficie convexa superior (hacer referencia a la dimensión 129 mostrada en las figuras 6-7). Una vez más aquí, esta relación estructural entre las aletas 130a-e y la superficie convexa superior 120 puede proporcionar una eficiencia mejorada para la turbina 110 en algunas circunstancias.

Por lo tanto, en algunas modalidades, la superficie convexa superior 120 de la turbina 110 representa esa estructura a lo largo de la cara superior que tiene la altura vertical mayor. Esta configuración puede permitir un desarme simplificado de la turbina durante la remoción para propósitos de mantenimiento o reparación. Por ejemplo, en algunas circunstancias, la turbina 110 puede dejar de rotar automáticamente cuando la superficie convexa superior 120 es elevada por encima de la superficie 40 del agua (incluso a medida que las aletas 130a-e son expuestas a flujo de fluido 50 por debajo de la superficie 40) . Por consiguiente, las estructuras a lo largo de la cara superior de la turbina 110 pueden proporcionar una eficiencia mejorada para la turbina 110 cuando la turbina es sumergida al mismo tiempo que también se proporciona una seguridad mejorada cuando la turbina 110 no está completamente sumergida (por ejemplo, cuando la superficie convexa superior 120 está por encima de la superficie de fluido 40).

Tal como se muestra en la figura 11, la superficie convexa superior 120 y las superficies base de canal 126 (entre las aletas 130a-e) están definidas por el contorno en forma de campana 122 en un plano en sección transversal vertical. Se debiera entender que, en esta modalidad, el contorno en forma de campana 122 está presente en cualquier plano en sección transversal vertical a lo largo del eje vertical 115. Por consiguiente, en esta modalidad, la superficie convexa superior 120 proporciona un domo en la región más superior de la turbina 110 que suavemente se convierte en la superficie base del canal 126 entre las aletas 130a-e. Por lo tanto, en modalidades particulares, el contorno en forma de campana 122 mostrado en la figura 11 puede servir como una "forma base" que es interrumpida por las aletas que sobresalen hacia arriba desde la forma base. Tal como se describe con mayor detalle a continuación, el contorno curvo 122 de la turbina 110 en la sección transversal vertical facilita el efecto de recuperación de presión que permite que la turbina 110 capture la energía cinética a partir de los cambios de dirección al flujo de fluido más de una vez.

Haciendo referencia ahora a la figura 12, algunas modalidades de un método 200 para fabricar un sistema de turbina (tal como el sistema de turbina 100) pueden incluir una operación de moldeo para formar la turbina. Por ejemplo, el método 200 puede incluir la operación 210 del moldeo de una turbina de eje vertical tal como la turbina 110 que se ilustra en las figuras 4-11. En dichas circunstancias, todos los componentes de la turbina 110 (incluyendo la superficie convexa superior 120, las aletas 130a-e, y las superficies base 126 entre las aletas) pueden ser moldeados como una estructura unitaria. Por ejemplo, un molde maestro hembra puede recibir un material compuesto o polímero moldeable (tal como un polímero sintético (Nylon, Mylar) , un polímero reforzado con fibra (fibra de vidrio, Kevlar) o un plástico reforzado con fibra de carbono (fibra de carbono) ) para así formar la cara superior mostrada de la turbina 110 en una manera eficiente. En algunas modalidades, el eje motor 135 (figura 3) puede ser integralmente moldeado con la turbina 110 de manera que el eje motor 135 se fija a la turbina 110 y se extiende hacia abajo desde una cara inferior 119 (figura 10) de la turbina. En un ejemplo, el eje motor 135 puede comprender un eje metálico rígido que es retenido en una posición seleccionada adyacente al molde hembra durante el proceso de moldeo. Como tal, el material compuesto o polímero moldeable que es utilizado para formar la turbina 110 se puede acoplar con y fijar a un extremo del eje motor 135 durante el proceso de moldeo.

El método también puede incluir una de las operaciones opcionales 220 y 230. Por ejemplo, en la operación 220, un generador eléctrico tal como el generador de imanes permanentes 145 (figura 3) puede ser montado para posicionamiento entre la turbina 110 y la estructura base 150. Tal como se describió previamente en relación con la figura 3, esta operación 220 puede incluir el posicionamiento del generador 145 en las carcasas de alojamiento 142 y 144 que están montadas sobre la carcasa de alojamiento inferior 154 de la estructura base 150. En otro ejemplo, la operación 230 puede incluir el montaje de un mecanismo de bomba para el posicionamiento entre la turbina 110 y la estructura base 150. Tal como se describió previamente en relación con la figura 3, esta operación 230 puede incluir el posicionamiento del mecanismo de bomba en las carcasas de alojamiento 142 y 144 que están montadas sobre la carcasa de alojamiento inferior 154 de la estructura base 150.

Haciendo referencia todavía a la figura 12, el método 200 también incluye montar la turbina de eje vertical 110 a la estructura base 150 de manera que la turbina 110 está configurada para rotar con relación a la estructura base 150. Por ejemplo, la turbina 110 puede rotar alrededor del eje vertical 115 con relación a la estructura base 150 en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina 110 en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical 115. También, el método 200 puede incluir la operación 250 de preparar la estructura base 150 (con la turbina de eje vertical montada a la misma) para anclaje en un piso 60 de un cuerpo de agua. Tal como se describió previamente en relación con las figuras 1-3, la estructura base 150 puede estar equipada con un número de anclajes 153 que están configurados para asegurar la posición del sistema de turbina 100 cuando éste está colocado en un rio, corriente, océano u otro cuerpo de agua que tiene corrientes de agua.

Haciendo referencia ahora a las figuras 13A-C, en uso, el sistema de turbina 100 puede poner en explotación de manera conveniente la energía proveniente del flujo de fluido en una manera que genera niveles significativos de energía eléctrica incluso en corrientes de movimiento relativamente lento. En particular, la forma de la turbina 110 puede proporcionar una combinación sinérgica de fuerzas Newtonianas y un efecto de recuperación de presión para impulsar el movimiento rotatorio 116 de la turbina 110. Como tal, la turbina de eje vertical 110 permite que la turbina 110 capture la energía cinética desde los cambios direccionales al flujo de fluido más de una vez a medida que el fluido fluye sobre la cara superior de la turbina.

Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 13A, el flujo de fluido 50 puede avanzar hacia la porción corriente arriba 112 de la turbina 110 de manera que una porción del fluido 50 es empujada hacia el canal 125 en al porción corriente arriba 112 (por ejemplo, el canal 125 entre las aletas 130a y 130e. en este ejemplo) . La forma de las aletas 130a-e y el contorno en forma de campana 122 (figura 11) que define al menos parcialmente las superficies 120 y 126 puede servir para manejar o de otra forma controlar el flujo de fluido a través de un número de cambios direccionales intensos a lo largo de la cara superior de la turbina 110. Aqui, el fluido 50 que es dirigido para fluir hacia el canal 125 entre las aletas vecinas 130a y 130e actúa sobre al menos la cara cóncava 133 de la aleta 130a para crear fuerzas Newtonianas que empujan el movimiento rotacional 116 de la turbina 110. Por lo tanto, el flujo de fluido 50 actúa sobre las aletas 130a-e en un primer caso cuando el flujo de fluido 50 pasa a lo largo de la porción corriente arriba de la turbina 112. Cada uno de los canales incluye una superficie base respectiva 126 que conduce a la superficie convexa superior 120. Por consiguiente, cuando el flujo de fluido 50 avanza a lo largo del canal 125 como se muestra en la figura 13A, las aletas vecinas 130a y 130e sirven para dirigir el fluido hacia la superficie convexa superior 120. También, en algunas circunstancias, un flujo secundario puede entrar a otro canal a lo largo de la porción corriente arriba 112 para actuar sobre la superficie cóncava de al menos una aleta (hacer referencia a la flecha del flujo con lineas punteadas que actúa sobre la aleta 130b) para empujar aun más la rotación de la turbina 110.

Tal como se muestra en la figura 13B, mientras el fluido 50 que fluye a través de los canales 125 a lo largo de la porción corriente arriba 112 es redirigido por las aletas 130a-e (proporcionando asi fuerzas Newtonianas que empujan la rotación de la turbina 110), el fluido 50 también está atravesando hacia arriba a lo largo del contorno en forma de campana 112 (figura 11) de las superficies bases 126 de los canales 125 hacia la superficie convexa superior 120. Este cambio de dirección del flujo de fluido 50 escalona el fluido para un efecto de recuperación de presión a lo largo de la porción corriente abajo 114. Por lo tanto, el flujo de fluido 50 sale del canal 125 a lo largo de la porción corriente arriba y se desplaza sobre la parte superior de la superficie convexa superior 120. En esta etapa, el flujo de fluido 50 comienza su trayectoria corriente abajo a lo largo del contorno en forma de campana 122 (figura 11) hacia uno o más canales 125 a lo largo de la porción corriente abajo 114 de la turbina 110. Se debiera entender que, en condiciones de flujo particulares, cierto flujo de fluido puede pasar sobre las superficies convexas de una o más aletas (hacer referencia a las flechas de flujo de lineas punteadas que pasan sobre las aletas 130c y 130d) durante la rotación de la turbina 110, aunque la turbina 110 puede seguir rotando en una manera eficiente.

Tal como se muestra en la figura 13C, mientras el fluido 50 es dirigido hacia abajo de la superficie convexa superior 120 y dentro de uno o más de los canales 125 en la porción corriente abajo 114 de la turbina 110, el fluido nuevamente actúa sobre las superficies cóncavas de las aletas respectivas (aletas 130b y 130c en esta modalidad mostrada) . Por lo tanto, estas aletas 130b y 130c en la porción corriente abajo 114 de la turbina 110 nuevamente capturan un cambio direccional del flujo de fluido para proporcionar un segundo caso de fuerzas Newtonianas que empujan el movimiento rotacional 116 de la turbina 110. Además, a medida que el fluido 50 se mueve en esta trayectoria desde la superficie convexa superior 120 a la porción corriente abajo 114, se induce un efecto de recuperación de presión en uno o más de los canales 125 para desarrollar la región de alta presión 138 (hacer también referencia a la figura 4) a lo largo de la porción corriente abajo 114 que contribuye incluso con más potencia para actuar sobre las aletas respectivas 130b y 130c en la porción corriente abajo 114 de la turbina. Por lo tanto, la forma de la turbina 110 (incluyendo la aletas 130a-e, la superficie convexa superior 120, y -el contorno en forma de campana 122) puede contribuir a una combinación sinérgica de fuerzas Newtonianas y un efecto de recuperación de presión para impulsar el movimiento rotatorio 116 de la turbina 110, lo cual puede proporcionar de manera conveniente una potencia rotacional significativa incluso en corrientes de agua relativamente lentas.

Por ejemplo, la turbina 110 se puede configurar para tener la cara superior que tiene aproximadamente 7.9 pies (2.40 metros) de diámetro (centrado alrededor del eje vertical de rotación) y se puede utilizar para generar movimiento mecánicamente rotatorio que es suficiente para producir niveles significativos de energía eléctrica incluso cuando está sumergida en una corriente de agua generalmente horizontal de un río o corriente lenta. En algunas modalidades, cuando el sistema de turbina 100 (que tiene la turbina 110 de aproximadamente 7.9 pies (2.40 metros) de diámetro) está sumergido en un río o corriente lenta que tiene una corriente de aproximadamente 2 nudos, la turbina puede rotar a una velocidad de aproximadamente 3.5 rpms al mismo tiempo que genera un movimiento rotatorio mecánico con caballos de fuerza de eje significativos (por ejemplo, suficiente para producir, por ejemplo, niveles significativos de energía eléctrica o potencia de bombeo) . También, cuando el sistema de turbina 100 (que tiene la turbina 110 de aproximadamente 7.9 pies (2.40 metros) de diámetro) es sumergido en una corriente más moderada de aproximadamente 6 nudos, la turbina puede rotar a una velocidad segura de aproximadamente 11 rpms al mismo tiempo que genera un movimiento rotatorio mecánico con caballos de fuerza de eje significativos (por ejemplo, suficiente para producir, por ejemplo, niveles significativos de energía eléctrica o potencia de bombeo) . A estas velocidades de rotación, se cree que la turbina 110 generalmente es segura para los peces u otra vida marina al mismo tiempo que la turbina 110 opera para generar energía renovable en un río, corriente, o ambiente oceánico. En otro ejemplo, la turbina 110 se puede configurar para tener un cuerpo principal que tiene aproximadamente 12 pies (3.65 metros) de diámetro (centrado alrededor del eje vertical de rotación) y se puede utilizar para generar movimiento rotatorio mecánico con caballos de fuerza de eje significativos (por ejemplo, suficiente para producir, por ejemplo, niveles significativos de energía eléctrica) cuando está sumergido en corrientes de marea oceánica que fluyen generalmente perpendiculares al eje vertical 115. En algunas modalidades, cuando el sistema de turbina 100 (que tiene la turbina 110 de aproximadamente 12 pies (3.65 metros) de diámetro) es sumergido en las corrientes de marea oceánica, la turbina 110 puede rotar a una velocidad de flujo que es segura para los peces y otra vida marina al mismo tiempo que genera un movimiento mecánicamente rotatorio que se cree que es suficiente para producir niveles significativos de energía eléctrica.

Se ha descrito un número de modalidades de la invención. No obstante, se entenderá que se pueden realizar diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la invención. Por consiguiente, otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (46)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Una turbina para uso en un sistema de generación eléctrico, que comprende: una turbina de eje vertical que rota alrededor de un eje vertical en respuesta a fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical; la turbina de eje vertical incluyendo: una superficie de domo superior central definida al menos parcialmente por una curva en forma de campana en un plano en sección transversal vertical, y una pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba donde cada una se extiende desde una región exterior cercana a una periferia exterior de la turbina dé eje vertical hacia la superficie de domo superior central, en donde cada una de las aletas termina a una altura vertical por debajo de una región más superior de la superficie de domo superior central.

2. - La turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la turbina de eje vertical incluye una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que tiene un limite generalmente circular en la periferia exterior de la turbina de eje vertical.

3. - La turbina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la superficie que mira hacia arriba continuamente sólida está libre de aberturas.

4. - La turbina de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque todas las aletas que sobresalen hacia arriba están colocadas hacia adentro del limite circular y se extienden a una altura vertical por encima del limite circular .

5. - La turbina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la periferia exterior de la turbina de eje vertical está definida por un diámetro centrado alrededor del eje vertical de aproximadamente 5 pies (1.52 metros) o más.

6. - La turbina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la superficie de domo superior central es simétrica alrededor del eje vertical.

7. - La turbina de conformidad .con la reivindicación 6, caracterizada porque la pluralidad de aletas no son simétricas alrededor del eje vertical.

8. - La turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque una región más superior de la superficie de domo superior central tiene una mayor altura vertical que todas las aletas que sobresalen hacia arriba.

9. - La turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque todas las aletas que sobresalen hacia arriba tienen sustancialmente la misma forma y tamaño.

10. - La turbina de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque cada una de las aletas que sobresale hacia arriba - termina a una altura vertical por debajo de una altura vertical de una región más superior de la superficie de domo superior central.

11. - La turbina de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque cada una de las aletas que sobresale hacia arriba es curva a lo largo de la longitud que se extiende desde una región exterior que está cerca de la periferia exterior de la turbina de eje vertical hacia la superficie de domo superior central.

12. - La turbina de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque cada una de las aletas que sobresale hacia arriba tiene una cara curva de manera convexa y una cara cóncava colocada en forma opuesta que cruza en una arista curva.

13. - La turbina de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la cara cóncava de cada una de las aletas que sobresale hacia arriba termina en una dirección no radial que se extiende hacia una aleta adyacente y lejos del eje vertical.

14. - La turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pluralidad de aletas que sobresale hacia arriba están acomodadas de manera que la turbina de eje vertical rota en una primera dirección alrededor del eje vertical tanto en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una primera dirección de flujo, que generalmente es perpendicular al eje vertical, como en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una segunda dirección de flujo opuesta que generalmente es perpendicular al eje vertical.

15. - La turbina de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la turbina de eje vertical es una estructura de una sola pieza que comprende un material de polímero moldeado de manera que todas las aletas que sobresalen hacia arriba y la superficie de domo superior están moldeadas como una estructura unitaria.

16. - La turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque aunque cada aleta rota a posiciones diferentes alrededor del eje vertical, cada aleta está configurada para capturar fluido que fluye sobre la turbina de eje vertical, redirigir el fluido a lo largo de una trayectoria diferente del flujo de fluido ambiental, y contribuir a la creación de una región de alta presión en la porción corriente abajo de la turbina de eje vertical.

17. - Un sistema de turbina para generar energía eléctrica, que comprende: una turbina de eje vertical incluyendo una pluralidad de aletas formadas como una estructura unitaria con una superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada, en donde la turbina de eje vertical rota alrededor de un eje vertical en una primera dirección alrededor de un eje vertical tanto en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una primera dirección de flujo, que generalmente es perpendicular al eje vertical, como en respuesta al fluido que fluye sobre la turbina en una segunda dirección de flujo opuesta que generalmente es perpendicular al eje vertical.

18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, que además comprende una estructura base colocada debajo de la turbina de eje vertical para permanecer, generalmente estacionaria durante la rotación de la turbina de eje vertical.

19. - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, que además comprende . un generador eléctrico colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, que además comprende un mecanismo de bomba colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para forzar el fluido hidráulico a un sistema de generador en tierra en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

21. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la turbina de eje vertical incluye una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que tiene un limite generalmente circular en una periferia exterior de la turbina de eje vertical, la superficie que mira hacia arriba continuamente sólida incluyendo la pluralidad de aletas y la superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa.

22. - El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la superficie que mira hacia arriba continuamente sólida está libre de aberturas .

23. - El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la periferia exterior de la turbina de eje vertical está definida por un diámetro centrado alrededor del eje vertical de aproximadamente 5 pies (1.52 metros) o más.

24. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada, es simétrica alrededor del eje vertical.

25. - El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la pluralidad de aletas no son simétricas alrededor del eje vertical.

26. - El sistema de conformidad con · la reivindicación 17, caracterizado porque una región más superior de la superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada, tiene una mayor altura vertical que cada una de las aletas.

27. - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque cada una de la pluralidad de aletas tienen sustancialmente la misma forma y tamaño .

28. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque cada una de las aletas termina a una altura vertical por debajo de una altura vertical de una región más superior de la superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada.

29. - Un sistema de turbina para generar energía eléctrica, que comprende: una turbina de eje vertical que rota alrededor de un eje vertical en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical, la turbina de eje vertical comprende una región de superficie más superior definida por una curvatura convexa que mira hacia arriba centrada alrededor del eje vertical; una estructura base colocada debajo de la turbina de eje vertical para permanecer generalmente estacionaria durante la rotación de la turbina de eje vertical; y un generador eléctrico colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para generar energía eléctrica en respuesta a la. rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

30. - El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el generador eléctrico está eléctricamente conectado a un sistema de electrónica en tierra que acondiciona la energía eléctrica para emisión a una rejilla de energía externa.

31. - El sistema ¦ de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el generador eléctrico está sellado en una estructura de carcasa de depósito a presión que está colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base.

32. - El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque un eje motor está montado de manera fija a la turbina de eje vertical para extenderse hacia abajo desde un lado inferior de la región de superficie más superior, el eje extendiéndose al menos a una porción del generador eléctrico.

33. - El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la turbina de eje vertical incluye una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que tiene un limite generalmente circular en la periferia exterior de la turbina de eje vertical, la superficie que mira hacia arriba continuamente sólida incluyendo una pluralidad de aletas y la curvatura convexa que mira hacia arriba.

34. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque la superficie que mira hacia arriba continuamente sólida está libre de aberturas .

35. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque la periferia exterior de la turbina de eje vertical está definida por un diámetro centrado alrededor del eje vertical de aproximadamente 5 pies (1.52 metros) o más.

36. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, .caracterizado porque la superficie que mira hacia arriba curva de manera convexa, centralmente ubicada es simétrica alrededor del eje vertical.

37. - El sistema de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque la pluralidad de aletas no son simétricas alrededor del eje vertical.

38. - Un método para utilizar un sistema de turbina para generar energía eléctrica desde el flujo de corriente submarina, que comprende: colocar una turbina de eje vertical debajo del agua de manera que un eje vertical de rotación de la turbina de eje vertical está acomodado generalmente perpendicular al flujo de agua, en donde la turbina de eje vertical incluye una superficie que mira hacia arriba continuamente sólida que incluye una superficie de domo superior central y una pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba donde cada una se extiende desde una región exterior cerca de una periferia exterior de la turbina de eje vertical hacia la superficie de domo superior central; generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical causada por el agua que fluye sobre la superficie de domo superior central e interactuando con la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba.

39.- El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque la superficie de domo superior central es simétrica alrededor del eje vertical.

40.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque la pluralidad de aletas que sobresalen hacia arriba no son simétricas alrededor del eje vertical .

41. - El método de conformidad con la reivindicación 38, que además comprende anclar una estructura base a un piso de un cuerpo de agua, la estructura base está colocada debajo de la turbina de eje vertical para permanecer generalmente estacionaria durante la rotación de la turbina de eje vertical en el cuerpo de agua.

42. - El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el paso de generación comprende generar energía eléctrica desde un generador eléctrico colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

43. - El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el paso de generación comprende generar energía eléctrica desde un mecanismo de bomba colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para forzar el fluido hidráulico a un sistema de generador en tierra en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

44. - Un método para fabricar un sistema de turbina para uso en la generación de energía eléctrica, el método comprende : moldear una turbina de eje vertical de manera que una pluralidad de aletas de la turbina son formadas como una estructura unitaria con una superficie más superior curva de manera convexa, centralmente ubicada de la turbina; y montar la turbina de eje vertical a la estructura base de manera que la turbina de eje vertical está configurada para rotar alrededor de un eje vertical con relación a la estructura base en respuesta al fluido que fluye hacia la turbina en una dirección de flujo que generalmente es perpendicular al eje vertical.

45. - El método de conformidad con la reivindicación 44, que además comprende montar un generador eléctrico entre la turbina de eje vertical y la estructura base para generar energía eléctrica en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.

46.- El método de conformidad con la reivindicación 44, que además comprende montar un mecanismo de bomba colocado entre la turbina de eje vertical y la estructura base para forzar el fluido hidráulico a un sistema de generador en tierra en respuesta a la rotación de la turbina de eje vertical con relación a la estructura base.