BRPI1001623A2 - sistema de geraÇço de energia de corrente de Água - Google Patents

Abstract

<B>SISTEMA DE GERAÇçO DE ENERGIA DE CORRENTE DE ÁGUA.<D>A presente invenção refere-se a um sistema de geração de energia de corrente de água (201, 401) que é provido, incluindo uma pluralidade de tubos de flutuação (102, 402, 403) ligados por uma estrutura de corpo; uma pluralidade de câmaras de lastro (103) ligadas por uma estrutura de corpo; uma pluralidade de unidades de geração de energia do tipo indução (104, 405, 406) dispostas dentro de alojamentos associados a uma ou mais dentre câmaras de flutuação, câmaras de lastro (103) e uma estrutura de corpo; e uma pluralidade de hélices (105, 407,501) dispostas em comunicação mecânica com cada qual dentre as unidades geradoras do tipo indução (104, 405, 406). Em uma modalidade presentemente preferida, uma pluralidade de hélices (105, 407, 501) dispostas em comunicação com uma pluralidade de unidades geradoras do tipo indução (104, 405, 406), em que cada uma das hélices inclui um ou mais anéis dispostos concentricamente, com cada um dos anéis dispostos concentricamente tendo um elemento de anel interno (503), um elemento de anel externo (506), e uma pluralidade de elementos de aletas (504) curvadas separadas por espaços de separação (505) dispostos entre os elementos de anel interno e externo. Métodos e meios de emprego, posicionamento, manutenção, controle e operação do sistema são igualmente providos, conforme aparecem nas descrições detalhadas dos geradores do tipo indutor (104, 405, 406) da presente invenção utilizados para obter a energia das correntes de água de movimentação rápida, dos tanques de flutuação para o tensionamento do sistema contra um sistema de ancoragem submerso disposto sobre um fundo de mar associado, e das câmaras de lastro cheias de combustível equipadas com múltiplas subcâmaras que oferecem controle de precisão e ajustabilidade contínua ao sistema.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DEGERAÇÃO DE ENERGIA DE CORRENTE DE ÁGUA".

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se, de modo geral, a sistemas degeração de energia renováveis, e, em particular através de uma modalidadenão-limitante, a um sistema submerso ou flutuante para a geração de ener-gia derivada de correntes de rápida movimentação utilizando um sistemagerador do tipo indução equipado com uma ou mais hélices de anéis de ale-tas. As hélices de anéis de aletas mostradas e descritas no presente inven-ção são igualmente adequadas para uso em sistemas que utilizam sistemasde transmissão de gerador convencionais e outros meios de criação de e-nergia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Com os custos elevados dos combustíveis fósseis e das altasdemandas de energia nas indústrias DE economias mundiais, métodos dife-rentes e mais eficazes de desenvolvimento de fontes de energia são cons-tantemente pesquisadas. De interesse particular são as fontes de energiaalternativas renováveis, tajs como os dispositivos de energia solar com bate-rias, usinas de energia eólica, e sistemas que derivam força a partir de hi-drogênio seqüestrado.

No entanto, tais fontes de energia ainda não são capazes deliberar uma força contínua para uma área em larga escala em termos co-merciais. Além disso, algumas tecnologias propostas, tais como os sistemasmovidos a hidrogênio, que envolvem o refino da água do mar, de fato con-somem mais energia no processo de conversão do que é produzido no fimdo sistema. Outros, tais como o hidrogênio derivado de metano, produzemquantidades iguais ou maiores de emissões de combustível fóssil do que astecnologias convencionais à base de petróleo que pretendem substituir, eainda outros, tais como os sistemas de base eólica, ou solar, ou de baterias,requerem tamanha exposição consistente a uma significante luz solar ou aventos que tornam a sua eficácia comercial inerentemente limitada.

Um sistema de energia alternativa proposto envolve o aprovei-tamento da força hidráulica derivada das correntes de rápida movimentação,por exemplo, das correntes marinhas com velocidades de fluxo de pico de 2m/s ou mais.

Na prática, no entanto, os dispositivos de geração de energiasubaquáticos existentes têm se comprovados inadequados, mesmo quandoinstalados em locais onde as velocidades de corrente marinha são consis-tentemente muito rápidas. Isto é devido, pelo menos em parte, tanto a umafalta de um meio eficaz para a geração de energia como para uma transfe-rência compatível da energia obtida dos sistemas subaquáticos de geraçãode energia para uma estação de retransmissão de energia flutuante ou ter-restre.

Os desenhos de hélice existentes e de mecanismos de geraçãode energia flutuantes têm se comprovado inadequados, não conseguindoprover uma geração de energia adequada ou ainda uma estabilidade sufici-ente contra correntes marinhas de máxima velocidade.

Um outro problema importante vem a ser a questão ambientalassociada à obtenção de energia a partir de correntes de água sem prejudi-car a vida aquática circundante, como, por exemplo, os recifes, a vegetaçãomarinha, os cardumes de peixes, etc.

Há, portanto, uma necessidade importante e ainda não atendidapor um sistema de geração de energia de corrente de água que supere osproblemas atualmente existentes na técnica, e que gere e transfira para umaestação de retransmissão uma quantidade significativa de força de uma ma-neira segura, confiável, e ambientalmente amigável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um sistema de geração de energia de corrente de água tendoum sistema de hélices de anéis de aletas é provido, o sistema incluindo: umacâmara de flutuação; uma unidade de geração de energia do tipo induçãodisposta dentro de um alojamento associada à câmara de flutuação; e umahélice disposta em comunicação com a unidade geradora do tipo indução,sendo que a hélice compreende ainda um ou mais anéis dispostos concen-tricamente, cada um dos anéis dispostos concentricamente tendo um ele-mento de anel interno, um elemento de anel externo, e uma pluralidade deelementos de aletas curvadas separados por espaços de separação dispos-tos entre os elementos de anel interno e externo.

Um outro sistema de geração de energia de corrente de águatendo um sistema de hélices de anéis de aletas é também provido, o sistemaincluindo: uma pluralidade de tubos de flutuação ligados por uma estruturade corpo; uma pluralidade de câmaras de lastro ligadas por uma estrutura decorpo; uma pluralidade de unidades de geração de energia do tipo induçãodispostas dentro dos alojamentos associados a uma ou mais dentre as câ-maras de flutuação, as câmaras de lastro e à estrutura de corpo; e uma plu-ralidade de hélices dispostas em comunicação com as unidades geradorasdo tipo indução, sendo que a pluralidade de hélices compreende ainda umou mais anéis dispostos concentricamente, os anéis dispostos concentrica-mente tendo um elemento de anel interno, um elemento de anel externo, euma pluralidade de elementos de aletas curvadas separadas por espaços deseparação dispostos entre os elementos de anel interno e externo.

Um sistema de hélices para estruturas submersas ou flutuantesé igualmente provido, o sistema de hélices incluindo: um elemento de eixode modo a colocar a dita hélice em comunicação com um sistema de acio-namento; e um ou mais anéis dispostos concentricamente, os anéis dispos-tos concentricamente tendo um elemento de anel interno, um elemento deanel externo, e uma pluralidade de elementos de aletas curvadas separadospor espaços de separação dispostos entre o elemento de anel interno e odito elemento de anel externo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades aqui descritas serão melhor entendidas, e inú-meros objetos, aspectos, e vantagens se tornarão aparentes aos versadosna técnica por meio da referência aos desenhos em anexo.

A figura 1 é uma vista lateral de um sistema de geração de e-nergia de corrente de água de acordo com uma modalidade exemplar dapresente invenção.

A figura 2 é uma vista frontal de um sistema de geração de e-nergia de corrente de água de acordo com uma segunda modalidade exem-plar da presente invenção.

A figura 3 é uma vista em planta de um tubo de lastro tendo umapluralidade de câmaras de isolamento do tipo labirinto de acordo com umaterceira modalidade da presente invenção.

A figura 4A é uma vista de topo de um sistema de geração deenergia de corrente de água de acordo com uma quarta modalidade exem-plar da presente invenção.

A figura 4B é uma vista de topo da modalidade exemplar ilustra-da na figura 4A, incluindo ainda um sistema de ancoragem por cabos asso-ciado.

A figura 5 é uma vista frontal de uma modalidade exemplar desistema de hélices adequada para uso em conexão com um sistema de ge-ração de energia submerso ou flutuante.

A figura 6 é uma vista em perspectiva de uma modalidade e-xemplar do sistema de hélices ilustrado na figura 5, com uma porção deta-lhada do sistema isolada para uma outra vista em perspectiva.

A figura 7 é uma vista isolada de uma porção da modalidadeexemplar do sistema de hélices ilustrado nas figuras 5 e 6.

A figura 8 é uma vista lateral de uma modalidade exemplar deum sistema de geração de energia de corrente de água compreendendo a-inda um arranjo de hélices montado por arrasto.

A figura 9 é uma vista traseira da modalidade exemplar do sis-tema de geração de energia de corrente de água ilustrado na figura 8, noqual um número ímpar de hélices facilita as forças rotacionais de desloca-mento em um arranjo montado por arrasto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE DIVERSAS MODALIDADES EXEMPLARES

A descrição que se segue inclui diversos desenhos e métodosexemplares de uso que incorporam as vantagens da matéria da presenteinvenção. No entanto, as pessoas versadas na técnica deverão entenderque as modalidades apresentadas admitirão a sua prática sem alguns dosdetalhes específicos aqui apresentados. Em outros casos, um equipamentosubmarino e de geração de energia bem conhecido, protocolos, estruturas etécnicas não forma descritos ou mostrados em detalhe a fim de evitar a o-fuscação da presente invenção.

A figura 1 ilustra uma primeira modalidade exemplar de um sis-tema de geração de energia de corrente de água 101. Em sua forma maissimples, o sistema compreende um tubo de flutuação 102, um tubo de lastro103, e uma unidade de geração de energia do tipo indução 104 equipadacom uma hélice 105.

Embora a figura 1 apareça para ilustrar apenas um único tubo deflutuação 102, uma unidade de lastro 103 e componente de gerador 104, amesma é na verdade uma vista lateral de um sistema maior, e modalidadescomerciais compreendendo múltiplos tubos e componentes de gerador sãopresentemente contempladas e descritas a seguir. Contudo, os versados natécnica em questão prontamente apreciarão que a presente descrição de umsistema limitado com elementos únicos é ilustrativa, e não deverão limitar oâmbito de aplicação da presente invenção a estes aspectos.

A novidade do sistema se baseia em uma unidade de geraçãode energia do tipo indução 104, que oferece simplicidade e confiabilidade àsoperações, e produz uma energia que pode ser emitida com ou sem trans-formação como uma corrente alternada (CA) para uma estação de retrans-missão associada (não-mostrada). O sistema é, portanto, capaz de produzircorrente CA em uma escala comercialmente viável que pode ser facilmentevendida e usada por uma rede elétrica vizinha.

De modo geral, os geradores de indução são mecânica e eletri-camente mais simples que outros tipos de geradores de força elétrica sín-cronos ou geradores de corrente contínua (CC). Os mesmos tendem tam-bém a ser mais reforçados e duráveis, e normalmente não requerem esco-vas nem comutadores.

Por exemplo, uma máquina de indução elétrica trifásica assín-crona (por exemplo, enrolada em caixa), quando operada mais lentamenteque a sua velocidade síncrona, funcionará como um motor; o mesmo dispo-sitivo, no entanto, quando operado mais rapidamente que a sua velocidadesíncrona, funcionará como um gerador de indução.

Em suma, geradores de indução podem ser usados para produ-zir energia elétrica alternada quando um eixo interno é girado mais rápidoque a sua freqüência síncrona. Na presente invenção, a rotação do eixo éfeita por meio de uma hélice associada 105 disposta em uma corrente deágua que se move de maneira relativamente rápida.

A força derivada do sistema, na maioria dos casos, será deseja-da para suplementar um sistema de rede elétrica vizinho, e, assim, as fre-qüências operacionais da rede irão determinar a freqüência de operaçãopara o sistema de geração de energia. Por exemplo, muitos sistemas gran-des de rede elétrica geralmente empregam uma freqüência operacional no-minal dentre 50 e 60 Hertz.

No entanto, os geradores de indução não são auto-excitáveis, e,assim, os mesmos requerem um suprimento de força externo (como se po-deria ser facilmente obtido a partir da rede vizinha utilizando um umbilicalque corre através da água ou sob um fundo de mar associado) ou ainda "ini-ciado por um elemento suave" por meio de um motor de arranque de tensãoreduzida a fim de produzir um fluxo magnético de rotação inicial. Os motoresde arranque de tensão reduzida podem oferecer importantes vantagens aosistema, como, por exemplo, determinar rapidamente freqüências operacio-nais adequadas, e permitir uma nova partida sem força no caso de uma redeelétrica auxiliar estar desativada por algum motivo, por exemplo, como resul-tado de danos provocados por um furacão.

Uma outra importante consideração para os grandes sistemasde geração de energia flutuante é o estabelecimento de um bom equilíbrioflutuante que permite uma posição dinâmica contínua independentementedas velocidades de corrente circundantes. Mesmo pressupondo que as velo-cidades de corrente circundantes permaneçam dentro de uma faixa prede-terminada de velocidades operacionais, o equilíbrio do sistema pode aindaser prejudicado por um furacão especialmente forte ou similar, mas a dispo-sição do sistema exatamente sob a linha de uma força de onda típica, ouseja, aproximadamente de 30,48 a 45,72m (100 a 150 pés) de profundidade,reduzirá substancialmente tais perturbações. As diversas forças de deslo-camento de forças gravitacionais, forças de flutuação, forças de arrasto eforças de contenção também irão contribuir para a estabilidade geral de umsistema de geração de energia de corrente de água contínua.

O tubo de flutuação 102 ilustrado na figura 1 compreende umaporção de corpo cilíndrico disposta em comunicação mecânica com pelomenos uma unidade de tampa de extremidade 104 que aloja os geradoresde indução acima mencionados. Os geradores e alojamentos de tampa deextremidade associados contêm um eixo de transmissão e, em algumas mo-dalidades, uma engrenagem planetária relacionada para a hélice 105.

Em algumas modalidades, o tubo de flutuação 102 compreendeum formato cúbico ou hexagonal, embora a prática efetiva da presente in-venção admita também outras geometrias. Em uma modalidade presente-mente preferida, o tubo de flutuação 102 é aproximadamente cilíndrico, epressurizado com gás (por exemplo, ar ou outro gás flutuante seguro) demodo que, quando o sistema é impedido por um cabo ancorado 106, as for-ças combinadas irão constituir a força de elevação primária para o sistemade geração de energia de corrente oceânica.

Por conseguinte, o sistema pode ser elevado até a superfíciepara manutenção ou inspeção ao se desligar os geradores, deste modo re-duzindo o arrasto sobre o sistema, o que permite que o sistema se eleveligeiramente até a superfície. Ao abrir o tubo de flutuação e/ou ao esvaziar ofluido do tubo de lastro, a unidade pode ser flutuada até a superfície segurae confiavelmente de modo que uma inspeção ou manutenção possa ser fei-ta.

De acordo com um método de movimentação do sistema, umcabo 106 pode também ser liberado, de modo que a estrutura flutuante pos-sa ser rebocada ou de outra forma movida para a terra ou outro local opera-cional.

A modalidade exemplar ilustrada na figura 2 é uma vista frontaldo sistema de geração de energia 201, equipado com uma pluralidade dehélices de movimento lento, relativamente grandes, 206 dispostas em comu-nicação mecânica com os elementos de eixo das unidades de gerador deindução 204 e 205. Conforme visto em mais detalhes na figura 4A, as unida-des de gerador são dispostas dentro das unidades de tampa de extremidadealojadas dentro dos tubos de flutuação 102, assim como por toda a extensãode uma porção de corpo do tipo treliça do sistema disposto entre os tubos deflutuação.

Voltando agora à figura 3, é provida uma vista detalhada da par-te interna dos tubos de lastro previamente ilustrados com a referência numé-rica 103 na figura 1, na qual uma pluralidade de câmaras de isolamento dotipo labirinto é juntada de tal modo que a separação e a mistura de váriosgazes e líquidos possam ser feitas no sentido de possibilitar um controlemuito mais fino das forças de equilíbrio e de flutuação presentes no sistemaque pode ser obtido por meio dos tubos de flutuação 102.

Conforme visto na modalidade ilustrada, um sistema de lastrointerno 301 formado dentro de um tubo de lastro compreende uma fonte decontrole de ar 302 disposta em comunicação fluida com uma válvula de re-tenção de sobrepressão e uma primeira câmara de isolamento 303. A pri-meira câmara de isolamento 303 contém gás seco (por exemplo, um ar ten-do uma pressão igual à pressão externa da água circundante) presente emuma porção superior da câmara, e um fluido (por exemplo, a água salgadaarrastada para dentro a partir de fora da câmara de isolamento) presente emuma porção inferior da câmara.

A primeira câmara de isolamento 303 compreende ainda umalinha de alimentação de ar secundária 305 para a distribuição de ar para osdemais compartimentos cheios de gás da estrutura, assim como linhas paraa mistura de gás e fluido a partir da primeira câmara de isolamento 303 paraa segunda câmara de isolamento 304. A segunda câmara de isolamento 304por sua vez compreende uma porção superior contendo ar e uma porçãoinferior contendo água ou similar, que são separadas por meio de cilindro deisolamento. Em outras modalidades, o cilindro de isolamento contém águasalgada sobre a qual flutua um fluido de barreira a fim de garantir um melhorisolamento entre o ar e água salgada.Em outras modalidades, a primeira ou a segunda câmara de iso-lamento 303, 304 são equipadas com uma instrumentação (por exemplo,sensores de pressão ou sensores de pressão diferencial) para determinar sefluido ou ar se encontra presente em uma cavidade particular do sistema.

Em ainda outras modalidades, tais sensores são entrados em um sistema decontrole lógico (não-mostrado) utilizado para ajudar na detecção e controledas medições de equilíbrio e impulso relacionados.

O processo de avançar o ar através do sistema nas porções su-periores dos tanques e ao mesmo tempo garantir que a água ou outro líqui-do permanecem nas porções inferiores contínuas até que as característicasdesejadas de equilíbrio e controle sejam obtidas. Por último, uma câmara deisolamento final 306 é provida, a qual, na modalidade ilustrada, compreendeuma válvula de saída de ar 309 usada para soltar o ar para fora do sistemae, em determinadas circunstâncias, água para dentro do sistema.

Uma válvula de segurança de pressão 307 é provida no caso dea pressão interna se tornar tão grande que seja necessária uma exaustão dapressão a fim de manter a integridade do controle do sistema, e uma válvulade fluxo de água aberta 308 equipada com um filtro a fim de impedir a entra-da acidental de criaturas marinhas é disposta em uma porção inferior dotanque de isolamento 306.

Mais uma vez, fluidos de barreira e similar podem ser usados afim de reduzir a interação entre o ar e a água, e caso o sistema seja equipa-do com um controle de flutuação que flutua sobre o topo da água salgada, ofluido de barreira pode ficar retido depois que toda a água salgada for expe-lida.

A figura 4A apresenta uma vista de topo de uma modalidade dosistema 401, que, neste caso, compreende um primeiro tubo de flutuação402 e um segundo tubo de flutuação 403; uma porção de corpo do tipo treli-ça, de conexão 404 disposta entre os mesmos; uma pluralidade de gerado-res de indução 405, 406 posicionados estrategicamente em torno dos tubosde flutuação e das porções de corpo; uma pluralidade de hélices 407 dispos-tas em comunicação mecânica com os geradores; e uma pluralidade de e-Iementos de cabo 408, 409 dispostos em comunicação mecânica com ostubos de flutuação 402, 403.

Na modalidade exemplar ilustrada na figura 4B, os elementos decabo 408 e 409 são juntados de modo a formar um único cabo de ancora-gem 410 que é afixado de uma maneira conhecida ao elemento de ancora-gem 411.

Em diversas modalidades, o cabo de ancoragem 410 compreen-de ainda um meio para variavelmente conter e liberar o sistema. Em váriasoutras modalidades, o cabo de ancoragem 410 termina em um elemento deancoragem 411 equipado com um dispositivo de terminação de cabo (não-mostrado). O elemento de ancoragem 411 compreende qualquer tipo de ân-cora conhecida (por exemplo, uma âncora de peso morto ou similar) ade-quada para manter uma posição fixa em correntes de rápida movimentação,geralmente encontráveis em locais com fundos de mar rochosos devido àerosão do solo provocada pelas correntes de rápida movimentação.

Em ainda outras modalidades, esta porção da estação pode serpresa por meio da fixação de um cabo de ancoragem 410 a um vaso de su-perfície ou a um outro dispositivo de geração de energia de corrente oceâni-ca, ou a outro local de ancora douro central, como, por exemplo, uma boia deposicionamento dinâmico flutuante.

Voltando agora a uma modalidade exemplar de sistema de héli-ces apresentada apenas de maneira muito geral acima, as figuras 5 a 7 ilus-tram diversas modalidades exemplares específicas (embora não-limitantes)de um sistema de hélices adequado para uso com o sistema de geração deenergia de corrente de água descrito aqui. Os versados na técnica em ques-tão também apreciarão, no entanto, que, embora os sistemas de hélices e-xemplares descritos aqui sejam descritos com referência a um sistema degeração de energia de corrente de água movido por um gerador de força dotipo indução, os sistemas de hélices exemplares podem também ser usadosem conexão a outros tipos de sistemas de geração de energia submersos ouflutuantes de modo a obter muitas das mesmas vantagens ensinadas nopresente documento.A figura 5, por exemplo, é uma vista frontal de uma modalidadeexemplar de um sistema de hélices adequado para uso em conexão a umsistema de geração de energia submerso ou flutuante.

Conforme ilustrado, a hélice 501 compreende uma pluralidadede conjuntos de aletas alternadas e anéis de encerro, os quais serão, emseguida, ser referidos como uma configuração "anel de aletas". Estas hélicesde anel de aletas tipicamente serão atribuídas no presente relatório descriti-vo para cada aplicação em particular, e uma eficiência aperfeiçoada seráobservada mediante o seu diâmetro, circunferência, curvatura de aleta e ex-centricidade de disposição, seleções de material, etc., com base nas fre-qüências operacionais requeridas pelos geradores de indução, a velocidadedas correntes de água circundantes, considerações ambientais (por exem-plo, se as hélices têm aberturas ou vãos através dos quais peixes ou outravida aquática possam passar), e assim por diante. De maneira similar, osconjuntos de hélices vizinhos podem ser girados em sentidos opostos (porexemplo, ou no sentido horário ou no sentido anti-horário, conforme repre-sentativamente ilustrado na figura 2) a fim de promover a criação de remoi-nhos ou zonas mortas na frente das hélices, as quais poderão repelir ou aju-dar a proteger a vida marinha, aumentar a eficiência de rotação da hélice,etc.

Quando usadas em conexão com um sistema de geração deenergia de corrente de água acionado por um gerador de força do tipo indu-ção, a única exigência operacional para as hélices é que as mesmas sejamcapazes de girar associadas aos eixos do gerador às velocidades requeridasde modo a obter freqüências operacionais de gerador. No entanto, é alta-mente desejável que o sistema como um todo permaneça passivo com rela-ção à interação com a vida marinha local, e que ótimos resultados de de-sempenho sejam obtidos quando o sistema gera a saída de força necessá-ria, ao mesmo tempo mantendo um ambiente operacional ambientalmenteneutro.

Começando no centro do dispositivo, é observado que a hélice501 é disposta em torno de um cubo ou porção de eixo 502 que prende ahélice 501 de uma maneira segura e confiável (por exemplo, por meio deuma fixação mecânica, tal como por meio de prendedores encapsulados re-sistentes à ferrugem, da soldagem de um corpo de hélice ou múltiplos peda-ços de um corpo de hélice a um eixo em um todo unitário único, etc.) e co-munica um torque rotacional proporcional ao momento angular da hélice ro-tativa sobre o eixo para a liberação ao gerador de força. Em algumas moda-lidades, a porção de eixo ou eixo 502 compreende ainda um meio de flutua-ção usado para aumentar a conexão mecânica da hélice de anéis de aletasao eixo. Como o meio de fixação, os eixos de transmissão apropriados paraesta tarefa existem na técnica de registro, e podem compreender, por exem-plo, uma série de engrenagens e/ou embreagens, sistema de freio, etc., con-forme seria requerido a fim de efetivamente comunicar um torque rotacionalda hélice para o eixo do gerador.

Em uma modalidade específica, um prendedor de fixação, como,por exemplo, um conjunto de parafuso e arruela ou similar, é removido daextremidade de um eixo de transmissão, a estrutura de hélice de anéis dealetas desliza sobre o eixo exposto, e em seguida o prendedor é substituído,deste modo fixando mecanicamente a estrutura de anéis de aletas ao eixo.Otimamente, o prendedor seria coberto por uma tampa hermética à água ousimilar, conforme representativamente ilustrado na figura 6, item 601.

Em outras modalidades, um eixo central compreende uma co-municação mecânica de ponto de conexão com um eixo grande, que podeser instalado ou removido ou substituído como uma estrutura única de modoque uma hélice possa ser facilmente colocada em serviço e mantida enquan-to na água. Em outras modalidades, o eixo compreende ainda um meio deflutuação fixo a fim de resistir à carga em suspensão do conjunto de eixo ehélice. De maneira similar, as hélices (especialmente as hélices frontais deum sistema submerso, que absorvem a maior parte da força da corrente deágua) podem ser montadas por arrasto a fim de superar a resistência atribu-ível à pressão de fluido cumulativa contra a estrutura de anéis de aletas.

Independentemente de como a hélice é fixada ao eixo ou se amesma é montada por arrasto e/ou suportada por um elemento de flutuaçãofixo, a modalidade exemplar do desenho de anéis de aletas ilustrado no pre-sente documento é de modo geral similar através de uma diversidade deoutras modalidades relacionadas adequadas para a prática dentro do siste-ma. Por exemplo, na modalidade exemplar 501 ilustrada na figura 5, o con-junto de fixação de eixo 502 é concentricamente circundado por um primeiroelemento de anel 503, além do qual (ou seja, ainda mais para fora do con-junto de eixo) existe um segundo elemento de anel 506. Disposta entre oprimeiro elemento de anel 503 e o segundo elemento de anel 506 encontra-se uma pluralidade de elementos de aletas 504, cada um dos quais sendoseparado por uma abertura 505. O espaço de separação entre o elementode aletas 504 irá variar de acordo com a aplicação, mas, de um modo geral,as aberturas entre as aletas irão aumentar de tamanho a partir do anel maisinterno (no qual as aberturas são tipicamente as menores) até os anéis maisexternos (nos quais o espaço de separação é o maior). Outras configuraçõesadmitem aberturas de tamanhos similares, ou aberturas ainda maiores nosanéis internos do que nos anéis externos, porém uma vantagem da superfí-cie de anel interno mais sólida, na qual quase toda a totalidade da área desuperfície do anel é utilizada por aletas ao invés de aberturas, é que a estru-tura tenderá a forçar a pressão de fluido para fora do centro da estrutura nadireção dos anéis mais externos e para além do perímetro do dispositivocomo um todo.

Esta abordagem faz com que a hélice gire mais facilmente, eaumenta significativamente a segurança ambiental do dispositivo ao forçar avida marinha de pequeno tamanho e similares que poderia se aproximar daestrutura para fora do sistema de modo a evitar totalmente a estrutura dehélices, ou ainda passar pelas aberturas maiores dos anéis externos. Umavez que a resistência contra a estrutura é reduzida e um torque rotacionalmaior é transmitido para os eixos de transmissão com menos arrasto e per-da, a hélice poderá ainda girar muito lentamente (por exemplo, em uma mo-dalidade exemplar que gera resultados de campo satisfatórios, a hélice giraa uma velocidade de apenas 8 RPM), garantindo ainda mais que a vida ma-rinha seja capaz de evitar a estrutura e aumentando a neutralidade e a segu-rança ambientais. As baixas velocidades rotacionais também tornam o sis-tema mais reforçado e durável e menos propenso a sofrer danos se contata-do por resíduos ou por um objeto submerso que flutua próximo.

Os anéis de aletas concêntricos sucessivos 507 e as aberturas508 dispostas dentro de outros anéis aproximadamente circulares 509 sãoem seguida adicionados à estrutura, desta forma criando mais anéis de ale-tas concêntricos e aberturas 510 a 512 até que a circunferência desejadaseja obtida. Em uma modalidade presentemente preferida, os espaços deseparação 514 do anel mais externo são os maiores espaços de separaçãodo sistema, e as aletas separadas 513 para a maior extensão do sistema.Um elemento de anel final 515 encerra a periferia externa do sistema de hé-lices, mais uma vez aumentando a sua amabilidade ambiental, uma vez quepeixes e outras vidas marinhas que inadvertidamente atingem o anel externo515 encontrarão apenas um pequeno impacto inclinado contra uma estruturade lenta movimentação, o que aumenta ainda mais a segurança marinhatanto quanto possível ao empurrar as pressões de água e fluido para fora dodispositivo.

Conforme visto na região encaixada 603 da figura 6 (que, demodo geral, ilustra a modalidade exemplar da figura 5, embora com a porçãode fixação de eixo coberta com uma tampa à prova de água 601 ou similar),o passo das aletas 602 medido com relação ao plano do conjunto de anéisde aletas pode ser alterado (por exemplo, os anéis podem ser dispostos commaior excentricidade) que a sua posição que avança para dentro do conjuntoa partir do primeiro anel que circunda o eixo central na direção dos anéismais externos. A disposição das aletas 602 em um passo mais plano dentrodos anéis internos e mais excentricamente (isto é, em um plano mais per-pendicular ao plano do conjunto) nos anéis externos tenderá a aplainar esuavizar o fluxo da água em volta da hélice, deste modo obtendo caracterís-ticas de escoamento de fluido superiores (o que minimiza a vibração do sis-tema), criando menos resistência contra a estrutura de hélices, e provendouma força de fluido circundante maior de modo a garantir que a vida marinhaevite o centro do sistema de hélices.Na modalidade exemplar 701 ilustrada na figura 7 (que é repre-sentativa da região encaixada 603 na figura 6), uma série de aletas curvadas702, 704, 706, 708 é disposta entre as aberturas 703, 705, 707, 709 de ta-manho crescente (note que o eixo de fixação central a partir do qual os anéisconcêntricos menores se originam se localiza além do topo da figura, porexemplo, acima da aleta 702 e abertura 703). Na modalidade ilustrada, asaletas 702, 704, 706, 708 são também dispostas com maior excentricidade,uma vez que as mesmas são instaladas mais distantes ainda do eixo, demodo que o ângulo de disposição da aleta 708 medida com relação ao planodo conjunto seja maior que o das aletas 702, 704, 706 dispostas próximasao eixo de fixação central.

Na modalidade exemplar ilustrada na figura 8, um sistema degeração de energia de corrente de água submerso com cabos é provido, noqual todo o arranjo de hélices é montado por arrasto, de modo que a interfe-rência de força a partir de um arranjo montado frontal seja evitada, e umaestabilidade maior do sistema e uma eficiência de força sejam obtidas. Con-forme notado, esta configuração em particular admite uma ou mais hélicesdispostas em ambas a posição de montagem por arrasto superior e na posi-ção de montagem por arrasto inferior, embora a disposição de um arranjo demúltiplas hélices em um número maior ou menor de níveis seja igualmentepossível.

Na figura 9, que é essencialmente uma vista traseira da modali-dade alternativa ilustrada na figura 8, observa-se que uma modalidade espe-cífica (embora não-limitante) compreende um arranjo de hélices tendo umtotal de dez hélices, com seis hélices sendo dispostas em uma posição demontagem de arrasto inferior, e quatro hélices sendo dispostas em uma po-sição montada por arrasto superior, com o arranjo de posição superior sendoainda distribuído com duas hélices sobre cada lado do sistema de geraçãode energia. Foi considerado que esta modalidade em particular admite ca-racterísticas superiores de geração de energia, ao mesmo tempo estabili-zando a estrutura de sistema auxiliar ao minimizar a vibração, e permitindopares de hélices uniformemente combinados operem em direções rotacio-nais opostas. Embora tais configurações sejam ótimas para certas modali-dades do sistema de geração de energia, um número virtualmente ilimitadode outros arranjos e configurações de disposição possam também ser em-pregados quando considerados eficazes em um dado ambiente operacional.

Como uma questão de ordem prática, a composição de toda aestrutura de hélice de anéis de aletas seria provavelmente comum, por e-xemplo, toda feita de um metal leve, durável, revestido ou resistente à ferru-gem. No entanto, diferentes composições de material entre as aletas e anéissão igualmente possíveis, e outros materiais, tais como compósitos metáli-cos, compósitos de carbono rígido, materiais cerâmicos, etc., são certamen-te possíveis sem se afastar do âmbito de aplicação da presente invenção.

Embora ainda outros aspectos da presente invenção, que naprática corrente tipicamente compreendem de modo geral dispositivos asso-ciados á produção de energia subaquática (por exemplo, fontes auxiliares dealimentação de força, sistemas de comunicação e de controle de fibra ótica,veículos auxiliares operados remotamente utilizados para atender a umaestação de força, etc.), são certamente contemplados como periféricos parauso no emprego, posicionamento, controle e operação do sistema, não sen-do considerado necessário descrever tais itens em grandes detalhes, umavez que tais sistemas e subsistemas já são conhecidos àqueles versados natécnica.

Embora a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita emdetalhe com relação a diversas modalidades exemplares, os versados natécnica também apreciarão que alterações menores à descrição, e váriasoutras modificações, omissões e adições podem também ser feitas sem seafastar do espírito ou âmbito de aplicação da presente invenção.

Claims (20)

1. Sistema de geração de energia de corrente de água (201,-401), o dito sistema caracterizado pelo fato de que compreende:- uma câmara de flutuação;- uma unidade de geração de energia do tipo indução (104, 405,-406) disposta dentro de um alojamento associado à dita câmara de flutua-ção; e- uma hélice (105, 407, 501) disposta em comunicação com adita unidade geradora do tipo indução (104, 405, 406), sendo que a dita héli-ce compreende ainda um ou mais anéis dispostos concentricamente, cadaum dos ditos anéis dispostos concentricamente tendo um elemento de anelinterno (503), um elemento de anel externo (506), e uma pluralidade de ele-mentos de aletas (504) curvadas separadas por espaços de separação dis-postos entre os ditos elementos de anel interno e externo.

2. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que que compreendeainda uma pluralidade de câmaras de flutuação ligadas por uma estrutura decorpo.

3. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende aindauma câmara de lastro.

4. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende aindauma pluralidade de câmaras de lastro.

5. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a dita pluralidadede câmaras de lastro é ligada por uma estrutura de corpo.

6. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita uma estruturade corpo aloja uma ou mais unidades geradoras do tipo indução (104, 405, 406).

7. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende aindauma pluralidade de hélices (407) dispostas em comunicação mecânica coma dita uma ou mais unidades geradoras do tipo indução.

8. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita câmara delastro compreende ainda uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirin-to (303, 304).

9. Sistema de geração de energia de corrente de água, de acor-do com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma porção superior que aloja um gás.

10. Sistema gerador de energia de corrente de água, de acordocom a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma den-tre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma porção inferior que aloja um líquido.

11. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma porção superior e uma porção inferior separadas porum cilindro intermediário disposto em comunicação fluida com um fluido debarreira.

12. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma válvula de controle de fonte de gás.

13. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma válvula de saída de gás.

14. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma válvula de segurança de pressão (307).

15. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma válvula de admissão / remoção de fluido equipadacom um filtro a fim de impedir a entrada de vida marinha nas ditas câmaras.

16. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos umadentre a dita uma ou mais câmaras de isolamento do tipo labirinto (303, 304)compreende ainda uma válvula de retenção, que, quando sobrepressurizadainicia a evacuação de água da dita uma ou mais câmaras de isolamento.

17. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreendeainda pelo menos um elemento de cabo de anel.

18. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dito pelo me-nos um elemento de cabo de anel é disposto em comunicação com um ele-mento de terminação de cabo.

19. Sistema de geração de energia de corrente de água, de a-cordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito elementode terminação de cabo é disposto em comunicação com um elemento deancoragem.

20. Sistema de geração de energia de corrente de água, o ditosistema caracterizado pelo fato de que compreende:- uma pluralidade de tubos de flutuação (102, 402, 403) ligadospor uma estrutura de corpo;- uma pluralidade de câmaras de lastro ligadas por uma estrutu-ra de corpo;- uma pluralidade de unidades de geração de energia do tipoindução (104, 405, 406) dispostas dentro de alojamentos associados a umaou mais das ditas câmaras de flutuação, câmaras de lastro e a uma estruturade corpo; e- uma pluralidade de hélices (105, 407, 501) dispostas em co-municação com as ditas unidades geradoras do tipo indução (104, 405, 406),em que a dita pluralidade de hélices compreende ainda um ou mais anéisdispostos concentricamente, os ditos anéis dispostos concentricamente ten-do um elemento de anel interno (503), um elemento de anel externo (506), euma pluralidade de elementos de aletas curvadas (504) separadas por es-paços de separação (505) dispostos entre os ditos elementos de anel internoe externo.