Aerogenerador de eje vertical, en la base del cual se acopla un generador eléctrico (5) y todo el conjunto sobre una estructura,

presentando dicho eje (1) una serie de brazos radiales (2), que en el extremo incorporan palas verticales (3) que giran sobre un eje central (7) y presentan en sección un cuerpo con forma lunar, que conforma una superficie a modo de vela de barco cuando se enfrentan al viento, situándose de perfil cuando la pala ocupa la posición diametralmente opuesta a la dirección del viento, definiendo en esta posición una superficie a modo de ala de avión

Aerogenerador de eje vertical.

Objeto de la invención

La presente invención, como su propio título indica se refiere a un generador eólico, de eje vertical, de aquellos en los que en la base del eje o motriz se acopla un generador eléctrico y a su vez todo el conjunto se monta en una estructura base. El eje motriz presenta una serie de brazos radiales, que en el extremo incorporan palas verticales, que reciben el impulso del viento que propicia su giro. Para facilitar el giro de estas palas, éstas giran sobre un eje central, situándose de frente al viento en el avance y paralelas al viento en el retorno, de forma que así se maximiza el impulso del viento cuando lo reciben de frente y se minimiza la acción de frenado cuando se enfrentan al viento.

Antecedentes de la invención

Actualmente la gran mayoría de generadores eólicos que se conocen son de eje horizontal, se trata de enormes molinos de viento, con hélices de gran tamaño, ya que la potencia que desarrollan está en función de la longitud de éstas. Además de otros problemas, como pueden ser la disposición del generador en altura y sobre un mástil, el más preocupante de todos ellos es el enorme impacto ambiental que presentan. Cada vez más grupos de ecologistas y de personas responsables hacen frente común contra la continua expansión de estos aparatos. El aprovechamiento energético tampoco es óptimo porque en la mayoría de estos aparatos la orientación del generador y en consecuencia de sus palas es fija y por tanto, en zonas en las que el viento cambia de dirección, no siempre ejerce el empuje necesario, ni se produce en la dirección adecuada.

Se conocen también generadores de eje vertical, se trata de aparatos aún en fase experimental ya que en la práctica no se conocen parques eólicos de estos aparatos. El montaje del eje en posición vertical permite disponer el generador en la base de la estructura soporte de dicho eje y también permite conseguir aparatos sensiblemente más bajos, con lo cual se minimiza el impacto ambiental. En este tipo de aparatos el eje motriz dispone en la periferia de una serie de palas dispuestas verticalmente, de forma que reciben el impulso del viento para conseguir el giro del eje. Si estas palas ocupasen siempre la misma posición no se lograría este efecto ya que unas frenarían a las otras, por este motivo se ha previsto que giren todas ellas sobre un eje central para que se sitúen frente al viento en el avance y paralelas al viento en el retorno. Algunos aparatos de este tipo se describen en los documentos: FR-7440343, DE-10116148, WO-2007034014.

Descripción de la invención

El aerogenerador de la invención parte de un estudio aerodinámico de las palas que lo constituyen, las cuales se han diseñado de forma que cuando son empujadas por el viento se comportan como la vela de un barco, recibiendo el impulso del viento y recogiéndolo en su interior, mientras que en el retorno a la posición de origen, en contra de la dirección del viento, se comportan como las alas de un avión o de un generador eólico convencional, es decir atacando el viento y aprovechando su penetración en el aire para impulsarse. De acuerdo con este diseño, cada una de las palas presenta, en sección, un cuerpo con forma lunar en fase menguante, que queda definida por dos líneas curvas, la exterior de menor radio que la interior. La curva interior define pues una concavidad que conforma una superficie a modo de vela de barco cuando se enfrenta al viento en una zona aproximadamente de 180° en los que lo recibe de frente. De perfil, cuando la pala ocupa la posición diametralmente opuesta a la dirección del viento, define una superficie en cuña, a modo de ala de avión que, enfrentada al viento durante el retorno, penetra en el aire y colabora en el movimiento del eje central. Los cambios de posición de vela a ala y viceversa se efectúan de forma automática en puntos diametralmente opuesto de la trayectoria circunferencial de estas palas con respecto a la dirección del viento.

El cambio de posición y consecuentemente de efecto de las palas se efectúa de forma automática; para ello, cada una de las palas está unida por un brazo o biela a una leva central que gira, posicionándose en determinado sentido en función de la dirección del viento, siendo está leva la que determina la posición que adoptan las palas y la localización de los puntos en los que cambian de posición para pasar de un funcionamiento en modo vela a modo ala y viceversa. El movimiento de la leva lo efectúa un motor que dispone de un control electrónico de funcionamiento que incorpora una veleta para determinar la dirección del viento.

Otra opción para controlar la posición de las palas consiste en incorporar en cada pala un servomotor o motor auxiliar, el cual gira la pala posicionándola en determinado sentido, dependiendo de la dirección del viento. Estos motores están controlados por un circuito electrónico que incorpora una veleta que determina la dirección del viento, en base a la cual varía la posición de cada pala en todo momento.

El giro que han de efectuar las palas verticales sobre sí mismas para posicionarse ocupando en todo su recorrido a favor del viento en posición de vela y en el recorrido en contra del viento en posición de ala es de 270°.

Cada una de las palas montadas en el eje principal, presenta en sección, al menos en el perfil enfrentado al viento, una conformación arqueada, similar al ala de un avión, que ataca el aire en su movimiento de retroceso, penetrando en él e impulsándose en contra con la ayuda del impulso positivo que reciben las velas del lateral contrario que avanzan a favor del viento.

Se ha previsto un sistema de seguridad para circunstancias de temporales o tempestades; a este efecto, se monta un anemómetro cuya señal es tratada electrónicamente para, a partir de una velocidad del viento predeterminada, activar los dispositivos de orientación de las palas, para colocar las velas en sentido inverso al de funcionamiento en régimen normal, a fin de que frenen el movimiento del aerogenerador, seguidamente actuará un freno de disco que inmovilizará completamente la máquina, para evitar su deterioro.

En lo que a la estructura soporte de las palas, además de la realización preferencial formada por brazos radiales con palas en los extremos, también es posible una segunda realización en la que el conjunto de palas verticales se disponen en la periferia, preferentemente en las aristas, de una estructura prismática que gira y se monta entorno al eje principal.

En cuanto a la configuración del eje de giro puede tratarse de un eje rígido, montado en rodamientos extremos, o de un eje hueco, en el que el conjunto de los brazos radiales, o de la estructura periférica se monta como un carrusel giratorio sobre un mástil central fijo.

Este aerogenerador presenta poco impacto ambiental, por que requiere sensiblemente menor altura que los generadores eólicos convencionales. Además, puede efectuarse una plantación de generadores de este tipo aprovechando los espacios entre generadores convencionales de eje horizontal, que aprovecharían las corrientes de aire a baja altura, ocuparían los espacios muertos entre ellos y lógicamente incrementarían la producción energética del campo eólico.

Este aerogenerador está indicado para zonas en las que los vientos se localizan en la superficie, mientras que en altura a penas si soplan, por ejemplo las brisas marinas, o los que se producen en los collados debido a la diferencia de temperatura entre los valles adyacentes.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista en planta de un aerogenerador realizado de acuerdo a la invención, mostrándose en ella sus palas de accionamiento en diversas posiciones a lo largo de su trayectoria.

La figura 2 muestra una vista en alzado del mismo aerogenerador.

La figura 3 se corresponde con una vista en planta de uno de los brazos asociados a una leva central y a una pala periférica.

La figura 4 representa una sección, según un plano horizontal de una de las palas de este aerogenerador.

1. Aerogenerador de eje vertical, en la base del cual se acopla un generador eléctrico (5) y todo el conjunto sobre una estructura base, presentando dicho eje (1) una serie de brazos radiales (2), que en el extremo incorporan palas verticales (3), que reciben el impulso del viento que propicia su giro, al tiempo que dichas palas giran sobre un eje central (7), de forma que se sitúan enfrentadas al viento en el avance y paralelas al viento en el retorno, para maximizar el impulso del viento cuando lo reciben de frente y minimizar la acción de frenado cuando se enfrentan al viento en su retorno, caracterizado porque cada una de las palas (3) presenta en sección un cuerpo con forma lunar, definida por dos líneas curvas, la exterior de menor radio que la interior, la cual define una concavidad que conforma una superficie a modo de vela de barco, que se enfrenta al viento en los 180° en los que ésta lo recibe de frente, situándose de perfil cuando la pala ocupa la posición diametralmente opuesta a la dirección del viento, definiendo en esta posición una superficie en cuña a modo de ala de avión que, enfrentada al viento durante el retorno, penetra en el aire y colabora en el movimiento del eje central (1), manteniéndose esta posición hasta que pasa por la zona diametral opuesta a partir de la cual el viento sopla empujando la vela, que vuelve a posicionarse enfrentada al viento.

2. Aerogenerador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque cada una de las palas (3) está unida por un brazo o biela (9) a una leva central (8) que gira, posicionándose en determinado sentido en función de la dirección del viento, siendo está leva (8) la que determina la posición que adoptan las palas (3) y la localización de los puntos en los que cambian de posición para pasar de un funcionamiento en modo vela a modo ala y viceversa.

3. Aerogenerador, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el movimiento de la leva (8) se efectúa por medio de un motor (11) que dispone de un control electrónico de funcionamiento que incorpora una veleta para determinar la dirección del viento.

4. Aerogenerador, según la reivindicación 1, caracterizado porque cada pala (3) presenta un motor auxiliar (12) que la posiciona en determinado sentido dependiendo de la dirección del viento, que está controlado por un circuito electrónico que incorpora una veleta para determinar la dirección del viento.

5. Aerogenerador, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incorpora un anemómetro cuya señal es tratada electrónicamente para, a partir de una velocidad del viento predeterminada, activar los dispositivos de orientación de las palas para situarlas como velas convexas cuando avanzan a favor del viento, además de un freno de disco montado en el eje de la máquina que la inmoviliza en esta posición.

6. Aerogenerador, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el giro de las palas verticales (3) sobre sí mismas está comprendido entre 0 y 270°, ocupando en todo su recorrido a favor del viento posición de vela y en el recorrido en contra del viento posición de ala de avión.

7. Aerogenerador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de las palas (3) montadas en el eje principal (1), presenta en sección, al menos en el perfil enfrentado al viento, una conformación arqueada, similar a una ala de avión, que ataca el aire en su movimiento de retroceso, penetrando en él e impulsándose en contra con la ayuda del impulso positivo que reciben las velas del lateral contrario que avanzan a favor del viento.

8. Aerogenerador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto de palas verticales (3) se disponen en la periferia, preferentemente en las aristas, de una estructura prismática (13) que gira y se monta entorno al eje principal.