Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno de turbina izable con cinco,

seis u ocho brazos (3), provistos de velas (4) rotativas por su eje central, brazos con sistema de contrapesos (5) sobre guía (7) de desplazamiento lineal según la velocidad de giro, contando con una bomba hidráulica (23) acumulador (17) generador (18) motor (19) y freno hidráulico (49).

Adicionalmente, el mástil (1) se sitúa sobre una plataforma (9) enclavada en el mar incorporando paletas (12) y flotadores que, por oleaje, accionan una bomba hidráulica que genera energía que se acumula en un depósito (10) de aceite hidráulico con nitrógeno.

También adicionalmente, incorpora hélices (14) sumergidas en los puntales de la plataforma, que movidas por las corrientes marinas, transmiten energía hidráulica al acumulador.

Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno.

Objeto de la invención

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, aportando a la función a que se destina varias ventajas y novedosas características técnicas estructurales y de configuración, aparte de otras inherentes a su organización y constitución, que se consignarán en detalle más adelante, las cuales suponen una importante mejora frente a los sistemas actualmente conocidos en este campo.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un aerogenerador de eje vertical que a partir de la fuerza del viento, y adicionalmente de la marina aprovechando la fuerza de las olas y de las corrientes marinas, produce energía eléctrica mediante transmisión de energía hidráulica por acumulador de nitrógeno.

Campo de aplicación de la invención

El campo de aplicación de la presente invención en enmarca dentro del sector técnico de la industria de las energías renovables, concretamente en el de los generadores de energía eléctrica que aprovechan la energía del viento así como de los que aprovechan la energía de las olas del mar y las corrientes marinas.

Antecedentes de la invención

Actualmente se conocen distintos modelos de aerogeneradores. Éstos se dividen en dos familias según la orientación de su eje: los de eje vertical y los de eje horizontal.

Los de eje horizontal son los más extendidos, y tienen un buen rendimiento, aunque necesitan sistemas de orientación complejos.

Por su parte, los de eje vertical, se caracterizan por un bajo rendimiento. Dentro de esta familia existen los Savonius, basados en el arrastre diferencial creado por las palas que lo forman, de muy bajo rendimiento. También están a los Darrieus, de mejor rendimiento que los Savonius, pero que necesitan de un sistema de arranque, ya que no son capaces de arrancar por sí mismos.

Es pues, uno de los objetivos de la invención aportar al estado de la técnica un aerogenerador eólico de eje vertical que mejora sustancialmente el aprovechamiento de la fuerza del viento frente a los sistemas actualmente conocidos.

Por otra parte, para la generación de energía a partir de las corrientes marinas, generalmente, se instala el generador a continuación de la hélice, dentro del agua. El sistema que la invención propone consiste, en cambio, en accionar una bomba hidráulica mediante la hélice. Esta bomba envía la presión a un acumulador hidráulico con compresión de hidrógeno que dosifica el caudal al motor hidráulico que propulsa el generador. El aprovechamiento de la energía cinética del movimiento de las olas de mar que también incorpora el aerogenerador preconizado cumple la misma función.

Hay que mencionar pues, que si bien en el estado actual de la técnica se conocen diferentes tipos de aerogeneradores, por parte del solicitante se desconoce la existencia de ninguno que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presente el aquí propuesto, estando los detalles caracterizadores que hacen posible su funcionamiento y lo distinguen de otros sistemas ya conocidos en el mercado, exhaustivamente desarrollados a continuación y convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Explicación de la invención

En concreto, pues, la invención consiste en un aerogenerador de turbina de eje vertical para la obtención de energía eléctrica a partir de la fuerza del viento.

El aparto, en su versión simplificada, consta de un mástil, sobre el que se sitúa una turbina en posición vertical. Ésta turbina es izable desde la base a la parte superior del mástil para su funcionamiento.

La turbina tiene cinco, seis u ocho brazos, dispuestos radialmente. Cada brazo contiene varias velas de forma curva, rotativas por su eje central. Su posición varía según el viento para absorber la máxima presión en el lado de ataque y ofrecer la menor resistencia a contraviento en la cara opuesta. El modelo permite situar dos o tres niveles de turbinas en el mismo mástil.

Los brazos cuentan con un sistema de contrapesos que se mueven sobre una guía de desplazamiento lineal en función de la velocidad de giro para aprovechar al máximo la fuerza centrífuga. En posición de reposo los contrapesos se encuentran cerca del mástil para facilitar el arranque.

La fuerza del viento impulsa la turbina que mueve una corona dentada. Ésta acciona unas bombas hidráulicas que transmiten la potencia mediante tubos hidráulicos hasta un acumulador hidráulico con compresión de nitrógeno, el cual dosifica el caudal y presión constante mediante un regulador proporcional a un motor hidráulico que acciona un generador eléctrico, siempre a las mismas revoluciones, montado en la base del aerogenerador.

La velocidad máxima del aerogenerador se controla mediante un freno hidráulico y con la inclinación de las velas solo en caso de vibraciones, la velocidad no afecta al generador eléctrico.

El aerogenerador podrá tener cinco brazos o seis brazos.

Además, en una variante de realización de la invención para uso marino, el aerogenerador, además de la fuerza del viento, utiliza la fuerza del mar para generar energía.

Para ello, el mástil se sitúa sobre una plataforma enclavada en el fondo marino mediante puntales. Esta plataforma contiene unas paletas y flotadores que, accionadas por la fuerza de las olas, ponen en funcionamiento una bomba hidráulica de pistón que genera energía hidráulica.

La energía generada por ambos elementos, es decir, por la turbina eólica y las olas, se acumula en un acumulador de aceite hidráulico con compresión de nitrógeno.

Además, se contempla la incorporación de unas hélices sumergidas e incorporadas a los puntales que sustentan la plataforma, que movidas por las corrientes marinas, se encargan de transmitir energía hidráulica al acumulador.

Así, se constata que el aerogenerador preconizado presenta diversas y destacables diferencias respecto a los modelos existentes, las más importantes de las cuales se mencionan a continuación:

Las velas de este modelo son orientables a la dirección del viento. De manera que se puede aprovechar al máximo la superficie de las velas cuando el viento las empuja, y minimizar el efecto del viento cuando éstas van en su contra. Además, contar con velas orientables aporta un gran número de ventajas, cómo son, un mayor rendimiento del aparato o que éste pueda funcionar a velocidades menores del viento, lo que a su vez implica menor desgaste del eje y los rodamientos.

Por otra parte, la separación de las velas permite el paso del aire entre éstas provocando el efecto Down-Wash (turbulencia o rebufo), que contribuye también a un mejor rendimiento del sistema.

La turbina es de eje vertical y esto reduce la altura máxima del mástil y reduce las vibraciones del sistema, con lo que se consigue una mayor vida útil del aparato. Además permite un fácil montaje del sistema en los tejados de los edificios, ya que la fuerza de palanca sobre la base es inferior y el anclaje más sencillo y seguro. Al tener solo tres aspas en movimiento, el volumen general es constante con lo que se evitan accidentes de personas y aves. La rotación horizontal también se beneficia de la fuerza de Coriolis, que contribuye al giro de la turbina de forma natural.

La turbina puede izarse y arriarse, de manera que en caso de condiciones climatológicas adversas puede bajarse al suelo fácilmente, evitando daños en el sistema. A la par, implica una disminución considerable de los riesgos de instalación y mantenimiento ya que esta no se realiza en altura, sino a nivel de suelo.

La construcción por pares de brazos tensados con cables de acero cruzados permite construir los brazos más largos para aumentar la potencia de forma segura, reduciendo las flexiones del sistema.

El generador eléctrico montado en la base del aerogenerador permite reducir el peso que soporta el mástil y facilita el mantenimiento.

El freno hidráulico consiste en una bomba hidráulica que al ser conectada...

1. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, del tipo que consta de un mástil (1), sobre el que se sitúa una turbina (2) compuesta de diversos brazos (3) que contienen varias parejas de velas (4) rotativas por su eje central, la cual mueve una corona dentada central (27), caracterizado por el hecho de que la turbina cuenta con cinco, seis u ocho brazos (3) dispuestos radialmente y están compuestos de dos ejes paralelos, entre los que se fijan la velas (4), que están unidos a un soporte riostrado (6) con el que se hace la unión con la turbina (2), estando además unidos entre sí por un entramado de cables de acero (30) cruzados formando un conjunto sólido; porque la corona central (27) contiene al menos una primera bomba hidráulica o bomba del sistema eólico (23) que transmite la potencia mediante tubos hidráulicos hasta un acumulador principal (17) hidráulico de nitrógeno que alimenta un motor hidráulico (19) que acciona un generador eléctrico (18) montado en la base del generador, de manera que la turbina mueve una corona que acciona bombas hidráulicas que transmiten potencia mediante tubos hidráulicos hasta un acumulador hidráulico de nitrógeno, el cual dosifica el caudal y presión constante a un motor hidráulico que acciona un generador eléctrico, siempre a las mismas revoluciones; porque además dispone de un freno hidráulico (4 9) para controlar su velocidad máxima; y porque la turbina (2) que se sustenta sobre el mástil (1) en posición vertical es desplazable a través de dicho mástil.

2. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que contar con un anemómetro conectado a un ordenador cuyo programa informático dotado del software para detectar su señal y activar una electroválvula (31) que controla un sistema de arranque constituido por un motor de arranque (28) que mueve la corona (27) de la turbina durante una y media a dos vueltas.

3. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que contar con un encoder que detecta las revoluciones máximas permitidas, y acciona la bomba hidráulica del sistema eólico (23) que alimenta un acumulador de vejiga (29) de arranque y el acumulador principal (17).

4. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que los brazos (3) cuentan con un sistema de contrapesos (5) que se mueven sobre una guía de desplazamiento lineal (7) en función de la velocidad de giro para aprovechar al máximo la fuerza centrífuga; en que dichos contrapesos (5) tiran de un cable unido a un enrollador (8) con regulación de tensión.

5. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el giro de las velas (4) se consigue mediante actuadores lineales eléctricos o cilindros hidráulicos, dependiendo de la envergadura del aerogenerador; y porque este sistema es pilotado por un programa informático que compensa automáticamente las variaciones de velocidad.

6. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, en los modelos de menor tamaño, el accionamiento de las velas (4) es mecánico, existiendo una guía orientada por una veleta (20) que acciona las bielas que giran las velas (4).

7. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según algunas de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se instala sobre una plataforma (9) que consta de una superficie sólida sobre la que se sitúa el mástil (1) la cual sustentada sobre puntales (13) anclados en el fondo del mar incorpora lateralmente unas paletas (12) articuladas receptoras de las olas por desplazamiento y choque, con unos flotadores (11), incorporando, además, un depósito general de nitrógeno (10) compuesto por una pluralidad de botellas de alta presión comunicadas entre sí, cargadas de gas nitrógeno a presión; en que dichas paletas (12) accionan, al menos, una segunda bomba hidráulica del sistema de olas (24) cuya energía generada se guarda en el depósito general (10) que actúa de tanque de reserva de energía y estabilizador de caudal.

8. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que los flotadores (11) montados en el contorno de la plataforma (9) accionan las palancas (12) que empujan, al menos, una tercera bomba hidráulica de pistones y doble caudal (16) que transmite la potencia a los acumuladores hidráulicos.

9. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado por el hecho de que, adicionalmente, en los puntales (13) se incluyen unos núcleos orientables con hélices (14) que propulsadas por la fuerza de las corrientes marinas accionan, al menos, una cuarta bomba hidráulica de corrientes marinas (26), que alimenta el acumulador principal (17) .

10. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que, para conseguir automáticamente la mejor corriente marina se montan unos detectores de velocidad de agua (15) compuestos por varias hélices repartidas por la longitud de cada mástil (13) que envían la información al programa informático encargado de desplazar las hélices (14).

11. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que, la elevación y descenso de las hélices (14) se realiza por medio de un elevador de energía undimotriz (21) con boya en la superficie y elevador de mariposa.

12. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el mástil (1) es de acero, con una configuración preferentemente tubular y/o riostrado con vigas con refuerzos de cruz de San Andrés; el núcleo de la turbina (2) es de acero galvanizado, inoxidable en el caso de los montajes marinos; los brazos (3) son de perfil de aluminio, empernados u, opcionalmente, de perfil ovalado fabricado en fibra de vidrio y de carbono; las velas (4) son de fibra de vidrio.

13. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según algunas de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en la variante marina la plataforma (9) y el depósito general de nitrógeno (10), están construidos en acero galvanizado o acero inoxidable; los flotadores (11) son de fibra de vidrio y los brazos y mecanismos de paletas (12) son de acero inoxidable.

14. Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incorpora dos o tres niveles de turbinas (2) en un mismo mástil (1).