Aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz.

El aparato comprende un conjunto de anclaje (1) con un cuerpo de anclaje (5) fijado al lecho marino,

un conjunto de bombeo (40) conectado al conjunto de anclaje (1) y provisto de una bomba (2) y un mecanismo de accionamiento (30), y un conjunto de boya (3) sometido a la acción de las olas y conectado mediante una línea de tracción flexible (4) a un elemento de dicho mecanismo de accionamiento (30). El conjunto de bombeo (40) está fijado a un soporte base (6) el cual está conectado a dicho cuerpo de anclaje (5) por unos medios de guía rotacional (8) configurados para permitir una libre rotación de dicho soporte base (6) respecto al cuerpo de anclaje (5) alrededor de un eje substancialmente vertical, y con ello permitir una auto-orientación del conjunto de bombeo (40) de acuerdo con cambios en la dirección de avance de las olas y/o del viento.

Aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz.

Campo de la técnica

La presente invención concierne a un aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz, es decir, la energía de las olas del mar o de cualquier otra gran masa de agua.

Antecedentes de la invención

La fuerza del viento tiene la capacidad de generar olas en la superficie una masa de agua, y estas olas pueden llegar a tener grandes dimensiones en el mar y en grandes lagos. Se conocen aparatos diseñados para convertir la energía de las olas en trabajo mecánico, el cual puede ser utilizado para bombear un fluido que a su vez puede ser utilizado, por ejemplo, para generar electricidad.

La solicitud de patente internacional WO-A-0070218 describe un aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz que comprende una disposición de anclaje fijada al lecho marino, una bomba de pistón instalada en un soporte base conectado a dicho conjunto de anclaje, y una boya sometido a la acción de las olas y conectada mediante una línea de tracción flexible a una palanca de un mecanismo de accionamiento para accionar dicha bomba de pistón. Cuando la boya es levantada por una ola, la boya tira de la línea de tracción flexible y éste mueve la palanca para efectuar una carrera de impulsión del émbolo de la bomba. El aparato comprende un dispositivo de recuperación, que puede ser un flotador sumergido, un peso o un elemento elástico, para efectuar un movimiento de recuperación de la palanca cuando la boya es descendida por las olas, y este movimiento de recuperación ocasiona una carrera de admisión del émbolo de la bomba.

Un inconveniente de este aparato, y de otros aparatos del estado de la técnica, es que están diseñados bajo la falsa idea de que la línea de tracción flexible que conecta la boya a la palanca de accionamiento se mantiene en una posición aproximadamente vertical mientras la boya es elevada y descendida por las olas, cuando en realidad la posición de la línea de tracción flexible es fuertemente inclinada debido a que la boya, además de los movimientos de elevación y descenso, es arrastrada en la dirección de avance de las olas y del viento, por lo que todos los manuales de náutica recomiendan para cualquier operación de fondeo que la longitud de la línea que une el objeto a fondear con el ancla sea al menos el doble de la profundidad desde la superficie al lecho marino.

En la citada solicitud de patente internacional WO-A-0070218, la disposición de anclaje comprende una pluralidad de anclas separadas conectadas a puntos separados del soporte base sobre el que está instalada la bomba mediante respectivos cables o cadenas, y esto proporciona al soporte base múltiples grados de libertad, muchos de los cuales son innecesarios e incluso inconvenientes, pero no permite la libre rotación del soporte base respecto a la disposición de anclaje alrededor de un eje vertical, lo cual es imprescindible para que el soporte base y la bomba se auto-orienten de acuerdo con cambios de orientación de la boya y de la línea de tracción flexible debidos a variaciones en la dirección de avance de las olas y/o en la dirección del viento.

Estas variaciones podrían ocasionar con el tiempo un gran número de rotaciones completas del soporte base alrededor de un eje vertical. Sin embargo, dada la imposibilidad de rotación del soporte base respecto a la disposición de anclaje, las variaciones de orientación implica un elevado riesgo de enredos y roturas en los cables o cadenas de amarre, y pérdida de rendimiento y daños en el mecanismo de accionamiento y en la bomba debidos a una mala orientación del mecanismo de accionamiento y de la bomba respecto a la dirección de la línea de tracción flexible, puesto que ésta tirará de la palanca de accionamiento en una dirección inadecuada.

Otro inconveniente de la citada solicitud de patente internacional WO-A-0070218 es que el mecanismo de palanca conectado a la línea de tracción flexible para accionamiento de la bomba es poco adecuado para acomodar variaciones en la orientación de la línea de tracción flexible.

La patente JP-A-56116587 describe un conjunto de anclaje que comprende un bloque de anclaje que tiene formado a través del mismo un conducto con una entrada que puede ser conectada a una fuente de fluido presurizado y una salida situada en un extremo inferior de dicho bloque. Durante una operación de instalación del bloque de anclaje, el fluido presurizado es inyectado a través del conducto para remover los sólidos del lecho marino por debajo del bloque y con ello enterrar parcialmente el bloque en el lecho marino. Una vez instalado, el bloque tiene una parte no enterrada en la que hay unas argollas de amarre montadas de manera que pueden girar alrededor de un eje vertical respecto al bloque.

Un inconveniente con este conjunto de anclaje es que, una vez el bloque está parcialmente enterrado en el lecho marino, las corrientes marinas chocan con la parte no enterrada del bloque y forman remolinos que pueden remover los sólidos del lecho alrededor del bloque dando como resultado movimientos indeseados del bloque y una pérdida de la posición inicial del mismo. Otro inconveniente es que las argollas de amarre no permiten fijar un soporte base cuyo único grado de libertad sea el giro respecto al eje vertical.

Exposición de la invención

La presente invención concierne a un aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz, es decir la energía de las olas que generalmente son generadas por el viento en grandes masas de agua. A lo largo de esta memoria se hace referencia al mar, al agua marina y al lecho marino para indicar en general el lugar donde está instalado el aparato de la presente invención, aunque se comprenderá que el aparato puede ser instalado igualmente en grandes lagos o masas de agua similares.

El aparato de la presente invención comprende un conjunto de anclaje fijado al lecho marino, un conjunto de bombeo conectado a dicho conjunto de anclaje, comprendiendo dicho conjunto de bombeo una bomba y un mecanismo de accionamiento configurado para accionar dicha bomba, y un conjunto de boya sometido a la acción de las olas y conectado mediante una línea de tracción flexible a un elemento de dicho mecanismo de accionamiento. El conjunto de anclaje comprende un cuerpo de anclaje fijado al lecho marino. El conjunto de boya comprende un cuerpo de boya conectado a dicha línea de tracción flexible y una pantalla de empuje fijada a dicho cuerpo de boya en una posición adecuada para ser empujada por las olas y/o el viento en una dirección de avance de las olas y/o del viento. El conjunto de bombeo está fijado a un soporte base el cual está conectado a dicho cuerpo de anclaje por unos medios de guía rotacional configurados para permitir una libre rotación del soporte base y el conjunto de bombeo respecto al cuerpo de anclaje alrededor de un eje substancialmente vertical, y con ello permitir una auto-orientación del conjunto de bombeo de acuerdo con cambios de orientación de dicho conjunto de boya y de dicha línea de tracción flexible debidos a variaciones en dicha dirección de avance de las olas y/o del viento.

La línea de tracción flexible trabaja operativamente en una posición inclinada debido a que el conjunto de boya es empujado en la dirección de avance de las olas y/o el viento. Además, el ángulo que forma la línea de tracción flexible respeto a dirección la vertical es generalmente de más de 45 grados y preferiblemente de más de 60 grados puesto que, de acuerdo con una práctica comúnmente aceptada en el campo de la náutica, para un anclaje seguro la longitud de la línea de tracción flexible debe ser aproximadamente el doble o más que la profundidad de la masa de agua en el punto donde está instalado el conjunto de anclaje.

La línea de tracción flexible está conectada al elemento del mecanismo de accionamiento de la bomba en un punto alejado de dicho eje de giro vertical, de manera que la fuerza de tracción ejercida en cada momento por la línea de tracción flexible sobre el mecanismo de accionamiento produce un par que hace girar el soporte base y el conjunto de bombeo respecto al cuerpo de anclaje para orientar la bomba y el mecanismo de accionamiento en la dirección más favorable para la utilización de la energía undimotriz sin riesgo de enredos, daños y roturas. Por consiguiente, en el aparato de la presente invención el único grado de libertad imprescindible entre el soporte base y el cuerpo de anclaje es la mencionada rotación respecto a un eje vertical...

1. Aparato para bombear un fluido utilizando energía undimotriz, del tipo que comprende;

un conjunto de anclaje (1) fijado al lecho marino;

un conjunto de bombeo (40) conectado a dicho conjunto de anclaje (1), comprendiendo dicho conjunto de bombeo (40) una bomba (2) y un mecanismo de accionamiento (30) configurado para accionar dicha bomba (2); y

un conjunto de boya (3) sometido a la acción de las olas y conectado mediante una línea de tracción flexible (4) a un elemento de dicho mecanismo de accionamiento (30),

caracterizado porque:

el conjunto de anclaje (1) comprende un cuerpo de anclaje (5) fijado al lecho marino;

el conjunto de boya (3) comprende un cuerpo de boya (27) conectado a dicha línea de tracción flexible (4) y una pantalla de empuje (28) fijada a dicho cuerpo de boya (27) en una posición adecuada para ser empujada por las olas y/o el viento en una dirección de avance de las olas y/o del viento; y

el conjunto de bombeo (40) está fijado a un soporte base (6) el cual está conectado a dicho cuerpo de anclaje (5) por unos medios de guía rotacional (8) configurados para permitir una libre rotación de dicho soporte base (6) respecto al cuerpo de anclaje (5) alrededor de un eje substancialmente vertical, y con ello permitir una auto-orientación del conjunto de bombeo (40) de acuerdo con cambios de orientación de dicho conjunto de boya (3) y de dicha línea de tracción flexible (4) debidos a variaciones en dicha dirección de avance de las olas y/o del viento.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho cuerpo de anclaje (5) comprende una porción en forma de cúpula (5a) donde está conectado dicho soporte base (6) y un vástago (5b) que se extiende hacia abajo desde el centro de dicha porción en forma de cúpula (5a) para ser enterrado en el lecho marino, estando formado a través del cuerpo de anclaje (5) un conducto (7) con una entrada (7a) conectable a una fuente de fluido presurizado y una salida (7b) situada en un extremo inferior de dicho vástago (5b), utilizable durante una operación de instalación del cuerpo de anclaje (5) para enterrar el vástago (5b) en el lecho marino.

3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha porción en forma de cúpula (5a) del cuerpo de anclaje (5) comprende una o más aberturas (10) para permitir la salida sólidos del lecho marino mezclados con agua marina y dicho fluido presurizado durante dicha operación de instalación del cuerpo de anclaje (5), comprendiendo dicho conjunto de anclaje (1) unos tapones (11) para cerrar dichas aberturas (10) una vez el cuerpo de anclaje (5) está instalado.

4. Aparato según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque dichos medios de guía rotacional (8) comprenden un anillo inferior (8a) y un anillo superior (8b) paralelos y conectados entre sí por medio de unos miembros de conexión (9) distribuidos a lo largo de sus periferias, donde el soporte base (6) tiene un borde circular periférico confinado de manera movible entre dicho anillo inferior (8a), dicho anillo superior (8a) y dichos miembros de conexión (9), y donde el anillo inferior (8a) está fijado a dicha porción en forma de cúpula (5a) del cuerpo de anclaje (5) por unos medios de fijación amovibles.

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha bomba (2) es accionada por un eje de accionamiento (14) horizontal, y dicho mecanismo de accionamiento (30) comprende una polea (16) coaxial con dicho eje de accionamiento (14) y provista de un aro exterior (16a) al que está conectada la línea de tracción flexible (4) para hacer girar dicha polea (16) en una dirección de accionamiento cuando la línea de tracción flexible (4) es tirada por la acción de una ola sobre el conjunto de boya (3), y una segunda línea de tracción flexible (17) conectada a un flotador sumergido (18) para hacer girar dicha polea (16) en una dirección de recuperación opuesta cuando la primera línea de tracción flexible (4) es aflojada, y un mecanismo de trinquete (19, 20) para transmitir los giros de la polea (16) al eje de accionamiento (14) sólo en dicha dirección de accionamiento.

6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho aro exterior (16a) está conectado a un cubo de la polea (16) por medio de unos brazos radiales (16b), los cuales son huecos y están parcialmente llenos de agua y parcialmente llenos de aire para favorecer los giros de la polea (16) por intercambios de posición de las masas de agua y aire dentro de dichos brazos radiales (16b) a medida que la polea (16) gira.

7. Aparato según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la bomba (2) comprende al menos un cilindro (12) con una entrada de fluido (12a) y una salida de fluido (12b) asociadas a respectivas válvulas anti-retorno, y un émbolo (13) instalado para moverse en vaivén dentro de dicho cilindro (12), y porque el eje de accionamiento (14) comprende un cigüeñal con una muñequilla excéntrica (14a) conectada a una biela (15) unida a dicho émbolo (13).

8. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha entrada de fluido (12a) de la bomba (2) está dispuesta para captar agua marina a través de un filtro (21).

9. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha salida de fluido (12a) de la bomba (2) está conectada a un conducto de salida (22) a través de una junta rotativa (23).

10. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque el eje de la polea (16) y el eje de accionamiento (14) están soportados por una estructura (24) fijada al soporte base (6) y el cilindro (12) de la bomba (2) está fijado al soporte base (6) en una posición vertical y desplazado lateralmente respecto a un plano vertical imaginario conteniendo el eje de la polea (16) y el eje de accionamiento (14) para obtener una posición de dicho cigüeñal del eje de accionamiento (14) y de dicha biela (15) más favorables durante las carreras de impulsión del émbolo (13) que durante las carreras de admisión.

11. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque la primera línea de tracción flexible (4) está guiada mediante una polea de guía (26) soportada en una posición adyacente a dicho aro exterior (16a) de la polea (16) por una estructura (25) fijada al soporte base (6).

12. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho cuerpo de boya (27) del conjunto de boya (3) tiene una forma alargada con una proa afilada (27a) en un extremo enfrentado a la dirección de avance de las olas, y dicha pantalla de empuje (28) sobresale del cuerpo de boya (27).

13. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado porque el cuerpo de boya (27) incluye un lastre (29) cerca de dicha proa afilada (27a) para favorecer el hundimiento de la misma cuando una ola empuja dicha pantalla de empuje (28).

14. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado dicha pantalla de empuje (28) está conectada al cuerpo de boya (27) de manera que puede pivotar respecto al cuerpo de boya (27) alrededor de un eje horizontal entre una posición operativa, en la que la pantalla de empuje (28) está en una posición de máxima interferencia con las olas, y una posición inoperativa, en la que la pantalla de empuje (28) está en una posición de mínima interferencia con las olas, y unos medios elásticos están dispuestos para empujar la pantalla de empuje hacia dicha posición operativa, estando dichos medios elásticos calibrados para ceder cuando el empuje ejercido por una ola sobre la pantalla de empuje (28) supera un umbral preestablecido.

15. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado porque un miembro de conexión (31) en forma de "U" está dispuesto abarcando una parte inferior del cuerpo de boya (27) y conectado de manera pivotante por sus extremos opuestos a lados opuestos del cuerpo de boya (27) mediante respectivas articulaciones alineadas con un eje horizontal, y la primera línea de tracción flexible (4) está conectada a una porción central de dicho miembro de conexión (31) por debajo del cuerpo de boya (27).