Sistema convertidor de energía de olas de eficiencia y supervivencia mejoradas.

Aparato para uso en una masa de agua para captura de energía de olas de superficie en dicha masa de agua dentro de un intervalo de amplitudes hasta una amplitud máxima preseleccionada,

comprendiendo el aparato un primer elemento (10) siendo sumergido a una primera profundidad bajo la superficie de la masa de agua y siendo alternativamente movible, en respuesta a olas que lo sobrepasan, en relación a un segundo elemento (16) y a lo largo de un trayecto la longitud del cual es una función de la amplitud instantánea de dicha olas que lo sobrepasan, caracterizado por el hecho de que un elemento de base (20) para el anclaje del aparato en un suelo de dicha masa de agua, dicho segundo elemento (16) siendo fijamente fijado a dicho elemento de base, dicho elemento de base (20) con un peso suficiente manteniendo dicho elemento de base en contacto con dicho suelo durante la presencia de olas de superficie hasta dicha amplitud preseleccionada mientras permite el levantamiento de dicho elemento de base de dicho suelo durante el paso de olas de superficie con una segunda amplitud preseleccionada en exceso de dicha primera amplitud.

Sistema convertidor de energía de olas de eficiencia y supervivencia mejoradas Antecedentes de la invención [0001] Esta invención se refiere a la conversión de energía mecánica presente en olas en la superficie de cuerpos de agua en energía útil y, particularmente, a mejoras en el aparato desarrollado recientemente que realiza tal función.

La US6229225B1 divulga un aparato para uso de una masa de agua para capturar energía de olas de superficie en dicha masa de agua dentro de un intervalo de amplitudes hasta una amplitud máxima preseleccionada, el aparato comprendiendo un primer elemento (10) siendo sumergido en una primera profundidad bajo la superficie de la masa de agua y siendo alternativamente movible, en respuesta a olas que sobrepasan, en relación a un segundo elemento (16) y a lo largo de un trayecto la longitud del cual es una función de la amplitud instantánea de dichas olas que sobrepasan.

En las US6291904B1 y US6768216B1, ambas por Carroll y ambas asignadas al cesionario de esta, convertidores de energía de olas (WEC) se describen comprendiendo elementos alargados, generalmente (pero no necesariamente) vacíos en forma de tubo dispuestos en vertical y preferiblemente con orientación completamente sumergida bajo la superficie de una masa de agua (p. ej., un océano) preferiblemente que experimenta olas de superficie grandes en una base suficientemente regular.

Durante operación, variaciones de presión entre las extremidades de la parte superior e inferior del elemento verticalmente alargado sumergido provocado por olas de superficie que sobrepasan causan movimientos relativos de un pistón (p. ej., el elemento mismo o un pistón dispuesto dentro de un espacio vacío en el elemento) para impeler un transductor de conversión de energía.

Experiencia con tales WEC ha demostrado que pueden ser la base de una nueva generación de fuentes de energía rentables y no contaminantes. Un problema con el uso de tales WEC, particularmente en masas grandes de agua, es que las olas de superficie son altamente variables en amplitud y forma. Objetivos deseados en el uso de tales WEC son que operación eficaz sea obtenible sobre un intervalo amplio de condiciones de ola longitudinal y que los WEC pueden sobrevivir incluso en las peores condiciones de tormenta.

Estos objetivos se alcanzan según la presente invención.

Resumen de la invención [0006] La invención se caracteriza por un elemento de base para el anclaje del aparato en un suelo de dicha masa de agua, dicho segundo elemento siendo fijamente fijado a dicho elemento de base, dicho elemento de base con un peso suficiente manteniendo dicho elemento de base en contacto con dicho suelo durante la presencia de olas de superficie hasta dicha amplitud preseleccionada mientras permite el levantamiento de dicho elemento de base fuera de dicho suelo durante el paso de olas de superficie con una segunda amplitud preseleccionada en exceso de dicha primera amplitud.

En una forma de realización preferida de la invención, un elemento neutralmente o ligeramente flotante alargado es dispuesto en orientación generalmente vertical a una profundidad seleccionada bajo el nivel de agua medio de una masa de agua. El elemento alargado está vacío, con un extremo superior cerrado y un extremo inferior abierto. El elemento se instala en, en relación verticalmente movible con, un flotador dispuesto en el elemento vacío. El elemento es también fijado a un transductor de energía mecánica, por ejemplo, una prensa hidráulica, para movimientos verticales de conversión del elemento, en respuesta a olas de superficie que sobrepasan, en energía útil.

Una principal característica de los inventivos WEC es que pueden alojar un gran rango de tamaños de olas de superficie produciendo grandes amplitudes de movimiento del elemento movible mientras no perjudica el aparato o requiere un transductor de energía mecánico excepcionalmente grande. Con este fin: a) movimientos extra grandes verticales del elemento movible se colocan por tampón de final de recorrido con elementos amortiguadores; b) el sistema entero es anclado por gravedad al suelo de la masa de agua, permitiendo así el levantamiento del aparato entero fuera de la cama hidrostática en respuesta a demasiados movimientos ascendentes del elemento movible; c) el elemento movible se conecta al transductor de energía mecánica por una conexión de reducción de recorrido, por ejemplo, una manivela o palanca, permitiendo un desplazamiento largo del elemento movible pero un desplazamiento más corto de la parte movible del transductor de energía, por ejemplo, un pistón de una prensa hidráulica; d) válvulas de alivio de presión (p. ej., puertas accionadas por muelle) se proveen diferenciales para reducción de presión excesivamente grande provocada por olas que sobrepasan excesivamente grandes; y e) el elemento que se extiende verticalmente se instala en un soporte de base por una junta universal permitiendo inclinación del elemento en respuesta a movimientos de agua circulante. (En una forma de realización, el elemento que se extiende verticalmente se conecta a uno o más transductores para convertir los movimientos inclinantes del elemento que se extiende verticalmente para energía útil.)

Protección intrínseca contra las condiciones de superficie adversas se provee por la posición normal sumergida del aparato. Protección adicional se provee lastrando selectivamente el aparato para además hundir el aparato hacia o al suelo de agua. El mecanismo de lastración selectivo es adicionalmente útil para cambiar la flotabilidad del elemento movible en respuesta a condiciones de cambio, por ejemplo, cambios en la flotabilidad de sistema provocados por crecimiento marino en el aparato.

Para otro aislamiento de condiciones de superficie posiblemente perjudiciales, varios mecanismos de control y transductores, y similares, se disponen dentro de cajas apretadas de agua dispuesta bajo el fondo del elemento movible y preferiblemente en un elemento de base que proporciona el anclaje de gravedad mencionado en el suelo de agua.

Descripción de los dibujos [0011]

La figura 1 es un alzado lateral, parcialmente arrancado, de un aparato según la presente invención desplegado en una masa de agua, por ejemplo, un océano; y Las figuras 2 y 3 son vistas en perspectiva de partes del aparato mostrado en las Fig. 1 , Fig. 2 que muestran, parcialmente desfragmentados, una parte superior del aparato, y la Fig. 3 que muestra una parte inferior del aparato;

La figura 4 es un alzado lateral de una parte inferior de un aparato inventivo tal como el mostrado en la Fig. 1, pero mostrando una modificación de este; y La figura 5 es una vista esquemática de una parte superior de un aparato inventivo tal como el mostrado en la Fig. 1, pero mostrando una modificación de este.

Descripción de formas de realización preferidas de la invención [0012] Una vista total de un aparato según la presente invención se muestra en la Fig. 1. Detalles determinados del aparato se muestran más claramente en las figuras 2 y 3. Se muestra en las figuras 1 y 2 un tubo alargado vacío 10 con un final superior cerrado 12 (Fig. 2) y un extremo inferior abierto 14. En el uso, el tubo 10 se sumerge completamente (como de ahora en adelante descrito) en orientación vertical dentro de una masa de agua, por ejemplo, un océano con olas de superficie conducidas por viento.

El principio de operación del aparato inventivo es que los cambios en el nivel de energía del agua, que se pueden expresar como cambios en la presión, debido al paso de picos de ola y depresiones, es mayor cerca de la superficie, y estos cambios de presión decaen exponencialmente con profundidad por debajo de la superficie. Así, la parte superior de un tubo sumergido totalmente experimenta variaciones de presión relativamente grandes mientras la parte inferior del tubo experimenta una presión casi estable esencialmente inafectada por las olas de superficie que pasan. Tal presión estable es esencialmente igual al peso del agua entre el tubo inferior y el nivel de agua medio. Las variaciones de presión entre la parte superior e inferior del tubo causan que el agua (con un tubo abierto terminado, como descrito en la aplicación divisionaria citada anteriormente, S.N. 09/379, 421) fluya hacia el interior del tubo cuando un valor máximo de la ola está sobre la parte superior, y que el agua fluya sobre el interior del tubo cuando un seno de la ola está en la parte superior del tubo. Este flujo de agua presurizado proporciona la oportunidad de extraer potencia mecánica de la energía... [Seguir leyendo]

1. Aparato para uso en una masa de agua para captura de energía de olas de superficie en dicha masa de agua dentro de un intervalo de amplitudes hasta una amplitud máxima preseleccionada, comprendiendo el aparato un primer elemento (10) siendo sumergido a una primera profundidad bajo la superficie de la masa de agua y siendo alternativamente movible, en respuesta a olas que lo sobrepasan, en relación a un segundo elemento (16) y a lo largo de un trayecto la longitud del cual es una función de la amplitud instantánea de dicha olas que lo sobrepasan, caracterizado por el hecho de que un elemento de base (20) para el anclaje del aparato en un suelo de dicha masa de agua, dicho segundo elemento (16) siendo fijamente fijado a dicho elemento de base, dicho elemento de base (20) con un peso suficiente manteniendo dicho elemento de base en contacto con dicho suelo durante la presencia de olas de superficie hasta dicha amplitud preseleccionada mientras permite el levantamiento de dicho elemento de base de dicho suelo durante el paso de olas de superficie con una segunda amplitud preseleccionada en exceso de dicha primera amplitud.

2. Aparato según la reivindicación 1, donde dicho segundo elemento (16) se monta pivotalmente (26) en dicho elemento de base (20) y es de tal flotabilidad positiva en cuanto a extenderse sustancialmente verticalmente hacia arriba desde dicho elemento de base.

3. Aparato según la reivindicación 2, incluyendo un transductor (46a) conectado a dicho segundo elemento (16) para convertir energía cinética presente en inclinaciones de dicho segundo elemento fuera de dicha vertical en respuesta a olas que pasan, en energía útil.

4. Aparato según la reivindicación 2, donde dicho primer elemento comprende un tubo vacío (10) con un extremo superior cerrado (12) y un extremo inferior abierto (14) , e incluyendo medios de alivio de presión (84, 86, 88) en dicho extremo superior para la ventilación del interior del extremo superior de dicho tubo vacío al agua ambiental sobre acumulación de una presión de agua diferencial a través de dicho extremo en exceso de una presión diferencial preseleccionada.

5. Aparato según la reivindicación 2, incluyendo medios de flotabilidad variables (80, 82) para la disminución de la flotabilidad de dicho segundo elemento para causar que dicho segundo elemento (16) se incline de la vertical en respuesta a las olas de superficie que sobrepasan con una amplitud preseleccionada en exceso de dicha segunda amplitud.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo un ensamblaje de tampón (60-68) montado en dicho trayecto para limitar movimiento de dicho elemento movible en respuesta a la presencia de olas que sobrepasan una amplitud en exceso de dicha amplitud máxima preseleccionada.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo un medio de anclaje (21) conectado a dicho elemento de base limitando movimientos verticales de dicho elemento de base para cantidades preseleccionadas.

8. Aparato según la reivindicación 1, incluyendo una conexión de transferencia de fuerza (50-58) entre dicho primer elemento movible (10) y una parte movible de un transductor (46) , dicha conexión de transferencia proporciona una ventaja mecánica para multiplicar la fuerza siendo transferida en la proporción inversa a una reducción en la longitud de desplazamiento de dicha parte movible de transductor en comparación con la longitud de trayecto de dicho primer elemento.