Dispositivo de acumulación de energía inercial.

Dispositivo para acumular energía inercial, que comprende un alojamiento (12) que define una cámara (16) de rotor,

al menos un rotor (18) que tiene una cara extrema inferior (26) y una cara extrema superior (24) sustancialmente opuestas, estando montado el rotor (18) en la cámara (16) del rotor, de forma que pueda girar con respecto al alojamiento (12) en torno a un eje vertical de rotación (20) dejando libre un espacio (32), caracterizado porque se proporciona una junta (36) de estanqueidad en el espacio (32) que separa una sección superior (34) de la cámara (16) del rotor y una sección inferior (38) de la cámara (16) del rotor, un medio (40) para exponer, al menos la cara extrema inferior (26) del rotor (18) en la sección inferior (38), a una presión de gas que, en comparación con la presión aplicada sobre la cara extrema superior (24) sustancialmente opuesta en la sección superior (34), genera una fuerza de presión diferencial ascendente que compensa, al menos parcialmente, el peso del rotor (18), y el dispositivo está dotado de un medio (40) para reducir la presión en dicha sección superior (18).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2012/050143.

Solicitante: S4 Energy B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: 6, Westplein 3016 BM Rotterdam PAISES BAJOS.

Inventor/es: DE VRIES,CARL MARIA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D9/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 9/00 Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02). › almacenando el aparato energía.
  • F03G3/08 F03 […] › F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › F03G 3/00 Otros motores, p. ej. motores de gravedad o de inercia. › utilizando volantes.
  • F16F15/167 F […] › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16F RESORTES; AMORTIGUADORES; MEDIOS PARA AMORTIGUAR LAS VIBRACIONES.F16F 15/00 Supresión de las vibraciones en los sistemas (dispositivos de suspensión de los asientos de vehículos B60N 2/50 ); Medios o dispositivos para evitar o reducir las fuerzas de desequilibrio, p. ej. debidas al movimiento (ensayo estático o equilibrado dinámico de máquinas o estructuras G01M 1/00). › teniendo un elemento de inercia, p. ej. en anillo.

PDF original: ES-2532588_T3.pdf

 

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Dispositivo de acumulación de energía inercial.
Dispositivo de acumulación de energía inercial.
Dispositivo de acumulación de energía inercial.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de acumulación de energía inercial

La presente invención versa acerca de un dispositivo de acumulación de energía inercial que permite, por ejemplo, absorber las fluctuaciones en la producción y/o en el consumo de energía que están asociadas con una unidad para producir energía, tal como una turbina eólica. También se puede utilizar un dispositivo de este tipo para recuperar y luego restaurar o utilizar de alguna otra forma una potencia de retardo y/o de ralentización. El dispositivo también puede ser utilizado para estabilizar una velocidad de rotación.

Se conocen diversos tipos de sistemas de almacenamiento de energía. Un tipo está basado en volantes, es decir, en al menos una masa puesta en rotación mediante el aporte de energía, que continuará girando, por inercia, después de que haya cesado el aporte de energía. La masa giratoria está conectada a un motor que constituye un medio de aporte de energía durante los periodos de almacenamiento de energía, o un generador durante periodos de restauración de la energía. Cuanto más pesado sea el volante y cuanto más rápidamente pueda girar con el menor rozamiento posible, mayor será la cantidad de energía que pueda ser almacenada. Por lo tanto, el problema de los cojinetes de volante, o más en general con cómo están montados sobre pivotes, es de importancia clave.

En algunos tipos de volante, los cojinetes están aliviados parcialmente del peso del volante aplicando una fuerza electromagnética.

En la solicitud PCT/NL29/248 se describe otro tipo. Este dispositivo de acumulación de energía inercial comprende un bastidor y al menos un volante montado de forma que pueda girar con respecto al bastidor en torno a un eje de rotación, al igual que medios para exponer al menos una cara del volante a una presión del gas que, en comparación con la presión aplicada sobre una cara sustancialmente opuesta del volante, genera una fuerza de presión diferencial ascendente que compensa, al menos parcialmente, el peso del volante, tal como mediante los denominados medios de ralentización del flujo de gas que rodean la cara del volante que está expuesta a la presión del gas. Se indica que en este dispositivo no solo están aliviados los cojinetes del volante, al menos parcialmente, del peso del volante, aumentando, de esta manera, su vida útil, sino que también se reduce mucho el coste por kWh. Estos medios de ralentización del flujo de gas hacen que sea posible crear una pérdida en la carga hidrostática en el espacio de escape. Normalmente están formados entre el volante y una superficie integral con el bastidor. En una realización estos medios de ralentización del flujo comprenden una junta laberíntica. En tal junta, el recorrido del flujo de gas comprende una sucesión de características especiales que generan pérdidas en la carga hidrostática ("pérdidas de carga"). Por ejemplo, se reduce y aumenta, de forma alterna, el corte transversal del paso del gas.

Ahora se ha apreciado que, en un modelo piloto a escala de un dispositivo según dicha solicitud PCT, las pérdidas totales de energía son inesperadamente elevadas y, como resultado, el periodo de tiempo durante el que el volante puede suministrar energía, por ejemplo, para cargar uno o más aparatos adicionales es relativamente corto. Por lo tanto, el dispositivo no puede ser operado de una forma económicamente viable.

La presente invención está dirigida a mejoras adicionales de un dispositivo de acumulación de energía inercial basado en rotores.

Un objeto general de la presente invención es mejorar la eficacia de tal dispositivo.

Un objeto adicional de la presente invención es reducir las pérdidas de energía de tal dispositivo.

Según la invención el dispositivo de acumulación de energía inercial comprende un alojamiento que define una cámara del rotor, teniendo al menos un rotor una cara extrema inferior y una cara extrema superior sustancialmente opuesta, estando montado el rotor en la cámara del rotor, de forma que pueda girar con respecto al alojamiento en torno a un eje vertical de rotación dejando libre un espacio, en el que se proporciona una junta de estanqueidad en el espacio que separa una sección superior de la cámara del rotor y una sección inferior de la cámara del rotor, un medio para exponer al menos la cara extrema inferior del rotor en la sección inferior a una presión del gas que, en comparación con la presión aplicada a la cara extrema superior sustancialmente opuesta en la sección superior genera una fuerza de presión diferencial ascendente que compensa, al menos parcialmente, el peso del rotor, y el dispositivo está dotado de medios para reducir la presión en dicha sección superior.

El dispositivo de acumulación de energía inercial según la invención tiene un alojamiento, que está sellado, en general, al entorno, salvo por las conexiones necesarias que van a ser descritas. La pared interna del alojamiento delimita una cámara del rotor. En esta cámara del rotor hay montado un rotor. El contorno del rotor está definido por una cara extrema superior y una cara extrema inferior opuesta a la cara extrema superior, al igual que una pared vertical entre las caras extremas. El rotor puede girar en torno a un eje vertical de rotación. Normalmente un eje de rotación se extiende desde ambas caras extremas del rotor hasta cojinetes adecuados que se proporcionan en la parte superior y en la parte inferior del alojamiento. Hay presente un espacio, al menos durante su uso, entre las paredes internas del alojamiento y el perímetro externo del rotor. En este espacio hay presente una junta de estanqueidad, cuya posición será expuesta posteriormente con más detalle. Esta junta de estanqueidad separa una parte superior de una parte inferior de la cámara del rotor. La cara superior del rotor está contenida en la sección

superior, mientras que la cara inferior está contenida en la parte inferior. El dispositivo está dotado de medios (denominados en lo sucesivo también medios de vacío o segundos medios) para reducir la presión en la parte superior, por ejemplo por debajo de 1 kPa, tal como 5, 1 kPa o 5 Pa. También hay medios (también denominados primeros medios) para insuflar un gas hacia la cara extrema inferior del rotor con una sobrepresión, por ejemplo, 1 kPa con respecto a la presión en la parte superior de la cámara del rotor para elevar el rotor, compensando, de ese modo, el peso del rotor y, por lo tanto, reduciendo la carga sobre los cojinetes. Debido a la presión reducida en la parte superior el rozamiento entre el gas contenido en la cámara del rotor y el rotor es pequeño. En comparación con el dispositivo según la solicitud PCT/NL29/248 se reducen esencialmente las pérdidas por rozamiento, permitiendo que el dispositivo sea operado de una forma económicamente viable.

De forma ventajosa, los primeros medios están diseñados de tal forma que la presión de gas absoluta ejercida sobre la cara extrema inferior del rotor es menor que la presión atmosférica, por ejemplo, en el intervalo de 1-2 KPa.

El rotor puede ser un cilindro recto. De forma alterna, puede tener una forma ahusada, de forma ventajosa el rotor es un cono si vértice montado boca abajo, de forma que el diámetro mayor se encuentre en la parte superior. El efecto de esta configuración es que el dispositivo tiene una levitación autorregulante. Un aumento (temporal) en la presión del gas en la parte inferior de la cámara del rotor elevará el rotor más hacia arriba, pero, simultáneamente, el paso para el gas en la junta de estanqueidad aumenta reduciendo, de ese modo, la caída de presión y, por lo tanto, se reduce la presión diferencial entre las caras inferior y superior como resultado de la levitación, siendo el efecto total que aproximadamente no hay cambio alguno en la levitación del rotor. De forma similar se compensará una reducción (temporal) del flujo de gas. Esto permite que el rotor permanezca automáticamente en un nivel constante de levitación durante su uso. De forma ventajosa, el ángulo entre la pared circunferencial del rotor y su eje vertical de rotación se encuentra en el intervalo de ,25 -1°, más preferentemente hasta 3o, tal como 1o.

La junta de estanqueidad en el espacio entre las paredes internas del alojamiento y las superficies del rotor permite un flujo restringido de gas desde la sección inferior de la cámara del rotor hasta la sección superior de la misma. De forma ventajosa, la junta de estanqueidad en el espacio es una junta laberíntica que comprende como se ve en la dirección del flujo del gas suministrado o succionado una serie de prolongaciones y/o surcos que crean pérdidas en la carga hidrostática. Normalmente, se reduce y se aumenta, de forma alterna, el corte transversal... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para acumular energía inercial, que comprende un alojamiento (12) que define una cámara (16) de rotor, al menos un rotor (18) que tiene una cara extrema inferior (26) y una cara extrema superior (24) sustancialmente opuestas, estando montado el rotor (18) en la cámara (16) del rotor, de forma que pueda girar con respecto al alojamiento (12) en torno a un eje vertical de rotación (2) dejando libre un espacio (32), caracterizado porque se proporciona una junta (36) de estanqueidad en el espacio (32) que separa una sección superior (34) de la cámara (16) del rotor y una sección inferior (38) de la cámara (16) del rotor, un medio (4) para exponer, al menos la cara extrema inferior (26) del rotor (18) en la sección inferior (38), a una presión de gas que, en comparación con la presión aplicada sobre la cara extrema superior (24) sustancialmente opuesta en la sección superior (34), genera una fuerza de presión diferencial ascendente que compensa, al menos parcialmente, el peso del rotor (18), y el dispositivo está dotado de un medio (4) para reducir la presión en dicha sección superior (18).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el medio (4) para exponer al menos la cara extrema Inferior (26) del rotor (18) está adaptado para exponer la cara extrema inferior (26) a una presión de gas Inferior a 11,33 kPa.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, en el que el medio (4) para reducir la presión en la sección superior (18) comprende un lado de succión que está conectado al menos a la junta (36) de estanqueidad.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la parte inferior de la cámara (16) del rotor está dotada de una plataforma elevada (42) y la cara extrema inferior (26) del rotor (18) está dotada de un rebaje correspondiente (44).

5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que la plataforma elevada (42) tiene una forma cónica.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 4-5, en el que la junta (36) de

estanqueidad está provista en el espacio (32) entre el perímetro externo de la plataforma elevada (42) y el

perímetro interno del rebaje correspondiente (44) del rotor (18).

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, un conducto (54) de suministro de gas para suministrar gas con una sobrepresión relativa a la cara inferior (26) del rotor (18), conectado a la sección inferior (38) de la cámara (16) del rotor y un conducto (56) de succión para eliminar gas conectado a la sección inferior (38), en el que los conductos (54, 56) se encuentran en comunicación de fluido entre sí por medio de un pequeño paso en la cara extrema inferior (26) del rotor (18).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, que comprende un conducto central (54) de suministro de gas y un conducto de succión dispuesto concéntricamente en torno al conducto (54).

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio (4) para reducir la

presión en la sección superior (34) comprende un lado de suministro que está conectado a la sección inferior

(38).


 

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