APARATO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS DEL MAR EN ENERGÍA UTILIZABLE.

Un aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía eléctrica,

mediante el cual el movimiento angular de una serie de flotadores o pétalos de longitud corta se transfiere a generadores eléctricos que alimentan la red eléctrica.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901762.

Solicitante: NORVENTO, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: LUGO.

Inventor/es: RIBAS CADLE,JUAN, LOPEZ ROIBAS,GERARDO.

Fecha de Solicitud: 11 de Agosto de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 13 de Enero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03B13/18B2B

Clasificación PCT:

  • F03B13/20 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.F03B MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores de líquidos y fluidos compresibles F01; motores de líquidos, de desplazamiento positivo F03C; máquinas de líquidos de desplazamiento positivo F04). › F03B 13/00 Adaptaciones de las máquinas o de los motores para una utilización particular; Combinaciones de las máquinas o de los motores con los aparatos accionados o que ellos accionan (si es el aspecto relativo a los aparatos lo que predomina, véanse los lugares apropiados para los aparatos considerados, p. ej. H02K 7/18 ); Estaciones motrices o conjuntos máquina-aparato (aspectos hidráulicos E02B; implicando nada más que máquinas o motores del tipo de desplazamiento positivo F03C). › siendo los dos elementos móviles respecto al fondo del mar o al borde.

PDF original: ES-2354097_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía utilizable.

Objeto

La invención se refiere a un sistema de extracción de energía del océano, más particularmente a un aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía eléctrica, mediante el cual el movimiento angular de una serie de flotadores o pétalos de longitud corta se transfiere a generadores eléctricos que alimentan la red eléctrica.

Antecedentes de la invención

En el aprovechamiento de la energía de las olas los sistemas se pueden dividir en diferentes grupos básicos de sistemas de recogida: seguidores de contorno, absorbedores de punto, sistemas por rebase, columnas oscilantes de agua, y otros.

Los absorbedores de punto (por ejemplo la boya de OPT) utilizan el efecto antena para aumentar la captura energética cuando el dispositivo está sintonizado por sus características de masa, muelle y amortiguación. Generalmente este tipo de dispositivo utiliza movimientos verticales de un cuerpo de menos de 7 metros en diámetro para obtener energía. Este tipo de comportamiento se relaciona con un espectro de captura estrecho.

Los seguidores de contorno (el caso genérico es la "Balsa de Cockerell") utilizan movimientos angulares de cuerpos más largos para obtener su energía. El espectro de captura donde el sistema se sintoniza con el oleaje suele ser más amplio que en los absorbedores de punto. Al sintonizarse con el oleaje incidente, el sistema responde con amplitud máxima, consiguiéndose de esa manera maximizar la captura energética. Estos sistemas son más grandes y tienen la desventaja respecto a los absorbedores de punto de que tienen que orientarse en la dirección de la ola predominante.

Los tipos de sistemas anteriores presentan cada uno el inconveniente de: o bien sintonizarse con la ola en un punto con movimientos lineales con un rango frecuencial de captura estrecho, o bien requerir orientarse en la dirección predominante de las olas. Es, por tanto, de interés proveer un sistema que permita aprovechar las ventajas de los absorbedores de punto y de los seguidores de contorno reduciendo los inconvenientes mencionados.

Un sistema tal que cumpla esto se describe a continuación.

Descripción de la invención

El aparato de la invención es un sistema intermedio entre los dos tipos anteriormente mencionados, tiene características de absorbedor de punto (sistema que recoge la energía en un punto de la ola sintonizándose a la frecuencia de la ola para utilizar el efecto antena) y también tiene aspectos de seguidor de contorno (sistema con flotadores y bisagras que sigue el contorno de la superficie y extrae energía de los movimientos relativos entre diversos componentes). Esto permite absorber la energía de las olas más largas sin que la orientación del dispositivo hacia a la dirección de las olas sea un factor determinante.

El aparato de la invención contiene dos componentes básicos: el primero es una estructura central que soporta una serie de pétalos móviles orientados de forma radial y contiene el sistema de generación de electricidad, el segundo componente son los pétalos que van orientados de forma radial en la parte superior de la estructura. El movimiento angular relativo entre los pétalos y la estructura central se transmite por medio de un acoplamiento mecánico a un sistema de generación de energía eléctrica contenido en la estructura central.

Los pétalos van acoplados a la estructura central de forma que se mueven de forma rotacional respecto a una unión en forma de bisagra con eje horizontal, situado en la unión de cada pétalo con la estructura central. Esquemáticamente, los pétalos realizan movimientos de ascenso y descenso en dirección esencialmente paralela, al menos para pequeños giros, al eje longitudinal de la estructura central, que es vertical. Estos pétalos tienen una forma semi redondeada con cantos rectos en los puntos de acoplamiento a las bisagras. El volumen y grosor de cada pétalo disminuye cerca de la bisagra para disminuir los esfuerzos cortantes impuestos por la flotación del pétalo sobre la bisagra y aumentar los esfuerzos transmitidos a los generadores lineales.

Aunque se puede construir el pétalo completamente en acero naval, se considera hacerlo en goma, hypalon u otro elastómero, salvo la parte más próxima a la bisagra, donde se concentran los esfuerzos. Esto proporciona flexibilidad ante las olas y minimiza los impactos.

Para aumentar la inercia de los pétalos, están provistos de unos compartimentos que se pueden llenar de agua, lo que permite hundirlos hasta el nivel deseado y así sintonizar su movimiento al espectro energético del mar. La posición de estos compartimentos o tanques tiene su centro de gravedad entre el centro y el pico extremo (el más alejado de la bisagra) de los pétalos con objeto de aumentar la matriz de inercia y reducir la frecuencia natural de oscilación de los pétalos. Para dar flotación y forma se pueden llenar los espacios restantes de aire a presión, de forma parecida a las embarcaciones semi-rígidas.

La función básica de los pétalos es responder ante las variaciones de cota de la superficie del mar con movimientos angulares de ascenso-descenso para transmitir esfuerzo a una serie de generadores eléctricos lineales y convertirlo en energía eléctrica.

La estructura central es de un material rígido como acero naval o en algún caso aluminio. En la parte inferior tiene un plato reforzado de entre 8 y 20 metros de diámetro que se utiliza para aumentar la masa añadida y el amortiguamiento hidrodinámico. Esta pieza ralentiza los movimientos lo suficiente como para tratar la estructura central como sistema inercial y así obtener movimientos angulares relativos respecto de ella en los pétalos, para su posterior conversión en energía.

La estructura central consta de dos partes: una parte tubular inferior que va conectada al plato de fondo, y una pirámide invertida de tubos que soporta los pétalos. La parte inferior consiste en un tubo vertical de entre 0.5 y 2.5 metros de diámetro y una longitud que llega desde la base (sumergida entre 10 y 20 metros) y hasta el 50-80% del calado de dicha estructura. Dentro de este tubo se instala el sistema de generación de energía eléctrica, los circuitos y parte del lastre.

Una estructura de tubos en forma piramidal invertida conecta la parte tubular inferior de la estructura central con los ejes de los pétalos. Esta estructura tiene que tener la máxima resistencia mecánica y mínima superficie exterior para evitar el reflejo y la dispersión de la energía de las olas ya que está en la parte de máxima concentración energética.

Los ejes de los pétalos están situados en un mismo plano, idealmente horizontal, y forman en conjunto una línea poligonal virtual; en ellos se unen físicamente los pétalos a la estructura central, formando una articulación entre la estructura central y el pétalo. En la realización preferente forman un cuadrado en la parte superior de la estructura central. Cada eje soporta los elementos de rodadura, que en la realización preferente se conciben como rodamientos de contacto angular, por su gran capacidad para soportar carga radial al mismo tiempo que una carga axial menor aunque no despreciable.

Los rodamientos están conectados a una estructura reforzada en la base de los pétalos por medio de amortiguadores que reducen la concentración de esfuerzos permitiendo flexibilidad en la unión sin introducir ninguna fricción adicional.

La energía de los pétalos se transfiere por medio de un acoplamiento mecánico al sistema de generación de energía eléctrica localizado en la base de la estructura central. En la realización preferente se transfiere el movimiento hasta el sistema de generación de energía eléctrica con un sistema biela-manivela, utilizando una viga horizontal conectada rígidamente al pétalo que hace de manivela, la cual cruza hasta un punto de articulación con una viga vertical, que hace de biela, y que se une mediante una articulación al sistema de generación de energía eléctrica. Esta combinación permite convertir el movimiento angular del pétalo en movimiento de traslación en la estructura central, que es aprovechado por los sistemas de generación de energía eléctrica, de los que hay uno por cada pétalo.

En la realización preferente el sistema de generación de energía eléctrica es un generador eléctrico lineal. La parte móvil del generador lineal se encuentra unida... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato flotante convertidor de la energía asociada a las olas del mar en energía eléctrica, caracterizado porque comprende:

a. una estructura central de soporte (2) que tiene un eje longitudinal generalmente vertical y que además contiene un sistema de generación de electricidad;

b. una pluralidad de estructuras móviles o pétalos (1) cada uno de ellos orientado de forma radial respecto a dicha estructura central (2) y acoplado de forma que puede moverse de forma rotacional respecto a ella, girando alrededor de un eje generalmente horizontal (7), formando el conjunto de los ejes de los pétalos un plano generalmente horizontal que permanece cercano a la línea de flotación del convertidor, transmitiéndose el movimiento rotacional inducido por el oleaje en los pétalos mediante un acoplamiento mecánico, situado en dicha estructura central de soporte, para así transformar un movimiento angular de dichos pétalos en un movimiento longitudinal y poder transformar la energía asociada a dicho movimiento mediante un actuador lineal en energía.

2. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicación 1 en el cual el actuador lineal que transforma la energía proveniente del oleaje es una máquina eléctrica lineal (4).

3. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicación 1 en el cual el actuador lineal que transforma la energía proveniente del oleaje es de naturaleza hidráulica (13).

4. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicación 1 en el cual el acoplamiento mecánico del movimiento entre pétalos y actuador lineal se realiza con un sistema de manivela (8) y biela (3), estando la manivela unida rígidamente al pétalo (5) y unida por una articulación a la biela (10), estando dicha biela a su vez unida por una articulación (6) al actuador lineal, dicha combinación permitiendo convertir el movimiento oscilante angular del pétalo en movimiento de oscilación vertical del actuador lineal.

5. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicación 1 en el cual el acoplamiento mecánico del movimiento entre pétalos y actuador lineal se realiza con un sistema de cables bajo tensión mecánica, estando la manivela (8) unida rígidamente al pétalo (5) y unida por un cable (20) a la máquina eléctrica lineal, manteniéndose la tensión mecánica en el cable mediante un peso (23) situado en la parte inferior del actuador lineal, dicha combinación permitiendo convertir el movimiento oscilante angular del pétalo en movimiento de oscilación vertical del actuador lineal.

6. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 y 4 en el cual la penetración de la biela en el la parte tubular de la estructura central de soporte queda aislada del ambiente exterior mediante un sello (11) con una forma y composición del material tales que permitan su movimiento y que sea resistente al ambiente marino y a fatiga.

7. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 y 5 en el cual la penetración del cable tensionado en la parte tubular de la estructura central de soporte queda aislada del ambiente exterior mediante un sello (21) con una forma y composición del material tales que permitan su movimiento y que sea resistente al ambiente marino y a fatiga.

8. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 a 7 en el cual los actuadores lineales están localizados en la parte inferior de la estructura central de soporte (2) lastrando dicha estructura central.

9. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 a 8 en el cual el sistema puede cambiar su modo de operación normal (ver Figura 1) a uno de supervivencia (ver Figura 4), y que mediante el desacoplamiento del giro del pétalo (1) del giro de la manivela (5) permite actuar a un sistema auxiliar que repliega los pétalos hasta que los extremos de éstos más alejados de la estructura central (103) estén en contacto, con objeto de minimizar el efecto del oleaje sobre el conjunto.

10. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 a 9 en el que un actuador hidráulico lineal (9) acoplado entre cada pétalo (1) y la correspondiente manivela (5) se usa para actuar sobre el repliegue de los pétalos.

11. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 a 10 en el que dicha estructura central de soporte (2) está formada por un plato base de arrastre (12) en su parte inferior que la estabiliza en dirección vertical, un cuerpo tubular (201) unido a dicho plato base que aloja los mecanismos y dispositivos destinados a la conversión de energía, y un conjunto estructural de tubos en forma de pirámide invertida (202) que conecta dicho cuerpo tubular con los ejes (7) alrededor de los cuales giran los pétalos.

12. Aparato convertidor de la energía del oleaje según reivindicaciones 1 a 10 en el cual se integra el cuerpo central de soporte (2) en la torre de un aerogenerador, ya sea cimentado o flotante, con objeto de obtener un sistema capaz de aprovechar la energía de las olas y del viento conjuntamente.

13. Aparato convertidor de la energía del oleaje y del viento según reivindicación 12 en el que la estructura del aerogenerador está cimentada en el fondo del mar, proveyéndose el convertidor de energía del oleaje de un sistema de posicionamiento vertical que lo desplaza a lo largo de una parte de la torre del aerogenerador (25) para así compensar las variaciones de nivel medio del mar causadas por las mareas.


 

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