BRPI0415417B1

BRPI0415417B1 - Aparelho de energia de ondas, que compreende uma pluralidade de braços dispostos para girar com uma mudança de fase mútua

Info

Publication number: BRPI0415417B1
Application number: BRPI0415417-7A
Authority: BR
Inventors: Per Resen Steenstrup; Niels Arpe Hansen; Keld Hansen
Original assignee: Wave Star Energy Aps
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2015-08-18
Also published as: US7694513B2; NO20061643L; CY1116615T1; ES2401581T3; AU2004282254A1; CN1878952A; DK1678419T3; ZA200603818B; CN1867767A; HK1096445A1; WO2005038248A1; BRPI0415344B1; PT1682776E; AU2004282254B2; DK1682776T3; JP2007533892A; EP1678419A1; NO333137B1; CA2541431A1; CN100540885C

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO DE ENERGIA DE ONDAS, OUE COMPREENDE UMA PLURALIDADE DE BRAÇOS DISPOSTOS PARA GIRAR COM UMA MUDANÇA DE FASE MÚTUA".

CAMPO PA TÉCNICA A presente invenção refere-se a um aparelho de energia de ondas, para converter energia de ondas marítimas ou oceânicas em energia útil, tal como eletricidade. O aparelho de acordo com a invenção especificamente tem por objeto pôr à disposição um sistema, no qual pode ser obtida uma potência efetiva de energia uniforme.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO É sabido que ondas marítimas parecem constituir uma fonte de energia praticamente ilimitada que, se exploradas efícientemente, possivelmente poderíam solucionar uma parte significativa dos problemas energéticos mundiais. Mas, apesar de muitas tentativas para explorar a energia das ondas marítimas, até o presente não tem sido projetado nenhum sistema bem sucedido comercial mente para converter energia de ondas marítimas em energia elétrica, Em geral, têm sido propostos três tipos diferentes de aparelhos de energia de ondas na técnica anterior. Um desses aparelhos está descrito no documento US 6.476.511, sendo que o aparelho compreende uma pluralidade de membros de corpos cilíndricos flutuantes, ligados entre si em suas extremidades para formar uma estrutura articulada, semelhante a corrente. Cada par de membros cilíndricos adjacentes está ligado um ao outro por um membro de conexão, que permite um movimento rotacional relativo dos membros cilíndricos em tomo de um eixo transversal. Membros de conexão adjacentes podem permitir rotação relativa em torno de eixos transversais mutuamente ortogonais. Cada membro de conexão está dotado de elementos, tal como um conjunto de pistões hidráulicos, que resistem e extraem energia do movimento rotacional relativo dos membros de corpo. O aparelho flutua livremente na superfície do mar e está atracado no fundo do mar.

Um segundo tipo de aparelho de energia de ondas compreende um ou mais fiutuadores. capazes de mover-se ao longo da superfície do mar sob a ação de ondas, e um membro de referência, que está totalmente submerso no mar a uit»3 determinada profundidade e que é substancialmente não afetado pelas ondas, ver, por exemplo, US 4,453,894. O movimento do flutuador na superfície do mar provoca o deslocamento de um fluido hidráulico em um sistema hidráulico que compreende dispositivos hidráulicos que interligam o flutuador ou fiutuadores da superfície e o membro de referência, com o que energia útil pode ser extraída do sistema hidráulico. Deve ser entendido que esse aparelho também está atracado no fundo do mar.

Finalmente, um terceiro tipo de aparelho de energia de ondas é um com um ou mais braços sustentados por uma estrutura de suporte que contém um ou mais fiutuadores, que são levados a mover-se pelas ondas. A energia de ondas em movimento è transmitida para os braços e pode ser transportada para um sistema hidráulico, ial como no sistema do documento üi> 4.ul.*i..;>t«z, ou para um sistema mecânicos de eixos que, por meio de um sistema de transmissão mecânica, acionam um ou mais geradores elétricos para a produção de eletricidade, tal como no sistema do documento WO 01/92644. A presente invenção refere-se, em geral, com o terceiro tipo de aparelhos de energia de ondas mencionado acima. É um objetivo de modalidades preferidas da invenção pôr à disposição um apareiho, que possibilita uma potência efetiva de energia uniforme de dispositivos de conversão de energia do aparelho, isto é, uma potência efetiva de energia que é substancialmente constante ao longo do tempo. É um outro objetivo das modalidades preferida pôr à disposição um sistema que reduz ou elimina a necessidade de conversões de freqüêncla. É um outro objetivo das modalidades preferidas pôr à disposição um aparelho de energia de ondas, que podem ser convenientemente tirado de operação, por exemplo, para evitar a formação de gelo em diversas partes do aparelho durante a operação. É ainda um outro objetivo das modalidades preferidas da invenção por à disposição um aparelho, que possibilite um acesso de manutenção conveniente aos braços e fiutuadores, de modo especialmente preferido, que possibilita o acesso de manutenção de braços e flutuadores individuais em sistemas que compreendem uma pluralidade de braços, cada qual dotado de um flutuador. É ainda um outro objeto das modalidades preferidas pôr à disposição um aparelho que pode ser transportado, convenientemente, de uma instalação de produção em terra para o local operacional em mar aberto.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção põe á disposição um aparelho de energia de ondas, que compreende uma pluralidade de braços, cada um dos quais está apoiado rotativamente em uma extremidade por um eixo, e sendo que cada braço sustenta um flutuador em sua outra extremidade, que é oposta à extremidade apoiada, de modo que um movimento translacional do flutuador, causado por uma onda, resulte em rotação do braço em torno do eixo, sendo que o aparelho compreende dispositivos de conversão de energia, para converter energia transmitida pela onda aos braços em energia elétrica, sendo que a piuraiidade de braços está disposta em uma fileira, do modo que uma onda que está passando pela fileira de braços faz com que os braços girem sucessivamente em torno do eixo. sendo que os braços estão dispostos a distâncias mútuas, de modo que a passagem de uma onda faz com que os braços girem com uma mudança de fase mútua.

Os braços estão preferivelmente· dispostos a distâncias mútuas, de modo que a qualquer tempo pelo menos dois dos braços simultaneamente fornecem uma contribuição de energia ao dispositivo de conversão de e-nergia. 0 dispositivo de conversão de energia preferivelmente compreendem um elemento de ativação hidráulico associado a cada braço, sendo que os elementos de ativação hidráulicos alimentam um meio hidráulico a pelo menos um motor hidráulico por meio de tubos compartilhados. Conseoüente-mente, pode ser obtida uma potência efetiva de energia uniforme do dispositivo de conversão de energia. Esse é, particuiarmente, o caso em modalidades do aparelho que compreendem um grande número de braços, flutuadores e elementos de ativação, por exemplo, 60, uma vez que a soma das contribuições de energia os elementos de ativação individuais é essencialmente constante ao longo do tempo. Possíveis ondulações de pressão no lado de pressão do motor hidráulico podem ser essencialmente eliminadas por meio de um dispositivo de supressão de picos, que é em si conhecido, sendo que o dispositivo de supressão de picos está disposto em comunicação de fluido com os tubos hidráulicos compartilhados. Preferivelmente, a soma de todas as contribuições de energia é essencialmente constante a uma determinada característica de onda, isto é, altura de onda e freqüência de onda. Mudanças de característica de onda podem ser compensadas por meio de um circuito de controle, que controla o volume de deslocamento por revolução dc» motor, a fim de manter as r.p.m. do motor essencialmente constantes. A fim de gerar corrente alternada a uma determinada freqüência, sem utilizar um conversor de freqüência, as r.p.m. do motor devem ser controláveis dentro de +/- 0,1-0,2°¾. No caso de ser aplicado um tipo diferente de motor hidráulico ou no caso de as r.p.m. não serem controladas exatameníe, pode ser u-sado um controlador de freqüência para ajuste fino da freqüência da corrente ΡΛ -J ^r\ aua.

Em modalidades preferidas, o aparelho da presente invenção compreende pelo menos 5 braços, tal como pelo menos 20 braços, preferivelmente, pelo menos 40 braços, preferivelmente, 50-30 braços, tal como 55-65 braços, por exemplo. 60 braços. Os braços do aparelho são preferivelmente distribuídos, de modo que estão previstos pelo menos cinco braços, preferivelmente, peio menos 10 braços, por comprimento de onda das ondas oceânicas. No mar aberto, o comprimento de onda das ondas oceânicas é, tipicamente, de 50-300 m, tal como 50-200 m. Em águas protegidas, o comprimento de onda das ondas é, tipicamente, de 5-50 m.

Em modalidade? preferidas, o aparelho estende-se sobre pielo menos dois comprimentos de onda. Isso acarreta a possibilidade de dispor uma fileira de braços e flutuadores a um ângulo relativamente grande com relação ao topo da onda, por exemplo, a +/- 60°, urna vez que o comprimento de onda projetado sobre a orientação da fileira de flutuadores estende-se sobre pelo menos 2 >: cós(60°) de comprimentos de ondas, isto é, pelo menos um comprimento de onda, com o que é garantido que uma contribuição de energia seja fornecida a qualquer momento. A pluralidade de braços está preferivelmente disposta em uma ou mais fileiras, por exemplo, em uma formação de estrela, de V ou hexágono, tal como descrito no documento WO 01/92644. A fim de explorar eficientemente a energia das ondas, a fileira de braços está preferivelmente orientada de tal modo com relação ao topo da onda que a fileira forma um ângulo de entre +/- 60° com relação ao topo da onda.

Foi constatado que a eficiência do aparelho de acordo com a invenção aumenta com crescente flutuabilidade do flutuador com relação ao seu peso seco. Gonseqiientemente, em modalidades preferidas da invenção, a flutuabilidade do flutuador é de pelo menos 10 vezes seu peso seco, tal como pelo menos 20, 30 ou 5o vezes, preferivelmente, 20-40 v*zes. Por exemplo, o peso seco de um flutuador é, tipicamente, de 100 kg ou menos por metro cúbico de flutuabilidade, sendo que a flutuabilidade de água sai-gada é, tipicamente, de aproximadamente 1050 kg/nr'. Um flutuador é tipicamente feito de matei iais de espuma dura, de baixo peso, ou de madeira de balsa, que estão revestidos com uma composição, tal como composições de fibra de vidro reforçadas, ou uma combinação de composições de fibras de vidro e fibras de carbono. Altemativamente, um flutuador pode ser feito de uma camada em sanduíche ue material de fibra reforçado, sendo que urna espuma dura está prevista no centro do sanduíche e no fundo e na parte superior do flutuador, sendo que as camadas de espuma estão separadas com uma estrutura em favo de abelha de materiais de fibra reforçados. A eficiência também aumenta com crescente diâmetro do flutuador com relação à sua altura. Preferivelmente, o diâmetro do flutuador é de pelo menos 5 vezes sua altura, tal como pelo menos 7 vezes, tal como pelo menos 10 vezes, ou 5-20 vezes. Em modalidades preferidas, o flutuador tem uma senção transversal essencialmente circular, e a fim de aperfeiçoar das propriedades dinâmicas de fluido do flutuador, pode ter uma parte de canto arredondada, que atua como um elemento de aerodinâmica, i O dispositivo de conversão de energia preferivelmente compre- ende um sistema de acionamento hidrúalico com um motor adicionado hidraulicamente. Por exemplo, cada braço pode estar ligado ao sistema de acionamento hidráulico por meio de pelo menos um elemento de ativação, que faz com que um meio hidráulico do sistema acionado hidraulicamente seja deslocado para um motor hidráulico, sendo que o(s) elemento(s) de ativação está/estão disposto(s) para deslocar o meio hidráulico para o motor por meio de tubos hidráulicos. No caso de diversos braços e diversos elementos de ativação, o meio hidráulico é preferivelmente deslocado para o motor por meio de tubos hidráulicos compartilhados. Em outras palavras, diversos elementos de ativação hidráulicos podem alimentar meio hidráulico a um único motor hidráulico por meio de um sistema compartilhado de tubos hidráulicos. Mais preferivelmente, o meio hidráulico não é acumulado em um tanque de armazenamento hidráulico para acumular meio hidráulico sob pressão, do qual pressão é liberada para o motor. Conseqüentemente, os elementos de ativação alimentam meio hidráulico diretamente ao motor hidráulico. Porém, tal como descrito abaixo, uma batería de acumuladores hidráulicos pode ser vantajosamente aplicada para uma finalidade inteiramente diferença, isto é, para forçar um flutuador para dentro de uma onda próxima a um cavado de ondas. Como em modalidades preferidas uma pluralidade de elementos de ativação simultaneamente transmite energia para o motor, não ha necessidade de um tanque de armazenamento hidráulico, uma vez que o motor é capaz de funcionar a uma velocidade substancialmente constante e a uma entrada de energia constante, graças ao fornecimento de energia no sistema hidráulico compartilhado por uma pluralidade de elementos de ativação ao mesmo tempo.

Deve ficar entendido que pode estar previsto mais de um motor hidráulico isolado. Preferivelmente, dois, três ou mais motores podem estar dispostos em paralelo na extremidade do tubo hidráulico compartilhado. Desse modo, a energia fornecida através do tubo hidráulico compartilhado pode acionar diversos motores. Se, por exemplo, o sistema de acionamento hidráulico produz 4 MW, oito motores, cada qual fornecendo 500 kW, pode ser ligados em paralelo no tubo hidráulico compartilhado. Os motores podem fornecer a mesma potência de energia nominal, ou podem fornecer potências de energia nominais diferentes. Por exemplo, um motor pode fornecer 400 KW, um pode fornecer 500 kW etc.

Todos os motores hidráulicos também podem estar ligados através do mesmo eixo passador, que aciona peío menos um gerador elétrico comum, ou todos os motores hidráulicos podem acionar uma roda dentada, que aciona pelo menos um gerador elétrico comum. A fim de possibilitar ao sistema hidráulico forçar o(s) braço(s) e flutuador(es) para qualquer direção desejada, cada elemento de ativação pode compreender um cilindro de dupla ação, que pode ser usado para extrair energia dos braços para o sistema hidráulico e alimentar energia do sistema hidráulico para o braço, isto é, forçar o fiutuador para dentro de uma onda, próxima a um cavado de onda, tal como explicado em detalhe abaixo, em conexão com os acumuladores hidráulicos.

Em modalidades preferidas, o aparelho compreende dispositivos para forçar o(s) flutuador(es) para dentro das ondas em cavados de ondas, de modo a aumentar a distância vertical percorrida pelo fiutuador, para aumentar a potência de energia em um ciclo de onda. Esses dispositivos podem compreender, por exemplo, um ou mais acumuladores hidráulicos para armazenar energia intermitentemente no sistema de acionamento hidráulico. A energia armazenada nos acumuladores hidráulicos pode ser vantajosamente derivada da liberação de energia potencial quando o fiutuador é tirado da água na crista de uma onda. Em outras palavras, quando um fiutuador se modo de uma posição submersa em uma onda, próxima à crista de uma onda, para uma posição acima da água, energia potencial é liberada. Essa e-nergia pode ser acumulada no acumulador ou em uma batería de acumuladores, sendo que diferentes acumuladores são carregados a pressões diferentes, por exemplo, a graduações de pressão de acordo com o número de acumuladores. Em modalidades que incorporam esses acumuladores hidráulicos, o sistema de acionamento hidráulico pode ser controlável para liberar a energia armazenada no(s) acumuladores), quando um fiutuador é passado por um cavado de onda, de modo a forçar o fiutuador sustentado pelo braço para dentro da onda. Para aperfeiçoar a eficiência do sistema de acumulador, pode ser usada uma pluralidade de acumuladores, tal como pelo menos 2, taí como 3-20, tal como, tipicamente, 0-12, que preferivelmente armazenam meio hidráulico a diferentes graduações de pressão. Em formadas de realização preferidas, o flutuador é forçado por uma determinada distancia para dentro da onda próxima a um cavado de onda, e, subseqüen-temente, é deixado mover-se para cima na onda, mas ainda submerso na onda, e na crista da onda o flutuador é liberado, isto é, deixado mover-se para fora da água. Ta! como descrito acima, a energia liberada quando o flutuador é liberado na crista da onda é usada para carregar um ou mais a-cumuladores hidráulicos, nos quais energia é armazenada para forçar o flutuador para dentro da onda. Conseqüentemente, a energia potencial liberada quando o flutuador se move para fora da onda, próximo à crista da onda, não é perdida. Pelo contrário, a mesma é utilizada pra forçar o flutuador para dentro da onda no cavado de onda, com o que a distância vertical total percorrida pelo flutuador é aumentada. Conseqüentemente, a potência de energia de um cicio de undas e aumentada. Caicuia-se que, a uma altura de onda de 1,5 m, a distância vertical percorrida pelo flutuador pode ser aumentada de aproximadamente 0,75 cm para aproximadamente 1,5 m, desse modo duplicando a potência de energia. A energia utilizada para forçar o flutuador para dentro da onda no cavado de onda não causa, essencialmente, nenhuma perda no sistema de acionamento, urna vez que a energia é fornecida pela liberação do flutuador na crista da onda. A fim de possibilitar um controle preciso do sistema, cada cilindro, ou pelo menos alguns cilindros selecionados, podem ser dotados de um sensor para determinar uma posição e/ou velocidade de movimento do pistão do cilindro, sendo que o sensur está disposto para transmitir um sinal a uma unidade de controle dos cilindros e válvuias associadas, de modo que a transmissão de energia dos cilindros individuais para as partes restantes do sistema de acionamento hidráulico é controlável individualmente, em resposta ao sinal que representa a posição de pistão de cilindro individual e/ou velocidade de movimento. Desse modo, os cilindros podem ser controláveis individualmente, e um cilindro pode ser retirado de operação, por exemplo, para manutenção, enquanto os cilindros restantes continuam operando, de modo que todo o sistema é não é afetado essencialmente pela retirada de um único cilindro. O sensor também é preferivelmente utilizado para controlar o afundamento do flutuador para dentro da água, isto é, para controlar a liberação de pressão da bateria de acumuladores, tal como descrito acima. O sensor pode ser utilizado, ainda, para controlar a carga dos acumuladores, isto é, para determinar a passagem de uma crista de onda. Além disso, o sensor é útil para controlar a liberação do flutuador em uma crista de onda, isto é, para evitar uma projeção semelhante a catapulta do flutuador. O sensor também pode ser usado para monitorar a potência de energia de cada elemento de ativação individual no sistema de acionamento hidráulico, de modo que a potência de energia dos elementos de ativação individuais e todo o aparelho como tal podem ser otimizados.

Embora alguns sistemas da técnica anterior se baseiem em membros de referência submersos para apoiar os dispositivos que convertem energia de ondas marítimas em energia útii ou em apoios terrestres, foi constatado que a energia de ondas é explorada do modo mais eficiente em mar aberto. Conseqüentemente, o aparelho da invenção preferivelmente compreende uma estrutura de apoio, que está fixada no fundo do mar. Em uma modaiidade atualmente preferida, a estrutura ue apoio está fixada no fundo do mar por meio de uma âncora ue sucção ou, aitemativamente, por uma fundação de gravidade, ou fixada a uma camada rochosa do mar com pinos. A estrutura de apoio pode vantajosamente compreender uma estrutura de treliça, sendo que a âncora de sucção está disposta em um primeiro ponto nodal da estrutura. Pelo menos um braço e, preferivelmente, todos os braços do aparelho estão apoiados em segundos pontos nodais da estrutura em treliça, de modo especialmente preferido, no topo de uma subestrutura triangular da estrutura em treliça. A subestrutura triangular pode definir dois vértices no fundo do mar, com um dispositivo para ligar a estrutura ao fundo do mar em cada um dos cantos. Preferivelmente, os dispositivos de ligação estão pelo menos parcialmente incorporados no fundo do mar, por exemplo, abaixo de uma fundação por gravidade ou uma âncora de sucção. Como os dispositivo de ligação estão dispostos nos pontos nodais da estrutura de tre- liça, forças verticais na estrutura de treliça, causadas pela flutuabilidade dos flutuadores, pode ser neutralizada eficazmente. Uma estrutura de treliça tal como descrita acima garante um grau máximo de estabilidade do sistema, enquanto possibilita um peso total baixo da estrutura de apoio.

Foi descoberto que um problema geral em sistemas da técnica anterior é evitar que impactos extremos, que ocorrem durante tempestades e furacões de danificar os flutuadores, braços e outras partes dos aparelhos de energia de ondas. Modalidades da presente invenção apresentam, portanto, características que tornam possível a um aparelho de energia de ondas resistir condições de ondas marítimas extremas. Essas modalidades compreendem um sistemas de elevação hidráulico, para levantar o flutuador para fora do oceano e para bloquear o flutuador em uma posição superior acima da superfície do oceano. O sistema de elevação hidráulico preferivelmente compreende uma ou mais bombas para bombear meio hidráuiico nos cilindros, para levantar os mesmos para fora do oceano.

Graças ao sistema de elevação hidráulico, o flutuador pode ser retirado do oceano e mantido em uma posição bloqueada acima da superfície do oceano, no caso da ocorrência, por exemplo, de uma tempestade ou antes da ocorrência de congeiamenlo. Desse modo, o único impacto sobre o flutuador, quando ele é retirado do oceano, é o impacto do vento, cujas forças são significativamente menores que as forças das ondas. Em uma modalidade, os braços podem ser levantados para fora a água pela geração de uma pressão hidráulica no sistema de elevação hidráuiico, o que faz com que os braços sejam deslocados para fora do oceano, e pelo fechamento apropriado de uma válvula, preferivelmente, por meio de um pino de bloqueio cônico, de modo a manter a pressão de elevação. O sistema de elevação hidráulico pude ser controlado de um local terrestre remoto, ou por urn sistema de controle que faz parte de uma máquina de energia de ondas, e que age em resposta a um sinal indicador de um estado tempestuoso, por exemplo, a um sinal de um dispositivo eletrônico para determinar continuamente a velocidade do vento. O sistema de controle pode ser programado para retirar o flutuador e o braço da água a uma alta de onda predeterminada. Por exemplo, essa altura de onda pode ser uma determinada fração, por exemplo, 30%, da maior onda prevista referente ao loca! de operação do aparelho, a chamada "onda dos 100 anos". A uma profundidade do oceano de 20 m, essa altura é de aproximadamente 18 m, e, conseqüentemente, o sistema de controle tira o flutuador e o braço para fora do oceano a uma altura de onda de aproximadamente 6 m. A altura da onda pode ser determinada por um sistema mecânico, óptico, eletromagnético ou acústico», por e-xemplo, um sistema transdutor de pressão, com um transdutor de pressão disposto no fundo do mar, um sistema de som de eco disposto nos flutuado-res, um sistema de som de eco disposto em uma estrutura de apoio fixa do aparelho e apontada para cima em direção á superfície das ondas, ou operando no ar, apontando para baixo em direção á superfície da água, ou um sistema de sensor com transmissão de luz ou dispositivos receptores de luz dispostos nos fiutuadores e/ou na estrutura de apoio fixa, tal como luz, por exemplo, luz de laser. Alternativamente, pode ser previsto um sistema de radar na estruturas. A pressão de um meio hidráulico no sistema de elevação pode ser gerada por uma bomba que faz parte do sistema de elevação hidráulico. Alternaíivamente, a pressão pode ser gerada pela liberação de meio hidráulico pressurizado de um acumulador hidráulico apropriado. O acumulador, por exemplo, pode ser carregado por um sistema de acionamento hidráulico, que, em uma modalidade da invenção, está compreendido no dispositivo de conversão de energia. Por exemplo, o acumulador para fornecer a pressão de elevação hidráulica pode ser um acumulador ou uma pluralidade de acumuladores em uma chamada batería de acumuladores, para forçar o flutuador para dentro da onda em um cavado de ondas, tal como descrito detalhadamente abaixo. O sistema de elevação hidráuiico está preferivelmente adaptado para levantar individualmente cada flutuador para fora do oceano. Por e-xemplo, o sistema de elevação pode compreender uma pluralidade de circuitos hidráulicos, cada um dos quais está associado a um dos braços e cada um dos quais compreende dispositivos de válvula e/ou bomba para pressuri- zar o circuito hidráulico para levantar o braço e flutuador para fora do oceano. Em uma modalidade, o sistema de elevação hidráulico compreende menos bombas que circuitos, de modo que a ou cada bomba está ligada a uma pluralidade de circuitos, sendo que cada circuito com válvulas associadas está designado a um braço. Em modalidades preferidas da invenção, o dispositivo de conversão de energia e os braços estão dispostos de tal modo que os braços, que são mantidos no oceano, podem fornecer energia ao dispositivo de conversão de energia, enquanto um ou mais outros braços são mantidos levantados para fora do oceano. Modalidades, que incorporam o dispositivo de conversão de energia do documento WO 01/92644, que está incorporado ao presente por referência, podem possibilitar o movimento livre em torno de um eixo de acionamento do dispositivo de conversão de energi-a, de braços que são levados para fora do oceano. Modalidades baseadas em dispositivos de conversão de energia, no qual o movimento dos braços gera pressão em um sistema de acionamento hidráulico, podem compreender dispositivo para tirar de operação os dispositivos de conversão de energia. por exemplo, os elementos de ativação hidráulicos, que estão associados a um braço, que foi levando para fora do oceano. Em uma modalidade atualmente preferida, um braço pode ser levantado para fora do oceano e bioqueado em uma posição elevada pelo elemento de ativação do braço, por exemplo, um cilindro de ação dupla, que pode ser usado para levantar e bloquear o braço.

Modalidades preferidas da presente invenção também oferecem uma solução para o problema de proporcionar um apoio rotacional estável do braço ou braços, que seja menos vulnerável a componentes de força horizontais. Foi constatado que a estrutura do documento US 4.013.382 tem probabilidade de tornar-se instável devido a componentes de força horizontais gerados por ondas. Mais especificameníe, os mancais das hastes de ligação são constituídos de simples pinos, e qualquer afrouxamento ligeiro nesses mancais pode causar danos irreparáveis às hastes de ligação e ao seu apoio. Portanto, o aparelho do documento US 4.013.382 é inadequado para instalação no mar aberto, isto é, a forças de onda relativamente gran- des. A estrutura descrita no documento WO 01/02644 também tem a desvantagem de que mesmo o mais ligeiro afrouxamento nos mancais de uma só direoâo, que sustentam os braços oscilantes e que libam os tubos de braços oscilantes e o eixo de força, pode danificar os mancais. Além disse», o aparelho do documento WO 01/02644, no qual um total de aproximadamente 4o braços oscilantes são apoiados por um único eixo de força, exige um eixo de força imensamente forte que, devido às suas medidas, necessárias para que possa transmitir a energia necessária, seria inviável devido ao seu peso, conferido por suas dimensões grandes, sendo que essas dimensões grandes são necessárias devido ao impulso transmitido pelos braços ao eixo de força. Modalidades preferidas do aparelho de acordo com a presente invenção proporcionam um apoio aperfeiçoado dos braços, o que torna o aparelho menos vulnerável a componentes de força horizontais. Portanto, em uma modalidade preferida, o aparelho da invenção compreende um par de mancais pretensionados e, essenciaimenie, livres de afrouxamento. Portanto, os mancais são capazes de neutralizar eficazmente forças radicais e axi-ais e, conseqüêntemente, suportar componentes de força horizontais conferidos pelas ondas. O termo "mancai livre de afrouxamento" deve ser entendido para compreender qualquer mancai, que é livre de afrouxamento em uma ditecão horizontal e axia». Por exemplo, o par de mancais pode compreender dois mancais cônicos, com suas faces cônicas opostas uma à outra. Em uma modalidade, os mancais são luhrificados por pressão.

Em outra modalidade, o mancai compreende um anel ou cilindro interno e um externo, sendo que o anel interno está fixado a um eixo rota-ciona! do braço, e o anel externo está fixado a um apoio fixo, sendo que o mancai compreende ainda um material flexível entre o anel interno e o anel externo. Durante a operação, o anel interno gira em relação ao anel externo, desse modo torcendo o material flexível. A fim de ajustar a rigidez do material fle»ível, pode estar previstas pelo menos lima cavidade ou perfuração no material. O material flexível pode compreender, por exemplo, um membro de mola, tal como uma mola chata. Pelo posicionamento apropriado da perfuração (das perfurações) ou por 'configuração apropriada do(s) elemento(s) de mola, o apoio do mancai pode ser configurado para ter uma capacidade de suportar força em uma direção do que em outra direção. O braço está preferivelmente apoiado pelos mancais em dois pontos de montagem, que são deslocados de um eixo central do braço, sendo que o eixo central dos mancais é coincidente com um eixo de rotação dos braços. Como cada braço é ligado a e apoiado por mancais individuais, é obtido um apoio rotaciona! estável para os braços. Partícularmente, como os dois mancais estão preferivelmente dispostos a uma distância mútua ao longo do eixo de rotação do braço, um impacto no eixo, resultante de um componente de força horizontal sobre o flutuador, pode ser neutralizado.

Conseqüentemente, entende-se que a estrutura do presente a-parelho é mais estável que a estrutura de dispositivos da técnica anterior. Como o presente aparelho está previsto, principalmente, para uma construção em altc mar, a estabilidade é uma preocupação prioritária, devido aos custos de manutenção em locais de altc» mar. Os custos de manutenção em locais de alto mar são, na média, tipicamente, 10 vezes mais altos dc> que os custos de manutenção em locais em terra.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Modalidades preferidas da invenção são descrias agora com referencia aos desenhos, nos quais: Figuras 1 e 2 são representações em secção transversal de uma modalidade de um aparelho de energia de ondas de acordo com a invenção;

Figuras 3-5 mostram três modalidades de uma estrutura de treli-ça de uma modalidade de um aparelho de energia de ondas de acordo com a presente invenção;

Figura 6 representa uma estrutura em coiméia de abelha de um flutuador;

Figura Ϊ representa uma estrutura de apoio para um braço do aparelho das Figuras 1 e 2;

Figuras 3-13 mostram diversos conjuntos de mancais para um braço do aparelho;

Figuras 14-17 mostram diagramas de um sistema de aciona- mento hidráulico de uma modalidade de um aparelho de acordo com a invenção;

Figura 18 mostra um diagrama de um sistema de elevação hidráulico para levantar os flutuadores para fora do oceano;

Figura 19 representa um aparelho de energia de ondas com uma série de flutuadores, que se estende através de duas cristas de onda;

Figura 20 mostra pressão hidráulica como função do tempo em uma linha de alimentação do sistema de acionamento hidráulico de um aparelho de energia de ondas da técnica anterior e em uma modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, respectiva mente;

Figura 21 representa dois trajetos de deslocamento diferentes de um flutua-dor através de uma onda;

Figura 22 mostra um diagrama de um sistema de acionamento hidráulico com acumuladores para forças os flutuadores para dentro de ondas em um cavado de ondas;

Figura 23 representa a acumulação gradual de energia em um sistema de armazenamento hidráulico;

Figuras 24 e 25 são representações diagramáticas do movimento de ondas e de flutuadores.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS A descrição abaixo dos desenhos descreve uma pluralidade de características e opsões compreendidas em diversas modalidades do aparelho de energia de ondas de acordo com a invenção. Os princípios operacionais do aspecto mais amplo da invenção são melhor entendidos da descrição das formas de reação das Figuras 1 e 14-20.

As Figuras 1 e 2 mostram uma seção transversa! de um aparelho de energia de ondas 102, que compreende uma estrutura de treliça 104 que pode, por exemplo, ser de uma estrutura de treiiça espacial. A estrutura de treliça, que também é representada nas Figuras 3-5, compreende uma parte inferior, essencialmente triangular, com primeiro, segundo e terceiro membros de força 106, 108, 110, e uma parte superior 111, essencialmente retangular. A parte superior retangular pode ser usada para alojar equipa- mento hidráulico e elétrico, inclusive o sistema de acionamento e levantamento hidráulico, e pode ser usada, ainda, como uma passarela ou ponte para pedestres para pessoal de manutenção. Tal como representado nas Figuras 3-5, a parte superior retangular estende-se por uma distância perpendicular ao plano das Figuras 1 e 2, enquanto está prevista uma pluralidade de partes inferiores, separadas. A estrutura em treliça define primeiros, segundos, terceiros, quartos, quintos e sextos pontos nodais 112, 114, 116, 113 e 12u. Preferivelmente, os elementos de força são essencialmente rígidos, de modo que possam resistir a tensão e compressão. Os primeiro e segundo pontos nodais 112, 114 estão previstos no fundo do mar e são retidos no fundo do mar por meio de, por exemplo, âncora de sucção 121, indicadas nas Figuras 3-5. Alternativamente, o primeiro e o segundo pontos nodais 112, 114 podem ser apoiados por uma fundação de concreto no fundo domar. Braços 122 que sustentam flutuadores 124 estão apoiados rotativa-rnenie nos ou próximos aos terceiro e quarto pontos nodais 116, 117. As Figuras 3-5 mostram uma vista em perspectiva da estrutura de treliça para apoiar uma pluralidade de braços em cada lado da estrutura. Deve ser entendido que a estrutura de treliça das Figuras 3-5 pode ter uma extensão maior do que a efetivamente mostrada nas Figuras 3-5, de modo que ela compreenda, por exemplo, vinte ou trinta seções triangulares, com o que um braço pode estender-se para fora da estrutura de treliça em cada um dos pontos nodais 116, 117. Uma pluralidade de estruturas de treliça tais como as das Figuras 3-5, tais como três, seis ou mais estruturas de treliça, podem ser dispostas em uma disposição de estrela, V ou hexagonal, a fim de aumentar o número de braços e flutuadores incluídos em uma instalação, que compreende o aparelho da invenção ou uma pluralidade de aparelhos de acordo com a invenção.

Os terceiros, quartos, quintos e sextos pontos nodais 116, 117, 118, 120 estão dispostos acima da superfície do mar. a uma altura suficiente para garantir que também estejam acima da superfície do mar quando as ondas estão altas sob condições de tempestade. Por exemplo, os pontos nodais 116, 117, 113 e 120 podem ser dispostos a 20 metros acima da su- perfície do mar quando o mar está calmo. A fim de transformar a energia das ondas em energia hidráulica, o aparelho de energia de ondas 102 compreende uma pluralidade de braços 122, cada um dos quais compreende em uma extremidade um flutuador 124 e a extremidade oposta está ligada a um eixo 126. Os braços estão adaptados para girar em torno dos eixos 126. Cada braço 122 está ligado a um elemento de ativação hidráulico, tal como um cilindro hidráulico 128, que compreende um pistão 130. O cilindro hidráulico 128 está ligado rotativamente ao braço em um primeiro ponto de ligação 132 e à estrutura de íreliça 104, em um segundo ponto de ligação 134. O segundo ponto de ligação está preferivelmente localizado em um ponto nodal, isto é, ao longe» de uma parte de borda de uma estrutura essencialmente retangular, disposta na parte superior da estrutura principal triangular da estrutura de trelica. Os flutuadores 124 movem os braços para cima e para baixo, influenciados pelo movimento das ondas. Quando os braços se movem para cima e para baixo, o pisLão 130 é movido e, desse modo, a energia das ondas é transformada em energia hidráulica, que pode ser convertida em energia elétrica útil, tal como descrito abaixo em conexão com as Figuras 14-18 e oo Tal como mostrado na Figura 2, os cilindros hidráulicos 128 estão adaptados para bloquear os biacos 122 em uma posição elevada, na qual as ondas não podem atingir os braços 122 e os flutuadores 124, sendo que os braços são levados para suas posições elevadas pelos cilindros 128. Desse modo, é possível proteger os braços 122 e flutuadores 124 durante uma tempestade ou quando temperaturas ambiente próximas a ou abaixo do ponto de congelamento da água do oceano causam o risco da formação de gelo nos flutuadores. Os cilindros hidráulicos 128 estão ligados a um sistema de elevação hidráulico para bloquear o cilindro hidráulico na posição elevada, sendo que o sistema de elevação hidráulico é descrito mais detalhadamente em conexão com a Figura 13 abaixo. Os flutuadores 124 podem estar ligados rotativamente com os braços 122. Consequentemente, quando os braços são levantados durante uma tempestade, os flutuadores podem ser girados para uma posição na qual os mesmos estão essencialmente parale- los à direção do vento. Desse modo: a superfície sobre a qual o vento atua é limitada e, portanto, a força que atua sobre os flutuadores 124 é reduzida e o torque transferido à estrutura de treliça 124 por meio dos braços 122 é reduzido. Além disso, os flutuadores são projetados com um formato aerodinâmico, com cantos arredondados (não mostrados), de modo a reduzir as forças do vento sobre o aparelho.

Tal como mostrado nas Figuras 3-5, a estrutura de treliça 1U4 pode incluir elementos de forca diagonais 113, 115 (não mostrados nas Figuras 1 e 2) para proporcionar um apoio adicional nos pontos nodais 115,117.

Nas Figuras 4 e 5, a estrutura de treliça é solicitada com uma força que atua para baixo, para reduzir as forças ascendentes nas âncoras 121. O peso é produzido por um peso estendido longitudinalmente, tal como um tanque de água 123 (Figura 4), ou por uma pluralidade de pesos separados, tais como tanques de água (Figura 5). A Figura 6 mostra uma estrutura de um flutuador 124 essencialmente oco, que compreende uma estrutura em colméia de abelha 127, que apoia as paredes externas do flutuador. A Figura 7 mostra um dos braços 122, que está ligado rotativa-mento a um flutuador 124 e está adaptado para girar em tomo de um eixo 126. O braço está ligado ao eixo em um primeiro e segundo ponto de ligação 136, 138, que estão deslocados do eixo centra! 140 do braço. O eixo 126 está apoiado rotativamente por uma estrutura de apoio 142 fixa, que compreende dois mancais 144, dispostos para neutralizar forças radicais e axl· ais. A fim de proporcionar um suporte de apoio essenciaimenie livre de manutenção para a rotação dos braços 122, os presentes inventores propuseram mancais como os mostrados nas Figuras 3-13. Os mancais das Figuras 8-13 podem ser incorporados como um mancai 144 na estrutura de apoio representada na Figura 7 e estão particularmente bem apropriados para apoiar um eixo, cuja amplitude rotacional é de 30 graus ou menos durante operação normal, isto é, ± 10 graus ou menos. Quando o braço deve ser girado para a posição bloqueada da Figura 2, a fixação do anel externo 147 pode ser afrouxada, de modo que possibilita uma amplitude rotacional maior, por exemplo, ± 40 graus. Mancais de rolos ou esferas tradicionais têm um tempo de vida curto a essas amplitudes rotacionais pequenas, uma vez que seu meio de lubrificação normalmente apenas satisfaz seu propósito na medida desejada a uma rotação contínua, a uma velocidade rotacional mais alta do que a conferida pelos braços 122. O mancai da Figura 8 inclui um anel ou cilindro interno 145 e um anel ou cilindro externo 147, entre os quais está prevista uma substância flexível 149, por exemplo, um material de borracha. O anel interno 145 está fixado ao eixo rotativo, e o anel externo 147 está fixado ao apoio estacionário do eixo. Graças à elasticidade da substância flexível 149, o anel interno pode girar em relação ao anel externo, de modo a permitir que o eixo apoiado gire com relação ao seu apoio. Como o anel externo 147 está apoiado por ou encaixado em uma estrutura fixa, por exemplo, ajustado por aperto ao iongo de sua periferia, é obtido um apoio axial e radial do eixo. A rigidez da substância flexível 149 pode ser ajustada prevendo cavidades 151, tais como furos ou perfurações, no material, a carga máxima suportável pelo mancai pode ser aumentada aumentando o comprimento do mancai (isto é, tiansversalmente ao plano da Figura 8). O número e as dimensões das cavidades 151 podem ser escolhidos para ajustar-se a um fim específico, por exemplo, para minimizar a sensibilidade do entalhe ou para maximizar a forca axial a ser neutralizada pelo mancai. Um mancai 344 similar é mostrado na Figura 9, que tem menos cavidades 151, para aumentar a capacidade de suportar forças do mancai em uma direção.

Mancais sinuosos similares 348, 348 e 354 são mostrados nas Figuras 10, 11 e 12. respectivamente. Esses mancais compreendem anéis internos e externos 145, 147 com uma ou mais molas chatas que estão interpostas eníre os anéis. Na Figura 10, estão previstas, duas molas chatas 147, cada um dos quais forma o formato do número 3. As setas 345 a 347 indicam que a capacidade de suportar força é maior na direção vertical (setas 345) do que na direção horizontal (setas 347). No mancai 348 da Figurai 1, está previsto um elemento de mola chata 352, que define uma plurali- dade de cavidades 353. As setas 349 e 350 indicam que a capacidade de suportar força do maneai é maior nas direções verticais e horizontais do que nas direções não horizontais e não verticais (setas 350). O mancai 354 da Figura 12 compreende dois elementos de mola chata 362 em forma de H, cada uma das quais define uma parte externa e uma parte interna 364 e 366, bem como uma parte de interligação 368. A rigidez do mancai pode ser escolhida por seleção adequada da geometria dos elementos de mola 362. Por exemplo, a parte de interligação 368 pode ser formada como um S. As setas 355 e 357 indicam que a capacidade de suportar força é maior na direção vertical do que na direção horizontal.

Os anéis internos e externos 145, 147 das Figuras 8 12 podem ser feitos de material de aço ou de fibra de carbono. As molas chatas 342, 352 e 362 igualmente podem ser feitas de materiais de aço ou fibra de carbono.

Os princípios dos mancais das Figuras 8-12 também podem ser usados para proporcionar um apoio para os cilindros hidráulicos 128. A Figura 13 mostra um apoio de mancai para um braço 122, sendo que o apoio compreende duas molas chatas 372, 374. A primeira mola chata 372 aumenta a rigidez à torção, bem como a rigidez transversal do mancaí. As molas chatas podem ser feitas de materiais de fibra de carbono.

No diagrama hidráulico da Figura 14, é mostrada uma pluralidade de cilindros 128 com respectivos pistões 133, que são móveis para cima e para baixo, tal como os braços 122 e flutuadores 124 movem-se nas ondas, conforme a descrição acima da Figura 1. Embora sejam mostrados três cilindros no diagrama da Figura 14, deve ser entendido que o aparelho de acordo com a invenção tipicamente compreende um número maior de cilindro, por exemplo, 60 cilindros. Os cilindros 128 são mostrados como cilindros de dupla açào, ligados em suas extremidades superiores a tubos, de alimentação 176 para um meio hidráulico do sistema. Em cada tubo de alimentação 176 está prevista uma válvula de pressão 178. Os tubos de alimentação 176 fundem-se em um tubo principal 180 comum, que alimenta um motor hidráulico 182, com deslocamento de volume variável por revolu- ção. Nos tubos de alimentação 176 e tubo principal comum 130, é mantida uma pressão de operação p0. A pressão p0 vantajosamente também pode ser a pressão limite da válvula 173, à qual a válvula muda entre seu estado aberto e fechado. O motor hidráulico aciona um gerador elétrico 134. e na saída do motor hidráulico, o meio hidráulico é conduzido a um reservatório 186. Do reservatório 186, o meio hidráulico corre de volta para os cilindros 138 por meio de um tubo de retorno comum 133 e tubos de retorno ramificados 190.

Em cada um dos cilindros 128, o pistão 130 divide o cilindro em câmara superior e inferior 192, 194, que estão interligadas por meio de tubos 196 e 198. Em cada um dos tubos 196 está prevista uma válvula de duas vias 200, e paralelamente à mesma está prevista, no tubo 198, uma válvula de pressão 202 e uma série de válvulas de controle de fluxo 204. Finalmente, cada cilindro está dotado de um elemento de controle 206 para determinar a posição e/ou velocidade de movimento do pistão 130 do cilindro 128.

Quando a válvula de duas vias 200 está aberta, o pistão pode mover-se livremente quando os braços 122 (veja Figura 1) se movem nas ondas. Quando o elemento de controle 206 determina uma determinada posição e/ou velocidade de movimento do pistão 130. um sinal de controle é passado para a válvula 200 íaze ndo com que a válvula 200 se feche. Quando a válvula de pressão 178 é fechada, o pistão é bloqueado enquanto a onda continua a subir até que flutuabilidade do flutuador é suficientemente grande para superar a pressão de operação po nos tubos de alimentação e principal 176, 180, de modo a abrir a válvula de pressão 178. Desse modo, é entendido que o flutuador 124 (Figura 1) está pele* menos parcialmente submerso na onda quando a válvula 178 so abre (conforme também a descrição abaixo da Figura 21). Quando a válvula de pressão 178 estiver aberta, o meio hidráulico é alimentado ao motor 182. Quando o flutuador passa pela crista da onda, o flutuador ainda está submerso, mas a pressão na parte superior 192 do cilindro 128 cai, e a válvula de pressão 178 se fecha. Subse-qüentemente, a válvula de duas vias 200 se abre, e meio hidráulico é deslocado da parte de cilindro inferior 194 para a parte de cilindro superior 192, à medida que o flutuador move-se para baixo, da crista da onda para o cavado de onda.

Deve ser observado que, devido ao grande número de cilindros 128, a qualquer momento está garantido que pelo menos dois dos mesmos e, preferivelmente, vários, forneçam uma corrente de meio hidráulico para o motor 182. Desse modo, pode ser garantida uma potência de energia uniforme do gerador 184, preferivelmente, sem a necessidade de conversores de frequência. A descrição acima da Figura 14 também se aplica â Figura 15, mas na modalidade da Figura 15 está prevista uma pluralidade de motores hidráulicos 182, 208, 210. Cada um dos motores hidráulicos 182, 208, 210 está ligado a respectivos geradores elétricos 184, 212, 214. Na modalidade da Figura 15, estão previstas apenas três motores hidráulicos e geradores elétricos, mas em outras modalidades, o aparelho de energia de ondas compreende um número mais alto de motores e geradores. Por exemplo, 5, 10 ou 20 motores e geradores podem estar previstos. A capacidade dos motores hidráulicos e de seus geradores elétricos correspondentes pode ser escolhida de modo a tomar possível a geração de diferentes níveis de energia. Em um exemplo, os três geradores podem ser capazes de produzir 0,5 MW, 0,5 MW e 2 MW, respeotivamente. Desse modo, a fim de produzir 1 MW, o motor hidráulico dos dois geradores de 0,5 MW pode ser ligado ao tubo principal comum 180, enquanto o terceiro gerador deve ser desligado dc> tubo principal 130. Em locais onde a energia de ondas é substancialmente constante sobre o tempo, a capacidade dos geradores e de seus correspondentes motores hidráulicos pode ser escolhida, respectivamente, para estar no mais aito nível possível, a fim de reduzir o número total de motores hidráulicos e geradores, Em locais com alta flutuação da altura das ondas e frequência das ondas, a capacidade dos geradores pode ser escolhida de um princípio binário, por exemplo, 1 MW, 2 MW e 4 MW. Pela escolha dos geradores de um princípio binário, é possível ligar e desligar os referidos geradores usando o esquema abaixo, de modo a otimizar a utilização da energia de ondas.

Gerador 1 Gerador 2 Gerador 3 Potência total (1 MW) (2 MW) (4 MW) [MW] ligado desligado desligado 1 desligado ligado desligado 2 ligado ligado desligado 3 desligado desligado ligado 4 ligado desligado ligado 5 ligado ligado ligado 6 O sistema da Figura 16 é semelhante ao sistema da Figura 15, mas no sistema da Figura 16 está previsto apenas um único gerador elétrico 184, que é acionado pelos motores détricos 182, 208 e 210 por meio de uma caixa de transmissão 135. Os motores hidráulicos podem acionar, por exemplo, uma coroa dentada de uma engrenagem epicíclioa. Alternativamente, tal como mostrado na Figura 17, os motores hidráulicos 182, 208 e 21o podem acionar um gerador comum 184 por meio de um eixo passador 187 comum. A Figura 18 representa um sistema de elevação hidráulico para levantar os flutuadores 124 para fora do oceano e para manter os mesmos em uma posição elevada, na qual as ondas não podem alcançar os flutuadores. A Figura 18 também inclui um sistema de acionamento hidráulico semelhante ao sistema de acionamento descrito acima, em conexão com as Figuras 14-17. Na medida em que elementos iguais ou semelhantes aos mosíra-dus nas Figuras 14-17 são incorporados no sistema de acionamento mostrado na Figura 18, os números de referência da Figura 6 são usados na Figura 8, e referência é feita à descrição acima das Figuras 14-17 para uma descrição desses elementos e de sua funcionalidade. O sistema de eievação hidráulico da Figura 18 está adaptado pra levantar individualmente um ou mais flutuadores 124 para fora da água e para desacoplar os cilindros dos flutuadores levantados do sistema de acionamento hidráulico. O sistema da Figura 18 inclui, além do tubo de retorno 138 comum, um tubo 266, que liga o reservatório 186 a uma bomba 268 acionada por um motor 270. O tubo 272 iiga o lado da direção da corrente da bomba 268 a diversas válvulas 274 de uma via, sendo que o número de válvulas de uma via é igual ao número de flutuadores e cilindros 128. Os tubos 278 ligam os respectivos lados de direção da corrente das válvulas 274 a respectivas válvulas 278 de duas vias e válvulas 280 de uma via, na direção da corrente das quais os tubos 278 se i fundem em um tubo comum 282. Os tubos 276 comunicam-se com as câmaras de cilindro inferiores 104 e tubos 193 por meio dos tubos 234. Além disso, os tubos 276 comunicam-se com as câmaras de cilindro superiores 192 e tubos de alimentação 176 por meio dos tubos 196. Finalmente, válvulas 286 de duas vias estão previstas nos tubos de retorno ramificados 190, e ) válvulas 283 de duas vias estão previstas nos tubos 198.

Quando um braço deve ser levantado para fora da água, a válvula 278, a válvula 286 e a válvula 233 se fecham. As válvulas 274 e 230 se abrem e a bomba 263 pode forçar meio hidráulico para dentro da câmara de cilindro inferior 194, e o braço associado ao cilindro em questão é levado. > Meio hidráulico na câmara de cilindro superior 192 é conduzido ao reservatório 136 por meio da válvula 280. O elemento de controle 206 detecta que o braço e, com o mesmo, o pistão 130 atingiu sua posição desejada, por exemplo, sua posição superior extrema, e um sinal é passado para as válvulas 274 e 230, fazendo corn que as mesmas se fechem. Conseqüentemente, ) o pistão 130 é bloqueado, e o braço é fixado em uma posição, na qual o flu-tuadc-r 124 é levantado para fora da água. O bracjo 122 pode ainda ser apoiado por uma lingüeta (não mostrada), que se prende no braço. A Figura 19 é uma representação diagramatica, que mostra uma pluralidade de flutuadores 124 e 164, que estão ligados a um sistema de 1 acionamento hidráulico por meio de cilindros, tal como descrito acima, em conexão com as Figuras 14-18. Na Figura 19, esses flutuadores, que estão localizados em cristas de onda 146, 148 são referidos pelo número de referência 184, enquanto todos os outros flutuadores são referidos pelo número de referencia 124. Não existe, no entanto, nenhuma diferença estrutural en-) tre os flutuadores 124 e os flutuadores 164. Primeira, segunda e terceira cristas de ondas 146,143,150 são indicadas por linhas duplas na Figura 19, e primeiro e segundo cavados de ondas 152, 154 são indicados por linhas simples na figura. A direção do movimento das frentes de ondas é indicada por uma primeira seta 156, sendo que o comprimento da onda é indicado por uma segunda seta 158 e as partes ascendentes e descendentes das ondas são indicadas por terceira e quarta setas 160, 162, respectivamente. Tal como indicado na Figura 19, os flutuadores 164, que estão nas cristas das ondas 146 e 148 e, desse modo, acabaram de completar seu movimento ascendente causado pelas ondas, Esses flutuadores 124, que estão entre a primeira crista de onda 146 e o primeiro cavado de onda 152 estão em seu trajeto ascendente na onda, enquanto os flutuadores que estão entre a segunda crista de onda 148 e o primeiro cavado de onda 152 estão se movendo para baixo, ao longo de um tado na direção da corrente da onda. Como a série de flutuadores 124, 164 estende-se sobre um comprimento de onda completo, uma pluralidade de flutuadores está em seu trajeto ascendente em uma onda, a qualquer momento, com o que é garantido que uma pluralidade de flutuadores forneça uma contribuição de energia ao sistema de acionamento hidráulico, a qualquer momento. Tal como descrito acima com referência ás Figuras 14-17, cada um dos flutuadores ativa um cilindro hidráulico, e pressão hidráulica é criada no tubo principal 180 (conforme Figuras 14-17). Como uma pluralidade dos flutuadores está se movendo para cima ao mesmo tempo, uma pluralidade de cilindros hidráulicos fornece pressão hidráulica, simultaneamente. Conseqüentemente, graças à condição do tubo principal comum 180, ligado a uma pluralidade de cilindros com respectivos flutuadores, e graças à extensão da série de flutuadores sobre pelo menos um comprimento de onda completo, as flutuações de pressão no tubo principal comum 180 e, portanto, as flutuações de pressão na entrada para o motor hidráulico 182 ou motores hidráulicos 182, 208, 210 podem ser mantidas baixas, Como os motores hidráulicos 182, 208 e 210 são motores com deslocamento variável por volta, o as r.p.m. dos motores podem ser mantidas essencialmente constantes. Isso, por sua vez, confere o efeito de que a frequência da corrente CA gerada pelo gerador 184 ou geradores 184, 212 e 214 é essencialmente constante, com o que é obtido que, em modalidades preferidas da invenção, corrente CA pode ser gerada sem a necessidade de conversores de freqüência.

Na Figura 19, a direção da onda define um ângulo Θ com relação à fileira de flutuadores. A direção da onda é paralela á fileira de flutuadores quando Θ = 0°. Deve ser entendido que quanto maior for o ângulo 9 para 0o, tanto mais comprimida precisa ser a fileira de flutuadores, a fim de garantir que a qualquer momento determinado pelo menos um flutuador é movido para cima por uma onda para fornecer uma contribuição de pressão no tubo principal comum 180 (conforme Figuras 14-17) do sistema de acionamento hidráulico.

Ao projetar o sistema, o comprimento de onda e direções típicos da localização devem ser levados em consideração, a fim de garantir uma pressão hidráulica substancialmente constante no sistema. Em modalidades preferidas da invenção, a relação entre a direção da onda «ângulo Θ) e o comprimento do aparelho de energia de ondas, isto é, o comprimento abarcado pelos flutuadores 124, 164, pode ser determinada nela seguinte fórmula: Comprimento do aparelho de energia de ondas > cumprimento de onda / coo (Θ) A Figura 20 mostra a pressão hidráulica 242 no tubo principal comum 180 (v. Figuras 14-17) como função do tempo 240. A primeira curva 244 mostra a pressão hidráulica em uma linha de alimentação de um aparelho de energia de ondas típico da técnica anterior, com cilindros hidráulicos que alimentam um acumulador com um motor hidráulico. Tal como indicado na Figura 20, a pressão hidráulica flutua com um período de onda 246. A pressão hidráulica 248 em uma modalidade do aparelho de energia de ondas da presente invenção, que compreende uma pimalidade de braços, flutuadores e cilindros e sem acumuladores, flutua com uma amplitude mais baixa. A Figura 21 representa dois trajetos de deslocamento diferentes de um flutuador sobre uma onda, que se move na direção da seta 171. A parte superior da Figura 21 representa um trajeto de corrente, no qual são tomadas quaisquer medidas para aumentar a distância de deslocamento vertical do flutuador 124, quando o flutuador é passado por uma onda. A parte inferior da Figura 21 representa um trajeto de corrente, no qual a distância de deslocamento vertical do flutuador é aumentada forçando ativamente o flutuador 124 para dentro da água no cavado de onda 152.

Na parte superior da Figura 21, na posição 172a, o flutuador está se movendo para baixo com a onda, até que o flutuador atinja o cavado de onda 152 na posição 172b. Nesse ponto, o cilindro hidráulico é bloqueado, quando a válvula de pressão 178 se fecha iv. Figuras 14-17), sendo que a válvula de duas vias 200 também é fechada e, consequentemente, o flutu-ador move-se horizontalmente para dentro da onda, para a posição 172d por meio da posição 172c. Quando a onda se levanta, pressão é formada na câmara superior 192 do cilindro 128 e no tubo a montante da válvula de pressão 178 (v. 14-17). Na posição 172d, a pressão é suficiente para superar a pressão limite da válvula de pressão 178, que se abre, com o que o fiutuador 124 é deixado mover-se para cima na onda, para a posição 172f por meio da posição 172e. Durante esse movimento, o cilindro hidráulico 123 do flutuador 124 alimenta meio hidráulico ao tubo hidráulico comum 180, com o que uma contribuição de energia é fornecida ao motor hidráulico 182 ou motores 182, 208 210. Na posição 172f, quando a onda que está passando está na iminência de descer, a pressão no tubo de alimentação 178 cai para abaixo do iimite de fechamento da válvula de pressão 178, que se fecha. Assim que a válvula de pressão 178 se fecha, e a váivuia de duas vias 200 se abre, o flutuador 124 é desacoplado do tubo hidráulico comum 180 e a flutuabilidade do flutuador 124 faz com que o mesmo se mova de modo essencialmente vertical para fora da água, para a posição 172g. Quando a onda desce, u flutuador 124 se move paia baixo com a onda para a posição 172h, e o flutuador inicia um novo ciclo na onda seguinte. O flutuador 124 percorre uma distância vertical 188. Da descrição acima da Figura 21, é observado que a contribuição de energia de cada flutuador 124 individual e cilindro associado 128 para o sistema de acionamento hidráulico é conferida durante o movimento vertical do flutuador. A fim de aumentar a potência de energia do ap>arelho de energia de ondas, é desejável, portanto, aumentar a distância de deslocamento vertical do flutuador 124. A parte inferior da Figura 21 representa um trajeto de deslocamento alternativo do flutuador 124 sobre a onda, no qual são tomadas medidas para aumentar a distância vertical percorrida polo flutuador 124. Na posição 174a, o flutuador 124 está descendo no lado a jusante de uma onda. Na posição 174b, o flutuador 124 atingiu o cavado de onda 152. Nesse ponto, o flutuador é forçado para baixo dentro da água, para a posição 174c, e a válvula de pressão 178 e a válvula de duas vias 200 se fecham (v. Figuras 14-17). Quando a pressão a montante da válvula de pressão 170 excede o limite da pressão de fechamento da válvula de pressão 17o, a válvula 173 se abre, e o flutuador 124 se move para a posição 174g, por meio de 174d, 174e e 174f. Na posição 174f, a válvula de pressão 178 se fecha e a válvula de duas vias 202 se abre, e a flutuabilidade do flutuador 124 faz com que o flutuador se mova de modo essencialmente vertical para fora da água, para a posição 174h, da qual o flutuador desce no lado a jusante da onda, para a posição 174i, e o ciclo acima é repetido. Graças ao fato de forcar o flutuador para dentro da água na crista da onda 152, isto é, ua posição 174b para a posição i74c, a distância vertical 170 percorrida pe-io flutuador é significativamente maior do que a distância vertical 168 percorrida em modalidades, nas quais o flutuador não é forçado para baixo para dentro da onda em ou próximo a um cavado de onda, v. a parte superior da Figura 21. Portanto, a contribuição de energia do cilindro 128 de um fiuíua-dor 124 também é significativamente maior com relação ao trajeto da parte inferior da Figura 21 do que com relação ao trajeto da parte superior da Figura 21.

Evidentemente, um ganho líquido em termos de potência de e-nergia total do aparelho de energia de ondas apresenta-se apenas se a e-nergia utilizada para forcar o flutuador 124 para dentro da onda no cavado de onda 152 não for deduzida da potência de energia do aparelho. A Figura 22 mostra uma modalidade modificada do sistema de acionamento hidráulico da Figura 14, que pode acumular energia potencial liberada quando um flutuador 124 se move verticalmente para fora de uma onda em ou próximo a uma crista de onda, isto é, da posição 174g para a posição 174h na parte inferior da Figura 21. Essa energia, que é perdida nas modalidades das Figuras 14-17, é usada para forçar o flutuadòr 124 para dentro da onda.

Mais especificamente, a Figura 22 mostra um diagrama hidráulico com primeiro, segundo, terceiro e quarto acumuladores 216, 218, 220, 222 para forçar os ílutuadores para baixo, sob as ondas em cavados de onda. Além do sistema da Figura 14, o sistema hidráulico da Figura 22, compreende os acumuladores hidráulicos 210, 218, 220, 222, que estão dispostos em uma extremidade dos tubos do acumulador hidráulico 224, 226, 223, 230, que estão ligados ao tubo de alimentação 176 por meio de primeira, segunda, terceira e quarta válvulas de duas vias 232, 234, 236, 238. Quando um flutuadòr tiver passado por uma crista de onda, a válvula de pressão 178 se fecha, tai como descrito acima em conexão com a Figura 14, e o flutuadòr 124 move-se para fora da onda de sua posição submersa na onda. O meio hidráulico, que é desse modo deslocado da parte superior 192 do cilindro, é conduzido aos acumuladores 216, 213, 220, 222 por meio das válvulas 232. 234, 236, 238 e dos tubos de acumulador 224, 226, 228, 230. Ern uma modalidade, as válvulas 232, 234, 236, 238 estão dispostas e controladas de tal modo que a primeira válvula 232 se fecha a uma primeira pressão p1, sendo que pi é mais baixa do que a pressão de operaçao pO no tubo principal 180. A segunda válvula 234 se abre à primeira pressão p1 e fecha-se novamente a uma segunda pressão, mais baixa, p2. A terceira válvula 236 se abre à segunda pressão p2 e fecha-se novamente a uma terceira pressão, mais baixa, ρ·3. A quarta válvula 238 se abre â terceira pressão p3 e fecha-se novamente a uma quarta pressão, mais baixa, ρ4. A uma pressão ainda mais baixa. p5, abre-se a válvula de duas vias 200. A um -cavado de onda, a válvula 200 se fecha, a quarta válvula de duas vias 238 se abre e a pressão no quarto acumulador 222 é utilizada para forçar o flutuadòr para baixo da água. Quando a quarta válvula de duas vias 238 se fecha, a terceira válvula de duas vias 236 se abre, e a pressão no terceiro acumulador 220 é utilizada para forçar o flutuadòr adicionalmente para baixo da água. Depois disso, a terceira válvula de duas vias 236 se fe- cha e a segunda válvula de duas vias 2:?4 se abre, e a pressão no segundo acumulador 218 é utilizada para forçar o fiutuador ainda mais para baixe» da água. Subseqüentemente, a segunda válvula de duas vias 284 se fecha, e a primeira válvula de duas vias 232 se abre, de modo que a pressão no primeiro acumulador 216 é usada para forçar o fiutuador adicionalmente para baixo da superfície da água. Finalmente, a primeira válvula de duas vias 232 se fecha e a válvula de pressão 17o se abre.

Desse modo, é observado que pelo menos uma parte da energia potencial liberada quando o fiutuador 124 se move verticalmente para fora da onda, da posição 174g para a posição 174h (v. a parte inferior da Figura 21) pode ser utilizada para forçar o fiutuador para dentro da água em um ■cavado de onda 152, a fim de aumentar a potência de energia do aparelho de energia de ondas. Conseqüeritemente, o ato de forçar um fiutuador para baixo de um modo descrito acima pode ser considerado como um método para utilizar o potencial de energia iiberado nas cristas de onda, energia essa que de outro modo seria perdida.

Podem estar previstos mais do que quatro acumuladores 216, 218, 220 e 222. Por exemplo, podem estar previstos seis, oito, dez, doze, vinte e até irvssmo mais acumuladores. A Figura 23 mostra, em gerai, uma representação gráfica da a-cumulação de energia em N etapas, por exemplo, em N acumuladores, correspondentes aos acumuladores 216, 218, 220 e 222 da Figura 22. O primeiro eixo indica que o deslocamento vertical do 250 do fiutuador em água, e o segundo eixo indica força F0 252. A área do triângulo sombreada, que cobre metade do diagrama da Figura 23 indica a energia máxima ideai, que está disponível. Porém, a fim de uíiiizar essa energia, o sistema pode compreender um número infinito de etapas, isto é, um número infinito de acumuladores. Em outras palavras, quanto maior tor a diferença de pressão entre duas etapas, tanto maior é a perda de energia para cada etapa. Na Figura 23, a perda de energia é indicada por triângulos 254 sombreados. Cada triângulo indica que o fiutuador é deslocado a uma distância vertical Δ·± A área de cada um dos triângulos pequenos é a metade da altura vezes comprimento.

Portanto, a perda em cada etapa pode ser determinada pela seguinte fórmula: Na qual Fo é a força de excursão quando o flutuador é forçado pela distância d0 sob a água, Ad = d0/N, e N é o número de etapas. A perda total de energia, isto é, a soma dos triângulos pequenos, é definida pela seguinte fórmula: Conseqüentemente, quanto maior o número de etapas N, tanto menor é a perda de energia total. O efeito dos acumuladores descrito acima em conexão com as Figuras 22 e 23 é mostrado na Figura 24, na qual a curva 256 mostra o movimento do flutuador na onda como função do tempo e a curva 253 mostra o formato de uma onda como função do tempo. Existe uma sobreposição parcial das curvas 256 e 253 no lado a jusante, isto é, descendente, de uma onda. Em 260, a válvula de duas vias 200 se fecha (v. Figura 22), enquanto a válvula de pressão 173 também é fechada, e o flutuador é bloqueado. Em 262, o flutuador move-se para fora da onda e fornece energia aos acumuladores 216, 213, 220 e 222. Na Figura 25, a curva 264 mostra a depressão efetiva do flutuador na onda.

Claims

1. Aparelho de energia de ondas, que compreende: - uma pluralidade de braços, cada um dos quais está apoiado rotativamente em uma extremidade por um eixo, e sendo que cada braço sustenta um flutuador em sua outra extremidade, que é oposta à extremidade apoiada, de modo que um movimento transiacional do flutuador, causado por uma onda, resulta em rotação do braço em torno do eixo, - dispositivos de conversão de energia, para converter energia transmitida pela onda aos braços em energia elétrica, sendo que a pluralidade de braços está disposta em uma fileira, de modo que uma onda que está passando peia fileira de braços faz com que os braços girem sucessiva mente em torno do eixo, sendo que os braços estão dispostos a distâncias mútuas, de modo que a passagem de uma onda faz com que os braços girem com uma mudança de fase mútua, sendo que o dispositivo de conversão de energia compreende um sistema de acionamento hidráulico com um motor acionado hidraulicamente, sendo que cada braço está ligado ao sistema de acionamento hidráulico por meio de pelo menos um cilindro hidráulico, que faz com que um meio hidráulico do sistema de acionamento hidráulico seja deslocado para o motor, sendo que os cilindros estão dispostos para deslocar o meio hidráulico para o motor por meio de tubos hidráulicos comuns, caracterizado pelo fato de que cada cilindro está dotado de um sensor para determinar uma posição e/ou uma velocidade de movimento do pistão do cilindro, sendo que o sensor está disposto para transmitir um sinal para uma unidade de controle dos cilindros e válvulas associadas, de modo que a transmissão de energia de cada cilindro individual para as partes restantes do sistema de acionamento hidráulico é controlável individualmente, em resposta ao sinal que representa a posição e/ou velocidade de movimento do pistão do cilindro individual.

2. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 1, no qual a fileira de braços está orientada de tal modo com relação à frente da onda que a fileira forma um ângulo dentro de +/- 60° com relação à fren- te.

3. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual cada um dos braços transmite energia, intermitentemente, ao dispositivo de conversão de energia quando uma onda passa pelo flutuador do braço, sendo que os braços e flutuadores estão dispostos com distâncias mútuas tais que, em qualquer momento, pelo menos dois braços e flutuadores simultaneamente fornecem uma contribuição de energia ao dispositivo de conversão de energia.

4. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a flutuabilidade do flutuador é de pelo menos 10 vezes o seu peso seco.

5. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual o diâmetro do flutuador é de pelo menos 5 vezes sua altura.

6. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a pluralidade de braços compreende pelo menos cinco braços por comprimento de onda das ondas.

7. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a pluralidade de braços compreen- i de peio menus cinco braços que se estendem sobre um comprimento total de 50 - 200 m.

8. Aparelho de energia de ondas de acordo com uma das reivindicações precedentes, no qual os braços e os flutuadores são feitos de um material que tem uma densidade de, no máximo, 1000 kg/nr\ i

9. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 1, no qual, o pelo menos um, cilindro hidráulico de cada braço compreende um cilindro de ação dupla.

10. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 9, no qual o sistema de acionamento hidráulico compreende pelo menos um ) acumulador hidráulico para armazenar energia intermitentemente no sistema de acionamento hidráulico, e no qual o sistema de acionamento hidráulico é controlável para liberar a energia armazenada no acumulador, quando um ftutuador é passado por um cavado de onda» de modo a forçar o flutuador sustentado pelo bmço para dentro da onda,

11, Aparelho de energia de ondas de acordo com as reivindicações 1 e 10f no qual o meio hidráulico é alimentado ao acumulador hidráulico por meio dos tubos hidráulicos comuns,

12, Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer «ma das reivindicações precedentes, no qual o eixo e o dispositivo de conversão de energia sâo apoiados por uma estrutura de apoio, que está ancorada no fundo do mar por melo de uma âncora de sucção ou um apoio gravItBCfcmat

13, Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 12, no qual a estmlura de apoio compreende uma estrutura em treüça, e no qual a âncora de sucção está disposta em um primeiro ponto nodal da estrutura de treiiça.

14, Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 13, no qual o, polo menos um, braço está apoiado pela estrutura de frelíça em um segundo ponto roda! da mesma,

15, Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 14, no qual o segundo ponto nodal está disposto no topo de uma subestttrty-ra triangular da estrutura de trelsça, e no qual a subestrutura triangular define dois vértices no fundo tio mart com uma âncora em cada um tios cantos.

16, Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 15, no qual a estrutura de treiiça compreende uma subôstrutura poligonal, preferivelmente, uma subestmtura retangular, disposta acima da subestrutu-ra triangular.

17, Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, no qual a estrutura de apoio compreende um lastro, para proporcionar uma força descendente sobre a estrutura de apoio, sendo que o lastro está disposto acima do nível do mar.

18, Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 17, no qual o lastro compreende pelo menos um tanque de lastro ou recipiente de lastro.

19. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, no qual o braço está ligado ao eixo em pelo menos dois pontos 30 longo do eixo, que estão deslocados de um eixo central do braço e, sendc* que o eixo está apoiado rotativamente por uma estrutura de apoio fixa, que compreende dois mancais dispostos para neutralizar forças radicais e axiais.

20. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 19, no qual os mancais são pretensionados em uma direção axial.

21. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 19 ou 20, que compreende uma pluralidade de braços e uma pluralidade de eixos, de modo que cada braço é apoiado por seu próprio eixo, sendo que cada braço está ligado ao seu próprio eixo em pelo menos dois pontos ao longo do eixo, que estão deslocados cie um eixo central do braço, sendo que cada eixo está apoiado rotativamente pela estrutura de apoio fixa por dois mancais dispostos para neutralizar forças radiais e axiais.

22. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 21, no qual cada um dos mancais compreende um anel ou cilindro interno e externo, sendo que o anel interno está fixado em um eixo rotativo do braço, e o anel externo está fixado em um apoio fixo, sendo que o mancai compreende, ainda, um material flexível entre o anel interno e o externo.

23. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 22, no qual o material flexível compreende pelo menos uma cavidade ou perfuração.

24. Aparelho de energia de ondas de acordo com a reivindicação 22 ou 23, no qual o material flexível compreende pelo menos um elemento de mola, tal como uma mola chata.

25. Aparelho de energia de ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que compreende, ainda, um sistema de elevação hidráulico para levantar o flutuador para fora do oceano e para bloquear o flutuador em uma posição superior acima da superfície do oceano.

26. Aparelho de energia de ondas de acordo com as reivindicações 9 e 25, no qual o cilindro de ação dupla faz parte do sistema de eleva- ção hidráulico, de modo que o cilindro é controlável para levantar o fíutuador para fora do oceano.