BRPI0712460A2 - dispositivo para converter energia de ondas - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA CONVERTER ENERGIA DE ONDAS. A presente invenção refere-se a um dispositivo para absorção de energia de ondas que compreende um corpo flutuante (2) adaptado para mover como resultado da influência de ondas e dispositivo de transmissão de energia (9, 10, 13, 14, 15, 16, 7, 36, 42) para transmitir o movimento do corpo flutuante (2) para um gerador, caracterizado pelo fato de o corpo flutuante (2) ser arranjado de maneira móvel sobre uma haste guia (1) que é suportada de maneira flexível em uma estrutura (4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA CONVERTER ENERGIA DE ONDAS".

A presente invenção é refere-se a um dispositivo para absorção de energia de ondas de acordo com a introdução reivindicação 1 a seguir.

Tal dispositivo é conhecido dos Requerentes do Pedido de Pa- tente Norueguês Número 20032883. Neste Pedido é descrito um dispositivo para utilização em um gerador energizado por ondas. O dispositivo compre- ende um corpo flutuante adaptado para flutuar na ou junto à superfície da água. Uma biela se estende desde o corpo flutuante até o cilindro que, por sua vez, é preso a uma fixação. Esta fixação é colocada em um flutuante.

Adicionalmente, dos Requerentes possuidores do Pedido PCT WO 2004/113718 é conhecida uma construção de plataforma equipada com dispositivos para absorção de energia de ondas do tipo mencionado acima. Este Pedido é aqui com isto incorporado para referência. A construção da plataforma consiste, genericamente, de uma plataforma acima da água e um número de, por exemplo quatro, pernas que se estendem para baixo na á- gua, e que têm flutuação suficiente para manter a plataforma estável acima da água.

Uma plataforma de teste ("Buldra") de acordo com os princípios na figura 10 da WO 2004/113718 foi construída na última metade de 2004 e foi utilizada pela primeira vez em fevereiro de 2005. Ela entrou em trabalho de maneira satisfatória. Trabalhos foram feitos em diversos melhoramentos do dispositivo que absorve energia de ondas e na própria construção da pla- taforma com base em resultados de teste que são produzidos pelo teste de "Buldra". A presente invenção é relativa a alguns destes melhoramentos e é orientada de maneira particular para o dispositivo de transmissão de energia.

Uma outra solução conhecida para geradores energizados por ondas está divulgada na U.S. 6.256.987 e onde um número de unidades co- locadas em um fundo de água rasa estão descritas.

Cada unidade compreende uma coifa adaptada para mover ver- ticalmente em relação a uma estrutura. O interior da coifa é cheio com gás. Quando ondas passam sobre a unidade a coifa irá mover para cima e para abaixo de acordo com as ondas, isto é, a coifa move para cima quando um cavado de onda passa e irá mover para baixo quando passa uma crista de onda. A parte inferior da unidade é cheia com água. Este volume de água pode ser variado e suprimir gás, de modo que o volume de gás, e com isto a freqüência ressonante pode ser adaptada à freqüência da onda.

A desvantagem máxima desta solução é que ela deve ser colo- cada no fundo do mar. Com isto torna-se difícil o acesso a unidades para manutenção e reparo. As unidades devem, em adição, ser colocadas em águas rasas e irão, portanto, constituir perigo para navios e áreas de pesca.

É um objetivo da presente invenção evitar os problemas de fixa- ção que existem quando uma haste móvel pesada deve ser suportada de maneira móvel em uma estrutura tal como, por exemplo, mostrada nas figu- ras 1a e 1b na WO 2004/113718. Isto é conseguido arranjando o corpo flu- tuante móvel em uma haste guia, cuja haste guia é suportada de maneira flexível na estrutura.

É ainda um objetivo adicional da presente invenção ser capaz de utilizar forças horizontais de ondas. Isto é conseguido pela haste guia ser ligada a dispositivos de absorção de energia adaptados para absorver forças horizontais a partir da haste guia.

Modalidades preferenciais adicionais da invenção estão divulga- das em mais detalhe nas reivindicações dependentes.

A invenção será descrita em mais detalhe abaixo com referência ao exemplo de modalidade mostrado nos desenhos anexos, onde:

a figura 1 mostra um dispositivo de absorção de ondas de acor- do com a invenção,

a figura 2 mostra um corpo flutuante modificado, e

a figura 3 mostra o corpo flutuante na figura 2 visto de baixo.

A figura 4 mostra uma modalidade alternativa da presente inven- ção.

A figura 5 mostra um dispositivo de absorção de ondas na figura

4 quando uma crista de onda está passando,

a figura 6 mostra um dispositivo de absorção de onda na figura 4 quando um cavado de onda está passando.

A figura 7 mostra um segmento dos dispositivos de transmissão de energia na figura 4.

A figura 8 mostra uma construção da plataforma que compreen- de inúmeros dispositivos de absorção de energia de ondas, e

a figura 9 mostra um segmento das pernas da construção da plataforma com um dispositivo secundário de absorção de energia.

A figura 1 mostra um dispositivo de absorção de energia de on- das de acordo com a invenção. Ele compreende uma haste guia 1 ao longo da qual um corpo flutuante 2 pode mover. A haste guia 1 é um corpo forma- do em tubo que em sua extremidade superior é preso a um convés (plata- forma) superior 3. A haste guia 1 se estende com um certo espaçamento através de um convés inferior 4. Quatro cilindros horizontais 5 são fixados entre o convés inferior 4 e a haste guia 1. Os cilindros 5 permanecem verti- cais em um ângulo reto um com o outro. Com isto os cilindros horizontais 5 podem assumir forças laterais quando a haste guia 1 é influenciada pelas ondas. Estas forças laterais geram pressão hidráulica nos cilindros horizon- tais 5, que pode ser transformada em energia elétrica por meio de um gera- dor não mostrado.

Um primeiro suporte 6 é arranjado na extremidade superior do corpo flutuante 2. Duas hastes lineares 7 são ligadas ao suporte. As hastes lineares 7 são ligadas a um segundo suporte 8 em suas extremidade superi- ores. O segundo suporte 8 é deslizante sobre a haste guia 1. O segundo suporte 8 é conectado a duas correias de acionamento 9, 10, uma de cada lado. As correias de acionamento 9, 10 são conduzidas sobre respectivo ro- Iete inferior (omstyrningsruller (rolete de alinhamento?)) e respectivo rolete superior de re-controle 12a e 12b.

De cada lado dos roletes superiores de re-controle 12, sistemas de engrenagem 13, 14, 15, 16 são arranjados com os roletes de re-controle ligados. Os sistemas de engrenagem 13, 14, 15, 16 são presos a roletes de ajuda 17, 18. Os sistemas de engrenagem 13, 14, 15, 16 são configuradas para transferir a rotação dos roletes de re-controle 12a, 12b para uma rota- ção na mesma direção, independente da direção de rotação dos roletes de re-controle 12a, 12b. Isto é feito pelo que quando o corpo flutuante 2 está movendo para baixo a rotação do rolete de re-controle 12a, que está aconte- cendo na direção horária, é transferida para o sistema de engrenagem 13 e conduzido para a votação do rolete de ajuda na direção horária. Em adição, a rotação do rolete de re-controle 12,b que será na direção anti-horária é transferido através do sistema de engrenagem 15 para o rolete de ajuda 18 e conduz a rotação deste na direção anti-horária. Os sistemas de engrena- gem 14 e 16 irão funcionar então como uma roda livre e não transferir qual- quer rotação.

Quando o corpo flutuante está movendo para cima, a rotação a partir do rolete de re-controle do 12a irá, a qual será agora na direção anti- horária, transferida através do sistema de engrenagem 16 para uma rotação na direção anti-horária pelo rolete de ajuda 18. A rotação do rolete de re- controle 12b, que está agora girando na direção horária, será transferida por meio do sistema de engrenagem 14 para uma rotação na direção horária pelo rolete de ajuda 17. Os sistemas de engrenagem 13 e 15 e irão agora operar como rodas livres.

Desta maneira o rolete de ajuda 17 irá girar na direção horária todo o tempo e o rolete de ajuda 18 na direção anti-horária. Arranjando um volante (não mostrado) nos sistemas de engrenagem ou nos roletes de aju- da pode-se fazer com que os roletes de ajuda 17, 18 girem com velocidade aproximadamente constante, mesmo que o suprimento de energia aconteça de maneira intermitente. A carga nas correias de acionamento será simétrica pela configuração mencionada acima.

A energia de rotação dos roletes de ajuda 17, 18 pode ser retira- da em um eixo não mostrado a partir de cada um dos roletes de ajuda 17, 18. O eixo pode ser conectado a um gerador elétrico.

Os roletes de re-controle inferiores 11 são preferivelmente arran- jados em um suporte móvel horizontal e conectados à haste guia 1.

Quando o corpo flutuante 2 está movendo, por exemplo para cima, como resultado de influência de uma crista de onda, o corpo 2 será mantido pelo que os geradores são expostos a uma carga que constitui da ordem de 10% menor do que a força direcionada para cima das cristas de onda. Com isto o corpo flutuante 2 será mantido mais submerso na água do que poderia requerer a flutuação e a força que atua contra o corpo 2 irá, por- tanto, aumentar.

Da mesma maneira o corpo flutuante 2 também pode ser manti- do pelo movimento direcionado para baixo com uma força da ordem de 10% menor do que os pesos efetivos do corpo 2 (gravidade menos flutuação).

Na WO 2004/113718 mencionada acima, é descrito em detalhe como tal ligação de um corpo flutuante pode ser feita a um sistema hidráuli- co. Contudo, no sistema hidráulico descrito aqui, o corpo flutuante será man- tido completamente parado sob partes do movimento de onda. Contudo, com um sistema elétrico é mais simples controlar a força com a qual o corpo flutuante é mantido. Alguém versado na técnica do controle atual irá enten- der imediatamente como isto poderia ser feito.

Na figura 1 o corpo flutuante é conformado com uma parte infe- rior que tem um diâmetro gradualmente afunilado contra a extremidade infe- rior 19. Esta forma faz com que o corpo flutuante deixe a água ir mais facil- mente se ele está movendo completamente para fora d'água e corta mais facilmente para baixo na água quando ele se move de volta novamente para a água.

----- A figura 2 mostr-a-um corpo flutuante alternativo 2. Este corpo

flutuante 2 é equipado com aletas verticais 20 que se estendem ao longo da superfície do corpo flutuante 2 desde o topo até o fundo. Na figura 2 oito ale- tas estão mostradas se estendendo ortogonais a partir do corpo flutuante 2, porém o número pode ser diferente deste. A largura das aletas medida des- de a superfície do corpo flutuante 2 até a aresta a mais externa das aletas também pode ser variada. Contudo, a dimensão das aletas será limitada pe- lo peso, uma vez que as aletas não proporcionam flutuação líquida (saldo de flutuação) ao corpo flutuante e portanto não deveriam compreender uma par- te muito grande do peso.

A função das aletas 20 é capturar forças horizontais a partir das ondas que atuam contra o corpo flutuante. Descobriu-se que as forças hori- zontais de ondas podem conter duas vezes mais energia do que as forças verticais de ondas. Portanto, é um objetivo da modalidade de acordo com a figura 2 coletar uma parte maior destas forças. Uma vez que as aletas 20 permanecem em diversas direções a partir do corpo flutuante 2 as ondas irão encontrar aproximadamente a mesma área independentemente de que direção têm as ondas.

Como visto na figura 3, as aletas 20 têm superfícies laterais in- clinadas 21, 22 que funcionam para desviar o fluxo de água e para reduzir turbulência. Com isto também iremos reduzir a influência da perda de força a partir das ondas que surge devido à turbulência.

As forças horizontais de ondas são transferidas do corpo flutuan- te 2 para a haste guia 1. Uma vez que a haste 1 é deixada mover ligeiramen- te horizontal (aproximadamente 100 mm medidos no convés inferior 4) as forças serão ainda transferidas para cilindros horizontais 5. Daí, energia hi- dráulica pode ser retirada, a qual por sua vez pode ser convertido para ener- gia elétrica.

As forças verticais de ondas são transferidas do copo flutuante para as hastes lineares 7 que movem junto com o corpo flutuante. Uma vez que as hastes lineares 7 são conectadas às correias de acionamento 9, 10 por meio dos suporte superior 9, as forças verticais são transferidas ainda para as correias acionadoras 9—10 e destas para os sistemas de-engrena- gem 13, 14, 15 e 16. Como mencionado acima, energia de rotação pode ser coletada do sistema de engrenagens, que por sua vez ser convertida para energia elétrica. O sistema de engrenagens tem uma troca que aumenta a velocidade de rotação para uma velocidade que é ótima para o gerador elé- trico a seguir.

Correntes, arames, tiras ou outros dispositivos de acionamento estendidos flexíveis também podem ser utilizados ao invés de correias de acionamento.

Para evitar a transferência de grandes voltagens a partir da has- te guia 1 para o convés superior 3, a haste guia 1 é preferivelmente suspen- sa flexível no convés superior 3, por exemplo, por uma camada esférica (não mostrado). Atravessando o convés inferior 4 pode ser instalado um material de amortecimento elástico que é absorve as forças a partir da haste guia 1 se o movimento se torna tão grande que os cilindros horizontais 5 não são capazes de absorver todas as forças. O mesmo é válido para as hastes line- ares 7 quando elas atravessam o convés inferior 4, onde também pode ser instalado um material de amortecimento elástico.

Em uma modalidade alternativa, não mostrada na figura, as cor- reias acionadoras 9, 10 e os sistemas de engrenagens 13, 14, 15, 16 podem ser substituídos por geradores lineares conectados diretamente às hastes lineares 7, pelo que os estatores são conectados ao convés superior 3 e os rodadores lineares (em inglês também chamados "movimentadores') são ligados às hastes lineares e 7. Os geradores lineares podem transferir a e- nergia cinética linear diretamente para energia elétrica.

Geradores lineares aqui também são utilizados ao invés de cilin- dros horizontais hidráulicos 5.

É preferivelmente arranjado que o corpo flutuante 2 seja trazido completamente fora da água sob movimento vertical. Com isto a haste guia 1 irá endireitar até a posição vertical devido à gravidade, de modo que mes- mo embora as forças laterais de ondas somente atuem em uma direção, a haste guia 1 não estará pendurada na lateral.

A figura 4 mostra uma modalidade alternativa da invenção. Aqui existe um conjunto extra de hastes lineares 30 que se estendem através de um túnel no corpo flutuante 2 e são conectadas com um suporte 31. O su- porte 31 é por sua vez conectado com um vaso na forma de um cilindro 32 fechado em sua extremidade superior e aberto em sua extremidade inferior. O cilindro 32 é deslizante sobre a haste guia 1.

O cilindro 32 é parcialmente cheio com água, de modo que a parte superior do cilindro 32 junto ao topo fechado é cheio com ar. Este cilin- dro 32 irá mover em anti-fase com o corpo flutuante 2 quando o dispositivo é colocado nas ondas. A figura 5 mostra o dispositivo quando ele é passado por uma crista da onda. O corpo flutuante 2 é forçado para cima pela crista da onda. Ao mesmo tempo a pressão que atua sobre o ar no cilindro 32 irá aumentar, de modo que mais água escoa através da extremidade aberta inferior do cilindro 32. Com isto o peso do cilindro 32 irá aumentar e o cilin- dro irá afundar na água. A figura 6 mostra ó dispositivo quando ele é passa- do por uma cavado de ondas. Neste caso a profundidade de mergulho para baixo do cilindro será reduzida. Com isto o ar no cilindro irá pressionar para fora água a partir do cilindro e reduzir o peso do cilindro, de modo que ele sobe na água. O princípio com isto é o mesmo que é utilizado para fazer com que a coifa mova em degrau com as ondas de acordo com a U.S. 6.256.985.

A figura 7 mostra um detalhe de um dispositivo alternativo de transmissão de energia. Este difere da modalidade na figura 1 pelo fato de as hastes lineares 7 serem conduzidas sempre para cima através do convés superior 3. Isto também com as hastes lineares 30 que são conectadas ao cilindro 32. Dois geradores 33, 34 são colocados no convés superior 3. O primeiro gerador 33 é ligado às hastes lineares 30 por meio de um eixo 35 no qual duas rodas 36, 37 são arranjadas, as quais se colocam contra uma respectiva das hastes lineares 30. Uma roda suporte respectiva 38, 39 é ar- ranjada do lado oposto ao das hastes lineares 30.

O segundo gerador 34 é ligado às hastes lineares 7 por meio de um eixo 40 sobre o qual duas rodas 41, 42 que se inclinam contra uma das respectivas hastes lineares 7 são arranjadas. Uma respectiva roda suporte 43, 44 é arranjada do lado oposto ao das hastes lineares 7.

Cada um dos geradores será estabelecido em rotação na dire- ção horária quando o corpo flutuante 2 respectivamente cilindro 30, se move para baixo e na direção anti-horária quando o corpo flutuante, respectiva- mente cilindro 30, se move para cima. É com isto gerada uma corrente elé- trica de cada um dos geradores que alternam com o período da onda. Por meio de técnica de controle de potência convencional esta corrente alterna- da pode ser transformada em corrente contínua ou corrente alternada com uma freqüência fixada.

A fixação anteriormente descrita do corpo flutuante e possível- mente também do cilindro 32 pode ser realizada de maneira muito simples por meio dos geradores 33 e 34. Este pode ser assegurado contra sobrecar- ga pelos componentes pelo fato de as rodas 36-38 e 41-44 serem deixadas deslizar no sentido das hastes lineares 7, 39 se as forças excederem certos valores.

Os corpos flutuantes 2 são preferivelmente produzidos de um material borracha ou um material plástico como borracha que é leve e ao mesmo tempo manipula uma certa quantidade choques. Para isto pode-se utilizar um mesmo material utilizado em pára-choques. O cilindro 32 pode ser produzido em aço ou concreto. O cilindro 32 deveria ter uma flutuação neutra quando ele está metade cheio com água respectivamente ar/gás quando não há ondas.

A figura 8 mostra uma construção da plataforma 50 que utiliza diversos dispositivos de absorção de onda de acordo com as figuras 5 e 6. Em princípio a própria construção da plataforma é a mesma como divulgada na W0/2004/113718, particularmente a figura 9, onde os dispositivos de ab- sorção de energia de onda são ligados a uma construção de convés 51 que compreende 2 conveses 3 e 4 de acordo com os conveses 3 e 4 no que pre- cede. Em cada um dos cantos das construções de convés 51 é ligada uma perna 52, que é cheia de ar para fornecer flutuação.

As pernas 52 são conectadas uma com a outra por uma estrutu- ra 53 em sua extremidade inferior. A estrutura-é também projetada para compreender um controle para as hastes guia 1 dos dispositivos de absor- ção de energia de onda. O dispositivo amortecedor 56 é arranjado nas ex- tremidades inferiores das pernas 52, o qual pode ser conformado da mesma maneira como descrito na W0/2004/113718

Um dispositivo secundário de absorção de energia de onda 54 é arranjado aproximadamente no meio de cada perna 52. Este consiste de uma roda de lâminas 55 suportada de maneira rotativa na perna 52. As Ia- minas da roda de lâminas 55 podem ser encurvadas como mostrado na figu- ra 8. Tal dispositivo de absorção de energia de onda 54 irá absorver a ener- gia das ondas independentemente de que direção elas têm. Para transmitir ainda mais a energia, a roda de lâmina 55 pode estar em conexão com o rolete, ou similar, colocado entre a roda de lâmina 55 e a perna 52 onde os roletes por sua vez estão em conexão com um gerador.

A figura 9 mostra uma modalidade alternativa da roda de lâmi- nas 55. Nesta modalidade a roda de lâminas 55 tem lâminas retas 57 que, contudo, são encurvadas de través ao eixo de comprimento. As lâminas 57 são fixadas entre 2 anéis 58 e 59 em uma extensão de eixo 60 em cada ex- tremidade do lado longo interno da lâmina 57. Um pino 61 é arranjado em cada extremidade do lado longo externo da lamina 57 que é conduzido em uma trilha 62. Com isto a lâmina pode oscilar de uma posição como mostra- do pela lamina 57a onde a lamina permanece fora da perna 52, até uma po- sição mostrada pela lamina 57b onde a lamina se situa aproximadamente paralela à superfície da perna 52. No exemplo mostrado na figura 8, a dire- ção da onda é mostrada pela seta 63. As lâminas 57 localizadas à direita da perna (visto na direção da seta 63) irão então se situar fora, de modo que ela se estende para fora da perna 52, enquanto as laminas 57 localizadas à es- querda da perna 52 (visto na direção da seta 63) irão se situar aproximada- mente paralelas à superfície da perna 52. Assim a resistência destas lami- nas será reduzida. A roda de Iaminas 55 irá com isto girar na direção anti- horária (visto de cima) independentemente da direção de escoamento.

A roda de lâminas 55 é suportada em um número de roletes 64 que por sua vez são suportados de maneira rotativa em suportes 65 ligados à perna 52. Um gerador não mostrado pode estar arranjado em conexão com cada rolete 64.

Claims (13)

1. Dispositivo para absorção de energia de ondas que compre- ende um corpo flutuante adaptado para mover como resultado da influência de ondas e dispositivo de transmissão de energia que transmite o movimen- to do corpo flutuante para um gerador, caracterizado pelo fato de o corpo flutuante ser arranjado de maneira móvel sobre uma haste guia cuja haste guia é suportada de maneira flexível sobre uma estrutura (4).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a haste guia ser conectada a dispositivos de absorção de ener- gia adaptados para absorver forças horizontais a partir da haste guia.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o dispositivo de absorção de energia serem cilindros hidráulicos que se estendem substancialmente horizontais a partir de lados diferentes ao longo da circunferência da haste guia.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracteriza- do pelo fato de compreender um material amortecedor elástico adaptado para absorver forças a partir da haste guia que excedem as forças que os dispositivos de absorção de energia são capazes de absorver.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, 3 ou 4, caracteri- zado pelo fato de o corpo flutuante ser equipado com aletas que aumentam a área frontal do corpo flutuante no sentido de forças horizontais de ondas.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de as aletas se estenderem substancialmente verticais e permane- cerem de lados diferentes ao longo da circunferência do corpo flutuante de modo que a área frontal do corpo flutuante no sentido de forças horizontais se tornar aproximadamente igualmente independente da direção de movi- mento horizontal das ondas.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de o corpo flutuante ter diâmetro afunilado para baixo e preferivelmente terminar em uma ponta.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de compreender um vaso com uma extremidade superior fechada e uma extremidade inferior aberta, cujo vaso é adaptado para ser parcialmente cheio com gás.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o vaso ser arranjado de maneira móvel sobre a haste guia abai- xo do corpo flutuante.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a haste guia em sua extremidade superior ser suspensa em uma construção da plataforma cuja construção da plataforma compreende no mínimo um convés e um número de pernas.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de uma roda de lâminas rotativas ser arranjada ao redor de no mí- nimo uma das pernas.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de as lâminas da roda de lâminas serem suportadas de modo que elas podem girar ao redor de seu eixo de comprimento desde uma primeira posição onde elas permanecem para fora da perna e uma segunda posição onde elas se situam aproximadamente paralelas à superfície da perna quan- do elas são influenciadas pelo escoamento de água.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracte- rizado pelo fato de a roda de lâminas ser suportada sobre roletes que são arranjados sobre a perna.