ES1280803U - Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica, caracterizado por que comprende un recipiente (1) cerrado con una primera electroválvula (4) de desagüe y una segunda electroválvula (5) de paso desde una fuente de fluido (6), teniendo el recipiente (1) una pared (9) con al menos una membrana o émbolo (7, 15) en móvil entre una posición de reposo y una posición activa en que presiona sobre al menos un elemento piezoeléctrico (8) conectado a un condensador o batería, y por que posee un sistema de control de carga (12) de apertura y cierre de las electroválvulas (4, 5).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo de la generación de energía eléctrica. Específicamente con las instalaciones, aparatos, dispositivos, etc., empleados para generar electricidad aprovechando la incompresibilidad del agua u otro fluido incompresible y la energía eléctrica que se produce al comprimir un material piezoeléctrico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad se conocen diversas soluciones de generación piezoeléctrica para producir energía al convertir la energía potencial de los elementos piezoeléctricos en energía eléctrica mediante la presión de dichos elementos. A continuación se muestran varias solicitudes de patente relacionadas con el tema.

KR20100096225 (Nokia Corp): Dispositivo con un lente y un elemento piezoeléctrico configurado para doblarse como respuesta a la aplicación de un voltaje.

KR20100097112 (Konica Minolta Opto INC): Actuador piezoeléctrico, dispositivo de guía, dispositivo de posicionamiento y módulo láser.

KR100984159 (Kyungwon Ferrite Ind Co Ltd): Método de fabricación de un sensor piezoeléctrico con forma de bola.

-En Israel, ingenieros del centro tecnológico Innowattech han creado un nuevo tipo de material para carreteras basado en cristales piezoeléctricos.

-Científicos del Instituto de Tecnología de Georgia han logrado captar la energía del entorno convirtiendo en electricidad vibraciones de baja frecuencia como los movimientos del cuerpo, del latido del corazón o del viento.

-Se ha creado una plantilla que colocada en el calzado aprovecha la fuerza de cada paso para generar energía.

-En el metro de Japón la empresa East Japan Railway ha instalado un pavimento piezoeléctrico en el paso de los torniquetes y puertas de entrada al Metro.

-En Róterdam se encuentra la primera discoteca sostenible que utiliza el sistema de cristales piezoeléctricos bajo su pista.

Las soluciones conocidas comentadas anteriormente tienen la desventaja o bien de producir poca energía eléctrica o bien de necesitar el paso y el peso de personas y vehículos para producir dicha energía gracias a los elementos piezoeléctricos.

Por tal razón se requiere diseñar de forma sencilla y económica un dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica que logre superar los anteriores inconvenientes y desventajas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con un dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica.

El dispositivo se basa por una parte en la propiedad de algunos materiales (por ejemplo el cristal de cuarzo) que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. También se basa en la incompresibilidad de algunos fluidos como el agua y el Principio de Pascal sobre la presión hidrostática.

El clásico ejemplo que ilustra el principio de Pascal sirve perfectamente para entender el funcionamiento de la invención: una esfera hueca perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

Otros ejemplos incluyen émbolos adicionales en cada agujero para ilustrar que cada uno de ellos recibe la misma presión y por tanto empuja con la misma fuerza que el principal.

Si se añade un elemento piezoeléctrico (o dos enfrentados con un separador semirrígido que haga las veces de doble pulsador) entre cada émbolo adicional y una chapa fija indeformable tocando sin presionar o separada mínimamente del depósito cerrado, al presionar el émbolo principal todos los elementos piezoeléctricos serán presionados con la misma fuerza gracias a los émbolos adicionales. Si fuera necesario la chapa podría llevar resaltes que acercaran los elementos piezoeléctricos a los émbolos. Al dejar de presionar el émbolo principal volverá a su posición inicial presionado a su vez por los émbolos adicionales. Al ir repitiendo la operación, los elementos piezoeléctricos serán “pulsados” a intervalos, produciendo electricidad gracias al efecto piezoeléctrico.

Utilizando por ejemplo la presión del agua del grifo, una electroválvula de paso y otra de desagüe y un circuito temporizador de control para abrir y cerrar dichas válvulas, se consigue con una mínima cantidad de agua cada vez, que la presión en el grifo pase a todos los puntos del recipiente presionando a intervalos todos los elementos piezoeléctricos a través de los émbolos adicionales y produciendo tanta electricidad como la suma de la producida por los elementos piezoeléctricos.

En el conducto de desagüe se instala preferiblemente una turbina hidroeléctrica para aprovechar la presión de salida del agua. El depósito de desagüe irá acumulando el agua utilizada para hacer funcionar el dispositivo, pudiendo reutilizarse fácilmente en éste u otro uso.

Lo revolucionario de la invención es que una misma presión de entrada puede ser replicada tantas veces como se desee, y por tanto se pueden presionar tantos elementos piezoeléctricos como sean necesarios, Basta con ampliar la superficie del recipiente que recibirá la presión. Dicho recipiente puede tener la forma que se desee y llevar émbolos en todas o parte de sus caras. Basta con que se pueda rellenar completamente de fluido incompresible para que la presión sea transmitida a todos los puntos del recipiente. Por ejemplo, puede ser estrecho y amplio para ser instalado en fachadas, techos, suelos y paredes tanto de edificios como de todo tipo de vehículos (tierra, mar y aire), por ejemplo para aprovechar la bajada del agua de lluvia.

La invención también puede ser aplicada en otros entornos, asociadas a cualquier desarrollo con este tipo de tecnología piezoeléctrica, para mejorar el funcionamiento de esos desarrollos. Por ejemplo, los citados en las patentes anteriores.

La energía producida irá en función de los elementos piezoeléctricos que se incorporen, conectando las salidas a condensadores o baterías que irán recolectando la electricidad transmitida en cada intervalo. Estos condensadores o baterías se dispondrán en serie o paralelo para suministrar esa energía al punto de utilización.

Al estar los émbolos tan próximos a los elementos piezoeléctricos, o directamente en contacto pero sin presionarlos, con un pequeño recorrido del émbolo principal o mayor conseguimos que el fluido incompresible presione y desplace una gran cantidad de émbolos adicionales que a su vez presionarán los elementos piezoeléctricos.

En vez de émbolos se pueden utilizar membranas impermeables deformables para presionar los elementos piezoeléctricos, lo que más convenga en cada caso. También se puede utilizar una membrana impermeable deformable para separar dos tipos distintos de fluidos incompresibles como por ejemplo agua y aceite en un recipiente y un recipiente auxiliar, la presión seguirá siendo transmitida y el uso de aceite podría impedir futuras evaporaciones y oxidaciones.

Si se quiere aumentar la presión en los elementos piezoeléctricos con respecto a la presión de entrada se aumenta la superficie de los émbolos adicionales. Según el principio de Pascal esto producirá una multiplicación de la fuerza en dichos émbolos. Aumentando también el tamaño de los elementos piezoeléctricos se consigue producir más electricidad por unidad.

También se puede construir una especie de prensa hidráulica (de una o dos caras) que llevará en su émbolo mayor una plancha rígida con pulsadores semirrígidos. Los pulsadores semirrígidos se pueden sustituir por elementos piezoeléctricos enfrentados, dos a dos, con un separador semirrígido intermedio que haga las veces de doble pulsador al presionar ambos elementos. Este dispositivo irá fijado y confinado entre una o dos planchas fijas e indeformables con el objetivo de que cada vez que se le transmita presión la multiplique empujando la o las planchas móviles contra las planchas fijas y consiguiendo que los elementos piezoeléctricos sean pulsados a intervalos.

Se logra la generación de energía eléctrica limpia de la manera más eficaz y eficiente, simplificando técnicamente el dispositivo lo cual posibilita la fabricación de dispositivos de diferentes tamaños y formas ya sean fijos o móviles para el suministro directo o la carga de baterías. También se posibilita la generación de energía eléctrica para el autoconsumo y la venta del excedente eléctrico, cuyo incremento es uno de los objetivos de la Ley de Transición Energética dentro de la Agenda 2030.

En resumen, el dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica comprende un recipiente cerrado con una primera electroválvula de desagüe y una segunda electroválvula de paso desde una fuente de fluido, como puede ser un grifo o cualquier mecanismo, alimentado opcionalmente con energía renovable, que pueda mover un émbolo y aplicar presión a intervalos sobre el fluido incompresible del recipiente, por ejemplo, motor/eje excéntrico/ biela/émbolo.

El recipiente tiene una pared con al menos una membrana o émbolo móvil entre una posición de reposo y una posición activa en que presiona sobre al menos un elemento piezoeléctrico conectado a un condensador o batería. Un sistema de control de carga revisa y controla la apertura y cierre de las electroválvulas.

Una segunda realización comprende un recipiente auxiliar conectado con el recipiente por una membrana y que comprende un émbolo mayor con una serie de pulsadores enfrentados a los elementos piezoeléctricos. Este émbolo mayor también puede ser aplicado en la realización primera.

Se ha de considerar que esta solución es la más simple, pudiéndose disponer una serie de recipientes, cada uno con sus accesorios, en serie o paralelo. Las electroválvulas podrían ser comunes, ya sea derivando el fluido de forma alternativa a uno u otro circuito o en paralelo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Se complementa la presente memoria descriptiva con un juego de figuras ilustrativas del ejemplo preferente, nunca limitativo, de la invención.

La figura 1 representa un esquema de una primera realización del dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica.

La figura 2 representa un esquema de una segunda realización del dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica.

Como se muestra en la realización de la figura 1, el dispositivo comprende un recipiente (1) cerrado y aislado, lleno de fluido incompresible como agua, un depósito de desagüe (2) conectado al recipiente (1) por un conducto (3) a través de una primera electroválvula (4) de desagüe. El recipiente (1) a su vez está conectado con una segunda electroválvula (5) de entrada que recibe el líquido de una fuente de fluido (6), como puede ser un grifo. Se aprecia que las electroválvulas (4,5) se han representado juntas pero pueden estar separadas.

El dispositivo también comprende unos émbolos (7) o membranas impermeables deformables acoplados al recipiente (1) en una pared (9) exterior rígida así como unos elementos piezoeléctricos (8) conectados a unas baterías o condensadores que pueden formar parte de una bancada.

El conducto (3) puede contar con una turbina (10) para recuperar el resto del trabajo produciendo electricidad.

Por último, esta realización del dispositivo comprende una canaleta (11) que protege el cableado procedente de los elementos piezoeléctricos (8) hacia un sistema de control de carga (12) con temporizador. Este sistema de control de carga (12) activa las diferentes electroválvulas (4,5).

En un primer momento la segunda electroválvula (5) está cerrada reteniendo el líquido de la fuente de fluido (6) y la primera electroválvula (4) también está cerrada. Cuando se activa el sistema de control de carga (12), la segunda electroválvula (5) se abre permitiendo el paso del agua a la entrada del recipiente (1) transmitiendo toda la presión del líquido a la totalidad del interior del recipiente (1) y presionando los émbolos (7) que a su vez presionan los elementos piezoeléctricos (8) que están fijados a la pared (9). Los elementos piezoeléctricos (8) producen así una corriente por la diferencia de potencial creada que es aprovechada en condensadores o baterías.

El sistema de control de carga (12) cuenta con un temporizador que en el intervalo programado mandará la siguiente señal a las electroválvulas (4,5), cerrando la segunda electroválvula (5) y abriendo la primera electroválvula (4) para vaciar el contenido del conducto y producir el movimiento de retroceso de los émbolos (7). El líquido pasa a través del conducto (3) activando la turbina (10) y siguiendo su camino a un depósito de desagüe (2), a evacuación... u otros usos. La electricidad producida por la turbina (10) podrá ser recuperada gracias al sistema de control de carga (12).

El sistema de control de carga (12) mandará la siguiente señal a las electroválvulas (4,5) para reiniciar el ciclo.

Abriendo y cerrando las electroválvulas (4,5) se consigue presionar a intervalos los elementos piezoeléctricos (8) a través de los émbolos (7) o membranas, produciendo electricidad en cada ciclo que será acumulada por los condensadores que a su vez la transmitirán a la batería cuando el sistema de control de carga (12) lo permita.

En una segunda realización, mostrada en la figura 2, el dispositivo comprende un recipiente (1) lleno de fluido incompresible separado por una membrana de un recipiente auxiliar (13). El recipiente (1) tiene las dos electroválvulas (4,5) para llenado y vaciado. En este caso, el recipiente (1) puede ser de pequeño volumen, como un tramo de conducto.

El dispositivo también comprende uno o más émbolos mayores (15) que contienen los pulsadores (14) enfrentados a unos elementos piezoeléctricos (8) con condensadores asociados que van fijados a una plancha rígida fija e indeformable. En la figura se ha representado un émbolo mayor (15), que equivale a varios émbolos (7), pero pueden ser más. Estos émbolos mayores (15) están dispuestos en el recipiente auxiliar (13).

En esta realización, cuando se activa el sistema de control (12), la segunda electroválvula (5) se abre permitiendo el paso del agua al recipiente (1) que eleva su presión y deforma la membrana de separación con el recipiente auxiliar (13). Este mueve los émbolos mayores (15) que subirá una distancia mínima junto con sus pulsadores (14), los cuales presionarán los elementos piezoeléctricos (8).

El resto del funcionamiento es idéntico en ambas realizaciones.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. - Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica, caracterizado por que comprende un recipiente (1) cerrado con una primera electroválvula (4) de desagüe y una segunda electroválvula (5) de paso desde una fuente de fluido (6), teniendo el recipiente (1) una pared (9) con al menos una membrana o émbolo (7,15) en móvil entre una posición de reposo y una posición activa en que presiona sobre al menos un elemento piezoeléctrico (8) conectado a un condensador o batería, y por que posee un sistema de control de carga (12) de apertura y cierre de las electroválvulas (4,5).

2. - Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera electroválvula (4) está conectada a un conducto (3) con una turbina (10) eléctrica.

3.- Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un recipiente auxiliar (13) conectado con el recipiente (1) por una membrana y que comprende un émbolo mayor (15) con una serie de pulsadores (14) enfrentados a los elementos piezoeléctricos (8).

4.- Dispositivo para la generación de energía piezoeléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una canaleta (11) que protege el cableado procedente de los elementos piezoeléctricos (8) hacia un sistema de control de carga (12).