ES2203945T3 - Aparato para obtener energia a partir del movimiento vertical del agua del mar. - Google Patents

Aparato para obtener energia a partir del movimiento vertical del agua del mar.

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ES2203945T3 ES98919110T ES98919110T ES2203945T3 ES 2203945 T3 ES2203945 T3 ES 2203945T3 ES 98919110 T ES98919110 T ES 98919110T ES 98919110 T ES98919110 T ES 98919110T ES 2203945 T3 ES2203945 T3 ES 2203945T3
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Abstract

Aparato para convertir la energía del movimiento vertical del agua del mar, que comprende: - un cuerpo hueco (1) que es aplicado sustancialmente vertical sobre el fondo (2) del mar, dotado de al menos una abertura (14) en la pared de éste, de forma tal que el agua pueda entrar y salir libremente del cuerpo hueco (1), - un cuerpo flotante (7) que es móvil respecto a dicho cuerpo hueco (1) en dirección vertical, provocado por el movimiento del nivel del agua del mar, y - una hélice (11) que está conectada a medios generadores de energía (13), caracterizado porque el cuerpo flotante (7) está en comunicación con el espacio en dicho cuerpo hueco (1) para cambiar el volumen de éste provocando un flujo de fluido dentro del cuerpo hueco (1) para accionar la hélice (11).

Description

Aparato para obtener energía a partir del movimiento vertical del agua del mar.
La invención se refiere a un aparato para obtener energía a partir del movimiento vertical del agua del mar, que comprende un cuerpo hueco que es colocado sustancialmente vertical sobre el fondo del mar, dotado de al menos una abertura en la pared de éste, de manera tal que el agua se pueda mover libremente entrando y saliendo del cuerpo hueco, existiendo un cuerpo flotante móvil respecto a dicho cuerpo hueco en dirección vertical provocado por el movimiento del nivel del agua del mar, y estando conectada una hélice a mecanismos de generación de energía.
Tal aparato es conocido por ejemplo de US-A-4 914 915. En este conocido aparato, el cuerpo flotante está conectado a una turbina para mover dicha turbina hacia arriba y hacia abajo en un tubo vertical que tiene una columna de agua en pie.
El objeto de esta invención es mejorar este conocido aparato.
Esto se consigue, de acuerdo con la invención, mediante un aparato para obtener energía a partir del movimiento vertical del agua del mar del tipo mencionado anteriormente, que se caracteriza porque el cuerpo flotante está conectado con el espacio en dicho cuerpo hueco para cambiar el volumen de éste provocando un flujo de fluido en el interior del cuerpo hueco para accionar la hélice.
El cuerpo hueco tiene preferiblemente paredes laterales paralelas, mientras que el cuerpo flotante comprende un elemento tipo-tapa para cerrar la abertura superior o inferior de éste. El elemento tipo-tapa se desplaza a lo largo de las paredes laterales del cuerpo hueco hacia arriba y hacia abajo junto con el movimiento vertical del agua del mar.
De acuerdo con una realización de la invención la tapa está dotada de válvulas que están al aire libre, existe una salida en la tapa, estando dotada la salida de válvulas y estando conectada a una reserva de aire, mientras que la reserva de aire está conectada a una hélice que está conectada a mecanismos de generación de energía. En esta realización el flujo de fluido introducido en el cuerpo hueco comprende un flujo líquido así como un flujo de aire, mientras que el flujo de aire es empleado en accionar la hélice.
En una realización preferida la reserva está situada en dicha tapa.
Se obtiene una aceleración del flujo de fluido cuando el cuerpo hueco está dotado de un conducto estrecho entre dichas paredes laterales.
En otra realización de la invención se suministra al conducto una hélice conectada a mecanismos de generación de energía. En esta realización el flujo de fluido acciona directamente una hélice. Como resultado de la aceleración del fluido en el conducto se ha conseguido un empleo óptimo de las posibilidades de accionamiento de la hélice.
Cuando la tapa está situada por encima del nivel del agua del mar, se la dota de al menos una abertura. De esta forma el aire atrapado debajo de la tapa puede ser ventilado a la atmósfera. La tapa puede dotarse de un cierre que se ajuste a cada una de dichas aberturas, mientras que el cierre es accionado mediante medios neumáticos. Cuando se desea puede elevarse el cierre separándolo de la abertura para ventilar el aire
atrapado.
El cuerpo flotante comprende preferiblemente la tapa y al menos un elemento flotante conectado a la tapa. La tapa se mueve hacia arriba y hacia abajo por la acción de los elementos flotantes.
El efecto de los movimientos del mar transmitidos a la tapa mediante los elementos flotantes puede ampliarse mediante un amplificador hidráulico que consta de dos pistones/cilindros de diferente diámetro, un pistón conectado al elemento flotante y el otro pistón conectado a la tapa.
Para obtener en algunas realizaciones un giro de la hélice en un sentido las palas de la hélice están orientadas de acuerdo con la dirección del flujo de fluido en el interior del cuerpo hueco.
En una realización preferida las palas están insertadas en ejes que están unidos a piñones los cuales están acoplados a bastidores, mientras que dichos bastidores están unidos a mecanismos impulsores. De esta forma las palas pueden girar hasta alcanzar el ángulo correcto para girar a la hélice en un sentido independientemente de la dirección del flujo de fluido.
En una realización preferida los mecanismos impulsores están constituidos por placas dispuestas perpendicularmente al flujo de fluido en el cuerpo hueco en la parte superior y/o inferior de la hélice. La fuerza del flujo de fluido en el conducto empuja a las palas de la hélice hasta la orientación correcta.
En otra realización de la invención el cuerpo flotante comprende una membrana que separa, en el cuerpo hueco, al fluido respecto al agua del mar y al propio fluido que tenga una densidad menor que el agua del mar. De acuerdo con esta realización no se emplean elementos móviles que requieran una guía.
En esta realización el tipo y volumen del fluido y la forma del cuerpo hueco se seleccionan de forma que bajo una frecuencia predeterminada del movimiento vertical del nivel del agua del mar, el fluido oscila con su propia frecuencia natural (resonancia). La amplitud de la oscilación del fluido en el interior del cuerpo hueco es máxima cuando la frecuencia de la oscilación del nivel del mar coincide con la frecuencia natural del fluido.
De acuerdo con la invención es posible conectar las salidas de un número de aparatos paralelos a un eje común.
La invención se clarifica con la ayuda de un dibujo de acuerdo con las figuras adjuntas.
La Figura 1 muestra una vista en sección transversal de la primera realización del aparato de acuerdo con la invención.
La Figura 2 muestra esquemáticamente la disposición de un número de aparatos paralelos de acuerdo con la figura 1.
La Figura 3 muestra una vista en sección transversal de la segunda realización.
La Figura 4 muestra una vista en sección transversal de la tercera realización.
La Figura 5 muestra una vista en sección transversal de la cuarta realización.
La Figura 6 muestra una vista en sección transversal de la quinta realización con otra configuración de la tapa y del cuerpo hueco.
La Figura 7 muestra una vista en sección transversal de la sexta realización con un amplificador hidráulico.
La Figura 8 muestra una realización de la orientación de las palas de acuerdo con la invención.
La Figura 9 muestra una vista en sección transversal de la séptima realización.
La Figura 10 muestra una vista en sección transversal de la octava realización.
En todas las figuras el cuerpo hueco se indica con 1 y el cuerpo flotante se indica con 7.
La primera realización del aparato de acuerdo con la figura 1 se aplica al fondo del mar 2 y consiste en un cuerpo hueco 1 con paredes laterales paralelas 3. Dentro del cuerpo hueco 1 existe un conducto estrecho 4 entre las paredes laterales 3. El cuerpo flotante 7 comprende una membrana 9 que separa el fluido 10 en el cuerpo hueco 1 del agua del mar y del propio fluido 10.
Se define un primer espacio por las extensiones interiores 5, 6, la pared 3 del cuerpo hueco 1 y la membrana flexible 9. Durante el nivel bajo del mar N1 la membrana 9 se encuentra en la posición dibujada mientras que con un nivel elevado del agua N2 la membrana 9 se encuentra desplazada en la dirección de la flecha P mientras que el fluido 10 es movido desde el primer espacio hacia arriba hasta el segundo espacio. El segundo espacio está situado en la parte superior del cuerpo hueco 1 y está definido por las extensiones interiores 5, 6, la pared 3 del cuerpo hueco 1 y la parte superior 8 del cuerpo hueco 1. Debido al conducto estrecho 4 el fluido dentro del conducto 4 es acelerado. El fluido desplazado a través del conducto 4 acciona una hélice 11. La hélice 11 está conectada por medio de un eje 12 a un generador 13 para generar energía eléctrica. Cuando el nivel del mar baja desde N2 hasta N1 el fluido en el interior del segundo espacio vuelve por medio de la gravedad al primer espacio y acciona la hélice 11 otra vez. En la pared inferior 3 del cuerpo hueco 1 existen aberturas 14 para la entrada del agua del mar. En la parte superior 8 se utilizan las aberturas 15, 16 para permitir que el aire se escape durante el llenado del segundo espacio con fluido.
En la figura 2 se muestran aparatos de acuerdo con la invención que reposan paralelos sobre el lecho marino. El eje de salida de cada aparato está conectado a un eje común.
En la segunda realización de acuerdo con la figura 3 el aparato comprende un cuerpo hueco. Dentro del cuerpo hueco 1 existe un conducto estrecho 4 entre las partes que se extienden internamente 5, 6. Existen dos espacios 24, 25 dispuestos a ambos lados del conducto 4. La parte superior 8 del cuerpo hueco 1 está cubierta por una tapa 26 que está conectada a elementos flotantes 27, 28. El elemento flotante 7 comprende la tapa 26 y los elementos flotantes 27, 28. La tapa se puede cerrar mediante un cierre 29. El cierre 29 se puede mover mediante mecanismos impulsores 30, por ejemplo mecanismos neumáticos, para ventilar el aire atrapado a la atmósfera. Por resonancia, el cierre 29 sólo se cerrará cuando el movimiento del nivel del agua del mar sea en la misma dirección y tan rápido como el correspondiente al nivel del agua del mar dentro del cuerpo 1. Si por el movimiento de las olas, que es transmitido por los elementos flotantes 27, 28 a la tapa 29, la tapa 29 se mueve hacia arriba y hacia abajo, el aire atrapado entre la tapa 29 y el nivel de agua del mar en el interior del cuerpo 1 se comprimirá y expandirá respectivamente de forma que la columna de agua del mar fluirá a través del conducto 4 y la turbina 11 será accionada. Para regular el volumen de aire en el interior del cuerpo hueco 1 el cierre 29 puede cerrarse o abrirse.
En el lado inferior del cuerpo hueco 1 existen aberturas que se pueden cerrar 14. De esta forma la longitud de la columna de fluido en el interior del cuerpo hueco 1 se puede ajustar, de forma que su frecuencia natural pueda ajustarse a la frecuencia del movimiento del agua del mar.
En el interior de la tapa existen transductores 34, 35 para medir la velocidad de movimiento de la tapa en relación con la superficie superior de la columna de agua.
La tercera realización del aparato de acuerdo con la invención se muestra en la figura 4. El aparato comprende un cuerpo hueco 1 que reposa sobre el lecho del mar por medio de la pata de apoyo 17, y que tiene aberturas 14 para la entrada del agua del mar. La parte superior del cuerpo hueco 1 está rematada por una tapa 26 que se puede mover libremente hacia arriba y hacia abajo por la acción de elementos flotantes 27, 28 que se mueven, por turnos, por la acción de las olas del mar. Al moverse los elementos flotantes 27, 28 hacia arriba por una ola, esto provocará que la tapa 26 se mueva hacia arriba en relación con el cuerpo hueco 1. Hay una hélice de aire 11 montada sobre la tapa 26 y está conectada a un generador 13 que es soportado sobre la tapa mediante un marco 18.
Esta disposición proporciona un sistema dinámico que es en efecto una conexión en serie de dos muelles. El aire que está comprimido bajo la tapa 26 se comporta como un muelle y el agua en el cuerpo hueco 1 se comportará como un muelle como resultado del principio de Arquímedes. Al moverse la tapa 26, el aire se comprime y estira. Esto, por turnos, hará que el agua oscile en el cuerpo hueco 1. La hélice 11 estará equipada con palas que pueden estar orientadas de forma que el giro sea siempre en la misma dirección independientemente de la dirección del movimiento de la tapa 26. El nivel de amortiguamiento conseguido por la hélice 11 debe optimizar el comportamiento hidrodinámico de la columna de agua oscilante en el cuerpo hueco 1 de manera que el dispositivo esté sintonizado a la frecuencia primaria del oleaje.
La Figura 5 muestra otra realización del aparato de acuerdo con la invención. En contradicción con la realización de la figura 3 esta realización está situada completamente por debajo del nivel del agua del mar. Bajo la acción del elemento flotante 27 la tapa 26 se mueve hacia arriba y hacia abajo a lo largo de las paredes laterales 3 del cuerpo hueco 1. El flujo de agua a través del conducto 4 acciona una hélice 11. La hélice11 está conectada a través de una caja de cambios 21 a un eje motor 22 que por turnos puede engranarse para accionar un generador que está situado por encima del nivel del mar a cierta distancia del cuerpo hueco 1.
La Figura 6 muestra otra configuración de la tapa 26 y del cuerpo hueco 1. En esta realización el generador 13 está situado en la parte superior 8 del cuerpo hueco 1 y la tapa 26 se mueve desde debajo. En este caso el cuerpo hueco 1 es soportado por una pata de apoyo 17. El agua puede entrar libremente por la parte superior del cuerpo hueco 1 a través de las aberturas 15, 16 que están situadas justo debajo del nivel del agua del mar de la marea más baja.
En la figura 7 se muestra una realización que emplea un amplificador hidráulico 23. El amplificador hidráulico 23 es soportado por una pata de apoyo 35 que está sobre el lecho del mar. El elemento flotante 27 está conectado a un pistón 31 que tiene un diámetro más grande que el del pistón 32 que está conectado a la tapa 26. El pistón 31 conectado al elemento flotante 27 se mueve en la parte superior 33 del amplificador 23 que tiene el diámetro mayor y el pistón 32 conectado a la tapa 26 se mueve en la parte inferior 34 del amplificador 23 que tiene el diámetro menor. Está claro que el movimiento de la tapa 26 se verá amplificado en una magnitud que viene dada por el cuadrado de la relación entre el diámetro mayor y el menor.
Las realizaciones de las figuras 1, 3, 5, 6 y 7 que emplean una hélice accionada por los desplazamientos del líquido, por ejemplo fluido 10 o agua del mar, tienen la desventaja de que su giro se invierte cuando el flujo de fluido se invierte en su paso a través del conducto. Esto puede evitarse mediante el empleo de una hélice que permita orientar las palas de acuerdo con la dirección del flujo de fluido.
La Figura 8 muestra una posible realización de una hélice 11 con palas que se pueden orientar. Las palas no se muestran, pero están sujetas por ranuras 36, que están realizadas en el cuerpo de los ejes 37. Los ejes 37 están sujetos al cuerpo de la hélice 11 mediante piñones 38 los cuales están acoplados a bastidores 39. Los bastidores 39 están unidos en su parte superior e inferior a las placas 40, 41 que pueden moverse libremente hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje de accionamiento de la hélice 12. En referencia al dibujo, si la placa superior 40 se empuja hacia abajo, los bastidores 39 hacen girar a los piñones 38, de forma que las ranuras 36 giran 90 grados en el sentido de giro de las agujas del reloj. Esto significa que las palas girarán 90 grados. A la inversa, si la placa inferior 41 empuja hacia arriba nuevamente las ranuras 36 adoptarán la orientación mostrada en la figura. Si estos giros tienen lugar justo cuando cambia el sentido del flujo de fluido, la hélice 11 continuará girando en una dirección uniforme, minimizando así las fuerzas de inercia en la hélice 11.
Otra posibilidad de tratamiento del problema del flujo de fluido inverso es usar una disposición como la de la fig. 9. La tapa 26 está dotada de una válvula de entrada 19 que está en comunicación con el aire libre y de una válvula de salida 20 que está en comunicación con una reserva 42 a través de un conducto 43. La hélice 11 conectada al generador 13 está dispuesta en un conducto de salida de la reserva 42. En el movimiento vertical ascendente de la tapa 26 se succiona aire a través de la válvula de entrada 19 mientras la válvula de salida 20 permanece cerrada. En el movimiento vertical descendente la válvula de entrada 19 se cerrará mientras que la válvula de salida 20 se abrirá de forma que el aire de debajo de la tapa 26 se transfiera a través del conducto 43 a la reserva 42. El aire en la reserva es empleado para accionar la hélice 11 que no necesita tener palas que se puedan orientar.
En la realización de la figura 10 la reserva 42 está ventajosamente dispuesta bajo la tapa 26. El funcionamiento recuerda al de la realización de la figura 9, con la diferencia de que el aire se almacena en la reserva 42 bajo la tapa 26 y acciona a la hélice 11 que está montada sobre la tapa 26.
En las realizaciones que usan una tapa 26, la tapa 26 puede girar libremente y se pueden usar mecanismos para colocar automáticamente la tapa 26 para permitir a los elementos flotantes 27, 28 afrontar el frente de ola que llega.
Cabe destacar que también es posible instalar una turbina eólica para provocar oleajes en el nivel del mar. Esto puede emplearse en circunstancias en las que el mar esté en relativa calma mientras hay un viento fuerte. La conversión de energía eólica en olas en el agua puede conseguirse mediante cualquier medio adecuado por ejemplo aplicando chorros de aire sobre el nivel del mar o de otro modo.

Claims (16)

1. Aparato para convertir la energía del movimiento vertical del agua del mar, que comprende:
- un cuerpo hueco (1) que es aplicado sustancialmente vertical sobre el fondo (2) del mar, dotado de al menos una abertura (14) en la pared de éste, de forma tal que el agua pueda entrar y salir libremente del cuerpo hueco (1),
- un cuerpo flotante (7) que es móvil respecto a dicho cuerpo hueco (1) en dirección vertical, provocado por el movimiento del nivel del agua del mar, y
- una hélice (11) que está conectada a medios generadores de energía (13), caracterizado porque el cuerpo flotante (7) está en comunicación con el espacio en dicho cuerpo hueco (1) para cambiar el volumen de éste provocando un flujo de fluido dentro del cuerpo hueco (1) para accionar la hélice (11).
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho cuerpo hueco (1) tiene paredes laterales paralelas (3), mientras que dicho cuerpo flotante (7) comprende un elemento tipo tapa (26) para cerrar la abertura superior o inferior de éste.
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha tapa (26) está dotada de válvulas (19) en comunicación con el aire libre, y hay una salida dispuesta en dicha tapa (26), estando dicha salida dotada de válvulas (20) y estando en comunicación con un depósito de aire (42), mientras que dicho depósito de aire (42) está en comunicación con la hélice (11) que está conectada a medios generadores de energía (13).
4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho depósito (42) está situado en dicha tapa (26).
5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho cuerpo hueco (1) está dotado de un conducto estrechado (4) entre dichas paredes laterales (3).
6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la hélice (11) que está conectada a medios generadores de energía (13) está situada en dicho conducto (4).
7. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 2, 5 o 6, caracterizado porque la tapa (26) está dotada de al menos una abertura (15, 16).
8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la tapa (26) está dotada de un cierre (29) que se ajusta a dicha o a cada abertura (15, 16) y porque dicho cierre (29) es accionado por medios(30) neumáticos o de cualquier otro tipo.
9. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 2-8, caracterizado porque dicho cuerpo flotante (7) comprende dicha tapa (26) y al menos un elemento flotante (27, 28) que está conectado a dicha tapa (26).
10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque está provisto de un amplificador hidráulico (23) que comprende dos pistones/cilindros (31, 33; 32, 34) de diferente diámetro, estando un pistón (31) conectado a dicho elemento flotante (27, 28) y el otro pistón (32) conectado a dicha tapa (26).
11. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 6-10, caracterizado porque las palas de dicha hélice (11) están orientadas de acuerdo con la dirección del flujo de fluido en el interior de dicho cuerpo hueco (1).
12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque dichas palas están insertadas en ejes (37) que están unidos a piñones (38), los cuales engranan con cremalleras (39), mientras que dichas cremalleras (39) están unidas a medios actuadores.
13. Aparato de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios actuadores están formados por placas (40, 41) que están situadas perpendicularmente al flujo de fluido dentro de dicho conducto (4) en la parte superior y/o inferior de dicha hélice (11).
14. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho cuerpo flotante (7) comprende una membrana (9), separa el fluido (10) en dicho cuerpo hueco (1) del agua del mar, y dicho fluido tiene de por sí una densidad menor que el agua del mar.
15. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el tipo y volumen de dicho fluido y la forma de dicho cuerpo hueco (1) son seleccionados de forma que bajo una frecuencia predeterminada del movimiento vertical del nivel del agua del mar, el fluido es hecho oscilar con su propia frecuencia natural.
16. Disposición de aparatos montados en paralelo de acuerdo con las reivindicaciones 1-15, caracterizada porque el eje de salida de cada aparato está conectado a un eje común.
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