ES2385233A1 - Captador energético combinado - Google Patents

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Abstract

Captador energético combinado, del tipo que comprenden un rotor (1) de álabes (3) acoplado a una salida de ventilación (9) por convección para ser accionado por las corrientes de convección generadas de forma natural entre el interior y el exterior, y un estator (8) dotado de medios de fijación a dicha salida de ventilación (9), estando asociado a medios de aprovechamiento de la energía debida al movimiento del rotor (1); y pudiendo comprender elementos de preguiado del flujo de convección en sentido favorable hacia los álabes (3); y pudiendo comprender igualmente, al menos, un carenado direccionable por el viento exterior, conductor de la totalidad de dicho viento hacia la parte del rotor desprovista de carenado; que incorpora medios adicionales para el accionamiento del rotor (1) por el viento exterior, tales como una turbina Darrieus.

Description

Captador energetico combinado.
Objeto de la Invención
La presente invención se refiere a un captador energético combinado, especialmente ideado para aprovechamiento de energía de corrientes de convección en edificaciones combinado con energía eólica
Antecedentes de la invención
Se conoce la Patente núm. 200931310(0) referente a un Generador eléctrico termodinámico, del mismo solicitante, que prevé la disposición de un molino aerogenerador de eje vertical, cuyos álabes son impulsados por las corrientes de convección que se generan a través de un shunt de ventilación de un recinto, por el gradiente de temperaturas con respecto al exterior.
El molino aerogenerador implementa un generador eléctrico de forma que el movimiento del molino se transforma en un movimiento relativo rotor-estator del generador, que en definitiva genera energía eléctrica aprovechable a través de una conexión externa.
Igualmente, el generador recogido en esta patente preveía el aprovechamiento del viento exterior, mediante la instalación de un carenado direccionable por el propio viento que esconde los álabes del molino que, al girar, se enfrentan al viento, y a su vez canalizaba éste hacia los álabes que giran a favor de viento, aumentando la presión dinánima sobre los mismos.
El generador previsto en esta patente, aún funcionando satisfactoriamente, presenta el inconveniente de la pérdida de carga en las corrientes de convección, debida al propio generador, y que se manifiesta cuando el gradiente de temperaturas es demasiado bajo, y el viento exterior demasiado flojo. En estas condiciones el flujo de aire debido a la convección puede ser insuficiente para mover el generador, o proporciona éste una potencia baja, además de ralentizar la propia ventilación. Este efecto se agudiza cuando el molino está parado, ya que debe vencer una inercia adicional para iniciar el movimiento.
Otra limitación que presenta es que únicamente prevé un aprovechamiento eléctrico de la energía, por lo que se generan pérdidas en la transformación de la electricidad a otras formas aprovechables en el entorno de la edificación.
El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido dentro del sector industrial dedicado a la fabricación e instalación de aparatos, dispositivos y medios para el aprovechamiento de energías residuales y renovables.
Descripción de la invención
El captador energético combinado de la invención tiene una constitución optimizada para maximizar el aprovechamiento de la energía residual de corrientes de ventilación por shunt y energía eólica.
De acuerdo con la invención, el captador comprende un rotor con álabes acoplado a una salida de ventilación por convección tipo shunt, para ser accionado por las corrientes de convección generadas de forma natural entre un ambiente interior y el exterior, así como un estator dotado de medios de fijación a dicha salida de ventilación. Igualmente está previsto que pueda ser utilizado en cualquier tiro natural que genere corrientes de convección, tales como tiros de escaleras, huecos de ascensores, etc.
La corriente de convección incide sobre los álabes del rotor provocando la creación de un par de giro con una aceleración proporcional al diferencial de gradiente térmico. Este par de giro se complementa con el efecto asociado a la impulsión derivada de la incidencia del viento exterior sobre la turbina Darrieus.
El captador de la invención está a su vez asociado a medios de aprovechamiento de la energía implicada en el movimiento del rotor.
Además el captador de la invención puede comprender elementos de preguiado y canalización del flujo de convección optimizando su incidencia sobre los álabes, así como un carenado direccionable por el viento exterior, conductor de la totalidad de dicho viento hacia la parte del rotor desprovista de carenado.
Breve Descripción de los Dibujos
La Figura 1 muestra una vista del captador energético de la invención.
La Figura 2 muestra un detalle ampliado de la figura 1.
La figura 3 muestra una vista parcialmente explotada el captador energético de la invención
La figura 4 muestra una vista semejante a la figura 3, donde se implementa una variante de la invención consistente en la incorporación de un calentador de agua inductivo
Descripción de la Forma de Realización Preferida
El captador energético combinado de la invención comprende un rotor (1) de álabes (3) acoplado a una salida de ventilación (9) por convección (shunt o similar) para ser accionado por las corrientes de convección generadas de forma natural entre el interior y el exterior. Para ello también comprende un estator
(8) dotado de los medios de fijación a la salida de ventilación (9), estando asociado el captador a medios de aprovechamiento de la energía causante del movimiento del rotor (1).
Para mejorar la incidencia del flujo en los álabes (3) y aprovechar mejor la energía del mismo, se ha previsto la disposición de unos elementos de preguiado de dicho flujo, que en este ejemplo no limitativo de la invención comprenden unos elementos helicoidales (10) vinculados al eje (4) alrededor del que gira y se monta el rotor (1) así como a un collar (42), formando ambos parte del estator (8).
También se ha previsto que se pueda disponer un carenado, no representado, direccionable por el viento exterior, conductor de la totalidad de dicho viento hacia la parte del rotor desprovista de carenado, análogo al que se cita en los antecedentes.
La invención ha previsto la disposición de unos medios adicionales para el accionamiento del rotor por el viento exterior, que en este ejemplo comprenden una turbina tipo Darrieus (2) solidarizada al rotor (1). Dicha turbina comprende un número de bandas o alas (7) de recorrido curvilíneo, cuerda paralela al eje (4) en torno al que gira el rotor (1), radiales respecto a dicho eje (4), y montadas giratoriamente en dicho eje (4). Igualmente se podría usar cualquier otra versión de la turbina Darrieus, como aquella con alas rectas en posición paralela al eje de giro, no representada.
Adicionalmente se ha previsto la implementación en las alas (7) de un variador de par dotado de unas masas inerciales (30), en este ejemplo porciones de mercurio, que discurren por la fuerza centrífuga debida al giro del rotor a lo largo unos soportes (31) corridos, en este ejemplo tubos de material resistente a
la acción del mercurio, cerrados y en condiciones de vacío. Cuando el rotor está detenido, las masas inerciales (30) están en posición inferior debido a la posición vertical del eje (4) y a la gravedad. En esas condiciones el momento de inercia es bajo por la proximidad de las masas (30) al eje (4), y puede iniciar o incrementar su velocidad de giro con menores cargas de viento y/o de corrientes de convección. A medida que aumenta la velocidad, la fuerza centrífuga y la configuración de los soportes (31) hacen que las masas
(30) suban a lo largo de dichos soportes (31) separándose del eje (4) y aumentando el par y por tanto la energía debida al giro de la turbina (2).
Precisamente para aprovechar la energía captada por el captador de la invención, se ha previsto la disposición de unos medios de aprovechamiento de energía, que pueden comprender un generador eléctrico (38), dispuesto en este ejemplo de la invención en un espacio previsto entre la salida de ventilación (9) y un faldón (39) propio del rotor. El faldón tiene contorno mayor al de la mencionada salida (9) en la medida suficiente para alojar dicho generador (38). El inductor y el inducido del generador se encontrarán solidarizados al rotor (1) y estator (8) del captador o viceversa. Lógicamente el inducido parece más adecuado para asociarse al estator (8) debido a la mayor facilidad para extraer las corrientes inducidas sin contactos móviles. Además, como máquina reversible, el alternador puede estar preparado para funcionar como motor y asegurar la ventilación en caso de poca carga de convección y/o poca intensidad del viento exterior.
Igualmente la invención ha previsto que de forma alternativa o combinada a la anterior, pueda comprender como medios de aprovechamiento de energía un calentador de agua por inducción magnética (35), que a su vez comprende un inductor de plato de imanes (36) con polaridades alternas solidarizado al rotor (1) y un inducido metálico (37) solidarizado al estator (8) por cuyo interior discurre un conducto (40) de circulación del agua a calentar con las correspondientes conexiones exteriores. Esta variante de la invención se representa en la figura 4.
El estator (8) comprende un soporte con medios de fijación al conducto de salida de ventilación (9), donde se fija el eje (4). Dentro de las posibles materializaciones del estator (8), los medios de fijación pueden incluir, al menos, un aro (41) con un diámetro tal que permite el acoplamiento por inserción de los mismos por el extremo del conducto (9), como se ve en la figura 1, los cuales pueden a su vez ser complementados o sustituidos por el collar (42) de apoyo en el extremo del conducto (9) a través de una nervadura (12) interna, que se ve en la figura 3.
Por último, la invención ha previsto que el captador que incluye la turbina Darrieus pueda ser utilizado como soporte para unos medios de iluminación que permitan su visualización como balizamiento por aeronaves y/o utilización como soporte publicitario, lo cual puede servir para sufragar los costes de instalación. En esta versión del captador de la invención, no representada, las superficies exteriores de las alas de la turbina Darrieus, y sin alterar las cualidades aerodinámicas, incorporarían unas líneas de led´s de luminosidad adecuadamente elevada en número suficiente, incluso con posibilidad de que puedan modular su color (RGB). Una vez que la turbina se ponga en marcha y en horas nocturnas, mediante un hardware determinado los led´s comenzarán a encenderse de forma síncrona a la velocidad de giro y al mensaje que previamente se ha grabado en el sistema. El mensaje comenzará a salir en los led´s mediante un barrido muy similar al de las televisiones, creando un falso espectro y dando la impresión de estar viendo imágenes en una esfera iluminada, incluso con imágenes en movimiento.
No obstante lo anterior, y puesto que la descripción realizada corresponde únicamente a un ejemplo de realización preferida de la invención, se comprenderá que dentro de su esencialidad podrán introducirse múltiples variaciones de detalle, asimismo protegidas, que podrán afectar a la forma, el tamaño o los materiales de fabricación del conjunto o de sus partes, sin que ello suponga alteración alguna de la invención en su conjunto, delimitada únicamente por las reivindicaciones que se proporcionan en lo que sigue.

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Captador energético combinado, del tipo que comprenden un rotor (1) de álabes (3) acoplado a una salida de ventilación (9) por convección para ser accionado por las corrientes de convección generadas de forma natural entre el interior y el exterior, y un estator (8) dotado de medios de fijación a dicha salida de ventilación (9), estando asociado a medios de aprovechamiento de la energía debida al movimiento del rotor (1); y pudiendo comprender elementos de preguiado del flujo de convección en sentido favorable hacia los álabes (3); y pudiendo comprender igualmente, al menos, un carenado direccionable por el viento exterior, conductor de la totalidad de dicho viento hacia la parte del rotor desprovista de carenado; caracterizado porque incorpora medios adicionales para el accionamiento del rotor (1) por el viento exterior.
  2. 2.-Captador energético combinado según reivindicación 1 caracterizado porque los medios adicionales para el accionamiento del rotor (1) por el viento exterior comprenden una turbina tipo Darrieus (2) solidarizada al rotor (1).
  3. 3.-Captador energético combinado según reivindicación 2 caracterizado porque la turbina tipo Darrieus (2) comprende un número de bandas o alas (7) de recorrido curvilíneo, cuerda paralela al eje (4) en torno al que gira el rotor (1), radiales respecto a dicho eje (4), y unidas al rotor (1).
  4. 4.-Captador energético combinado según reivindicación 3 caracterizado porque adicionalmente comprende un variador de par implementado en las alas (7) de la turbina tipo Darrieus (2), dotado de unas masas inerciales (30) que discurren por la fuerza centrífuga debida al giro del rotor a lo largo unos soportes
    (31) corridos de forma que varía su distancia relativa al eje (4) según la velocidad de giro de la turbina (2).
  5. 5.-Captador energético combinado según reivindicación 4 caracterizado porque las masas inerciales (30) comprenden porciones de mercurio, mientras que los soportes (31) comprenden tubos de material resistente cerrados y en condiciones de vacío.
  6. 6.-Captador energético combinado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de aprovechamiento de energía comprenden un generador eléctrico (38).
  7. 7.-Captador energético combinado según reivindicación 6 caracterizado porque el generador eléctrico (38) se encuentra dispuesto en un espacio previsto entre la salida de ventilación (9) y un faldón (39) propio del rotor, de contorno mayor al de la mencionada salida (9) en la medida suficiente para alojar dicho generador (38); encontrándose el inductor y el inducido del mismo solidarizados al rotor (1) y estator (8) del captador o viceversa.
  8. 8.-Captador energético combinado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de aprovechamiento de energía comprenden un calentador de agua por inducción magnética (35).
  9. 9.-Captador energético combinado según reivindicación 8 caracterizado porque el calentador de agua por inducción magnética (35) comprende un inductor de plato de imanes (36) con polaridades alternas solidarizado al rotor (1) y un inducido metálico (37) solidarizado al estator (8) por cuyo interior discurre un conducto (40) de circulación del agua a calentar.
  10. 10.-Captador energético combinado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el estator (8) comprende un soporte con medios de fijación al conducto de salida de ventilación (9) por convección, en el que se fija el eje (4).
  11. 11.-Captador energético combinado según reivindicación 10 caracterizado porque los medios de fijación al conducto de salida de ventilación (9) de convección del soporte comprenden, al menos, un aro (41) con un diámetro tal que permite el acoplamiento por inserción de dicho aro (8a) al extremo del conducto (9).
  12. 12.-Captador energético combinado según reivindicación 11 caracterizado porque los medios de fijación al conducto de salida de ventilación (9) adicionalmente comprenden un collar (42) de apoyo en el extremo del conducto (9) a través de una nervadura (12) interna.
  13. 13.-Captador energético combinado según reivindicaciones 11 o 12 caracterizado porque los
    elementos de preguiado del flujo de convección comprenden unos elementos helicoidales (10) vinculados al
    eje (4) y al collar (42).
    5 14.-Captador energético combinado según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado porque el alternador tiene constitución reversible en orden a funcionar como motor en condiciones de insuficiencia de viento o carga de convección.
  14. 15.-Captador energético combinado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado
    10 porque las superficies exteriores de las alas de la turbina Darrieus incorporan unas líneas de led´s de luminosidad adecuada, asociadas a un hardware apropiado, para su visualización cono balizamiento y/o medio de representación de publicidad.
  15. 16.-Captador energético combinado según reivindicación 15, caracterizado porque las líneas de 15 led´s tienen medios de modulación de su color.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201230983
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 22.06.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D3/00 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    US 2004071541 A1 (RAINBOW MICHAEL MARK) 15.04.2004, todo el documento. 1,2,10,14
    A
    ES 2341639 A1 (E3 EFICACIA ENERGETICA EOLICA) 23.06.2010, todo el documento. 1
    A
    EP 1985847 A1 (TENG TSAO-TSUNG et al.) 29.10.2008, resumen; figuras. 1
    A
    US 4641571 A (ANDERSON WILLIAM J et al.) 10.02.1987, resumen; figuras. 1
    A
    FR 2711770 A1 (ZANIEWSKI MICHEL) 05.05.1995, resumen; figuras. 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 05.07.2012
    Examinador M. A. López Carretero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201230983
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201230983
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 05.07.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-16 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-16 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201230983
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2004071541 A1 (RAINBOW MICHAEL MARK) 15.04.2004
    D02
    ES 2341639 A1 (E3 EFICACIA ENERGETICA EOLICA) 23.06.2010
    D03
    EP 1985847 A1 (TENG TSAO-TSUNG et al.) 29.10.2008
    D04
    US 4641571 A (ANDERSON WILLIAM J et al.) 10.02.1987
    D05
    FR 2711770 A1 (ZANIEWSKI MICHEL) 05.05.1995
  16. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 se considera uno de los más próximos del estado de la técnica al objeto de la reivindicación 1. Describe un captador energético combinado, del tipo que comprenden un rotor (Ver referencias 14 y 48 de las figuras 1 y 3 y párrafo [0028] del documento D01) de álabes (Ver referencia 46 de Fig.3 del documento D01) acoplado a una salida de ventilación (Ver referencia 16 de Fig.1 del documento D01) por convección para ser accionado por las corrientes de convección generadas de forma natural entre el interior y el exterior, caracterizado porque incorpora medios adicionales para el accionamiento del rotor (Ver referencia 12 de Fig. 1 y párrafos [0033] a [0035]del documento D01) por el viento exterior. El objeto de la reivindicación 1 difiere del documento D01 en que: No explicita que existe un estator dotado de medios de fijación a la salida de ventilación, estando asociado a medios de aprovechamiento de la energía debida al movimiento del rotor, y pudiendo comprender elementos de preguiado del flujo de convección en sentido favorable hacia los álabes; y pudiendo comprender, igualmente al menos, un carenado direccionable por el viento exterior, conductor de la totalidad de dicho viento. A la vista de lo que se conoce de los documentos D02-D05 no se supone que requiera ningún esfuerzo inventivo para un experto en la materia desarrollar un sistema como el descrito en la reivindicación 1. Por todo esto la solución propuesta en la reivindicación 1 de la presente invención no puede considerarse que implique actividad inventiva tal y como requiere el Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86. El objeto de la reivindicación dependiente 2 es colocar una turbina tipo Darrieus como medio adicional para el accionamiento del rotor por el viento exterior, algo conocido en el estado de la técnica tal y como refleja el documento D01 en su párrafo [0035] ; con lo cual no satisface el criterio establecido en el Artículo 8.1 de la Ley de Patentes 11/86 para que implique actividad inventiva. El resto de las reivindicaciones dependientes 3-16 no contienen ninguna característica que, en combinación con las características de la reivindicación de la que dependen cumplan con las exigencias de la Ley de Patentes 11/86 (Art. 8.1) con respecto a la actividad inventiva.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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