ES2391858B1 - Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica. - Google Patents

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Abstract

Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica.#Permite obtener energía hidroeléctrica del mar con independencia de las condiciones meteorológicas. Comprende un rodete (1) conectado a un generador. Unos conductos (5) recogen agua sobre el rodete (1) y la impulsan hacia dicho rodete (1) haciéndolo girar. El rodete (1) está en un cuerpo superior (2). El cuerpo superior (2) y el rodete (1) están conectados por un eje de rotación (4) a un cuerpo inferior (3). Una primera conducción (6) recoge el agua del fondo del cuerpo superior (2) y la traslada hacia el cuerpo inferior (3), cayendo hacia unos compartimentos (10) en la periferia del fondo del cuerpo inferior (3), desde donde el agua abandona el cuerpo inferior (3) por una segunda conducción (7) hacia un serpentín (8) ascendente. El agua abandona la instalación en una salida (9) ubicada en el extremo del serpentín (8) debajo del nivel del rodete (1).

Description

Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir en el campo de la técnica referente a la obtención de energía en instalaciones hidroeléctricas.
Concretamente, el objeto de la invención se refiere a una instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de funcionamiento estable y continuado y reducido impacto medioambiental.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidas en la actualidad instalaciones sumergidas empleadas para la explotación hidroeléctrica del agua de mar, ríos, lagos, etc.
Algunas de ellas están basadas en el aprovechamiento de la energía cinética de las corrientes submarinas. El rendimiento de dichas instalaciones está limitado debido su dependencia respecto de fenómenos no controlables, como son la existencia de dichas corrientes submarinas y su velocidad.
El problema técnico que se plantea consiste en proporcionar una instalación sumergida de aprovechamiento hidroeléctrico en el mar, ríos, lagos, etc., que ofrezca un rendimiento independiente de las condiciones meteorológicas exteriores y de la naturaleza de las corrientes submarinas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve los inconvenientes mencionados por medio de una instalación sumergida de transformación hidroeléctrica que aprovecha la energía potencial de masas de agua en el mar, en ríos, lagos, etc.
La invención comprende un rodete, dotado de álabes y dispuesto en un cuerpo superior, así como comprende un cuerpo inferior, ubicado bajo el cuerpo superior y unido solidariamente a dicho cuerpo superior por medio de un eje de rotación.
La instalación comprende al menos un conducto que toma agua desde un nivel superior al del cuerpo inferior y conduce dicha agua hasta el rodete, en el cual rodete el agua cede parte de su energía y cae formando remolinos hacia el fondo de dicho cuerpo superior. En el caso de rodetes abiertos, como son, por ejemplo, los rodetes de turbina Pelton, existe de manera preferente más de un conducto y dichos conductos se encuentran dispuestos de manera simétrica, impulsando el agua hacia el rodete en distintos puntos de dicho rodete, lo cual implica una mejora en el equilibrio dinámico del rodete. De manera aún más preferente, el número de conductos es de dos en estos casos.
El agua recogida por los conductos se acelera mientras desciende hasta el rodete, que es accionado por la energía la energía cinética del agua, adquirida debido a la aceleración sufrida en los conductos, donde el rodete está conectado al eje de un generador eléctrico.
Los conductos están preferentemente gobernados por unas válvulas de control, cuya apertura y cierre regulan el caudal de circulación de agua por la instalación.
La invención incorpora adicionalmente una primera conducción que recoge en el fondo del cuerpo superior el agua que abandona el rodete y conduce dicha agua hasta la parte superior del cuerpo inferior, desde donde el agua cae hacia el fondo de dicho cuerpo inferior formando remolinos.
Una segunda conducción toma el agua del fondo del cuerpo inferior y la conduce a un serpentín helicoidal ascendente que rodea el cuerpo inferior hasta una salida ubicada en un nivel no superior al nivel del rodete, por la cual salida el agua abandona la instalación, permitiendo un flujo continuo y sin interrupción de agua en dicha instalación. Se prefieren valores para el ángulo de la hélice del serpentín lo más reducidos que sea posible, estando en equilibrio con una pérdida de carga aceptable en el interior del serpentín.
La presencia de la salida de agua a un nivel superior al nivel del fondo del cuerpo inferior facilita que el agua abandone la instalación, debido a que la presión del agua exterior es inferior en niveles más cercanos a la superficie. La profundidad de la salida se define en función de las características técnicas de la obtención de energía, tales como la profundidad y dimensiones de la instalación, la profundidad del rodete respecto de los conductos, o el caudal nominal de agua.
El funcionamiento de la instalación se caracteriza porque la apertura de las válvulas de control permite establecer tantos flujos entrantes de agua como conductos de inyección existentes, estando dirigidos dichos flujos hacia puntos distintos
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del rodete. El agua impulsada por los conductos acciona el rodete, lo que provoca el giro simultáneo del cuerpo superior y del cuerpo inferior, solidariamente unidos por medio del eje de rotación. El agua que abandona el rodete se precipita por el cuerpo superior según un remolino (debido al giro del cuerpo superior) y es recogida en el fondo del cuerpo superior por una primera conducción que lleva dicha agua hasta la parte superior del cuerpo inferior. Dentro de dicho cuerpo superior, el agua se precipita igualmente en remolino (debido al giro del cuerpo inferior) y es recogida por la segunda conducción dispuesta en el fondo del cuerpo inferior, que conduce dicha agua hacia el serpentín helicoidal que rodea los cuerpos superior e inferior, hasta una salida ubicada a un nivel no superior al del rodete.
La invención está basada en transformar parte de la energía potencial del agua en energía cinética y posteriormente, la energía cinética en energía eléctrica. Para ello, la invención propone el aprovechamiento ventajoso del efecto natural de los torbellinos. Debido a esto, los cuerpos superior e inferior presentan preferentemente forma cónica, con el vértice del cuerpo superior en la parte inferior y el vértice del cuerpo inferior en la parte superior.
Para mejorar el equilibrio dinámico de los cuerpos superior e inferior en su movimiento de giro, se dispone preferentemente un conjunto de compartimentos en la periferia del fondo del cuerpo inferior, que se llenan con el agua que cae en el depósito inferior, distribuyendo dicha agua de manera simétrica, lo cual resulta ventajoso para el equilibrio dinámico.
La producción energética de la instalación de la invención está directamente relacionada con el caudal de agua circulante por dicha instalación, el cual está determinado por las características, dimensiones y límites determinados por los constructores de la instalación.
La autarquía en el funcionamiento de la instalación se consigue mediante su ubicación en una zona costera adecuada a las necesidades para su funcionamiento, como son: profundidad, distancia al zócalo costero y sotavento de las corrientes submarinas.
Las interrupciones del servicio podrían originarse en los casos de fallos en la construcción, desgaste de los elementos o fallo humano.
El tiempo de funcionamiento continuado de la instalación estaría limitado por la necesidad de ejecutar reparaciones de limpieza y mantenimiento y de sustitución de componentes.
La capacidad técnica de la conexión-desconexión de la invención es similar a la de los modelos existentes, con la salvedad de que el diseño presentado no precisa de precalentamiento.
El control de la producción se caracteriza por su capacidad de adaptación a las necesidades, pudiendo aumentar la potencia automáticamente, adaptándose a cubrir la demanda en caso de picos puntuales.
La instalación no emplea combustibles fósiles o radioactivos, por lo que es esencialmente ausente de emisiones contaminantes.
La instalación de la invención destaca adicionalmente por estar ubicada en un lugar adecuado para no proyectar sombras, con lo cual el impacto sobre el ecosistema es mínimo.
La instalación presenta un funcionamiento independiente de las condiciones climatológicas exteriores, con lo cual es capaz de ofrecer una salida (rendimiento, tensión, intensidad de corriente) independiente de dichas condiciones meteorológicas.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema de la instalación de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La siguiente descripción detallada se refiere a la figura 1 única.
La instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de acuerdo con la invención comprende un rodete (1), dispuesto dentro de un cuerpo superior (2) de forma cónica con el vértice en la parte inferior, dotado dicho rodete (1) de álabes y conectado al eje de un generador eléctrico.
Un cuerpo inferior (3) cónico con el vértice en la parte superior se encuentra ubicado bajo el cuerpo superior (2) y unido solidariamente a dicho cuerpo superior (2) por medio de un eje de rotación (4).
Se disponen dos conductos (5) que toman agua desde un nivel superior al del cuerpo superior (2) y conducen dicha agua hasta el rodete (1), donde en dicho rodete (1) el agua cede parte de su energía y cae formando remolinos hacia el fondo de dicho cuerpo superior (2). Los conductos (5) se encuentran ubicados y estructurados de tal manera que conducen el agua hacia dos posiciones diametralmente opuestas del rodete (1). La apertura de los conductos (5) de inyección está regulada por medio de válvulas.
La invención incluye una primera conducción (6) que recoge en el fondo del cuerpo superior (2) el agua que abandona el rodete (1) y conduce dicha agua hasta la parte superior del cuerpo inferior (3), desde donde el agua cae hacia el fondo de dicho cuerpo inferior (3) formando remolinos.
La invención incluye adicionalmente una segunda conducción (7) que toma el agua del fondo del cuerpo inferior (3) y la conduce a un serpentín (8) helicoidal ascendente que rodea el cuerpo inferior (3) hasta una salida (9) ubicada en un nivel no superior al nivel del rodete (1), donde por dicha salida (9) el agua abandona la instalación, permitiendo un flujo continuo y sin interrupción de agua en dicha instalación.
En la periferia del fondo del cuerpo inferior (3) se dispone un conjunto de compartimentos (10) que recogen el agua que accede a dicho fondo del cuerpo inferior (3) y la impulsan hacia la segunda conducción (7).
De acuerdo con lo que se acaba de explicar, la invención es un dispositivo sumergido en el agua para transformar en electricidad la energía potencial del agua.
Para ello, el dispositivo comprende un rodete (1) sumergido, dotado de álabes, soportado por un cuerpo superior (2) y conectable a un generador eléctrico. Los álabes del rodete (1) emplean la energía cinética del agua para hacer girar el rodete
(1) y accionar el generador. La energía cinética del agua proviene de la aceleración sufrida por dicha agua mientras cae a lo largo de los conductos (5), también sumergidos, que conducen dicha agua hasta el rodete (1). El agua accede a los conductos (5), por un nivel superior al del rodete (1), mediante la acción de las válvulas de control.
De este modo, la energía potencial del agua se transforma en energía cinética al ser acelerada durante la caída hacia el rodete (1) a lo largo de los conductos (5). La energía cinética impulsa los álabes, haciendo girar el rodete (1). Debido al giro del rodete (1), el agua llega a la parte inferior de dicho rodete (1) formando remolinos y es recogida por una primera conducción (6), dispuesta en la parte inferior del rodete (1), y conducida hacia el cuerpo inferior (3), por el cual desciende. El cuerpo inferior (3) está ubicado debajo del cuerpo superior (2), y conectado con dicho cuerpo superior (2) a través del eje de rotación (4), para girar simultáneamente con dicho cuerpo superior (2) debido al impulso del agua sobre los álabes del rodete (1).
Debido al giro del cuerpo inferior (3), el agua también forma remolinos al caer hacia la parte inferior del cuerpo inferior (3). En la parte inferior del cuerpo inferior (3) existen unos compartimentos (10) que conducen el agua hacia un serpentín (8) helicoidal ascendente que rodea el cuerpo inferior (3). La velocidad tangencial del agua cuando cae por el cuerpo inferior (3) formando remolinos hace que el agua acceda al serpentín (8), suba por dicho serpentín (8) y sea desalojada del serpentín (8) por una salida (9) situada en un nivel inferior al del rodete (1), con el fin de facilitar la circulación continuada del agua a lo largo de la instalación, ya que, en la parte inferior la presión es superior y podría dificultar la libre salida del agua.
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Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica que comprende:
    -
    un cuerpo superior (2); y
    -
    un rodete (1), ubicado en el cuerpo superior (2), estando dicho rodete (1) dotado de álabes y siendo dicho rodete
    (1) conectable al eje de un generador eléctrico;
    caracterizada porque comprende adicionalmente:
    -
    al menos un conducto (5) sumergido, para tomar agua desde un nivel superior al del cuerpo superior (2) y conducir dicha agua en caída hacia los álabes del rodete (1), transformando la energía potencial del agua que accede al conducto (5) en energía cinética para impulsar el rodete (1);
    -
    un cuerpo inferior (3) ubicado bajo el cuerpo superior (2) y unido solidariamente a dicho cuerpo superior (2) por medio de un eje de rotación (4) que permite el giro solidario del cuerpo inferior (3) y el rodete (1);
    -
    una primera conducción (6) para conducir, desde la parte inferior del cuerpo superior (2), hasta la parte superior del cuerpo inferior (3), el agua, arremolinada por efecto del giro del rodete (1), que abandona dicho rodete (1);
    -
    una segunda conducción (7) para conducir el agua, arremolinada debido al giro del cuerpo inferior (3), desde el fondo del cuerpo inferior (3), aprovechando la velocidad tangencial del agua debida al remolino, hacia un serpentín (8) helicoidal ascendente que rodea el cuerpo inferior (3); y
    -
    una salida (9) ubicada al final de serpentín (8), en un nivel no superior al nivel del rodete (1), para permitir al agua abandonar la instalación.
  2. 2.- Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende más de un conducto (5) que impulsan el agua hacia sendos puntos del rodete (1) simétricamente dispuestos.
  3. 3.- Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende dos conductos (5) que impulsan el agua hacia dos puntos del rodete (1) diametralmente opuestos.
  4. 4.- Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo superior (2) es cónico con el vértice en la parte inferior y el cuerpo inferior (3) es cónico con el vértice en la parte superior.
  5. 5.- Instalación sumergida de transformación hidroeléctrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4, caracterizada porque comprende adicionalmente un conjunto de compartimentos (10) en la periferia del fondo del cuerpo inferior (3), para recoger el agua que cae por el cuerpo inferior y conducir dicha agua hacia la segunda conducción (7).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200930624
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 25.08.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03B17/02 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    GB 2318393 A (NISBET JOHN STODDART JEFFREY) 22.04.1998, descripción; figuras. 1,2
    A
    DE 20014120 U1 (RASCHDORF MICHAEL) 15.03.2001, todo el documento. 1
    A
    DE 4221657 A1 (BORN GUENTER H) 05.01.1994, todo el documento. 1
    A
    US 6631613 B1 (DE SHON DENIS ALAN) 14.10.2003, todo el documento. 1
    A
    WO 2008082221 A1 (SHIN JAE HEE) 10.07.2008, página 9, línea 34 – página 10, línea 22; figuras 3-4. 1,4
    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 16.11.2012
    Examinador E. García Lozano Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200930624
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03B 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: 200930624
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 16.11.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 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: 200930624
    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
    GB 2318393 A (NISBET JOHN STODDART JEFFREY ) 22.04.1998
    D02
    DE 20014120 U1 (RASCHDORF MICHAEL ) 15.03.2001
  6. 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
    La presente solicitud se refiere a una instalación sumergida de generación hidroeléctrica, que comprende un cuerpo superior
    (2) con un rodete (1) en el mismo, y un cuerpo inferior (3) unido al anterior por medio de un eje de rotación (4) común. La instalación comprende además un conducto (5) sumergido que toma agua desde un nivel superior al cuerpo superior (2) y la conduce hacia los álabes del rodete (1), otra conducción (6) que dirige el agua desde la parte inferior del cuerpo superior hasta la parte superior del cuerpo inferior (3), y otra conducción (7) que conduce el agua desde el fondo del cuerpo inferior (3) hacia un serpentín (8) helicoidal ascendente que rodea el cuerpo inferior. Al final del serpentín (8) y en un nivel no superior al rodete (1) se encuentra una salida (9) por donde el agua abandona la instalación (Reiv.1). El documento D01 divulga una unidad de generación de energía hidráulica, en la que se introduce aire por un tubo Q de modo que ascienda el agua con aire por unas tuberías D dentro de una carcasa vertical B. En la base de dicha carcasa se encuentra un rodete movido por el agua en su ascenso. Al final de las tuberías, se pasa a otro cuerpo en el que unas palas H separan el agua del aire, moviendo el agua otro rodete K y saliendo de la unidad por la zona superior. La unidad cuenta con un eje vertical M a lo largo de todo el recorrido del agua, y que mueve el generador P al estar enclavado el eje con los rodetes (ver página 1 de descripción y figura 1). Como puede apreciarse, el documento D01 divulga algunas de las características recogidas en la solicitud, como el contar con dos cuerpos unidos por un eje de rotación vertical común, tener rodete al menos en uno de los cuerpos, y tuberías de conducción del agua de uno de los cuerpos al otro. Sin embargo, no se han encontrado las características relativas al serpentín helicoidal en el cuerpo inferior, a la conducción al mismo del agua desde la parte inferior de dicho cuerpo, ni a su ascenso hasta un nivel no superior al rodete. Además, el hecho de que la corriente de agua se mueva en sentido contrario en D01 y en la solicitud hace que estas características no resulten evidentes para un experto en la materia. Se han encontrado en el estado de la técnica documentos que divulgan unidades sumergidas de generación hidráulica en las que el flujo de agua tiene sentido descendente (ver documento D02, figuras). Sin embargo, ningún documento citado o cualquier combinación relevante de ellos revela las mismas características de la invención. Por lo tanto, la invención de la solicitud se considera nueva y con actividad inventiva de acuerdo a los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986 de Patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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