ES2456190A1 - Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas que comprende, al menos, una cámara (2), que es un tanque abierto en su parte superior y cerrado parcialmente en su parte inferior, la cual incorpora una abertura (7), de tal forma que su nivel de agua oscila por la acción de las aguas en el exterior; y donde dicha cámara (2) alberga una turbina (3), u otro mecanismo que aprovecha la energía del fluido, cuando entra y sale de la cámara (2) a través de la abertura (7) existente en su parte inferior, actuando sobre un eje (5) para que gire en todo momento en la misma dirección y que transmite la energía rotacional a un sistema de generación de energía eléctrica (8), compuesto por una caja multiplicadora (9), un volante de inercia (10) y un generador eléctrico (11).

Description

DISPOSITIVO DE CAPTACIÓN Y GENERADOR DE ENERGÍA A PARTIR DE LAS OLAS

OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva se refiere a un dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, el cual aporta varias ventajas y características de novedad que se describirán en detalle más adelante y que supone una mejora del estado actual de la técnica respecto de los sistemas
10 existentes para el mismo fin.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un captador para el aprovechamiento de la energía de las olas compuesto por una cámara resonante o tanque cuyo nivel de agua oscila por la acción de las olas en el exterior, la cual se combina con una
15 turbina, particularmente una turbina hidráulica axial bidireccional de álabes basculantes.

La cámara capta la energía de las olas a través de una apertura que comunica el volumen de agua interior con el exterior, generando una columna de agua que oscila en el interior de la misma debido a la variación de presión originada por las olas en la abertura de
20 la cámara. Y la turbina hidráulica de tipo axial bidireccional con álabes basculante, se encuentra instalada en la abertura que comunica la cámara con el exterior siendo accionada por el agua que entra y sale de la cámara al exterior.
25 CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de la aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la captación de energía undimotriz, generada por el movimiento de las olas, normalmente las olas del mar, pudiendo asimismo adaptarse a aplicaciones en lagos o ríos

30 de gran envergadura.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
35 En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que, si bien existen tecnologías y desarrollos en el campo de las máquinas hidráulicas y específicamente en diferentes tipos de captadores de energía de las olas, muchas de ellas plasmadas en diferentes documentos y patentes de invención, por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningún captador que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el dispositivo de captación y
5 generador de energía a partir de las olas que aquí se preconiza, según se reivindica.
Cabe mencionar, por otra parte, que la turbina hidráulica axial bidireccional de álabes basculantes que preferentemente incorpora el captador de la presente invención es una turbina del tipo descrito en la patente P201131379, relativa a una “TURBINA
10 HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDIRECCIONAL DE FLUJOS”, de la que es titular el propio solicitante y que, esencialmente, consiste en un rodete rotatorio por su eje axial, que permite su trabajo en ambos sentidos de funcionamiento, al contar con álabes que se unen al rodete por medio de un eje de giro radial con movimiento basculante que permite variar su ángulo de paso según la dirección del flujo,
15 y que opcionalmente incorpora palas directrices vinculadas a un eje de fijación con movimiento de basculación que permite variar su ángulo, y un difusor, cónico o toroidal, para minimizar las pérdidas de carga.
20 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
De forma concreta, lo que la invención propone, como ya se ha apuntado anteriormente, es un captador de energía que está compuesto por, al menos, una cámara consistente en una estructura de acero u hormigón formando las paredes de un tanque,
25 cilíndrico o cuadrado, abierto en su parte superior y cerrado parcialmente en su parte inferior.
En dicha parte inferior la cámara tiene una abertura que permite la entrada y salida del agua a su interior. En la apertura se encuentra instalada una turbina que, preferentemente, es una turbina hidráulica axial bidireccional con álabes basculantes auto
30 orientables, capaz de aprovechar la energía del agua que entra y sale de la cámara oscilante producto del oleaje en el exterior.
Así, cuando la ola se encuentra por encima del nivel medio de agua, la presión en la apertura de la cámara hace entrar agua; y cuando el nivel de la ola está más bajo, el 35 agua sale de la cámara. Esta energía del fluido entrando y saliendo de la cámara por la
apertura es la que acciona la turbina hidráulica axial bidireccional.
La energía rotacional del eje de la turbina acciona un sistema de generación eléctrico compuesto por una caja multiplicadora, un volante de inercia y un generador eléctrico.
La versatilidad del captador permite con pequeños cambios realizar diferentes tipos de instalaciones, bien fijadas a rompeolas o estructuras en la costa donde el captador está sujeto a otra estructura fija, o bien fijadas cerca de la costa a poca profundidad soportadas por estructuras auxiliares al fondo marino; o bien alejadas de la costa, flotantes a modo de
10 boya y sujetas por tirantes al fondo marino.
En el caso de ir flotantes, la cámara de aire o boya ejerce en todo momento una fuerza de flotación que tensa los tirantes, independientemente de las olas que actúan sobre él, evitando su movimiento vertical. Además, la cámara de flotación hace flotar el
15 captador y permite transportar sus propios contrapesos, y cuando va a ser fondeado, apoya los contrapesos en el fondo marino y llena parcialmente la cámara de flotación con agua para disminuir la flotación y quedar parcialmente hundido para su funcionamiento.
Cabe señalar, por otra parte, que el captador preconizado, en una variante de 20 realización, podría contener una o varias cámaras, formando un conjunto que genere más energía.
Asimismo, en otras realizaciones, puede sustituir la turbina hidráulica y mantener la resonancia del sistema con otros medios o mecanismos para transformar la 25 energía de la columna de agua oscilante en energía eléctrica, por ejemplo mediante una turbina de aire que trabaje con el volumen desplazado por el agua en el interior de la cámara
o por ejemplo otro mecanismo como un motor lineal instalado en el interior de la cámara.
Visto lo que antecede, se constata que el descrito dispositivo de captación y
30 generador de energía a partir de las olas representa una estructura innovadora de características desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando d la invención, y para ayudar a una mejor comprensión de las características que la distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en
5 los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista esquemática en sección, según un corte vertical, de un ejemplo de realización del dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas objeto de la invención, apreciándose en ella las principales partes y
10 elementos que comprende, así como la configuración y disposición de las mismas.
Las figuras número 2 y 3.- Muestran sendas vistas esquemáticas en planta del dispositivo captador según la invención, representado en dos ejemplos de realización del mismo, en la figura 2 con la cámara de configuración cilíndrica y en la figura 3 con la cámara
15 de configuración cuadrada.
Las figuras número 4 y 5.-Muestran sendas vistas en sección, del ejemplo de dispositivo captador mostrado en la figura 1, apreciándose en ellas la variación de altura de la ola en el exterior del mismo y la consiguiente variación en el interior de la cámara, habiéndose
20 representado mediante flechas el sentido de flujo del agua que acciona la turbina hidráulica axial bidireccional y el sentido de giro de la misma en ambas posiciones.
La figura número 6.- Muestra una forma de implementación del dispositivo captador de la invención a modo de protección de costa, en un ejemplo del mismo instalado 25 de forma fija a un rompeolas.
La figura número 7.- Muestra otra forma de implementación del dispositivo captador de la invención, en este caso soportado por una estructura apoyada al fondo marino, en un ejemplo del mismo instalado cerca de la costa a una profundidad somera.
30 La figura número 8.- Muestra otra forma de implementación del dispositivo captador de la invención de forma flotante a modo de boya, en un ejemplo del mismo instalado a profundidades elevadas.
35 Las figuras número 9 y 10.- Muestran sendas vistas en perspectiva de un ejemplo de implementación del captador como elemento flotante a modo de boya.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
5 A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar en ellas un ejemplo de realización preferida de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se describen en detalle a continuación.
Así, tal como se observa en dichas figuras, el dispositivo captador (1) en
10 cuestión comprende, al menos, una cámara (2), constituida por una estructura de acero u hormigón formando las paredes de un tanque, abierto en su parte superior y cerrado parcialmente en su parte inferior, y que alberga una turbina (3), particularmente una turbina hidráulica axial bidireccional con álabes (6) basculantes auto-orientables, girando en todo momento en la misma dirección, aunque también podría incorporar otro tipo de mecanismo
15 igualmente capaz de aprovechar la energía del fluido cuando entra y sale de la cámara (2) a través de su abertura inferior (7). En este caso, la turbina (3) hidráulica axial bidireccional incorpora unas palas directrices (4) a ambos lados del rodete, que dirigen el flujo de entrada a los álabes (6) de la misma para optimizar la eficiencia de la máquina.
20 El eje de la turbina (5) transmite la energía rotacional que generan los álabes
(6)
al sistema de generación de energía eléctrica (8), compuesto por una caja multiplicadora
(9)
que aumenta la velocidad rotacional y con la implementación de un volante de inercia (10) amortigua las variaciones de par de la turbina que posteriormente mueve el generador eléctrico (11).
25 Para facilitar el mantenimiento del sistema, se cuenta con una plataforma transitable (12) permite acceder al sistema de generación de energía eléctrica (8) y tiene la posibilidad de abrirse fácilmente en su parte central para extraer la turbina (3) hidráulica.
30 La cámara (2), dependiendo de las necesidades de instalación y posibilidades de fabricación, puede ser de planta cilíndrica, obsérvese en la figura 2, o planta cuadrada, como se observa en la figura 3.
En la figura 4 y 5 se puede observar cómo funciona el captador. Así, la figura 4 35 muestra cuando el nivel exterior (NE) del agua es más elevado que el interior, es decir, la ola se encuentra por encima del nivel medio del agua, y la presión en la abertura (7) de la cámara
(2) hace entrar el agua a su interior; y cuando el nivel exterior (NE) de la ola está más bajo (figura5) el agua sale de la cámara (2). Esta energía del fluido entrando y saliendo de la cámara (2) por la abertura (7) es la que acciona la turbina (3) hidráulica axial bidireccional.
5 Es importante destacar que la abertura (7) de la parte inferior de la cámara (2) tiene una menor sección que ésta y una geometría tal que genera resonancia con las olas del exterior, maximizando la variación de volumen en el interior del dispositivo. En las descritas figuras 4 y 5, el nivel del agua en el interior de la cámara está señalizado mediante la referencia (NI) en alusión a nivel interior.
10 Como se observa en la figura6, el dispositivo captador (1) puede ser instalado en un rompeolas (13) teniendo el valor adicional de disipar la energía que choca contra la costa. Su realización es preferentemente de planta rectangular, como muestra la figura 3. También podría ir instalado en otras estructuras fijas en la costa, donde el captador irá
15 soportado a otra estructura.
También puede ser instalado fijo al suelo marino con el uso de una estructura auxiliar (14), ver figura 7, o puede implantarse en zonas profundas de forma flotante a modo de boya, figuras 8, 9 y 10, fondeado con contrapesos (15) y tirantes (16), y con una cámara
20 de aire (17) que ejerce una fuerza de flotación que tensa los citados tirantes (16) en todo momento.
El captador (1) opera preferentemente de la forma más estática posible y esto se logra anclándolo a estructuras fijas como se observa en las figuras 6 y 7, o mediante la 25 cámara de flotación (17) a modo de boya figuras 8, 9 y 10.
En dicho caso, la flotación ejercida mantiene el captador en todo momento con los tirantes tensos, independiente de que la ola esté en su nivel superior o inferior, quedando restringido su movimiento vertical, sin embargo el movimiento lateral no se evita totalmente.
30 La cámara de flotación (17) se caracteriza por hacer flotar el captador (1) y poder transportar sus propios contrapesos, y cuando el captador (1) va a ser fondeado, apoya los contrapesos en el fondo marino y llena parcialmente la cámara de flotación con agua para disminuir la flotación y quedar parcialmente hundido para su funcionamiento.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, ya las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES

    1 – Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas caracterizado
    5 porque comprende, al menos, una cámara (2), que es un tanque abierto en su parte superior y cerrado parcialmente en su parte inferior, la cual incorpora una abertura (7), de tal forma que su nivel de agua oscila por la acción de las aguas en el exterior; y donde dicha cámara
    (2) alberga una turbina (3), u otro mecanismo que aprovecha la energía del fluido, cuando entra y sale de la cámara (2) a través de la abertura (7) existente en su parte inferior, actuando
    10 sobre un eje (5) para que gire en todo momento en la misma dirección y que transmite la energía rotacional a un sistema de generación de energía eléctrica (8), compuesto por una
    caja multiplicadora (9), un volante de inercia (10) y un generador eléctrico (11).
    2 – Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según la 15 reivindicación 1, caracterizado porque la turbina (3) es una turbina hidráulica axial bidireccional con álabes (6) basculantes auto-orientables que incorpora unas palas directrices
    (4) a ambos lados del rodete, que dirigen el flujo de entrada a sus álabes (6).
    3 - Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según la
    20 reivindicación 1 o 2, caracterizado porque, en su parte superior, cuenta con una plataforma transitable (12) que permite acceder al sistema de generación de energía eléctrica (8) y tiene
    la posibilidad de abrirse en su parte central para extraer la turbina (3) o mecanismo.
    4 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según 25 cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la cámara (2) es de planta cilíndrica o cuadrada.
    5 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la abertura (7) de la parte inferior 30 de la cámara (2) tiene una menor sección que dicha cámara (2)..
    6 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la cámara (2) es una estructura de acero u hormigón.
    7 - Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque va instalado en un rompeolas
    (13) u otras estructuras fijas en la costa.
    8 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según 5 cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque va instalado fijo en el suelo marino con el uso de una estructura auxiliar (14).
    9 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque va instalado en zonas profundas 10 de forma flotante a modo de boya.
    10 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque va fondeado con contrapesos
    (16) y tirantes (15), y dispone de una cámara de aire (17) que ejerce una fuerza de flotación 15 que tensa dichos tirantes (16) en todo momento.
    11 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según la reivindicación 10, caracterizado porque la cámara de flotación (17) es rellenable de agua para disminuir su flotación y con ello, además de hacer flotar el captador (1), permite
    20 transportar los contrapesos (15).
    12 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo, capaz de aprovechar la energía del fluido cuando entra y sale de la cámara (2) es un motor lineal.
    25 13 -Dispositivo de captación y generador de energía a partir de las olas, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende varias cámaras (2) formando un conjunto que genera más energía.
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