ES2877635T3 - Dispositivo de conversión de energía mecánica de las olas del mar a la energía eléctrica - Google Patents

Abstract

Dispositivo (100) para la conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, que comprende: al menos un flotador (101) y dos varillas rígidas (102, 103) dispuestas simétricamente con respecto a un eje vertical (120), ancladas en un extremo al fondo marino (108) mediante respectivas bisagras (110, 111), y en el otro extremo al flotador (101) a través de cables flexibles (106, 107); dos respectivos lastres (104, 105), donde cada uno de los lastres se fija al extremo libre de una de dichas respectivas varillas, de modo que se produce una tracción resultante de los extremos libres de dichas varillas (102, 103), que quedan libres girar alrededor de sus bisagras (110, 111), como efecto resultante del peso de los lastres dirigidos hacia el fondo marino (108) combinado con la fuerza de tracción de dicho flotador (101) dirigido hacia arriba a la superficie del mar, combinado con la reacción de bisagras (110, 111), caracterizado porque dicho dispositivo comprende además: al menos dos cables, o dos cadenas (113, 114) que conectan los extremos libres de las varillas (102, 103) a un eje de transmisión (109) de un generador, u otro dispositivo capaz de convertir y / o transmitir la energía, que se coloca a lo largo del eje vertical (120) de simetría del sistema, de modo que el movimiento oscilatorio vertical, horizontal o rotatorio del flotador (101), provocado por las acciones de las olas, genera un movimiento oscilatorio de varillas (102, 103), que son pivotados sobre sus respectivas bisagras (110, 111), y generan por tanto el movimiento rotatorio del eje de transmisión (109) del generador de energía eléctrica.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de conversión de energía mecánica de las olas del mar a la energía eléctrica

La presente invención se refiere a un dispositivo mejorado para la conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, que incluye un flotador movido por las olas del mar, donde el desplazamiento resultante del mismo flotador viene dado por la superposición del desplazamiento horizontal (abatimiento), vertical (sube y baja) y rotacional (balanceo), y que transmite algunas acciones de las olas a unas varillas rígidas, oa algunos cables, que se anclan mediante bisagras al fondo del mar. Las varillas se conectan a los respectivos balastos y a un eje de transmisión de un generador eléctrico, mediante cables o cadenas. El movimiento giratorio oscilante de las varillas se utiliza para colocar el eje de transmisión del generador eléctrico.

El principal objetivo de la presente invención es proponer una mejora en el dispositivo de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica descrito en la patente italiana IT 1413116, mediante la introducción de una mejora en la estructura de conexión de los cables flotantes, y en la posición de engranajes de transmisión del generador. La estructura de conexión del flotador y una posición diferente del generador permiten incrementar el balanceo del flotador (el movimiento rotatorio con referencia a su centro de masa), con respecto al sube y baja (vertical) y a las oscilaciones del abatimiento (horizontal), aumentando la eficiencia general de la energía total extraída en el dispositivo.

La posición del eje de transmisión y la posición del generador es mejor, desde un punto de vista económico, por tres razones. La primera es que se disminuye el número de engranajes de transmisión mecánica y generadores, y por lo tanto se logra una disminución de costos en construcción y mantenimiento. La segunda es que se disminuye el esfuerzo mecánico en la estructura, y no es de tipo flexión sino de tipo axial, más exactamente de tipo tracción, por lo que se pueden utilizar varillas más económicas, o se pueden cambiar con cables o cuerdas que son significativamente más baratos que las varillas. La tercera es que es posible lograr una velocidad de rotación en el eje de transmisión del generador que es mayor con respecto a la que tiene una configuración donde el generador se coloca en las bisagras; que consigue un multiplicador de revoluciones por minuto más sencillo, económico y eficiente, necesarios para que el generador eléctrico funcione correctamente.

Otro objetivo es que el mismo dispositivo tenga un punto de equilibrio estable, y que las oscilaciones horizontales, verticales o rotacionales respecto al mismo punto permitan activar un generador eléctrico.

Otro objetivo adicional es que el mismo dispositivo se instale mar adentro con respecto a aguas profundas o poco profundas.

Otro objetivo es que el mismo dispositivo forme parte de un sistema modular que permita producir una cantidad de energía proporcional a la cantidad de superficie marina utilizada, y proporcional al número de módulos instalados.

Otro objetivo adicional es que, cuando cambia la dirección principal de las olas del mar, el mismo dispositivo debe adaptar su orientación automáticamente sin instalar complementos adicionales.

Por tanto, es objeto específico de la presente invención un dispositivo mejorado para la conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica según la reivindicación 1 adjunta.

La presente invención se describe ahora según ejemplos no limitativos, con especial referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, donde:

la figura 1a muestra una vista lateral esquemática de un dispositivo, según la presente invención, que comprende un flotador y dos varillas rígidas, o cables, anclados al fondo marino por uno de sus extremos;

la figura 1b muestra una vista lateral de una parte de un dispositivo como el representado en la figura 1a, donde la parte izquierda del sistema de enrollado de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluye un anillo, o una polea, y un llamado rueda libre;

la figura 1c muestra una vista lateral de una parte de un dispositivo como el representado en la figura 1a, donde se representa esquemáticamente la parte derecha del sistema de enrollado de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluye un anillo, o una polea, y una llamada rueda libre;

la figura 2a es una vista esquemática lateral de un dispositivo como el de la figura 1a, donde se representan las fuerzas externas que actúan sobre el dispositivo;

la figura 2b es una vista esquemática de las fuerzas externas que actúan sobre el dispositivo en condiciones estáticas;

la figura 2c es una vista esquemática relacionada con un ejemplo de fuerzas externas que actúan sobre el dispositivo en presencia de olas entrantes;

la figura 2d es una vista lateral de un detalle de parte de un dispositivo como el de la figura 1a, donde se representan las fuerzas que actúan sobre la parte izquierda del mismo dispositivo;

la figura 3a es una vista esquemática lateral de un dispositivo como el de la figura 1a, donde las varillas de la estructura están sometidas a una rotación, con respecto a su punto de conexión con el fondo marino, como efecto de un levantamiento (movimiento vertical) de el flotador;

la figura 3b es una vista lateral de un dispositivo como el de la figura 1a, donde se representa esquemáticamente y en detalle la parte izquierda del sistema de enrollado de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluyendo un anillo, o una polea, y una llamada rueda libre, cuando el flotador tiene un desplazamiento de elevación (vertical);

la figura 3c es una vista lateral de un dispositivo como el de la figura 1a, donde se representa esquemáticamente y en detalle la parte derecha del sistema de arrollamiento de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluyendo un anillo, o una polea, y una llamada rueda libre, cuando el flotador tiene un desplazamiento de elevación (vertical);

la figura 4a es una vista esquemática lateral de un dispositivo como el de la figura 1a, donde los elementos se mueven de acuerdo con un desplazamiento de abatimiento (horizontal) y balanceo (rotacional) en el flotador; la figura 4b es una vista lateral de una parte de un dispositivo como el de la figura 1a, donde se representa esquemáticamente y en detalle la parte izquierda del sistema de enrollado de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluyendo un anillo, o un polea, y una llamada rueda libre, cuando el flotador tiene un desplazamiento de abatimiento (horizontal) y de balanceo (rotacional);

la Figura 4c es una vista lateral de una parte de un dispositivo como el de la Figura 1a, donde se representa esquemáticamente y en detalle la parte derecha del sistema de enrollado de cables, o cadenas, alrededor del eje de transmisión incluyendo un anillo, o un polea, y una llamada rueda libre, cuando el flotador tiene un desplazamiento de abatimiento (horizontal) y de balanceo (rotacional);

la figura 5 es una vista esquemática lateral de un dispositivo, según la presente invención, con referencia a una realización que puede instalarse en aguas poco profundas;

la figura 6 es una vista esquemática superior de un dispositivo, según la presente invención, según una realización que puede instalarse en aguas poco profundas;

la figura 7 es una vista esquemática lateral de un dispositivo, como el de la figura 1a, según una realización que puede instalarse en aguas profundas;

la figura 8 es una vista esquemática superior de un dispositivo, según la presente invención, con referencia a una realización que puede instalarse en aguas profundas;

la figura 9a es una vista esquemática superior de un dispositivo, según la presente invención, con referencia a una realización que puede instalarse en aguas profundas;

la figura 9b es una vista esquemática superior de un dispositivo, según la presente invención, con referencia a una realización que puede instalarse en aguas profundas;

la figura 10 es una vista de gráficos donde se representa la potencia extraída de dos generadores instalados en las bisagras, según dispositivo de la patente italiana IT 1413116, y la potencia extraída de uno de los generadores instalados en posición central, según la presente invención;

la figura 11 es una vista gráfica donde se representan las revoluciones por minuto y la distancia angular en las bisagras, según dispositivo de la patente italiana IT 1413116, y la conseguida por un eje de transmisión instalado en posición central, según la presente invención;

la figura 12 representa una vista en perspectiva tridimensional y tres vistas ortogonales de un dispositivo como el de la figura 1, en forma de figuras 7-8, que se puede instalar con respecto a aguas profundas, en una configuración modular que incluye dos estructuras conectadas como una secuencia entre sí;

la figura 13 representa una vista en perspectiva tridimensional y tres vistas ortogonales de un dispositivo como el de la figura 1, en forma de figuras 6-7, que se puede instalar con respecto a aguas profundas, en una configuración modular que incluye dos estructuras conectadas como una secuencia entre sí.

Se subraya que solo se describen aquí algunas de las muchas realizaciones concebibles de la presente invención, que son solo algunos ejemplos específicos no limitantes, que tienen la posibilidad de describir muchas otras realizaciones basadas en las soluciones técnicas descritas de la presente invención. En diferentes figuras, los mismos elementos se indicarán con los mismos números de referencia.

Con referencia a la Figura 1a, el dispositivo 100 para la conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, comprende: un flotador 101, colocado en la superficie del mar 112; dos varillas rígidas, o cables flexibles, 102, 103, instalados en una posición simétrica con respecto a un eje vertical A-A' que pasa por el flotador 101, anclado al fondo marino 108 en los respectivos puntos 110, 111; dos lastres 104, 105, uno para cada una de las varillas 102, 103, colocados en el extremo opuesto de la bisagra 110, 111, anclado al fondo marino 108; dos cables de conexión 106, 107, entre las respectivas varillas 102, 103 y el flotador 101, dos cables o cadenas, 113, 114, que conectan los extremos de las otras varillas desde las bisagras a un eje de transmisión de un generador 109, para cuáles dos contrapesos 115, 116 están conectados; la conexión de dichas cadenas 113, 114 a dicho eje 109 se logra mediante un engranaje mecánico que contiene una rueda libre, que permite la transferencia de movimiento a lo largo de una sola dirección de rotación, en el ejemplo en la dirección de las agujas del reloj; por lo tanto, de acuerdo con una rotación hacia arriba de las varillas 102, 103, los elementos entre las cadenas 113, 114, el engranaje y el eje 109 se activan y el eje 109 gira, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj, y los contrapesos 115, 116 se mueven hacia arriba; en cambio, cuando las varillas 102, 103 giran hacia abajo, la rueda libre no permite la transmisión de movimiento al eje 109 en el sentido de las agujas del reloj y, por lo tanto, no se transmite ningún movimiento al eje 109 y al generador, y los contrapesos 115, 116 pueden moverse hacia abajo con una distancia igual a la disminución de la longitud de los cables o cadenas 113, 114, manteniendo los mismos cables o cadenas 113, 114 en tracción, listos para la siguiente acción de transmisión cuando las varillas vuelvan a girar nuevamente hacia arriba.

Con referencia a las Figuras 1b y 1c, la parte izquierda y derecha del sistema que conecta los cables, o cadenas 113, 114, al eje de transmisión 109 del generador se representa con más detalle. El sistema está compuesto por un sistema de engranaje / rueda libre / eje de transmisión 121, y por contrapesos 115, 116: en la Figura 1b el cable, o cadena 113, está enrollado al elemento 121 en el lado superior; cuando el dispositivo 100 es movido por las olas, y las cadenas o cables 113, 114 tienden a poner el elemento 121 en un movimiento rotatorio 124 en sentido antihorario, la misma cadena se ve afectada por el momento de torsión del generador para convertir la energía proveniente del olas del mar, el contrapeso 116 es necesario sólo para mantener la cadena 113 constantemente en tracción. En la Figura 1c, el cable, o cadena 114, está enrollado al elemento 121 en el lado inferior; cuando el dispositivo 100 es movido por olas, y cadenas o cables 113, 114, tienden a poner el elemento 121 en un movimiento rotatorio 124 en el sentido de las agujas del reloj, la misma cadena se ve afectada por el momento de torsión del generador para convertir la energía proveniente del olas del mar, el contrapeso 115 es necesario sólo para mantener la cadena 114 constantemente en tracción.

Extracción de energía

Con referencia a la Figura 2a, el sistema 100 está en una condición estática, donde la superficie del mar 112 no tiene ningún movimiento, y hay un equilibrio estable, con el flotador 101 que soporta los pesos de masas 104, 105 y varillas 102, 103. Los cables 106, 107 y las varillas 102, 103 están siempre en tracción. Los cables, o cadenas 113, 114 se mantienen en tracción mediante contrapesos 115, 116, y no hay producción de energía, porque el eje de transmisión no gira y el generador no expresa un momento de torsión resistente.

Las fuerzas externas del sistema son la fuerza de flotación en el flotador 501, los pesos de los balastos 501, 502 y las fuerzas de reacción en las bisagras 513, 514. Las olas del mar 112a a lo largo de la dirección 401 provocan algunas acciones sobre el flotador, en ejemplo 510, algunas acciones adicionales en las bisagras 513, 514, y la creación de las acciones 511, 512, en el sistema de transmisión del generador 109.

Con referencia a la Figura 2b, el equilibrio de fuerzas externas sobre el dispositivo 100 en condiciones estáticas se representa con más detalle, donde las fuerzas 501a, 501b representan un posible efecto de la fuerza flotante 501 en el lado izquierdo y derecho.

Con referencia a la Figura 2c se representa una posible distribución de fuerzas, con acciones adicionales debidas a las olas, donde las fuerzas no están equilibradas y por lo tanto algunas partes del dispositivo se ven afectadas por una aceleración hacia arriba.

Con referencia a la Figura 2d, el equilibrio de fuerzas en el lado izquierdo, en condiciones estáticas y en presencia de fuerzas adicionales debido a las olas, se representa con más detalle.

Con referencia a la Figura 3a, se representa la extracción de energía según un desplazamiento de levantamiento, o movimiento vertical, del flotador 101 a la posición 101a.

Las bisagras 110, 111 están conectadas al fondo marino 108, y el flotador 101, los cables 106, 107, los balastos 104, 105 y las varillas 102, 103 pueden moverse bajo el efecto de una variación del nivel del mar 112. El generador de energía, conectado al fondo marino 108, expresa algunas acciones resistentes con respecto al movimiento que tiende a proporcionar el sistema de transmisión 109; la potencia instantánea extraída por el sistema 100 de las olas del mar está dada por el producto de la velocidad de rotación 124 con el momento resistente expresado por el generador.

El sistema 109 comienza a transmitir las fuerzas para la producción de energía cuando la superficie 112 comienza a moverse desde el nivel medio del mar hasta la posición 112a, moviendo el flotador 101 y las partes móviles del sistema 100 juntas. Sin embargo, el desplazamiento total del flotador 101 no es igual al de la superficie del mar, y se desplaza en el tiempo comparándolos. De hecho, a este movimiento se opone el sistema de producción de energía, ya sea de energía eléctrica o hidráulica.

La parte anterior de energía a extraer por el sistema depende de las masas, del tamaño del flotador y del tamaño de otros elementos que están comprendidos en el sistema 100; todos los datos anteriores representan los parámetros que definen la dinámica del sistema y la producción de energía. La optimización de los elementos anteriores conduce a una optimización del sistema de producción de energía con respecto a las condiciones del mar y la ubicación geográfica.

El sistema de transmisión 109 utilizado para transmitir fuerzas al generador de energía se logra con referencia al eje A-A' 120 del mismo dispositivo. Los cables, o las cadenas, 113, están conectados a la parte superior del anillo mecánico del eje 109, en lugar de los cables, o la cadena, 114 a la parte inferior. Cuando las varillas 102, 103 se mueven hasta las posiciones 102a, 103a, los cables o cadenas 113, 114 tiran a una distancia mayor 113a, 114a y, por lo tanto, el eje gira como efecto de esta acción; los contrapesos 115, 116 se empujan a su vez a las posiciones 115a, 116a.

Con referencia a las Figuras 3b y 3c se describe aquí con más detalle el lado izquierdo y el lado derecho de la estructura de conexión con cables, o cadenas, 113, 114, al sistema de transmisión del generador 109, y los efectos sobre la rotación. del eje 121 y en la producción de energía. Tanto en el lado izquierdo como en el lado derecho la rotación de varillas hacia arriba provoca una variación de distancia en el punto de conexión de cables, o cadenas, 113, 114, que se convierte en 113a, 114a. Esta variación de distancia provoca la rotación 124 del eje 121, porque la rueda libre permite la transferencia de fuerza según rotaciones en sentido antihorario y, definitivamente, la transmisión de fuerza al generador para la producción de energía.

Por el contrario, cuando las varillas 102a, 103a giran hacia abajo en las posiciones 102, 103, las distancias 113a, 114a disminuyen a las distancias 113, 114. Sin embargo, como efecto de esta distancia disminuida, la rueda libre no permite la conexión de la anillo con el eje, porque la rotación del anillo se realiza en el sentido de las agujas del reloj; además, no se transmiten fuerzas al eje de transmisión, no se produciría energía y los contrapesos 115a, 116a se mueven a las posiciones 115, 116 manteniendo siempre los cables o las cadenas 113, 114 en tracción.

Con referencia a las Figuras 4a, 4b, 4c, la producción de energía se describe con referencia a un desplazamiento simultáneo de abatimiento (horizontal) y balanceo (rotacional) del flotador 101 en la posición 101a, provocado por el paso de la ola marina 112a que introduce una variación en las condiciones de equilibrio 112. El flotador provoca un desplazamiento de los cables 106, 107 de los balastos 104, 105, y de las varillas, o cables, 102, 103, que se mueven en una nueva configuración 106a, 107a, 104a, 105a, 102a, 103a. La varilla 102 se mueve a la posición 102a, girando hacia arriba, y la varilla 103 a la posición 103a, girando hacia abajo. El cable, o la cadena, 113 se mueve a una distancia mayor entre la varilla y el eje, igual a 113a; el eje de transmisión está conectado por la rueda libre que permite la rotación, en sentido antihorario en el ejemplo, con la producción de energía del generador al que está conectado; el contrapeso 116 se mueve hacia arriba. La varilla 103, moviéndose a la posición 103a, gira hacia abajo; en este caso la rueda libre no permite la transferencia de fuerza y el movimiento en el sentido de las agujas del reloj del eje de transmisión, no habría producción de energía y no habría fuerzas en el cable, o cadena, 114, debido a la producción de energía; el contrapeso se mueve desde la posición 115 a la posición 115a, manteniendo la cadena 114 en tracción.

Realización de la invención en aguas poco profundas

Las figuras 5-6 muestran respectivamente, en vista lateral y vista superior, un ejemplo de instalación en aguas poco profundas, de 10-20 m de profundidad. La posición de las bisagras 110, 111 y de la transmisión 109 al generador, debe estar bloqueada en el fondo marino 108, y los elementos de fijación deben poder dar resistencia a fuerzas que tienden a disminuir la distancia de las bisagras 110 y 111, para moverlas. hacia arriba, o para mover la transmisión 109.

En aguas poco profundas, el dispositivo compuesto por el generador 109 y las bisagras 110, 111 se puede colocar directamente sobre el fondo marino 108, por ejemplo utilizando caballetes adaptables 131, 132, 133, pero la posición debe ser en cualquier caso fija en el fondo marino, a través de un sistema de anclajes y lastres, con posible adición de cables y anclajes, para resistir a acciones que tiendan a mover el dispositivo hacia arriba y / o lateralmente.

En la figura 6, el sistema descrito desde una vista superior presenta, en un lateral, los cables 106, 106a, las varillas o cables 102, 102a, girando respecto al 131, 131a, un lastre 104 y unos cables o cadenas 114 , 114a, conectado al sistema de transmisión 109, conectado al punto 133.

En el lado opuesto el sistema presenta unos cables 107, 107a, unas varillas, o cables, 103, 103a, girando con respecto a 132, 132a, un lastre 105 y unos cables o cadenas 113, 113a, conectados al sistema de transmisión 109.

El sistema descrito en las Figuras 5-6 no cambia su orientación automáticamente, girando a lo largo de una dirección que es perpendicular a la dirección de la fuente de las olas, porque la dirección de la fuente de las olas en aguas poco profundas es aproximadamente perpendicular a la línea de costa. Por tanto, con referencia al lugar de instalación, colocando correctamente el dispositivo 100, de modo que las olas más frecuentes que tienen la mayor potencia 112a estén en una dirección 401 que es perpendicular al flotador, es posible maximizar la energía disponible. Sin embargo, todos los componentes de la estructura deben diseñarse para tener en cuenta las otras olas y fuerzas que vienen de una dirección diferente con respecto a la perpendicular al flotador.

Realización de la invención en aguas profundas

Las figuras 7, 8, 9a y 9b muestran respectivamente, en vista lateral y vista superior, un ejemplo de instalación en aguas profundas, a más de 30 m de profundidad.

En el ejemplo, el sistema 100 comprende:

una estructura 201 capaz de evitar que las dos bisagras puedan acercarse entre sí; la estructura 201 es autoflotante y puede equiparse con flotadores auxiliares 202, 203, capaces de mantener el sistema a un nivel específico de profundidad;

un sistema de cables de amarre 301, 302, 303 se conecta a un ancla, o lastre 311, colocado en el fondo del mar y que debe evitar que el sistema se levante, permitiendo al mismo tiempo el movimiento rotatorio respecto a una bisagra 310, ya sea en el plano mostrado en la Figura 7 y en la vista superior mostrada en las Figuras 8, 9a y 9b; el sistema de cables 301, 302, 303 está debidamente diseñado según diferentes longitudes, de manera que el sistema balanceado no tiene la bisagra 310 alineada con el flotador 101. Como se muestra en las Figuras 9a y 9b, el objetivo es lograr unas fuerzas que hacer que el sistema se oriente en una dirección perpendicular a la dirección de las ondas 112a que llegan desde la dirección 401. Con referencia a la Figura 9a, en caso de que las ondas cambien de dirección desde la que llegan, por ejemplo de 401 a 414a, en el flotador empuja unas fuerzas 402 de manera que el 403 resultante para el brazo 406 define un momento con respecto a la bisagra 310 que es mayor con respecto al 404 resultante para el brazo 405. Por tanto, este momento define una rotación 600 y el sistema se mueve, como se indica en la Figura 9b, desde la posición indicada en 201 a la posición 201a.

En el ejemplo representado, dado el mismo número de olas, el dispositivo para aguas profundas se caracteriza por una producción de energía diferente con respecto al de aguas someras, debido a que las bisagras 110, 111, tienden a moverse junto con la estructura flotante 201 respecto a las bisagras que están ancladas al fondo marino. De hecho, la estructura 201 puede tener rotaciones 610 alrededor de la bisagra 310 y este aspecto no representa un hecho necesariamente positivo o negativo, porque la cantidad de estos desplazamientos, que pueden aumentar o disminuir la energía extraída, depende de la inercia de la estructura 201 y sobre el sistema de fuerzas que actúan sobre el dispositivo 100.

Mejoras de la solución respecto al dispositivo divulgado en la patente italiana it 1413116

Con referencia a todas las figuras adjuntas, la posición del generador alineado con el dispositivo flotante introduce las siguientes mejoras:

en la presente invención, es posible lograr un solo eje de transmisión 109 alineado con el dispositivo y, en consecuencia, un solo generador en lugar de los dos sistemas en las bisagras y los dos generadores del dispositivo descritos en IT 1413116; y eso introduce una ventaja económica porque, dada la misma potencia, el costo de un solo dispositivo es más barato que el de dos dispositivos;

en la presente invención la acción resistente expresada por el sistema de transmisión 109 y por el generador para producir energía, provoca una acción de tracción de las bielas 102, 103, en lugar de una acción de tracción y momentos flectores expresados por el sistema 109 en caso de instalación sobre bisagras en el dispositivo divulgado en IT 1413116; esto da una ventaja económica porque las acciones de tipo flexión conducen a un diseño de varillas más caras con respecto a los cables, utilizables solo en caso de acciones de tracción;

el uso de las cadenas 113, 114 y del sistema 109 con rueda libre de la presente invención permite convertir la energía extraída de las olas en un movimiento rotatorio en una dirección, donde la velocidad de rotación del eje 121 es mayor que la alcanzable con un eje de transmisión sobre bisagras como el del dispositivo descrito en IT 1413116; la velocidad de rotación del eje de transmisión depende del diámetro que sea posible utilizar, y es al menos 10-20 veces mayor que la que se puede lograr con la transmisión en las bisagras; que conduce a un menor costo de producción y menor desperdicio de energía mecánica porque, para el uso de generadores eléctricos, podría no ser necesario un multiplicador de revoluciones o podría ser un componente relativamente más simple con respecto al dispositivo descrito en IT 1413116; con referencia a la Figura 11 se puede observar que el número de revoluciones por minuto del eje en la presente invención, indicado por la curva continua superior, es mayor que el alcanzable con respecto al dispositivo de IT 1413116, indicado por la parte inferior punteada curva;

la posición del generador alineado al dispositivo A-A' junto con la de conexión al flotador, en la forma indicada por la presente invención, permite un aumento de la energía extraída, porque el movimiento de balanceo puede incrementarse con respecto al de abatimiento y sube y baja; de hecho el rodillo permite una mayor eficiencia en la extracción de energía con respecto a los otros dos movimientos; con referencia a la figura 10, la potencia media generada por el sistema de la presente invención, indicada por la curva superior continua, es mayor que la que se puede conseguir con el dispositivo de IT 1413116, indicada por la curva de puntos inferior.

Descripción de gráficos y modelo

Los gráficos de las Figuras 10 y 11 muestran los resultados obtenidos numéricamente para la solución de la patente IT 1413116 (líneas de puntos) y para la solución mejorada de la presente invención (líneas continuas). En particular, los resultados están relacionados con una configuración en aguas profundas (50 m de profundidad), con un ancho en la base de 30 m, un flotador 101 que tiene una longitud de 12 m, una altura de 8,5 m y una anchura de 2,0 m. La longitud de las varillas en la base 102, 103 es de 10,5 m, la longitud de los cables 106, 107 es de 7,0 m.

El modelo numérico incluye un primer módulo (modelo de elementos finitos) que estima los parámetros hidrodinámicos (masa agregada, coeficientes de amortiguamiento, fuerzas de excitación) y un segundo módulo (diferencias finitas) que resuelve la ecuación de movimiento del sistema completo compuesto por un flotador 101, el amarre 102, 106, 107, 103, y por masas 104, 105. Los resultados de las Figuras 10 y 11 están relacionados con olas monocromáticas que tienen una altura de ola de 1 m y un período variable Tw.

En la Figura 10 se puede observar que la potencia extraída Pm relacionada con la solución mejorada de la presente invención (línea continua) es significativamente mayor con respecto al dispositivo de la patente IT 1413116 (línea de puntos).

En la Figura 11 se observa que la velocidad angular (w) se incrementa significativamente desde valores menores a 1 rpm (línea de puntos) hasta valores que van más allá de las 25 rpm (línea continua) y alcanzan, en algunos períodos de la onda entrante, los valor de 100 rpm.

Como ya se ha observado, la velocidad angular alcanzada con la solución mejorada de la presente invención permite utilizar multiplicadores de revoluciones más simples, más baratos, factibles y eficientes, porque se disminuyen las pérdidas de energía mecánica en los engranajes.

Dichos gráficos representados en la figura, aunque no representan un análisis completo de los resultados con respecto a una variación de todos los parámetros de diseño en el dispositivo, y aunque se refieren a una ola monocromática de altura igual a 1 m, muestran exactamente las mejoras introducidas. por la presente invención.

Realización modular de la invención

La figura 12 representa una vista en perspectiva tridimensional y tres vistas ortogonales de un dispositivo como el de la figura 1, en forma de figuras 7-8, que se puede instalar con respecto a aguas profundas, en una configuración modular que incluye dos estructuras conectadas como una secuencia entre sí. En este caso, los dispositivos se instalan en aguas profundas y la producción de energía aumenta en proporción al tamaño de la superficie del mar que se utiliza.

En cambio, la Figura 13 representa un ejemplo de una serie de dispositivos como el de la Figura 1, en la forma de las Figuras 6-7, que se pueden instalar con respecto a aguas profundas. En una configuración modular que incluye dos estructuras conectadas en secuencia entre sí. En este caso, los dispositivos se instalan en aguas profundas y la producción de energía aumenta en proporción al tamaño de la superficie del mar que se utiliza. Se representan una vista en perspectiva tridimensional y tres vistas ortogonales de un dispositivo en una configuración que tiene más módulos, donde cada módulo individual incluye dos estructuras como la de la Figura 12 conectadas como una secuencia entre sí.

Por tanto, los ejemplos anteriores muestran que la presente invención alcanza todos los objetivos esperados. En particular, permite lograr una mejora en el dispositivo de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica descrito en la patente italiana IT 1413116, al introducir una mejora en la estructura de conexión de los cables flotantes y en la posición de transmisión del generador. engranajes. La estructura de conexión del flotador y una posición diferente del generador permite incrementar el balanceo del flotador (el movimiento rotatorio con referencia a su centro de masa), con respecto al sube y baja (vertical) y a las oscilaciones del abatimiento (horizontal), aumentando la eficiencia general de la energía total extraída en el dispositivo.

La posición del eje de transmisión y la posición del generador es mejor, desde un punto de vista económico, por tres razones. La primera es que se disminuye el número de engranajes de transmisión mecánica y generadores, y por lo tanto se logra una disminución de costos en construcción y mantenimiento. La segunda es que se disminuye el esfuerzo mecánico en la estructura, y no son de tipo flexión sino de tipo axial, más exactamente de tipo tracción, por lo que se pueden utilizar varillas más económicas, o se pueden cambiar con cables o cuerdas que son significativamente más baratos que las varillas. La tercera es que es posible lograr una velocidad de rotación en el eje de transmisión del generador que es mayor con respecto a la de una configuración donde el generador se coloca en las bisagras; que consigue un multiplicador de revoluciones por minuto más sencillo, económico y eficiente, necesarios para que el generador eléctrico funcione correctamente.

Entonces, según la invención, el mismo dispositivo tiene un punto de equilibrio estable, y que las oscilaciones horizontales o verticales o rotacionales con respecto al mismo punto hacen posible la activación de un generador eléctrico.

El mismo dispositivo puede instalarse en alta mar con respecto a aguas profundas o poco profundas.

Además, según la invención, el mismo dispositivo puede formar parte de un sistema modular que permite producir una cantidad de energía que es proporcional a la cantidad de superficie marina utilizada y proporcional al número de módulos instalados.

Además, cuando cambia la dirección principal de las olas del mar, el mismo dispositivo puede adaptar su orientación automáticamente sin instalar complementos adicionales.

La presente invención se ha descrito haciendo referencia a algunos ejemplos no limitantes y siguiendo algunas realizaciones preferidas; sin embargo, huelga decir que los expertos en la técnica podrían introducir modificaciones y / o cambios sin apartarse del alcance relevante, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (100) para la conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, que comprende:

al menos un flotador (101) y dos varillas rígidas (102, 103) dispuestas simétricamente con respecto a un eje vertical (120), ancladas en un extremo al fondo marino (108) mediante respectivas bisagras (110, 111), y en el otro extremo al flotador (101) a través de cables flexibles (106, 107); dos respectivos lastres (104, 105), donde cada uno de los lastres se fija al extremo libre de una de dichas respectivas varillas, de modo que se produce una tracción resultante de los extremos libres de dichas varillas (102, 103), que quedan libres girar alrededor de sus bisagras (110, 111), como efecto resultante del peso de los lastres dirigidos hacia el fondo marino (108) combinado con la fuerza de tracción de dicho flotador (101) dirigido hacia arriba a la superficie del mar, combinado con la reacción de bisagras (110, 111),

caracterizado porque dicho dispositivo comprende además:

al menos dos cables, o dos cadenas (113, 114) que conectan los extremos libres de las varillas (102, 103) a un eje de transmisión (109) de un generador, u otro dispositivo capaz de convertir y / o transmitir la energía, que se coloca a lo largo del eje vertical (120) de simetría del sistema, de modo que el movimiento oscilatorio vertical, horizontal o rotatorio del flotador (101), provocado por las acciones de las olas, genera un movimiento oscilatorio de varillas (102, 103), que son pivotados sobre sus respectivas bisagras (110, 111), y generan por tanto el movimiento rotatorio del eje de transmisión (109) del generador de energía eléctrica.

2. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según reivindicación anterior, caracterizado porque:

la conexión de dichos cables, o cadenas (113, 114), a dicho eje (109) se realiza mediante un engranaje mecánico que contiene una rueda libre, que permite la transferencia de movimiento a lo largo de una sola dirección de giro; dos contrapesos (115, 116) están conectados a las cadenas (113, 114),

de modo que según una rotación hacia arriba de las varillas (102, 103), los elementos entre cadenas (113, 114), engranaje y eje (109) se activan, y el eje (109) gira en sentido horario, y los contrapesos (115, 116) se mueven hacia arriba; en cambio, cuando las varillas (102, 103) giran hacia abajo, la rueda libre no permite la transmisión del movimiento al eje (109) en el sentido de las agujas del reloj y, por lo tanto, no se transmite ningún movimiento al eje (109) y al generador, y los contrapesos pueden moverse hacia abajo.

3. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

el sistema de conexión de cables, o cadenas (113, 114), al eje de transmisión (109) del generador, está compuesto por un sistema de engranaje / rueda libre / eje de transmisión (121), y por contrapesos (115, 116): el cable o la cadena (113) están enrollados al elemento (121) en el lado superior; cuando el dispositivo (100) es movido por ondas y cadenas, o cables, (113, 114), tienden a poner el elemento (121) en un movimiento giratorio en sentido antihorario (124), la misma cadena se ve afectada por el momento de torsión de el generador para convertir la energía proveniente de las olas del mar, el contrapeso (116) es necesario para mantener la cadena (113) constantemente en tracción; el cable, o cadena (114), está enrollado al elemento (121) en el lado inferior; cuando el dispositivo (100) es movido por ondas y cadenas, o cables, (113, 114), tienden a poner el elemento (121) en un movimiento giratorio en sentido horario (124), la misma cadena se ve afectada por el momento de torsión de el generador para convertir la energía procedente de las olas del mar, el contrapeso (115) es necesario para mantener la cadena (114) constantemente en tracción.

4. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

la transmisión de energía se logra según un desplazamiento de levantamiento, o movimiento vertical del flotador (101), cuando las varillas (102, 103) suben a las posiciones (102a, 103a), los cables o cadenas, (113, 114) ), tire a una distancia mayor (113a, 114a) y, por lo tanto, el eje gira como efecto de esta acción; los contrapesos (115, 116) se empujan a su vez.

5. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

la transmisión de energía se consigue según un desplazamiento horizontal y un desplazamiento rotatorio del flotador (101), provocado por el paso de una ola marina (112a); los cables (106, 107) de los lastres de aguas someras (104, 105) y de las varillas (102, 103) se mueven a una configuración diferente (106a, 107a, 104a, 105a, 102a, 103a); la varilla (102) se mueve a la posición (102a), girando hacia arriba, y la varilla (103) se mueve a la posición (103a), girando hacia abajo; el cable, o cadena, (113) tira a una distancia mayor entre la varilla y el eje, igual a (113a); el eje de transmisión (109) se activa desde la rueda libre que permite la rotación; el contrapeso (116) se empuja hacia arriba; la varilla (103) se mueve a la posición (103a), girando hacia abajo; en este caso la rueda libre no permite la rotación; el contrapeso (115) se mueve y mantiene la cadena (114) en tracción.

6. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

según instalaciones en aguas someras, de 10-20 m de profundidad, la posición de las bisagras (110, 111), y de la transmisión (109) al generador, debe bloquearse en el fondo del mar, mediante caballetes adaptables (131, 132, 133).

7. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

según instalaciones en aguas profundas, de más de 30 m de profundidad, el dispositivo comprende además: una estructura (201) capaz de evitar que las dos bisagras (110, 111) puedan acercarse entre sí; la estructura (201) es autoflotante y puede equiparse con flotadores auxiliares (202, 203), capaces de mantener el sistema a un nivel de profundidad específico; un sistema de cables de amarre (301, 302, 303) se conecta a un ancla, o lastre (311), colocado en el fondo del mar y que evita que el sistema se levante, permitiendo al mismo tiempo el movimiento de rotación respecto a una bisagra (310).

8. Dispositivo (100) de conversión de energía mecánica de las olas del mar en energía eléctrica, según reivindicación anterior 7, caracterizado porque:

el dispositivo (100) se coloca con su eje horizontal en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento de las olas del mar (112a); en caso de que las olas del mar cambien la dirección de la que vienen, por ejemplo de (401) a (401a), algo de presión (402) tiene efecto sobre el flotador (101) con un componente (403) en el brazo (406) provocando un momento en con respecto a la bisagra (310) que tiene mayor intensidad con respecto a la causada por el componente (404) del brazo (405); dicho momento provoca por tanto una rotación (600) y el dispositivo (100) se mueve desde una posición (201) a una posición (201a).