PT1611349E

PT1611349E - Aparelho de energia de ondas

Info

Publication number: PT1611349E
Application number: PT04725434T
Authority: PT
Inventors: Richard Yemm
Original assignee: Pelamis Wave Power Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2012-10-30
Also published as: EP1611349A1; ZA200508833B; EP1611349B1; AU2004225701A1; JP4638412B2; CN1798922A; IS8084A; NO330447B1; GB0307827D0; NO20054676L; AU2004225701B2; NO20054676D0; NZ543038A; CN100497936C; WO2004088129A1; CA2520849C; BRPI0409172A; ES2391394T3; US7443045B2; JP2006522273A

Description

Descrição

Aparelho de energia de ondas

Esta invenção refere-se a uma unidade de acoplamento, aparelho e método para extrair energia das ondas, em particular das ondas do oceano.

As ondas do oceano representam uma fonte de energia significativa. Sabe-se usar um conversor de energia das ondas para extrair energia dessas ondas. Um aparelho aperfeiçoado é apresentado na patente americana 647 6511 (também publicada como WO 00/17519). Ai apresenta-se um aparelho para extrair energia das ondas do oceano e que compreende vários elementos do corpo cilíndrico, ligados a uma estrutura em forma de corrente. Cada par de elementos cilíndricos adjacentes está diretamente ligado através de elementos de acoplamento que permitem uma rotação relativa dos elementos cilíndricos à volta de pelo menos um eixo. De preferência, os elementos de acoplamento adjacentes permitem uma rotação à volta de eixos mutuamente ortogonais e transversais. A patente americana 4408 945 apresenta uma turbina que funciona com a energia das ondas e na qual duas bóias estão ligadas a uma barcaça central. É objeto da presente invenção fornecer um aparelho ainda mais aperfeiçoado e um método para extrair energia das ondas. 1/26

De acordo com um primeiro aspeto da presente invenção, fornece-se um aparelho de energia das ondas, de acordo com as reivindicações.

De preferência, os elementos do corpo estão organizados de forma consecutiva num aparelho articulado, estando cada par de elementos do corpo interligados através de uma unidade de acoplamento para formar uma corrente articulada.

De preferência, a, ou cada, unidade de acoplamento tem um comprimento longitudinal substancialmente mais curto do que os elementos do corpo.

De preferência, os elementos do corpo compreendem substancialmente elementos ocos sem componentes ativos.

De preferência, cada elemento do corpo tem um ou mais tampões terminais com um mecanismo de acoplamento correspondente para encaixar no mecanismo de acoplamento da unidade de acoplamento.

De preferência, o mecanismo de extraçao de energia inclui um conjunto de aríetes hidráulicos.

De preferência, o conjunto de memória hidráulico compreende vários aríetes. 2/26

De preferência, o mecanismo de extração de energia inclui um conjunto de aríetes hidráulicos para cada eixo de rotação.

De preferência, o mecanismo de extração de energia inclui dois conjuntos de aríetes hidráulicos que atuam à volta de cada eixo de rotação.

De preferência, os tampões terminais têm várias cavidades para receberem as respetivas extremidades do mecanismo de extração de energia.

De preferência, o mecanismo de extração de energia tem pelo menos um vedante, tal como um fole ou um vedante de diafragma para impedir que a água entre para a unidade de acoplamento e/ ou para os elementos do corpo.

De preferência, a unidade de acoplamento inclui um ou mais mecanismos de geração ou armazenamento de energia ligados a um ou mais mecanismos de extração de energia.

De preferência, a unidade de acoplamento inclui um primeiro mecanismo de geraçao de energia ligado a um ou mais mecanismos de extração no primeiro eixo de rotação e um segundo mecanismo de geração de energia ligado a um ou mais mecanismo de extração de energia no segundo eixo de rotaçao. 3/26

De preferência, os primeiros e segundos mecanismos aparelhos podem ser ligados a pelo menos um mecanismo de extração de energia, a partir de cada eixo de rotação, de tal modo que a contenção da unidade de acoplamento se mantém, na eventualidade de falha de um dos mecanismos de extração ou geração de energia.

De preferência, os primeiros e segundos mecanismos geradores podem ser ligados a pelo menos um mecanismo de extração de energia, a partir de ambos os eixos de rotação, de tal modo que quando o gerador está a funcionar parcialmente, os mecanismos de extração de energia ficam ligados apenas ao primeiro ou ao segundo mecanismo de geração de energia.

De preferência, a contenção é aplicada a cada mecanismo de extração de energia da unidade de acoplamento, de modo a induzir uma reação de acoplamento cruzada que pode ser afinada de modo a ter ressonância nas ondas pequenas para aumentar a captura de energia e que pode ser afinado para as ondas grandes para limitar a absorção de energia e maximizar a capacidade de sobrevivência.

De preferência, o aparelho inclui um ou mais sistemas de lastro, sistemas de atracação e mecanismos para aplicar uma velocidade angular aos eixos de rotação.

De preferência, a unidade de acoplamento inclui um mecanismo de acesso, tal como uma ou mais escotilhas, para 4/26 permitir uma inspeção, reparaçao e manutenção no local ou fora do local. A natureza dos elementos do corpo flutuante pode corresponder à descrição dos referidos elementos em WO 00/17519. Ou seja, os referidos elementos do corpo são de preferência substancialmente alongados, cilíndricos e formam uma estrutura em forma de corrente. O aparelho, de preferência, tem um comprimento da mesma ordem de magnitude que o maior comprimento de onda, das ondas de onde a energia é extraída e pode estar livre para adoptar uma posição de equilíbrio no que respeita a qualquer padrão instantâneo de onda. A unidade de acoplamento inclui, de preferência um ou mais controladores, de maior preferência, um controlador ou mecanismo de controlo dentro da unidade de acoplamento. A unidade de acoplamento de preferência, inclui um mecanismo de acesso suficiente, tal como uma ou mais escotilhas para permitir uma inspeção, reparação e manutenção no local, isto é, quando localizado entre dois elementos do corpo no mar. O aparelho pode ainda ser definido e usado tal como descrito em WO 00/ 17519. Este pode incluir um sistema de atracação suave e pode também ter um mecanismo para orientar o aparelho de modo a que, em condições de funcionamento normais, possa abranger duas cristãs de onda. O sistema de atracação pode igualmente incluir um mecanismo para variar o ângulo de orientação da corrente dos elementos do corpo para a direção média das ondas, de modo 5/26 a maximizar a extração de energia. 0 aparelho pode ainda compreender um mecanismo para aplicar uma velocidade de ângulo ao eixo de rotação relativa que não seja a horizontal e/ ou vertical. 0 aparelho pode ainda incluir um ou mais elementos adaptados para resistir ao movimento de rotação relativo dos referidos elementos do corpo, podendo consistir numa mola ou em amortecedores. Podem ser aplicadas magnitudes de contenção a vários dos referidos elementos, de modo a induzir uma reação dupla cruzado. 0 aparelho pode ainda trazer um sistema de lastro que poderá compreender tanques de lastro que compreendem um mecanismo de entrada e um mecanismo de saída e em que o sistema de lastro faz variar a velocidade angular da estrutura em forma de corrente.

De acordo com um segundo aspeto da presente invenção, fornece-se um método para extrair energia das ondas, de acordo com a reivindicação 19.

Serão agora descritas realizações da presente invenção, através de exemplos apenas com referência aos desenhos em anexo, em que:

As Figuras la e lb mostram um plano global e vistas laterais do aparelho da presente invenção; 6/26 A Figura 2 mostra uma vista de perspetiva de parte de um aparelho anterior, de acordo com a realização da invenção ilustrada em WO 00/ 17519, para ligar de forma direta os elementos do corpo; A Figura 3 mostra um pormenor da frente e do interior de uma parte da Figura 2; A Figura 4 mostra uma linha esquemática que ilustra as Figuras 2 e 3 em conjunto; A Figura 5 mostra um pormenor do aparelho da Figura 1, ilustrando uma unidade de acoplamento da presente invenção;

As Figuras 6 e 7 mostram diferentes vistas exteriores e parte do interior da unidade de acoplamento na Figura 5; A Figura 8a mostra um pormenor do acoplamento entre a unidade de acoplamento e um elemento do corpo flutuante; A Figura 8b mostra um pormenor no circulo A da Figura 8a; A Figura 8c mostra um pormenor do sistema de vedante dual no circula B da Figura 8a; 7/26 A Figura 9 mostra um pormenor da perspetiva interior de frente de uma unidade de acoplamento da Figura 5; A Figura 10 mostra uma linha interior do plano da frente que ilustra a unidade de acoplamento da Figura 9; e

As Figuras 11a e 11b mostram dois sistemas hidráulicos esquemáticos para a unidade de acoplamento.

Com referência aos desenhos, as Figuras la e lb mostram um aparelho para extrair energia das ondas com, neste exemplo, quatro elementos do corpo flutuante 4, 6, 8, 10. O número, tamanho e a forma dos elementos do corpo envolvido é normalmente determinado pelo clima de ondas anual da localidade onde aqueles são usados, e pelas condições que é provável virem a encontrar.

Os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 podem ter qualquer tamanho ou forma. São substancialmente ocos e podem ser cilíndricos ou não cilíndricos. Se forem cilíndricos, podem ter uma secção cruzada circular ou não circular. De uma forma geral, os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 são cilíndricos e têm uma profundidade suficientemente pequena e uma altura acima do nível da água suficiente para poder submergir e emergir completamente numa emergência com ondas grandes (tal como discutido em WO 00/ 17519). Ou seja, a estrutura global em forma de corrente do aparelho 2 pode ser configurada para levar ao corte hidrostático em condições extremas. Os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 podem levar barbatanas, quilhas de porão ou outras saliências 8/26 para acrescentar amortecimento aerodinâmico em qualquer direção de movimento desejada. O elemento do corpo da frente 4 tem uma extremidade simplificada frontal (por exemplo, cónica) para minimizar o arrastamento em mares extremos, enquanto que o elemento do corpo de trás 10 tem uma extremidade traseira plana para aumentar o amortecimento ao longo do eixo da estrutura em corrente para aumentar o amortecimento na reação à atracação.

Os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 podem ser formados a partir de qualquer material apropriado. O cimento é um material apropriado, embora se possa usar igualmente o aço ou a fibra de vidro.

Os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 têm de preferência lastro para flutuarem com a sua linha central no, ou perto do, plano de água (aproximadamente 50% de deslocação por volume). Os elementos do corpo 4, 6, 8, 10 poderão incluir um sistema de lastro ativo ou passivo que faz variar o nivel a que cada um dos elementos do corpo, ou todo o aparelho, flutua. Se incluído, o sistema de lastro poderá ser desligado e/ ou retirado. Os sistemas de lastro aceleram o corte hidrostático inicial em mares extremos, ajudando assim a minimizar a carga máxima e os momentos de inclinação a que o aparelho 2 está sujeito em condições climatéricas adversas. Um sistema de lastro variável que se pode usar com a presente invenção é o ilustrado e discutido na nossa WO 00/ 17419. 9/26

As Figuras 2 a 4 mostram uma disposição para ligar dois elementos do corpo semelhantes do aparelho para extrair energia, ilustrados na WO 00/17519. Entre os elementos do corpo 12 do gerador anterior 11, há um conjunto em forma de aranha 14 adaptado para fornecer um movimento rotativo diretamente entre os elementos do corpo 12 à volta de dois eixos ortogonais. Os vedantes 16 cobrem os veios de transmissão 17, ilustrados com mais clareza na Figura 4, que fazem atuar aríetes 18 nos compartimentos vedados 20 na extremidade de cada elemento do corpo 12.

Enquanto a disposição conhecida ilustrada nas Figuras 2 a 4 tem as vantagens de um gerador ou conversor de energia das ondas, é necessário proceder-se à produção e ao uso de mecanismos de ligação e de mecanismos de extração de energia ou compartimentos de alojamento dos aríetes, assim como à sua ligação em separado das restantes partes dos elementos do corpo 12. Um comprimento habitual de um elemento do corpo é de 27 metros, necessitando quer de transporte significativo dos elementos do corpo completos feitos num local apropriada, quer de uma montagem significativa dos compartimentos separados 20 com os principais comprimentos dos elementos do corpo, habitualmente nas, ou perto das, praias e outras localizações marítimas que poderão não fornecer condições de montagem apropriadas.

Além disso, cada compartimento 20 de alojamento dos aríetes necessita do seu próprio mecanismo de geração de energia e sistemas hidráulicos ligados e tem de ser testado em separado antes da sua instalação e utilização. Esse teste pode ser ou não feito juntamente com a parte principal dos 10/26 elementos do corpo 12, que tem 27 metros de comprimento. Além disso, no caso de falha do acoplamento ou do sistema hidráulico de articulação, a contenção na articulação pode desaparecer, possivelmente levando a mais estragos e falhas. Enquanto é possível fornecer sistemas independentes nesta disposição para cada mecanismo de contenção individual que atua à volta de um determinado eixo de rotação, não é económico fazê-lo.

Tal como se pode ver nas Figuras 1, 5, 6, a presente invenção fornece uma unidade de acoplamento 30 para a interligação entre vários elementos adjacentes do corpo flutuante 4, 6, 8, 10. Cada um dos elementos adjacentes do corpo flutuante 4, 6, 8, 10 está interligado através de uma unidade de acoplamento para formar uma corrente articulada, e consecutivamente assim disposta. A unidade de acoplamento 30 compreende um mecanismo de acoplamento 31 para co-articular a unidade 30 com as respetivas extremidades de cada par adjacente de elementos do corpo 4, 6, 8, 10 para permitir um movimento relativo dos referidos elementos do corpo 4, 6, 8, 10 à volta dos eixos de rotação. A unidade de acoplamento 30 pode ter qualquer forma ou tamanho determinado pelo clima anual das ondas da localidade onde ela é usada e pelas condições climatéricas que poderá ter de enfrentar, isto é, a forma e o tamanho serão específicos de um local. De um modo geral, a unidade de acoplamento 30 tem a mesma forma e o mesmo tamanho que os elementos do corpo 4, 6, 8, 10, por exemplo, cilíndrica e tem um comprimento longitudinal substancialmente mais curto que os elementos do corpo, por exemplo 11/26 aproximadamente 5 metros, mas pode ter o comprimento semelhante aos elementos do corpo. 0 mecanismo de acoplamento 31 está ilustrado com maior pormenor nas Figuras 7 e 8a. Cada extremidade da unidade de acoplamento 30 tem um conjunto de rolamentos 32, estando cada conjunto de rolamentos 32 num ângulo substancialmente ortogonal relativamente ao outro conjunto. Cada conjunto de rolamentos 32 está adaptado a um pino de segurança 34 (não ilustrado na Figura 7) ao longo do eixo.

Igualmente comutável a cada pino 34 são os rolamentos 36 nas extremidades relevantes do par adjacente dos elementos do corpo 4, 6, 8, 10. Os rolamentos do elemento do corpo 36 são de preferência unidos aos segmentos principais dos elementos do corpo 4, 6, 8, 10 através de tampões 38 de extremidade dos elementos, feito por exemplo de aço. Deste modo, um tampão de extremidade 38 precisa apenas de compreender um conjunto ou uma peça fabricada com dois rolamentos e dois alojamentos ou cavidades 35 de aríetes. Não estão envolvidas quaisquer partes móveis, o que leva uma produção, um acoplamento, uma manutenção e reparação, etc., significativamente reduzidas. Além disso, não possui componentes complexos ou ativos, por exemplo, mecanismo de extração de energia, sistemas hidráulicos, gerador ou armazenamento de energia, acumuladores, motores, reservatórios de baixa pressão, comutadores de calor, bilhas de reserva de gás, etc., dentro dos elementos do corpo 4, 6, 8, 10. Os rolamentos de acoplamento 32, 36 podem trazer vedantes 41 para permitir acesso aos rolamentos e aos pinos 34 para inspeção, manutenção ou reparação no local ou perto do local sem que entre água 12/26 para dentro da unidade de acoplamento e/ ou dos elementos do corpo.

Deste modo, cada unidade de ligação 30 permite um movimento rotativo à volta de um eixo com um elemento do corpo 4, 6, 8, 10, e um movimento rotativo à volta de um eixo ortogonal com o seu outro elemento do corpo 4, 6, 8, 10 ligado. Desta forma, a unidade de acoplamento 30 permite um movimento relativo aos elementos do corpo 4, 6, 8, 10 à volta de dois eixos (com base ao longo dos eixos dos pinos 34).

Os movimentos relativos entre as unidades de acoplamento 30 e os elementos do corpo 4, 6, 8 e 10 resistem e são extraídos pelo mecanismo de extração da energia que extrai energia deste movimento relativo. 0 mecanismo de extração de energia pode ser qualquer mecanismo apropriado adaptado para ser ativado com este movimento relativo. Um mecanismo desses é um elemento de amortecimento na forma de um aríete hidráulico e uma montagem de pistão.

Na presente realização da invenção ilustrada, fornece-se duas montagens de aríetes hidráulicos 40 em cada extremidade da unidade de acoplamento 30, e em cada lado da unidade de acoplamento - mecanismo de acoplamento do elemento do corpo. As partes das montagens 40 entre a unidade 30 e os tampões das extremidades 38 estarão normalmente delimitadas por vedantes flexíveis 41 para acomodar o movimento axial das montagens de aríetes ao alongar-se e retrair-se, tal como se conhece nesta área. 13/26

Os vedantes de diafragma interiores 43 poderão também ser incorporados para auxiliarem com problemas de falhas simples do vedante tal como ilustrado na Figura 8c. Os vedantes de diafragma interiores 43 acomodam pequenos movimentos de rotação das respetivas extremidades das montagens de aríetes 40.

Tal como se pode ver na Figura 8b, a extremidade de uma montagem 40 de aríete e pistão pode viajar ao longo de uma cavidade de aríete 35 dentro do tampão da extremidade 38 de um elemento do corpo 4, 6, 8, 10. O papel da cavidade 35 é duplo: 1. Fornecer um compartimento vedado para evitar a entrada da água nos tampões da extremidade 38 no caso de falha do vedantes flexível exterior 41, e 2. No caso de falha dos sistemas hidráulicos, permitir à aríete 40 soltar-se nesta ligação com o pino 45 se alcançar o fim da extremidade (de uma forma semelhante a um pino de corte nas hélices do motor de fora de bordo). Isto limita a carga máxima que a estrutura pode suportar, reduzindo custos e a possibilidade de maiores falhas ou falha total. No caso do pino de corte se partir, a cavidade 35 traz uma parede de extremidade fraca de modo a permitir que a aríete 40 a perfure e poder assim dar um movimento articulado muito maior para evitar cargas excessivas na estrutura. 14/26 A Figura 8b mostra os vedantes interiores e exteriores 41 e 43 para maior clareza.

As Figuras 9 e 10 mostram pormenores internos da unidade de acoplamento 30. Estão ilustrados um conjunto de rolamentos 32 num ângulo substancialmente ortogonal a duas montagens de aríete hidráulicas para ligação da face ilustrada da unidade de acoplamento 30 ao elemento do corpo 4, 6, 8, 10.

As montagens de aríetes 42A, 42B são aríetes substancialmente oscilantes, tal como se pode ver na Figura 10. No entanto, elas não são apenas aríetes oscilantes, pois os aríetes 42A e 42B podem ser usados para induzir uma reação dupla cruzada que pode ser afinada para ter ressonância nas ondas pequenas para aumentar a captura de energia e que pode ser afinado para ondas grandes para limitar a absorção de energia e maximizar a sobrevivência.

Uma extremidade destes aríetes 42A, 42B está ligada de forma rotativa a um pino 45 dentro de uma cavidade 35 localizada na extremidade tampão 38 de um elemento do corpo 4, 6, 8, 10. A Figura 10 mostra montagens de aríetes hidráulicos localizados ortogonalmente 44A e 44B que são substancialmente, mas não apenas, aríetes de elevação que podem também ser usadas para induzir uma reação acoplada cruzada tal como descrito no parágrafo anterior. 15/26

Estes aríetes de elevação 44A e 44B estão ligados um pino 45 dentro da cavidade 35 localizada na extremidade tampão 38 de um elemento do corpo 4, 6, 8, 10 adjacente oposto. O aríete de elevação 44A e o aríete de oscilação 42A estão ligados a um primeiro conector principal 46 que pode alimentar na direção de um conector central 48. De modo semelhante, o aríete de elevação 44B e o aríete de oscilação 42B estão ligados a um segundo conector principal 50 que pode alimentar através de uma válvula de um só sentido para dentro do conector central 48. O conector central 48 controla os motores de cima e de baixo 52, 54.

As Figuras 9 e 10 mostram também acumuladores 84 e 86 e reservatórios 88 e 90 que alimentam para dentro do conector central 48, assim como as botijas de gás de apoio 80 e 82. As botijas de gás de apoio 80 e 82 fornecem o gás ideal para a proporção de volume do óleo garantindo um armazenamento de energia ideal relativamente à pressão necessária.

Ao serem utilizados, os aríetes 42, 44 bombeiam óleo em alta pressão para os acumuladores 84, 86 através dos conectores 46, 48 e 50. A pressão nos acumuladores 84, 86 pode estar à altura do estado de incidente no mar através do controlo da velocidade a que o óleo flui através dos motores 53, 54. A configuração ilustrada nas Figuras 9 e 10 tem a vantagem de consistir em dois conjuntos de componentes hidráulicos e 16/26 de geração que fornecem circuitos hidráulicos de divisão através dos dois conectores principais 46, 50. Isto fornece redundância ao sistema para o caso de falha de um único circuito, permitindo ao sistema manter a contenção da ligação entre os elementos do corpo 4, 6, 8, 10. Este conceito é semelhante ao circuito duplo de travões num carro. Isto está ilustrado com maior pormenor nas Figuras 11a e 11b. A Figura 11a mostra, de forma esquemática, um primeiro sistema de circuito hidráulico de divisão dentro da unidade de acoplamento 30. O primeiro sistema de circuito é realmente dividido pelo eixo de rotação, de tal modo que os aríetes de oscilação 42A e 42B servem um primeiro circuito alimentando para dentro de um acumulador de alta pressão 84 e os aríetes de elevação 44A e 44B servem um segundo circuito alimentando para dentro de um segundo acumulador de alta pressão 86, tudo através das válvulas de saída 70. 0 óleo de pressão faz funcionar os respetivos motores hidráulicos 52, 54 que podem fazer funcionar os respetivos geradores elétricos 60, passando o excesso de pressão através dos reservatórios 88 e 90, antes de voltar para os aríetes 42, 44 através das válvulas de entrada 72.

Os dois circuitos encontram-se no conector central comum 48, de tal modo que num funcionamento normal, os dois circuitos podem funcionar ligados, aumentando deste modo a eficiência, especialmente em mares pequenos. Cada metade do circuito hidráulico pode alimentar os motores hidráulicos separados 52, 54, afinados para permitir a geração quando o sistema é ligado ou separado. 17/26

Com os circuitos ligados em pequenos mares (quando o sistema está abaixo dos 50%), isto permite que um único gerador seja alimentado por ambos os circuitos hidráulicos. Isto minimiza as horas de funcionamento de cada gerador e permite que um único gerador funcione com uma carga quase cheia, aumentando a eficiência de forma dramática. No caso de uma falha ou fuga de metade do sistema, os circuitos podem ser separados para permitir que a outra metade funcione de forma independente, mantendo a contenção nas ligações. 0 controlo dos sistemas de divisão pode ser feito através de válvulas de ligação bidirecionais 58 no conector central. A Figura 11b mostra um segundo sistema de circuito hidráulico de divisão utilizável, em que dois circuitos são divididos para servirem os aríetes de oscilação 42 e os aríetes de elevação 44 em separado, em cada eixo de rotação, divididos de tal forma que cada sistema serve um aríete a partir de cada eixo de rotação, garantindo assim que a contenção se mantém em ambos os eixos de ligação no caso de uma falha de um único sistema de circuito hidráulico. Novamente, os acumuladores de alta pressão 84 e 86 estão ligados por válvulas bidirecionais 58 para permitir o funcionamento em separado ou ligado dos circuitos, conforme as condições marítimas.

Os motores 52, 54 estão ligados a uma unidade ou unidades 60 de conversão de energia que podem compreender uma ou mais partes. A energia da unidade 60 poderá estar ligada diretamente à grelha ou poderá ser usada direta ou indiretamente para produzir um subproduto útil. Exemplos de 18/26 subprodutos úteis são o hidrogénio através da eletrólise e a água dessalinizada. A unidade de acoplamento 30 inclui um ou mais comutadores de calor para libertar a energia absorvida em excesso de volta para o mar. Isto permite à unidade de acoplamento 30 continuar a gerar à máxima capacidade em condições extremas. No caso de falha na grelha elétrica, isto também fornece a carga térmica necessária. O óleo hidráulico usado pelo gerador é de preferência especificado como biodegradável e não tóxico aos organismos da água. A unidade de acoplamento 30 inclui um ou mais portais de acesso, tais como escotilhas. Na realização ilustrada nos desenhos em anexo, a unidade de acoplamento 30 tem uma primeira escotilha acessível a um homem 64 e uma escotilha maior de acesso principal 66. A unidade de acoplamento 30 pode também incluir uma escotilha para o equipamento, incluída ou em separado. A Figura 12 mostra uma outra perspetiva de parte de uma secção cruzada esquemática da unidade de acoplamento 30 ligada a um elemento do corpo flutuante 6. Partes da unidade de acoplamento 30 não estão visíveis, de modo a melhor se ilustrar a posição de partes das unidades de conversão de energia já instaladas 92, e sendo uma outra parte 94 instalada através da escotilha de acesso principal 66. 19/26

Ao alojar-se todos os componentes e partes importantes do extrator de energia numa única unidade de acoplamento, isto permite à unidade partilhar os componentes, tais como conectores, canalizações, encaixes, apoios, alimentadores e baterias, etc. dentro de uma única unidade, comparado com conversores de energia das ondas anteriores, incluindo o que está ilustrado em WO 00/17519 . A unidade 30 fica por isso adaptada para a manutenção ou reparação dentro de uma unidade, ao invés de necessitar de inspeções em separado.

Além disso, os agrupamentos dos componentes numa única unidade permitem também que o seu controlo seja efetuado por um único controlador articulado, o que leva a mais poupança nos custos. A configuração da unidade de acoplamento 30 nos desenhos em anexo permite também que os comutadores de calor a óleo hidráulico 62 fiquem alojados nos canais em "U" nas extremidades da unidade de acoplamento 30. A utilização de uma unidade de "caixa de refrigeração" neste espaço significa uma corrente suficiente de água a passar para manter o refrigerador compacto.

Um outro aperfeiçoamento na presente invenção é a localização dos rolamentos principais (e dos rolamentos da extremidade dos aríetes) de modo a permitir o acesso a partir do interior da unidade 30 (ou dos tampões 38 da extremidade do elemento do corpo) para inspeção e substituição. De preferência, a unidade 30 tem vedantes exteriores à volta de cada componente que se alonga desde a unidade 30 para evitar inundações e para proteger os 20/26 aríetes hidráulicos e outros componentes da corrosão. Isto também ajuda quando se efetua uma inspeção e/ ou a substituição dos componentes. De maior preferência, cada saída de aríete tem dois vedantes flexíveis, por exemplo, um interior e um exterior para fornecer apoio no caso de falha.

Uma outra vantagem refere-se ao facto de se poder evitar o uso de uma articulação em aranha 14, tal como se pode ver nas Figuras 2 a 4. Nesta disposição, os aríetes formam o principal caminho da carga através de todo o aparelho. Isto acontece porque as cargas passam de um elemento do corpo através do rolamento principal para a parte de trás do aríete hidráulico e depois passam a direito através do módulo e para a haste final da montagem na extremidade do elemento do corpo seguinte. Na presente invenção, as cargas através da unidade de acoplamento são reduzidas a cargas de corte, outras cargas ambientais e quaisquer outras pequenas cargas de desequilíbrio devido às áreas diferenciais dos aríetes. Isto significa que a configuração pode ser mais eficiente em termos estruturais. Além disso, como as cargas na estrutura da unidade de acoplamento são pequenas, o tamanho do portal de acesso pode ser significativamente maior, tornando a instalação dos componentes muito mais fácil. As cargas estruturais mais baixas à volta dos portais de acesso também permitem a utilização de sistemas de vedante mais simples. 0 aparelho 2 é uma referência contra si próprio de forma predominante, ao invés de ir contra a costa ou o fundo do mar. Esta auto-referenciação é conseguida através do aparelho 2 tendo um comprimento comparável ao comprimento 21/26 das ondas que ocorrem, e o aparelho 2 é orientado relativamente às ondas que ocorram numa direção tal que o aparelho 2 abrange pelo menos duas cristãs das ondas que ocorram. A configuração e a orientação das articulações individuais e o tipo e velocidade do mecanismo de extração de energia individual, que compreende um gerador em particular, são selecionados para maximizar a energia extraída de um determinado estado do mar e para garantir a sobrevivência em condições extremas. Em especial, o ângulo de influência da bobina (ψ) é aplicado de preferência aos eixos de articulação afastados da horizontal e da vertical, de modo a gerar uma ligação cruzada dos aríetes de elevação e de oscilação do aparelho 2 em reação às forças das ondas. Esta reação pode ser ressonante com as ondas que vêm para aumentar ainda mais a captura de energia. 0 ângulo de influência da bobina está descrito em WO 00/ 17519.

Adicionalmente, ou em alternativa, o aparelho poderia incluir um sistema ativo para controlar o ângulo de influência da bobina (ψ). Desta forma, o sistema de controlo ativo também controla a reação do aparelho nas ondas. A mesma seleção de critérios determina a orientação preferida em relação às ondas que ocorrem no aparelho completo, quando implantado. 22/26 A absorção máxima de energia pelo aparelho, e assim uma produção de energia máxima, é habitualmente conseguida pelo acoplamento dos seus elementos do corpo usando articulações orientadas em diferentes direções, através da aplicação do ângulo de influência da bobina (ψ) às articulações, aplicando diferentes contenções a cada direção para induzir uma reação de acoplamento cruzado de magnitude e forma variadas, o que pode ser afinado para servir as condições das ondas, e usando um sistema de atracação para apresentar o aparelho numa orientação preferida em relação às ondas que vêm. 0 sistema de atracação pode também fornecer uma contenção ou excitação física significativa ao aparelho, de modo a modificar a reação global.

Em tempo calmo, em que o comprimento das ondas é relativamente curto e as amplitudes das ondas é pequena, é necessário maximizar a absorção de energia com o aparelho.

Em tempo extremo, em que o comprimento de ondas é maior, assim como a amplitude das ondas, a sobrevivência do aparelho é de maior importância do que a eficiência de absorção de energia. 0 comprimento total do aparelho montado é por isso selecionado para ser suficientemente comprido para fornecer uma auto-referência adequada em comprimentos de onda onde não há muita energia disponível e há a necessidade de maximizar a absorção de energia, e suficientemente curto 23/26 para se “esconder" em comprimentos de onda compridos associados a ondas de tempestade, de modo a sobreviver. Se o comprimento da onda for muito maior do que o comprimento do aparelho 2, então este não se pode estender desde um extremo ao outro, e o movimento máximo de qualquer parte é inferior ao da amplitude da onda, de modo a que se "esconda" no comprimento de onda longo. Por outras palavras, o aparelho 2 perde a capacidade de se tomar como referência contra o comprimento da onda. Este efeito é mais discutido em WO 00/17519.

Cada face da extremidade dos elementos do corpo intermédio 6, 8 e a unidade de acoplamento 30, assim como as faces internas das extremidades dos elementos da extremidade do corpo 4, 10, poderão ser duplamente vedados para permitir a liberdade de movimentos de articulação dos extremos. As partes duplamente vedadas podem ficar em planos que intersectam os eixos articulados, de modo a que as faces opostas se encontrem para formar uma película estreita de amortecimento. No caso de se alcançarem os travões das extremidades das montagens dos aríetes, isso tem o efeito de reduzir o impacto da carga.

Os elementos do corpo poderão também incorporar áreas da estrutura de sacrifício, o que permite ângulos de articulação muito grandes antes de a integridade ou a flutuação do aparelho ficar comprometida. Estas áreas da estrutura de sacrifício comportam-se de uma forma semelhante à zona de deformação de um carro. 24/26

Outros componentes do aparelho e as montagens dos aríetes poderão igualmente ser concebidos para falharem de forma benigna que não comprometa a integridade de todo o sistema, quando necessário.

Em mares pequenos, a captura de energia pode ser maximizada através da orientação do aparelho 2 num ângulo das ondas que ocorrem. Em mares extremos, é preferível que o aparelho 2 esteja orientado com a extremidade para as ondas que ocorrem. Isto pode conseguir-se utilizando-se um sistema de atracação ativa ou passiva para apresentar o aparelho 2 num ângulo para as ondas que seja apropriado para a captura máxima de energia, ou apropriado para a sobrevivência, conforme a necessidade. Podem ver-se ilustrações de possíveis configurações de atracação em WO 00/17519. A presente invenção fornece uma unidade simples, compacta, autónoma e fabricável. Isto presta-se a uma produção e testagem centralizada e eficiente para embarque para um local final de montagem. Deste modo, os elementos do corpo principal poderão ser fabricados perto do local de implantação e teriam necessidade de equipamento mínimo antes da montagem final com a unidade de acoplamento. Além disso, as unidades de acoplamento podem ser testadas na íntegra imediatamente antes do seu transporte e da sua instalação no local. Além disso, toda alta tecnologia, altas válvulas e os componentes de dados estão dentro de uma única unidade.

Lisboa, 18 de Outubro de 2012 25/26

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para a conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento de Patente Europeia. Embora muito cuidado tenha sido tomado na compilação das referências, erros e omissões não podem ser excluídos e o EPO nega qualquer responsabilidade neste sentido.

Patente citados

Documentos de US 6476511 B WO 0017519 A US 4408945 A na descrição 26/26

Claims

Reivindicações 1. Um aparelho de energia das ondas, compreendendo vários elementos de um corpo alongado flutuante (4, 6, 8, 10), estando pelo menos um par adjacente dos elementos do corpo (4, 6, 8, 10) inter-ligados através de uma unidade de acoplamento (30) para formar uma corrente articulada, compreendendo a unidade de acoplamento (30): um mecanismo (31) de ligando cada elemento do corpo (4, 6,) à unidade de acoplamento (30) e permitindo uma rotação relativa dos elementos do corpo (4, 6) em cada extremidade da unidade (30); e um mecanismo de extração adaptado para resistir e extrair energia da rotação relativa dos elementos do corpo (4, 6); em que a unidade de acoplamento (30) está disposta de modo a permitir uma rotação relativa entre a unidade de acoplamento (30) e um primeiro elemento do corpo (4) à volta de um primeiro eixo de rotação apenas numa primeira extremidade da unidade de acoplamento (30) e um segundo elemento do corpo (6) à volta de um segundo eixo de rotação apenas numa segunda extremidade da unidade de acoplamento (30), sendo os primeiro e segundo eixos de rotação mutuamente ortogonais; caracterizado pelo facto de o mecanismo de extração de energia estar localizado substancialmente dentro da unidade de acoplamento (30).
2. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o mecanismo de extração de energia inclui uma montagem de aríetes hidráulicos (42).
3. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 2, em que a montagem de aríetes hidráulicos (42) compreende vários aríetes (42A e 42B). 1/5
4. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 3, em que o mecanismo de extração de energia inclui uma montagem de aríetes hidráulicos (42, 44) para cada eixo de rotação.
5. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 4, em que o mecanismo de extração de energia inclui duas montagens de aríetes hidráulicos (42A, 42B, 44A, 44B) que atuam à volta de cada eixo de rotação.
6. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que o mecanismo de extração de energia tem pelo menos um vedante (41) para evitar que entre água para dentro da unidade de acoplamento (30) e/ ou os elementos do corpo (4, 6).
7. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que a unidade de acoplamento (30) inclui um ou mais geradores de energia (60) ou mecanismo de armazenamento ligado a um ou mais mecanismos de extração de energia.
8. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 7, em que a unidade de acoplamento (30) inclui um primeiro mecanismo de geração de energia (60) ligado a um ou mais mecanismos de extração de energias num primeiro eixo de rotação, e um segundo mecanismo de geração de energia (60) ligado a um ou mais mecanismos de extração de energias num primeiro eixo de rotação.
9. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 8, em que o primeiro ou o segundo mecanismo de extração de energia (60) está ligado a pelo menos um mecanismo de extração de energia a partir de cada eixo de rotação, de 2/5 tal modo que a contenção da unidade de acoplamento (30) se mantém no caso de falha num ou mais mecanismos de extração ou geração de energia (60).
10. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 9, em que o primeiro e o segundo mecanismo de geração de energia (60) estão ligados a um ou mais mecanismos de extração de energia a partir de um ou de ambos os eixos de rotação, de tal modo que quando o aparelho está a funcionar com capacidade parcial, o mecanismo ou mais mecanismos de extração de energia está ou estão ligados apenas ao primeiro ou ao segundo mecanismo de geração de energia (60) .
11. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que a contenção é aplicada a cada mecanismo de extração de energia da unidade de acoplamento (30) de modo a induzir uma reação dupla cruzada que pode ser afinada para ser ressonante com as ondas pequenas para aumentar a captura de energia e que pode ser afinada para ondas grandes para limitar a absorção de energia e maximizar a sobrevivência.
12. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, incluindo um meio de acesso, tal como uma ou mais escotilhas (66), para permitir uma inspeção, reparação e manutenção no local.
13. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que os elementos do corpo (4, 6, 8, 10) estão dispostos de forma consecutiva num aparelho articulado, estando cada par adjacente de elementos do corpo (4, 6, 8, 10) interligados através de uma unidade de acoplamento (30) para formar uma corrente articulada. 3/5
14. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que a unidade de acoplamento, ou cada unidade de acoplamento (30) tem um comprimento longitudinal menor do que os elementos do corpo (4, 6, 8, 10) .
15. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que os elementos do corpo (4, 6, 8, 10) compreendem substancialmente elementos ocos sem quaisquer componentes ativos.
16. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que cada elemento do corpo (4, 6, 8, 10) tem um ou mais tampões (38) na extremidade com um mecanismo de ligação correspondente para conjugar com o mecanismo de ligação (31) da unidade de acoplamento (30).
17. Um aparelho tal como reivindicado na reivindicação 16, em que os tampões (38) da extremidade têm um número de cavidades para receber os respetivos tampões da extremidade do mecanismo de extração de energia.
18. Um aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que o aparelho inclui um ou mais sistemas de lastro, sistema de atracação, e mecanismo para aplicar um ângulo de influência da bobina aos eixos de rotação.
19. Um método para extrair energia das ondas compreendendo os seguintes passos: Implementação de um aparelho (2), tal como reivindicado em qualquer reivindicação anterior; 4/5 Orientação do aparelho (2), de tal forma que uma extremidade da frente do aparelho (2) fique voltada para as ondas que ocorrem; e Extração da energia absorvida na ou em cada unidade de acoplamento (30). Lisboa, 18 de Outubro de 2012 5/5