PT2496829E - Conversor de energia - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

CONVERSOR DE ENERGIA A invenção refere-se a aparelho para extração de energia das ondas num corpo de liquido. 0 movimento de ar causado quando o vento sopra sobre uma extensa faixa de água, tal como um oceano, mar, lago, rio ou canal, gera ondas na superfície da água quando o ar em movimento desloca a água e assim transmite energia para a água. A energia armazenada no oceano e em ondas do mar é considerável, o poder das ondas ao largo da costa atlântica do Reino Unido normalmente medindo 70kW por metro em águas profundas e dissipando a 20kW por metro na costa marítima. Condições de tempestade geram ondas tendo megawatts de energia por metro que são destrutivas na natureza, especialmente em zonas de costa de surf.

Uma vez que o vento deriva da energia solar, as ondas do mar são consideradas uma fonte de energia renovável e os efeitos das mudanças climáticas e o esgotamento dos combustíveis fósseis significam que se está a tornar cada vez mais desejável aproveitar a energia armazenada em ondas do mar. A conversão de energia das ondas numa forma útil de energia, tal como a eletricidade, tem sido estudada por várias décadas. Como resultado, inúmeros pedidos de patentes foram apresentadas cobrindo ideias abrangentes para conversores de energia das ondas que procuram explorar esta vasta fonte de energia. 1 ΕΡ2496829Β1

Apesar da ingenuidade de muitos destes dispositivos, nenhum provou ser bem sucedido do ponto de vista comercial, e apenas alguns foram demonstrados em ensaios de grande escala. Isto é essencialmente um resultado dos custos de engenharia associados à extração de energia a partir de ondas do mar.

Um problema é que as ondas do mar são geralmente aleatórias em altura, período e direção. Numa base de onda em onda, os níveis de potência instantânea variam de acordo com o quadrado da altura da onda. Consequentemente, o perfil de energia das ondas varia de zero a picos aleatórios a cada ciclo de meia onda. Um local típico de energia das ondas do Atlântico pode, por exemplo, ter um nível de potência média de 50kWm-1 com um pico até lOMWrrf1 em condições de tempestade disrutiva. Esta rápida variabilidade dos níveis de potência proporciona um desafio para os designers na busca de projetarem conversores de energia das ondas que possam sobreviver e aproveitar a energia das ondas. A solução envolve a instalação de conversores de energia das ondas na costa, onde os níveis de energia e, portanto o poder destrutivo das ondas é menor do que no mar, e portanto onde os custos de operação e manutenção dos conversores de energia das ondas são significativamente mais baixos do que aqueles para dispositivos instalados no mar.

Tais dispositivos de linha costeira, incluindo muitas vezes colunas de água oscilante (OWC), têm contudo fornecido resultados dececionantes, devido à quantidade significativamente reduzida de energia disponível na costa.

Outra solução envolve a instalação no mar ou no fundo 2 ΕΡ2496829Β1 do mar, de equipamentos de captação primária onde os niveis de energia são elevados, e o fluido hidráulico alta pressão da água em terra onde o poder fluidico é convertido em eletricidade. Novamente estes dispositivos não têm tido sucesso, em grande parte, devido à complexidade mecânica e pequena potência de saída de dispositivos semelhantes.

Os conversores flutuantes de energia das ondas fora de terra beneficiam de energias de ondas incidentes mais elevadas do que as unidades baseadas em terra. No entanto, tais dispositivos envolvem custos estruturais e de máquinas relativamente significativos, e portanto classificados como não económicos. Têm sido feitas tentativas para reduzir o tamanho de tais dispositivos, mas a complicação mecânica daí resultante importou em custos adicionais. 0 uso de almofadas de ar de membrana para capturar a energia, em combinação com a conversão de energia pneumática, reduziu marginalmente os custos estruturais e de máquinas, mas não a um nível suficiente para ter um impacto significativo sobre o custo total da energia obtida.

Os designs de conversores de energia das ondas enquadram-se tipicamente em seis grupos: pontos absorventes, atenuadores, exterminadores, reservatórios de galgamento e dispositivos de fundo do mar. Atenuadores são vistos como os mais promissores desses dispositivos.

Os atenuadores consistem geralmente em dispositivos de flutuação relativamente longos, os quais são tipicamente flexíveis e operam normalmente em relação à frente de onda a fim de montar as ondas de forma eficaz. Como resultado, tais conversores de energia das ondas experimentam forças mais baixas do que os exterminadores, facto que é 3 ΕΡ2496829Β1 considerado como de aumento da capacidade de sobrevivência,

Os atenuadores longos são igualmente capazes de se beneficiar com a difração de energia, o que aumenta de forma eficaz a largura de captura. Isto é porque a energia é extraída a partir dos lados do dispositivo

Muitos desenhos de atenuador de conversores de energia das ondas são Auto reativos e consistem em profundas estruturas que dirigem cerca de um comprimento de onda no sentido da deslocação das ondas, tais como o Pelamis do Reino Unido. Dispositivos deste tipo usam sistemas hidráulicos para extrair energia a partir do movimento relativo dos segmentos vizinhos, e a conversão de energia a bordo inclui acumuladores hidráulicos para suavizar a energia pulsante resultante da condução de geradores que alimentam para terra de energia elétrica por meio de cabos submarinos.

Tais dispositivos dependem de massa e flutuabilidade para acionar através das dobradiças entre os segmentos vizinhos, a fim de impulsionar o fluxo da energia hidráulica. Massa e flutuabilidade são porém de caro fornecimento no mar e muitas vezes resultam em grandes estruturas de jangada eassociadas pesadas dobradiças.

Como será apreciado, embora a energia das ondas como fonte de energia renovável seja uma ideia atraente, o elevado custo associado com dispositivos operativos conversores de energia das ondas conhecidos de modo a converter a energia e entregá-la à terra, deteve maior desenvolvimento de energia das ondas. Avaliações recentes do custo real de eletricidade produzida usando os atuais dispositivos "corredor da frente" de energia das ondas sugerem que a energia produzida utilizando a energia das 4 ΕΡ2496829Β1 ondas é quase cinco vezes mais cara que a energia produzida a partir de fontes de combustíveis fósseis. Portanto, é necessária uma abordagem mais radical para reduzir custos e melhorar a eficiência do dispositivo de captura de energia. A maior parte dos custos de sistemas de energia das ondas é determinada pela estrutura do dispositivo e do equipamento mecânico e elétrico (M&E) utilizado no dispositivo. 0 custo das estruturas convencionais com base no mar poderia ser reduzido através da utilização de princípios de auto-reação e construções de membrana flexíveis. 0 custo pode igualmente ser reduzido movendo os elementos de M&E de tais dispositivos para terra. Os custos associados à localização de elementos de M&E em terra são muito mais baixos. Isso ocorre porque a localização de elementos de M&E em terra evita a necessidade de massa dispendiosa no mar, o que aumenta o custo em todas as fases de fabrico, implementação e operação.

Além disso, a maioria dos dispositivos capturam energia a velocidades orbitais de onda de cerca de 1 ms 1. A propagação de fases de velocidades de onda de superfície por outro lado ronda os 15ms_1 no Atlântico Norte. Consequentemente, prevê-se que a captura de energia por meios pneumáticos e utilizando a grande velocidade unidirecional de ondas de superfície irá proporcionar uma vantagem significativa em termos de densidade de energia. Prevê-se também que irá proporcionar a oportunidade de transferir energia para a terra por meio de ar comprimido, em oposição à eletricidade. A bordo a conversão de energia pneumática é uma opção preferida para muitos conversores de energia das ondas pois oferece a mais flexível das soluções, particularmente em dispositivos que empregam colunas de água oscilante (OWC). 5 ΕΡ2496829Β1

Os OWCs no entanto geram fluxo de ar invertido, o que se provou difícil para converter eficientemente a energia elétrica através de turbinas de autocorretoras. Isto é resultado da ampla gama dinâmica da energia de onda incidente. A geração direta de fluxo de ar unidirecional é difícil de alcançar e por conseguinte raramente utilizado em conversores de energia das ondas, apesar do facto de que ofereceria grandes vantagens em termos de eficiência e custos dos equipamentos. A maioria dos dispositivos pneumáticos usar o poder de ar a baixa pressão, mas uma família de dispositivos pretende aumentar a pressão do ar e produzir ar comprimido. Se um conversor de energia das ondas produz ar comprimido a 6 bares ou acima, então torna-se uma proposição prática e efetiva de custo-benefício para canalizar o ar comprimido para terra para a conversão em eletricidade. Tal arranjo é atraente na medida em que permite que todos os equipamentos mecânicos e elétricos sejam instalados em terra onde, conforme descrito acima, os custos dos equipamentos, de operação e manutenção são muito mais baixos.

Um número de inventores propôs e apresentou pedidos de patentes, dirigidos para conversores de energia que usam a influência da propagação de ondas numa mangueira pneumática flexível, flutuante, para extrair energia e produzir ar comprimido.

Através de um método, bolsas de ar e caudais de água são injetados para dentro de um tubo flutuante flexível e preso por gravidade, para coincidir com a velocidade das cristãs e depressões, respetivamente, das ondas incidentes. Esses atenuadores são simples e têm poucas partes móveis no 6 ΕΡ2496829Β1 mar, e poderiam portanto fornecer uma solução muito competitiva para o aproveitamento da energia das ondas.

Em teoria, a pressão de saída de um tubo seria suposto ser equivalente à pressão diferencial cumulativa de todas as cabeças de água criadas pelos caudais de água. 0 conceito básico pode ser facilmente demonstrado em laboratório, através da utilização de bobinas de um tubo enrolado à volta de um tambor para simular sequências de ondas, e em seguida ir girando o tambor para criar pressão do ar acumulado.

Na realidade porém, as velocidades reais de ondas no mar são demasiado elevadas para bombear a água ao longo de um tubo de tamanho prático. Isto é porque, em tais casos, quase toda a energia gerada no interior do tubo é perdida através de atrito gerado entre as paredes do tubo e a água, e à turbulência daí resultante. Os dispositivos que utilizam caudais de água, consequentemente, não apresentar uma solução prática para aproveitamento da energia das ondas.

Um exemplo de um conversor de energia das ondas da técnica anterior pode ser encontrado em WO 2008/091208 AI.

De acordo com um primeiro aspeto da invenção, é proporcionado um conversor de energia de onda para extrair energia das ondas a partir de um corpo de liquido, o conversor compreendendo: uma manga insuflável que tem uma entrada de ar no ou na direção de uma extremidade e uma saída de ar no ou na direção da sua outra extremidade, um diafragma flexível localizado dentro da manga alongando as extremidades do mesmo, o diafragma estando engatado de forma estanque ao 7 ΕΡ2496829Β1 longo da manga oposta, com extremidades alongadas, uma coluna flexível dentro do diafragma de modo a estender-se longitudinalmente, sendo a coluna fixa ao diafragma, relativamente à manga, em ou em direção a cada extremidade da manga; e um dispositivo operativo de carregamento, de modo a aplicar uma força de compressão axial à coluna em relação ao diafragma de modo que, na operação do dispositivo de carregamento, a coluna e o diafragma fiquem presos numa forma de onda constrangida dentro da manga, a forma de onda compreendendo um ou mais picos e uma ou mais calhas, e a coluna e o diafragma atuando para se mover entre primeira e segunda posições opostas de modo a permitir que a forma de onda viaje ao longo da manga e das bolsas de ar contidas entre as superfícies opostas do diafragma e da manga no sentido da saída de ar. 0 fornecimento de uma estrutura que impulsione o movimento de ar ao longo do comprimento de uma manga insuflável, em utilização, resulta numa estrutura flutuante que é capaz de flutuar na superfície de um corpo de líquido. Isto permite que o conversor de energia das ondas para ser disposto de modo a estender-se de uma forma normal em relação à direção de deslocação das ondas incidentes de modo que as ondas possam ser aproveitadas para conduzir o movimento da coluna e do diafragma, quando o dispositivo de carregamento é operado para aplicar uma força de compressão axial à coluna. 0 bombeamento resultante de bolsas de ar contidas entre os lados opostos do diafragma e da manga tendem a aumentar a pressão do ar contido no interior da manga pneumática resultante, e uma pressão de ar cumulativo é portanto realizável na saída de ar.

Uma manga flexível cheia de ar pode ser obrigada a seguir a superfície de uma onda em virtude de sua 8 ΕΡ2496829Β1 flutuabilidade e aspiração de superfície. A massa e a rigidez da manga são contudo relativamente baixas. Consequentemente a frequência de dobra natural da manga é inerentemente demasiado alta para permitir a extração eficiente da energia das ondas de ondas incidentes na manga. A provisão de um membro de reação que resiste ao movimento de flexão da manga no plano vertical, sob a forma de uma coluna retida no interior de um diafragma que se estende longitudinalmente da manga, facilita a extração, em uso, de energia das ondas do mar típicas.

Um feixe elástico, ou coluna, sob compressão axial deformará a um determinado comprimento de onda e isto pode ser ajustado ajustando a rigidez EI da coluna, onde E é o módulo de Young e I é o momento de inércia da secção transversal da coluna, ou ajustando o tamanho da força de compressão axial aplicada à coluna.

Instalação de uma tal coluna dentro de um diafragma, dentro de uma manga flexível, e a operação de um dispositivo de carga para aplicar uma força axial de compressão para comprimir a coluna em relação aos resultados da manga na aplicação de tensão axial para a manga. 0 diâmetro interno da manga limita as excursões laterais da coluna flambada e o diafragma, o qual, por sua vez, promove múltiplos comprimentos de flambagem de onda, e também evita qualquer instabilidade devido à extrema flambagem. Em uso, a energia captada das ondas incidentes é induzida para a forma de onda definido pela coluna e pelo diafragma como energia de deformação elástica, e esta energia flui ao longo da forma de onda, como ondas de flexão. Estas ondas de flexão conduzem o movimento da coluna e do diafragma para conduzir bolsas de ar retido entre os lados opostos do diafragma e da manga a uma velocidade de onda ao longo do interior da manga para 9 ΕΡ2496829Β1 produzir energia de ar. 0 conversor de energia das ondas é eficaz numa banda larga de períodos de onda e permite a captura eficiente da energia. 0 engate do diafragma durante os picos e calhas da onda criada na operação do dispositivo de carregamento cria uma vedação rolante entre as superfícies opostas do diafragma e da manga durante a viagem do movimento da onda ao longo da manga, permitindo assim o bombeamento de bolsas de ar entre as superfícies opostas do diafragma e a manga ao longo da manga. Esta disposição de vedação rolante evita problemas de desgaste que de outro modo poderiam ocorrer através da utilização de vedantes deslizantes.

Um engate de vedação entre rebordos opostos, alongados do diafragma e a manga mantêm o diafragma no interior da manga.

Prevê-se que em formas de realização de operações sob pressões relativamente baixas do conversor de energia das ondas, o engate de vedação entre os rebordos opostos alongados do diafragma e a manga pode ser conseguido através da utilização de uma tira de vedação de diafragma que encaixa firmemente numa manga elástica, flexível, proporcionando desse modo um vedante de contacto da dobradiça ao longo das bordas superficiais da manga.

Noutra forma de realização de operações sob pressões relativamente mais elevadas do conversor de energia das ondas, o engate de vedação entre os rebordos opostos alongados do diafragma e a manga pode ser conseguido através da utilização de uma tira de vedação de diafragma com dobradiças elásticas ajustadas livremente a uma manga 10 ΕΡ2496829Β1 flexível para acomodar o arranjo das dobradiças. 0 design de diafragma dai resultante é mais complexo, mas o projeto da manga arredondada é adequado para operações de pressão mais elevadas.

De modo a comprimir ainda mais o ar contido entre os lados opostos do diafragma e da manga, uma vez que é bombeado para a saída de ar, com o uso do conversor de energia das ondas, o diâmetro da manga preferivelmente se reduz de tamanho entre a entrada de ar e a saída de ar.

As típicas ondas comuns do Atlântico são de 4m de altura, com períodos de energia de lOs, comprimentos de onda de 150 metros e velocidades de onda 15ms_1. O tamanho da força de condução daí resultante disponível para conduzir o movimento da coluna e do diafragma quando tais ondas estão incidentes no conversor de energia das ondas requer que a forma de onda definida pela coluna e diafragma apresente uma rigidez suficiente. A coluna e o diafragma serão de outro modo incapazes de absorver energia proveniente das ondas incidentes, tornando-se assim impossível acoplar as ondas para conduzir o movimento da coluna e do diafragma para bombear bolsas de ar na direção da saída de ar.

Preferencialmente o dispositivo de carregamento é operado para comprimir axialmente a coluna em relação ao diafragma de modo que, na operação do dispositivo de carregamento, a rigidez da forma de onda definida pela coluna curvada e o diafragma seja maior do que a rigidez da coluna e do diafragma, antes da operação do dispositivo de carregamento.

Os inventores descobriram que comprimindo axialmente a coluna em relação ao diafragma resulta na criação de uma 11 ΕΡ2496829Β1 forma de onda definida pela coluna curvada e o diafragma tendo uma rigidez significativamente maior do diafragma, antes da operação do dispositivo de carregamento.

Se a forma de onda definido pela coluna e diafragma for demasiado flexível, a coluna e o diafragma não irão extrair muita energia a partir de ondas incidentes na manga quando o conversor de energia das ondas é posto a flutuar sobre a superfície de um corpo de liquido. Por isso, a ação vertical das forças de reação necessárias requeridas entre o conversor de energia das ondas e a superfície do corpo de líquido seria mínima para manter o conversor de energia das ondas em contacto com a superfície do corpo de líquido e só seria aproveitada uma quantidade mínima de energia a partir das ondas incidentes para conduzir o movimento da coluna e do diafragma. 0 aumento da rigidez da forma de onda definido pela coluna e pelo diafragma, aumenta a energia necessária para conduzir o movimento da coluna e o diafragma aumentando assim o tamanho de qualquer força de reação entre o conversor de energia de onda e a superfície do corpo de líquido criada quando uma onda é incidente na manga. Este modo permite aproveitamento eficaz das ondas incidentes para dirigir o movimento da coluna e diafragma, de modo a conduzir a forma de onda ao longo da manga. Será apreciado que a determinação do equilíbrio entre rigidez e flexibilidade da forma de onda definida pela coluna e pelo diafragma requer um ajuste cuidadoso e será determinada pela potência das ondas possível de serem encontrada durante a utilização do conversor de energia das ondas.

Em formas de realização particularmente preferidas, a coluna estende-se centralmente ao longo do comprimento do diafragma e o dispositivo de carregamento poder ser operado 12 ΕΡ2496829Β1 para comprimir axialmente a coluna em relação ao diafragma de modo que, no funcionamento do dispositivo de carregamento, o diafragma defina uma secção transversal côncava em cada pico da forma de onda e uma secção transversal côncava na ou em cada calha da forma de onda, sendo que a forma da secção transversal côncava do diafragma no ou em cada pico é invertida em comparação com a forma da secção transversal do diafragma na ou em cada calha, e a forma da secção transversal do diafragma se estende entre cada um dos picos adjacentes e cada calha mudando ao longo do seu comprimento entre as secções transversais côncavas invertidas. A aplicação de uma força axial de compressão da coluna localizada centralmente, em relação ao diafragma, tende a esticar o diafragma ao longo da sua linha central, e resulta na aplicação de uma força de tração ao longo dos opostos, rebordos alongados do diafragma. Esta carga de tração dissipa com a distância a partir de cada aresta, em direção à linha central, de modo que a carga de tração é menor ao longo da linha central do diafragma. Esta distribuição de carga de tração ao longo da largura do diafragma leva à criação de secções côncavas opostas transversalmente nos picos e calhas da forma de onda resultando desse modo numa estrutura que é estável em duas formas opostas distintas. A forma de onda na ou em cada pico e na ou em cada calha tem uma superfície convexa exterior que veda contra uma superfície interna adjacente da manga. Esta ação biestável da forma de onda no interior da manga define as passagens de ar acima ou abaixo do diafragma, de acordo com o estado estável em particular. A forma de onda resultante apresenta uma resistência 13 ΕΡ2496829Β1 significativamente grande ao inicio do movimento da coluna e do diafragma entre a primeira e segunda posições opostas em picos e calhas em forma de onda na aplicação de uma força a partir de uma onda incidente. Isto é devido ao aumento da rigidez da estrutura da coluna-diafragma devido a uma alteração no momento de inércia da área da secção transversal da forma de onda nos picos e calhas. No entanto a estrutura também indica que uma vez é aplicada uma força suficientemente grande para vencer a resistência à iniciação do movimento minimizando assim qualquer força de reação vertical entre o conversor de energia das ondas e a superfície de um corpo de líquido, a forma da secção transversal da forma de onda move-se, ou efetivamente "vira", para a forma transversal oposta de modo relativamente rápido e fácil.

Será observado que a rigidez da forma de onda pode ser ajustada através do funcionamento do dispositivo de carregamento para ajustar a força de compressão axial aplicada à coluna relativa ao diafragma.

Em secções de transição entre os picos e calhas da onda, a forma de onda define uma secção transversal plana e a rigidez da forma de onda nestas secções de transição é por conseguinte reduzida à rigidez natural da coluna. Isto permite uma transição rápida, em utilização, a cada meio comprimento de onda. A criação de uma forma de onda em que o diafragma define formas côncavas transversalmente opostas nos picos e calhas resulta desse modo numa estrutura relativamente rígida ainda flexível que é capaz de absorver a energia cinética, em uso, a partir de ondas incidentes na manga quando o conversor de energia das ondas é flutuado sobre a superfície de um corpo de líquido. Este modo por 14 ΕΡ2496829Β1 conseguinte permite o acoplamento de ondas incidentes para dirigir o movimento da coluna e diafragma para bombear bolsas de ar na direção de saida do ar. A retenção da coluna dentro do diafragma permite que a coluna conduza o diafragma para cima durante a cristã da onda num estado e para baixo durante a calha da onda para o alternativo estado invertido. A transição entre os estados estáveis irá ter lugar perto dos pontos de inflexão da forma da onda sob a forma de uma ação de vedação inversora do diafragma que bombeia o ar ao longo da manga. Cada cristã na sequência de ondas aumenta a pressão em cada vedação invertida, e bombeia ar ao longo das principais passagens dentro da manga. Simultaneamente, as calhas bombeiam ar para as passagens inferiores para adicionar ao fluxo de ar. Será apreciado que a saida da pressão de ar, e por conseguinte a energia de ar comprimido, aumenta com o comprimento da manga e é suposto atingir 6 bar, e megawatts de energia, para uma manga de 1 km de comprimento, e lm de diâmetro.

Preferivelmente a forma da secção transversal do diafragma que se estende entre o ou cada um dos picos adjacentes e alterações da calha ao longo do seu comprimento entre os cortes transversais côncavos invertidos de uma forma linear.

Uma tal disposição assegura uma reação uniforme da coluna e do diafragma perante a aplicação de uma força motriz para conduzir o movimento da forma da onda ao longo do comprimento da manga e assim facilita ainda mais o acoplamento de ondas incidentes para dirigir o movimento da coluna e do diafragma. 0 dispositivo de carregamento preferencialmente inclui 15 ΕΡ2496829Β1 um dispositivo de fixação para manter a coluna numa posição comprimida axialmente em relação ao diafragma em funcionamento do dispositivo de carregamento.

De preferência, o dispositivo de carga pode ser operado para aplicar uma força axial de compressão variável à coluna para facilitar o ajuste do comprimento de onda da forma de onda.

Isto facilita a sintonização da forma de onda para coincidir com o comprimento de onda das ondas incidentes suscetíveis de serem encontradas pelo conversor de energia das ondas em uso. Isto é vantajoso porque a coluna e o diafragma irão oscilar a uma frequência de ressonância, quando são levados a mover-se por ondas incidentes que correspondam no comprimento de onda ao comprimento de onda da forma de onda. A oscilação da coluna e do diafragma a uma frequência de ressonância maximiza a velocidade à qual a forma de onda viaja ao longo da manga e maximizando desse modo a eficiência com que as bolsas de ar são bombeadas para a saída de ar. Como tal, atua de modo a amplificar a absorção de energia a partir das ondas incidentes, e maximiza a eficiência de absorção de energia a partir de ondas incidentes no conversor de energia das ondas. A natureza flutuante do conversor de energia das ondas em uso resultará numa estrutura relativamente leve, flutuante, que irá resistir ao afundamento do conversor de energia das ondas. Como resultado no entanto, qualquer força de reação gerada entre o conversor de energia das ondas e a superfície de um corpo de liquido é relativamente baixa. Tal como acima referido, a ação vertical das forças de reação entre o conversor de energia das ondas e a superfície do corpo de líquido é necessária para manter o conversor de energia das ondas em contacto com a superfície 16 ΕΡ2496829Β1 do corpo de líquido e para facilitar o aproveitamento efetivo de energia das ondas incidentes para conduzir o movimento da coluna e do diafragma. 0 conversor de energia das ondas não é por conseguinte capaz de absorver energia a partir das ondas incidentes de uma maneira eficiente e é vulnerável quando soprado para fora do engate com o corpo de líquido mesmo por ventos fracos. Em formas de realização preferidas por conseguinte o conversor de energia das ondas inclui ainda uma ou mais aletas que se estendem para o exterior a partir de lados opostos da manga, cada uma das aletas definindo uma superfície de contacto plano e estando ligada à manga em posições predeterminadas em relação às extremidades opostas do diafragma engatado de forma vedante com a manga de tal forma que, em utilização, as superfícies de contacto planar das aletas encaixam na superfície de um corpo de líquido.

No engate das superfícies de contacto planar das aletas com a superfície de um corpo de líquido, a pressão atmosférica vai criar uma força descendente sobre as superfícies opostas das aletas e forçar o ar de entre as superfícies de contato das aletas e do líquido superfície. Isto resulta na criação de um vácuo entre cada uma das superfícies de contacto das aletas e a superfície líquida. A sucção resultante resiste ao movimento das superfícies planares de contacto das aletas fora da superfície líquida, a qual por sua vez atua para segurar a manga em flutuação de acoplamento com a superfície liquida. A utilização de aletas elimina portanto a necessidade de adição de massa para o conversor de energia das ondas na forma de lastro dispendioso de modo a gerar as força de reação vertical necessárias, em utilização, para facilitar o aproveitamento eficaz das ondas incidentes de modo a conduzir o movimento da coluna e do diafragma e para manter o conversor de energia das ondas em engate flutuante com a superfície 17 ΕΡ2496829Β1 líquida.

Arranjando as aletas em posições predeterminadas em relação às extremidades opostas do diafragma engatadas de forma estanque à manga garante que a manga seja mantida na sua posição em engate flutuante com a superfície líquida, de modo que a forma de onda definida pela coluna e diafragma seja mantido com uma orientação em relação à superfície liquida, que permite o acoplamento de ondas incidentes para conduzir o movimento da coluna e do diafragma.

Os componentes do conversor de energia das ondas são preferencialmente fabricados a partir de material flexível para lhes permitir, quando em uso, seguir os perfis da superfície das ondas com resistência mínima. A manga pode ser formada a partir de um material elástico reforçado, o qual pode ser fornecido sob a forma de um material de membrana de borracha reforçada com cordões de elevada tenacidade concebidos para fornecer as características de flexibilidade desejadas. Um material semelhante pode ser utilizado para formar quaisquer aletas ligadas à superfície exterior da manga. A coluna é de preferência formada a partir de um material metálico ou de mola de plástico, o qual pode ser escolhido de entre o grupo incluindo o aço mola, policarbonatos e compósitos de plásticos de fibra-resina.

Em formas de realização da invenção, a coluna pode ser insuflável para melhorar a flexibilidade da coluna com uma configuração deflacionada, permitindo assim o enrolamento do conversor de energia das ondas para o armazenamento e transporte, assegurando ao mesmo tempo uma rigidez 18 ΕΡ2496829Β1 suficiente à insuflação da coluna. O diafragma é de preferência formado a partir de um material compósito flexivel tendo ambas as caracteristicas elásticas e de mola, e sendo de preferência perfilado para proporcionar uma vedação de pressão de ar no interior da manga. 0 material compósito flexivel pode ser um material de borracha reforçada e formas de realização particularmente preferidas incluem uma estrutura compósita de um esgueleto de plástico ou de metal mola, coberto com material de borracha para proporcionar boas qualidades de vedação, e de rebordos delimitados por um cordão. 0 comprimento do conversor de energia das ondas é de preferência escolhido de modo a corresponder a pelo menos um comprimento de onda das ondas que possa ser incidente no conversor de energia das ondas em uso, e de preferência a um múltiplo do comprimento de onda de tais ondas. 0 comprimento de onda das ondas do Atlântico é tipicamente na gama dos 100-150 m. Em enquadramentos particularmente preferidos por conseguinte a manga tem um comprimento na gama dos 100 - 1500 m.

De modo a facilitar o fácil armazenamento e transporte do conversor de energia das ondas, a manga, o diafragma e coluna são de preferência formados para definir uma construção flexível, achatada. Isto permite que o conversor de energia das ondas fique plano quando nenhuma força de compressão axial é aplicada à coluna pelo dispositivo de carga, e permite que o conversor de energia das ondas seja enrolado numa bobina para fins de armazenamento e transporte. A fim de converter o ar comprimido bombeado para a saída de ar da manga, a saída do ar é de preferência 19 ΕΡ2496829Β1 acoplado a um coletor. 0 coletor pode incluir um tubo de ar comprimido, um depósito de ar comprimido e/ou uma turbina de ar para gerar energia elétrica.

Qualquer tanque de ar comprimido e/ou turbina de ar está de preferência localizado, em uso, em terra, de modo a reduzir a massa do conversor de energia das ondas, o tanque de ar e / ou turbina de ar estando ligados á saida de ar da manga através de um tubo de ar comprimido ou uma ligação riser flexível. Prevê-se contudo que o ar comprimido poderá ser convertido na secção da popa do conversor de energia das ondas em energia elétrica para a transmissão para terra por cabo.

Noutras formas de realização, um reservatório de ar comprimido pode ser localizado, em uso, no leito do mar. Isso permite que o reservatório de ar comprimido seja localizado abaixo ou pelo menos na proximidade do conversor de energia das ondas, e reduzindo desse modo o comprimento de qualquer tubo de ar comprimido necessário para o prolongamento entre o reservatório e a saída de ar da manga. 0 ar comprimido armazenado no tanque pode então ser canalizado para terra quando necessário para gerar eletricidade. A extremidade da manga, incluindo a entrada de ar, tipicamente referida como o arco do conversor de energia das ondas, é preferivelmente formada de uma forma estrutural parcial para permitir o movimento de elevação no arco a fim de otimizar o momento de flexão que inicia o movimento de viagem da onda ao longo da manga. As forças de amarração para os atenuadores são relativamente baixas e o arco do conversor de energia das ondas é, portanto, de preferência ancorado em uso para manter a posição. As terminações da coluna e do diafragma na secção do arco, 20 ΕΡ2496829Β1 para corrigir a coluna e o diafragma em relação à manga na extremidade do arco, também correspondem de preferência às caracteristicas de propagação de onda esperados da coluna e do diafragma para assegurar que movimento de viagem da onda ao longo da manga se inicie com facilidade. A extremidade da manga, incluindo a saida de ar, normalmente referida como a secção da popa, também é formada de preferência de uma forma estrutural parcial para apoiar as terminações da coluna e do diafragma. Mais uma vez, as terminações da coluna e do diafragma na secção do arco, para corrigir a coluna e o diafragma em relação à manga na secção da popa, também correspondem de preferência às caracteristicas de propagação de onda esperadas da coluna e do diafragma, para assegurar que movimento de viagem da onda ao longo da manga termine com facilidade.

De preferência, em uso, a secção de popa seria atracado com folga para limitar o movimento da popa do conversor de energia das ondas e manter o conversor de energia das ondas em alinhamento com a direção de deslocação das ondas incidentais.

Prevê-se que, num dado estado do mar, uma manga com um diâmetro de lm e um comprimento de lkm possa fornecer ar comprimido, digamos de 6 bar, através de um tubo de 2000m, e, por conseguinte, proporcionar uma saida potencial de vários megawatts de energia elétrica. A vantagem global do conversor de energia das ondas de acordo com a invenção é o baixo custo de energia que resulta da utilização de materiais em conformidade para a construção de um sistema de recolha de energia sintonizável e de auto-reação que produza ar comprimido que possa ser transmitido para terra antes da definitiva conversão M&E em 21 ΕΡ2496829Β1 eletricidade.

De acordo com um segundo aspeto da invenção, é proporcionado um método de extração de energia das ondas numa massa de líquido através de um conversor de energia das ondas de acordo com o primeiro aspeto da invenção, o método compreendendo os passos de: operar o dispositivo de carregamento para aplicar uma força de compressão axial na coluna para curvar a coluna espinha e o diafragma numa forma de onda limitada dentro da manga; e flutuar a manga flexível sobre a superfície do corpo de líquido de modo a prolongar-se tangencialmente em relação à direção de deslocação das ondas a fim de que as ondas incidentais viajem a partir da entrada de ar para a saída de ar.

De preferência, o método inclui ainda o passo de operar o dispositivo de carregamento do conversor de energia de onda para ajustar a força de compressão axial aplicada à coluna de modo a curvar a coluna e o diafragma numa forma de onda com um comprimento de onda correspondente ao comprimento de onda das ondas incidentais.

As formas de realização preferidas da invenção serão agora descritas, a título de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos, sendo que: - as Figuras 1 e 2 mostram um conversor de energia das ondas de acordo com uma primeira forma de realização da invenção; a Figura 3 mostra o conversor de energia das ondas mostrado nas Figuras 1 e 2 combinado com outros conversores de energia das ondas; 22 ΕΡ2496829Β1 - as Figuras 4 a 7 ilustram a operação do conversor de energia das ondas mostrado nas Figuras 1 e 2; a Figura 8 ilustra o funcionamento de um conversor de energia das ondas de acordo com uma segunda forma de realização da invenção; A Figura 9 ilustra a operação de um conversor de energia das ondas de acordo com uma terceira forma de realização da invenção; A Figura 10 mostra um conversor de energia das ondas de acordo com uma quarta forma de realização da invenção: a Figura 11 mostra um conversor de energia das ondas de acordo com uma quinta forma de realização da invenção; e as Figuras 12 e 13 ilustram o fluxo de ar para dentro, através e para fora do conversor de energia das ondas mostrado nas Figuras 1 e 2.

Um conversor de energia das ondas 10 para a extração e a conversão da energia das ondas numa massa de liquido, tipicamente o mar ou oceano, de acordo com uma forma de realização da invenção, é mostrado nas Figuras 1 a 5 e nas Figuras 6a a 6d. O conversor de energia das ondas 10 inclui uma manga insuflável 12 que possui uma entrada de ar 14 (Figura 2) numa extremidade do arco 16 da manga 12 e uma saida de ar 18 (Figura 2) numa extremidade da popa 20 da manga 12.

Um diafragma flexível 22 está localizado no interior da manga 12, de modo a estender-se longitudinalmente em relação à manga 12. O diafragma 22 está engatado de forma estanque com uma superfície interior da manga 12 oposta, extremidades alongadas 22a, 22b por meio de dobradiças flexíveis longitudinais (não mostradas). Uma coluna 23 ΕΡ2496829Β1 flexível 24 está localizada no interior da manga 22, de modo a estender-se longitudinalmente em relação à manga 22. A coluna 24 está fixa com o diafragma 22, em relação à manga 12, tanto na extremidade do arco 16 como na extremidade da popa 20. O conversor de energia de ondas 10, também inclui um dispositivo de carga (não mostrado) que pode ser operado para aplicar uma força de compressão axial para a coluna 24 em relação à manga 12.

No funcionamento do dispositivo de carregamento, a coluna 24 e o diafragma 22 estão encurvados numa forma de onda 26 constrangida dentro da manga 12, como mostrado nas Figuras 4-6. Na ilustração esquemática mostrada nas Figuras 4 a 6, a forma de onda resultante 26 define um único comprimento de onda tendo um único pico 28 e uma única calha 30. Em formas de realização da invenção, a forma de onda resultante 26 incluirá uma pluralidade de comprimentos de onda com um número correspondente de picos 28 e calhas 30. O dispositivo de carregamento é de preferência operável para permitir um baixo ajustamento da força de compressão axial a fim de permitir o ajuste do comprimento de onda da forma de onda 26. Isto facilita a sintonização do conversor de energia das ondas 10, de modo a coincidir com o comprimento de onda da forma de onda 26 e relação ao comprimento de onda das ondas que poderão ser encontradas durante o uso do conversor de energia de ondas 10. O conversor de energia das ondas 10 inclui um par de aletas flexíveis 42 que se estendem para fora a partir de lados opostos da manga 12. Cada uma das aletas 42 define uma superfície de contacto plana 44. Na forma de realização 24 ΕΡ2496829Β1 mostrada na Figura 1, cada uma das aletas 42 está ligada à superfície exterior da manga 12 em alinhamento com uma aresta alongada correspondente 22a, 22b do diafragma 22. Em outras formas de realização, prevê-se que a posição das aletas 42 em relação às extremidades alongadas 22a, 22b do diafragma possa variar.

Antes da operação do dispositivo de carregamento para aplicar uma carga de compressão axial à coluna 24, à manga 12, ao diafragma 22, à coluna 24 e às aletas 42, há que definir uma construção achatada. Isto permite que o conversor de energia de ondas 10 seja enrolado numa bobina para fins de armazenamento e transporte.

Em uso, como ilustrado na Figura 2, o conversor de energia das ondas 10 é colocado sobre a superfície de um corpo de liquido, em que o conversor de energia das ondas 10 flutua na superfície líquida 32 e os contornos para contornos causados pelas ondas viajem ao longo da superfície líquida 32. A pressão atmosférica cria uma força descendente sobre a manga 12 e forças de ar entre a manga 12 e a superfície líquida. Isto resulta na criação de um vácuo entre a manga 12 e a superfície líquida 32. A pressão atmosférica também cria uma força descendente sobre cada uma das aletas 42 e forças de ar entre, pelo menos, uma porção da superfície de contacto plana 44 de cada uma das aletas 42 e a superfície líquida 32. Isto resulta na criação de um vácuo entre cada uma das aletas 42 e a superfície líquida 32. A sucção resultante da criação de vácuos entre os componentes 12,42 do conversor de energia das ondas 10 25 ΕΡ2496829Β1 resiste ao movimento do conversor de energia das ondas 10, afastado da superfície líquida 32. O lastro não é, portanto, necessário para manter a manga 12 em engajamento flutuante com a superfície líquida 32.

Referindo-nos à Figura 1, a linha de água 31 resultante da superfície líquida 32 em relação a cada uma das aletas 42 é mais baixa do que a linha de água 33 resultante da superfície liquida 32 em relação à manga 12. Isto é causado pela perda de ar, devido à ação das ondas, que cria a pressão do ar sob a manga 12. Durante a ação das ondas, as aletas 42 permitem que o ar se escape, fazendo com que as extremidades das aletas 42 se afundem devido à sucção, evitando, assim, qualquer entrada de ar entre a superfície de contacto plana 44 das aletas 42 e a superfície líquida 32. O conversor de energia das ondas 10 está concebido para funcionar como um atenuador com a extremidade do arco 16 atracada via amarração 19a para enfrentar as frentes de onda de ondas incidentais e a extremidade da popa 20 atracada via amarração 19b ao longo da direção de propagação da onda 34. O conversor de energia das ondas 10 aspira o ar da atmosfera na entrada de ar 14 e os fluxos de ar ao longo do comprimento da manga 12, onde é pressurizado, para a produção de ar comprimido na extremidade da popa 20. O ar pressurizado é alimentado através da saída de ar 18, através de um tubo de elevação de saída 36 para o fundo do mar, e, em seguida, para a terra e/ou para armazenamento no leito do mar através do tubo 38.

Para acomodar a compressibilidade do ar, o diâmetro da manga 12 diminui de diâmetro ao longo do seu comprimento. 26 ΕΡ2496829Β1

As amarrações 19a, 19b alinham o conversor de energia das ondas 10 em relação à direção de propagação 34 das ondas incidentais de modo gue o conversor de energia das ondas 10 possa funcionar como um atenuador.

Em uso, como ilustrado esquematicamente na Figura 3, uma pluralidade de conversores de energia das ondas lOa-lOd podem ser dispostos de modo a funcionar em conjunto para extrair o ar da atmosfera e alimentar com ar comprimido para a terra no sentido da conversão de energia elétrica a uma planta com base na costa 40. Os conversores de energia das ondas 10 seriam ancorados com folga nas extremidades do arco e da popa 16,20 a fim de manter as suas posições em relação um ao outro e com a direção de propagação 34 das ondas incidentais. Na disposição mostrada na Figura 3, quatro conversores de energia das ondas lOa-lOd são fornecidos. Será apreciado que o número de conversores de energia das ondas 10 pode ser aumentado ou diminuído, dependendo dos requisitos de energia e/ou do espaço disponível para localizar os conversores de energia das ondas 10. A Figura 4 ilustra esquematicamente uma secção da manga 12 do conversor de energia das ondas 10, flutuando uma superfície líquida 32 calma, seguindo-se a operação do dispositivo de carregamento para aplicar uma força de compressão axial constante à coluna 24 em relação à manga 12, de modo a curvar a coluna 24 e o diafragma 22 para definir uma forma de onda 26. Como será apreciado, a amplitude da forma de onda 26 é limitada pelas dimensões interiores da manga 12. Na ausência de quaisquer ondas incidentais, a forma de onda 26, definida pela coluna 24 e pelo diafragma 22, continua a ser estacionária. A Figura 5 ilustra, esquematicamente, a mesma secção 27 ΕΡ2496829Β1 da manga 12 mostrada na Figura 4, quando a manga 12 é submetida a ondas incidentais que viajam ao longo da superfície liquida 32 e de propagação ao longo do comprimento da manga 12.

Tal como ilustrado na Figura 5, a onda está fisicamente acoplada para transferir a energia da onda para uma onda de flexão interna e acionar o movimento da coluna 22 e do diafragma 24, de modo a aumentar a amplitude da forma de onda 26, definida pela coluna 22 e pelo diafragma 22. 0 contacto de pressão entre o diafragma 22 e a manga 12 ocorre no pico 28 e na calha 30, e esta forma de onda 26 propaga-se ao longo do comprimento da manga 12 à velocidade da onda. Quando o comprimento de onda da onda incidental corresponde ao comprimento de onda da forma de onda 26, definida pela coluna 24 e pelo diafragma 22, a energia transferida da onda para a coluna 24 e para o diafragma 22, na forma de energia de deformação elástica, é maximizada. A localização da coluna 24 retida no interior do diafragma 22 durante o percurso de circulação da coluna 24 e do diafragma 22, mostrado na Figura 5, é ilustrada nas Figuras 6a a 6d.

No pico 28 da forma de onda 26 (Figura 6b) , a coluna 24 força uma superfície superior 22c do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, criando assim uma bolsa 46 de ar debaixo do diafragma 22.

Na calha 30 da forma de onda 26 (Figura 6d), a coluna 24 força uma superfície inferior 22d do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, criando assim uma bolsa 48 de ar acima do diafragma 22. A transição inversora do diafragma 50 (Figura 6c) , 28 ΕΡ2496829Β1 perto de cada ponto de inflexão na forma de onda 26, move-se ao longo da manga 12 e das bombas de ar contidas nas bolsas 46,48 ao longo da manga 12 à velocidade da onda. 0 fluxo de ar para dentro, através e para fora do conversor de energia das ondas 10 pode ser descrito com referência às Figuras 12 e 13. A Figura 12 mostra a curva de extremidade 16 do conversor de energia de ondas 10, onde o ar é aspirado através da entrada de ar 14 por meio de pressão de sucção gerado pelo diafragma invertendo transição 50 movendo-se ao longo da manga 12 e bombear o ar contido nas bolsas 46,48 ao longo da manga 12 a velocidade da onda. O fluxo de ar aspirado para dentro da manga 12 através da entrada de ar 14 divide-se entre a bolsa de ar inferior 46, e a bolsa de ar superior 48, que são definidas e separadas pelo diafragma 22.

As extremidades da coluna 24 e do diafragma 22e estão centralmente localizadas por guias 21 e estão sob uma força de compressão axial constante ACF fornecida pelo dispositivo de carregamento. Este sistema de retenção da extremidade tem de ser concebido para coincidir com as caracteristicas de propagação das ondas da coluna 24 e do diafragma 22 e tem de ser não- refletor para iniciar o movimento da forma da onda 26 ao longo da manga 12. A amarração primária 19a ligada à extremidade da curva 16 do conversor de energia das ondas 10 mantém o conversor de energia das ondas 10 numa configuração de atenuador. A Figura 13 mostra a extremidade da popa 20 do conversor de energia das ondas 10, onde o ar comprimido é alimentado para um tubo de elevação de saída 36, o fundo do mar para a transmissão para uma carga em terra ou armazenamento por tubo 38. 29 ΕΡ2496829Β1

As extremidades da coluna 24 e do diafragma 22 estão centralmente localizadas por guias 23 e estão sob uma força de compressão axial constante ACF fornecida pelo dispositivo de carregamento. Mais uma vez, este sistema de retenção da extremidade tem de ser concebido para coincidir com as características de propagação das ondas da coluna 24 e do diafragma 22 e tem de ser não-refletor para encorajar o movimento da forma da onda 26 ao longo da manga 12. A amarração 19b secundária está ligado à extremidade da popa 20 do conversor de energia das ondas 10 para limitar o percurso do conversor de energia das ondas 10. 0 conversor de energia das ondas 10, mostrado nas Figuras 1 e 2, e descrito com referência às Figuras 4 e 5 e às Figuras 6a a 6d, a manga 10 é fornecida sob a forma de uma mangueira ou tubo com uma forma transversal relativamente rigida, sendo que o diafragma 22 é fornecido na forma de um elemento relativamente elástico. Em outras formas de realização, a rigidez e flexibilidade da manga 10 e do diafragma 22 podem ser trocadas entre si.

Uma tal forma de realização é mostrada nas Figuras 7a a 7c, e inclui uma manga relativamente elástica 10 que define uma forma da secção transversal diferente ao longo do seu comprimento, dependendo das posições relativas da coluna 24 e de um diafragma relativamente rígido 22.

Com referência à Figura 7a, no pico 28 da forma de onda 26, a coluna 24 força uma superfície superior 22c do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, abrindo assim a área transversal da manga 12 e criando uma bolsa 46 de ar debaixo do diafragma 22.

Com referência à Figura 7c, na calha 30 da forma de 30 ΕΡ2496829Β1 onda 26, a coluna 24 força uma superfície inferior 22c do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, abrindo assim a área transversal da manga 12 e criando uma bolsa 48 de ar acima do diafragma 22. A Figura 7b mostra a disposição relativa da coluna 24 e do diafragma 22 na transição inversora do diafragma 50, perto de cada ponto de inflexão, que se move ao longo da manga 12 e das bombas de ar nas bolsas 46,48 ao longo da manga 12 no à velocidade da onda, já que a forma da onda 26 viaja ao longo da manga 12, onde a área transversal da manga elástica 12 é menor do que o pico 28 (Figura 7a) e na calha 30 (Figura 7c).

Na forma de realização, as propriedades elásticas da manga 12 asseguram que as extremidades 22a, 22b do diafragma 22 são mantidas em contacto de pressão e o engate vedante com a superfície interna da manga 12.

Numa outra forma de realização, o conversor de energia das ondas 10, mostrado nas Figuras 7a a 7c, pode ser modificado para incluir uma tampa flexível 52 ligada às extremidades alongadas opostas 22a, 22b do diafragma 22 nas posições de articulação, a tampa flexível 52 estende-se para fora a partir das posições de articulação para definir as aletas que estendem para fora 42.

De maneira semelhante ao conversor de energia das ondas 10, mostrado na Figura 1, a linha de água de sucção 31 das aletas 42 do conversor de energia das ondas 10, mostrado na Figura 8 e relativo à superfície líquida 32, é mais baixa do que a linha de água de sucção 33 da manga 12 relativa à superfície líquida 32. Isto é causado pela perda de ar, devido à ação das ondas, que cria a pressão do ar sob a manga 12. Durante a ação das ondas, as aletas 42 31 ΕΡ2496829Β1 permitem que o ar se escape, fazendo com que as extremidades das aletas 42 se afundem devido à sucção, impedindo assim a entrada de ar.

Um conversor de energia das ondas 10, de acordo com uma outra forma de realização da invenção, é mostrado na Figura 9 e inclui uma manga 12 que define uma forma transversal rigida de uma maneira semelhante à da manga do conversor de energia das ondas 10, mostrado nas Figuras 1 e 2. A Figura 9 ilustra as secções transversais da coluna 24 e do diafragma 22 do conversor de energia das ondas 10 de acordo com esta forma de realização da invenção no pico 28, na transição inversora 50 e na calha 30, durante a propagação da forma de onda 26 ao longo da manga 12.

No pico 28 da forma de onda 26, a coluna 24 força uma superfície superior 22c do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, criando assim uma bolsa 46 de ar debaixo do diafragma 22. [0118] Na calha 30 da forma de onda 26, a coluna 24 força uma superfície inferior 22d do diafragma 22 no engate vedante com a superfície interna da manga 12, criando assim uma bolsa 48 de ar acima do diafragma 22. A coluna 24 e o diafragma são centralmente localizados dentro da manga 12 na transição inversora do diafragma 50, perto de cada ponto de inflexão, que se move ao longo da manga 12 e bombeia ar nas bolsas 46,48 ao longo da manga 12 à velocidade da onda.

Na forma de realização mostrada na 9, as extremidades alongadas opostas 22a, 22b do diafragma 22 estão ligadas à manga 12 por meio de dobradiças elásticas que perfilam em torno de secções de tubo semirrígidas 52. 32 ΕΡ2496829Β1

Um conversor de energia das ondas 60 de acordo com uma outra forma de realização da invenção é mostrada na Figura 10 . O conversor de energia das ondas 60 inclui uma manga insuflável 62 que possui uma entrada de ar (não mostrada) numa extremidade do arco da manga 62 e uma saída de ar (não mostrada) numa extremidade da popa da manga 62.

Um diafragma flexível 64 está localizado no interior da manga 62, de modo a estender-se longitudinalmente em relação à manga 62. O diafragma 64 está engatado de forma estanque com uma superfície interior da manga 62 oposta, extremidades alongadas 64a, 64b por meio de dobradiças flexíveis longitudinais (não mostradas). Uma coluna flexível 66 está localizada no interior da manga 64, de modo a estender-se longitudinalmente em relação à manga 64. A coluna 66 está fixa com o diafragma 64, em relação à manga 62, tanto na extremidade do arco como na extremidade da popa da manga 62. O conversor de energia de ondas 60 também inclui um dispositivo de carregamento (não mostrado) que pode ser operado para aplicar uma força de compressão axial F à coluna 66 em relação ao diafragma 64.

No funcionamento do dispositivo de carregamento, a coluna 66 e o diafragma 64 estão encurvados numa forma de onda 68 constrangida dentro da manga 62, sendo que a forma da onda resultante 68 define um ou mais picos 70 e uma ou mais calhas 72. A coluna 66 está centralmente localizado no diafragma e a aplicação de uma força axial de compressão axial à coluna 66, em relação ao diafragma 64, tende a esticar o 33 ΕΡ2496829Β1 diafragma 64 ao longo da sua linha central 74, e resulta na aplicação de uma força de tração ao longo das extremidades alongadas opostas 641, 64b do diafragma 64. Esta carga de tração dissipa com a distância a partir de cada extremidade, em direção à linha central 74, de modo que a carga de tração seja menor ao longo da linha central 74 do diafragma 64. Esta distribuição da carga de tensão ao longo da largura do diafragma 64 leva à criação de secções transversais côncavas opostas nos picos 70 e nas calhas 72 da forma da onda resultante 68.

Estas formas transversais côncavas nos picos 70 e nas calhas 72 são a imagem de espelho uma da outra, e podem ser induzidas a mudar de estado através da aplicação de uma força aplicada. A combinação das formas transversais através de uma secção de transição inversora 76 resulta numa forma transversal efetivamente plana, o que corresponde ao que mostrado nas Figuras 6c, 7b e 9.

Quando uma onda é incidente sobre a manga 62, durante o uso do conversor de energia das ondas 60 na superfície de um corpo de líquido, a transição 76 entre as formas da secção transversais côncavas opostas é impulsionada pelo movimento de viajem da forma da onda 68 ao longo da manga 12, à velocidade da onda incidente. A inversão é concebida para mudar de uma forma linear, de modo a criar uma inversão suave e a consumir o mínimo de energia durante a inversão. A face resultante criada pela secção de transição 76 que se move ao longo da manga 62 atua como um êmbolo na forma de um vedante de rolamento, e aplica pressão ao ar encerrado nas bolsas 78,80 abaixo e acima do diafragma 64, 34 ΕΡ2496829Β1 respetivamente. Uma grande vantagem das formas transversais côncavas opostas dos picos 70 e das calhas 72 de uma forma da onda 68 criada guando é aplicada uma força de compressão axial à coluna 66 em relação ao diafragma 64 é a rigidez reforçada da coluna 66 e do diafragma 64 como resultado do momento de inércia da secção transversal da coluna 66 e do diafragma 64.

Noutra forma de realização semelhante, o diafragma 64 pode ser fornecido sob a forma de uma folha retangular e plana de material elástico gue é reforçada ao longo das duas extremidades alongadas opostas por dois rerebordos flexíveis. A folha de material elástico pode ser esticada ao longo de uma linha central para coincidir com o comprimento relativamente longo da coluna 66 e fixa em cada extremidade da coluna 66, de modo a aplicar uma força de compressão axial à coluna 66. O alongamento da folha de material elástico nesta forma vai resultar na mesma distribuição da carga de tensão ao longo da largura do diafragma 64 descrito acima em relação à disposição mostrada na Figura 10.

Numa outra forma de realização da invenção, as formas transversais côncavas da coluna 66 e do diafragma 64 nos picos 70 e nas calhas 72 da forma da onda resultante 68 podem ser obtidas de outra forma.

Nesta forma de realização, ilustrada na Figura 11, o diafragma 64 compreende uma folha retangular de material elástico 80, que tem uma secção da coluna integral 66, e um par de rebordos flexíveis 82 que são mais curtos em comprimento do que o comprimento alongado da folha retangular 80. 35 ΕΡ2496829Β1 A folha elástica 80 é primeiro comprimida dimensionalmente para coincidir com o comprimento dos rebordos flexíveis 82 e depois é ligada aos rebordos flexíveis para produzir uma forma distorcida 84. A distribuição da carga de tensão resultante através da largura da folha elástica 80 significa que a forma 84 não é estável como uma folha plana, e a energia elástica armazenada como um resultado da compressão da folha elástica 80 força-a na folha 80 para formar uma forma transversal côncava.

Quando uma carga de compressão axial é aplicada à secção da coluna 66, em relação à manga 62, o diafragma 64 e a secção da coluna 66 são encurvadas na forma da onda 68 constrangida dentro da manga 62, a forma de onda resultante 68 que define um ou mais picos 70 com uma secção transversal côncava e uma ou mais calhas 72 que tem uma secção transversal côncava, a forma transversal de cada um dos picos 70 a ser invertido quando em comparação com a forma transversal de cada calha 72.

Estas formas perfiladas são a imagem de espelho uma da outra, e podem ser induzidas a mudar de estado através da aplicação de uma força aplicada. A combinação das formas transversais através de uma secção de transição inversora 76 resulta numa forma transversal efetivamente plana, o que corresponde ao que mostrado nas Figuras 6c, 7b e 9.

Quando uma onda é incidente sobre a manga 62, durante o uso do conversor de energia das ondas 60 na superfície de um corpo de líquido, a transição 76 entre as formas da secção transversais côncavas opostas é impulsionada pelo 36 ΕΡ2496829Β1 movimento de viajem da forma da onda 68 ao longo da manga 12, à velocidade da onda incidente. A inversão é concebida para mudar de uma forma linear, de modo a criar uma inversão suave e a consumir o minimo de energia durante a inversão.

Tal como com a forma de realização mostrada na Figura 10, a face resultante criada pela secção de transição 76 que se move ao longo da manga 62 atua como um êmbolo na forma de um vedante de rolamento, e aplica pressão ao ar encerrado nas bolsas 78,80 abaixo e acima do diafragma 64, respetivamente. Uma grande vantagem das formas transversais côncavas opostas dos picos 70 e das calhas 72 de uma forma da onda 68 é a rigidez reforçada da coluna 66 e do diafragma 64, como resultado do momento de inércia da secção transversal da coluna 66 e do diafragma 64.

Em cada uma das formas de realização acima com referência às Figuras 1 a 12, a manga pode ser fornecida sob a forma de uma mangueira. 37 ΕΡ2496829Β1

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • WO 2008091208 AI [0028]

Lisboa, 21 de Março de 2014 38

Claims (14)

1. ΕΡ2496829Β1 REIVINDICAÇÕES 1. Um conversor de energia das ondas (10) para a extração de energia a partir das ondas numa massa de liquido, sendo que o conversor compreende: uma manga insuflável (12) que possui uma entrada de ar (14) na ou em direção a uma extremidade e uma saída de ar (18) na ou em direção à sua outra extremidade, caraterizada por o conversor de energia das ondas compreender ainda: um diafragma flexível (22), localizado dentro da manga de modo a estender longitudinalmente do mesmo, sendo que o diafragma está engatado, de forma estanque, na manga oposta, alongado as extremidades do mesmo, uma coluna flexível (24) retida no interior do diafragma de modo a estender-se longitudinalmente do mesmo, sendo que a coluna está fixada ao diafragma, relativamente à manga, na ou em direção a cada extremidade da manga; e um dispositivo de carregamento que pode funcionar para aplicar uma força compressiva axial à coluna em relação à manga de modo que, na operação do dispositivo de carregamento, a coluna e o diafragma fiquem presos numa forma de onda constrangida dentro da manga, a forma de onda compreendendo um ou mais picos e uma ou mais calhas, e a coluna e o diafragma atuando para se mover entre primeira e segunda posições opostas de modo a permitir que a forma de onda viaje ao longo da manga e das bolsas de ar contidas entre as superfícies opostas do diafragma e da manga no sentido da saída de ar.
2. 2. Um conversor de energia das ondas de acordo com a 1 ΕΡ2496829Β1 reivindicação 1, caraterizado por o diâmetro da manga ser reduzido em tamanho entre a entrada de ar e a saída de ar.
3. 3. Um conversor de energia das ondas de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caraterizado por o dispositivo de carregamento poder ser operado para comprimir axialmente a coluna em relação ao diafragma de modo gue, na operação do dispositivo de carregamento, a rigidez da forma de onda definida pela espinha curvada e o diafragma seja maior do gue a rigidez da coluna e do diafragma, antes da operação do dispositivo de carregamento.
4. 4. Um conversor de energia das ondas de acordo com a reivindicação 3, caraterizado por a coluna se estender centralmente ao longo do comprimento do diafragma e o dispositivo de carregamento poder ser operado para comprimir axialmente a coluna em relação ao diafragma de modo gue, no funcionamento do dispositivo de carregamento, o diafragma defina uma secção transversal côncava em cada pico da forma de onda e uma secção transversal côncava na ou em cada calha da forma de onda, sendo gue a forma da secção transversal côncava do diafragma no ou em cada pico é invertida em comparação com a forma da secção transversal do diafragma na ou em cada calha, e a forma da secção transversal do diafragma se estende entre cada um dos picos adjacentes e a calha mudando ao longo do seu comprimento entre as secções transversais côncavas invertidos.
5. 5. Um conversor de energia das ondas de acordo com a reivindicação 4, caraterizado por a forma da secção transversal do diafragma se estender entre cada um dos picos adjacentes e alterações da calha ao longo do seu comprimento entre os cortes transversais côncavos invertidos de uma forma linear. 2 ΕΡ2496829Β1
6. 6. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 5, caraterizado por o dispositivo de carregamento incluir um elemento de fixação para manter a coluna numa posição comprimida axialmente em relação ao diafragma em funcionamento do dispositivo de carregamento.
7. 7. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer reivindicação precedente, caraterizado por o dispositivo de carregamento poder ser operado para aplicar uma força axial de compressão variável à coluna para facilitar o ajustamento do comprimento de onda da forma de onda.
8. 8. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, incluindo ainda uma ou mais aletas que se estendem para o exterior a partir de lados opostos da manga, cada uma das aletas definindo uma superfície de contacto plano e estando ligada à manga em posições predeterminadas em relação às extremidades opostas do diafragma engatado de forma vedante com a manga de tal forma que, em utilização, as superfícies de contacto planar das aletas encaixam na superfície de um corpo de líquido.
9. 9. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caraterizado por a manga possuir um comprimento no intervalo de lOOm a 1500m.
10. 10. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caraterizado por o diafragma e a coluna serem formadas para definir uma construção achatada flexível. 3 ΕΡ2496829Β1
11. 11. Um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por a saida de ar estar acoplada a um coletor.
12. 12. Um conversor de energia das ondas de acordo com a reivindicação 11, caraterizado por o coletor incluir um tubo de ar comprimido, um depósito de ar comprimido e/ou uma turbina de ar para gerar energia elétrica.
13. 13. Um método de extração de energia das ondas numa massa de liquido através de um conversor de energia das ondas de acordo com qualquer reivindicação precedente, o método compreendendo os passos de: operar o dispositivo de carregamento para aplicar uma força de compressão axial à coluna para curvar a coluna e o diafragma para uma forma de onda constrangida dentro da manga; e flutuar a manga flexível sobre a superfície do corpo de líquido, de modo a prolongar-se tangencialmente em relação à direção de deslocação das ondas de tal forma que as ondas incidentes viajem a partir da entrada de ar para a saída de ar.
14. 14. Um método de extração de energia de acordo com a reivindicação 13 e utilizando um conversor de energia das ondas de acordo com a reivindicação 7, incluindo ainda o passo de operar o dispositivo de carregamento para ajustar a força de compressão axial aplicada à coluna, e a curvar a coluna e o diafragma para uma forma de onda, sendo o comprimento de onda correspondente ao comprimento de onda das ondas incidentes. Lisboa, 21 de Março de 2014 4