WO1996034197A1 - Aparato conversor de energia eolica en otra energia utilizable - Google Patents

Aparato conversor de energia eolica en otra energia utilizable Download PDF

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Francisco Espejo Heredia
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Compañia De Nuevas Tecnologias Eolicas S.L.
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present Invention Patent refers to a usable wind energy converter apparatus, whether mechanical, electrical or similar, which has as its fundamental distinguishing characteristic with respect to the devices that, for the same purpose, exist in the market, a high use of wind energy, due to the method that, as indicated below, is used for conversion.
  • the wind energy converter apparatus that forms the basis of the present invention is capable of extracting a part of the wind energy intercepted by its blades to convert it into another usable energy.
  • Said apparatus is characterized by the position of its axis, which unlike most existing windmills, is vertical and, as a consequence, has a triple advantage over conventional windmills.
  • said apparatus is capable of capturing wind energy regardless of its direction and origin, which does not happen in other types of horizontal axis windmills.
  • this type of mechanism fundamentally takes advantage of the drag force (drag) of the wind on flat plates at the ends of two parallel axes that compose it, instead of the lift force used in most mills of traditional wind.
  • drag coefficient can become greater than 2, while that the bearing coefficient in all types of warped plates is always less than 1.6.
  • this device has a mechanism that avoids the inconvenience that even the majority of the vertical axis mills hitherto known and which in most cases has been the cause of their unfeasibility.
  • This drawback refers to the inevitable moment that is created when the blades move from a movement in favor of the wind to a movement against the wind.
  • the parallel axes are connected by cogwheels, thus causing simultaneous opening of the pairs of blades located at opposite ends of the same axis, or what is the same, this mechanism maintains a permanent 90 degree offset between the shovels mentioned above.
  • the pairs of blades located at the same end of the parallel axes form a variable angle between 0 degrees in wind and 90 degrees in favor of the wind.
  • said apparatus consists of a support base or a solid turret, which will support an axis in its center of stability that has the possibility of easy rotation, by means of bearings or any other system, with virtually no resistance.
  • a system of blades is attached, which is constituted by groups of two parallel axes, superimposed on each other, which cross the transmission axis diametrically in a horizontal position.
  • the aforementioned axes are related to each other by means of fixed sprockets to each of them, of opposite rotation, also fixing at the ends of each of the axles some blades, so that the blades located at one end are located at 90 ° of those placed at the opposite end.
  • the blades are located at the ends of an axis located at 90 fl from each other, while that of the second axis, group mate, has the blades placed in the same situation but in the opposite direction to that of the first, it is formed a group of two blades at each end of the axis that, depending on the direction of the wind, remain open opposing their resistance while the companions located at the other end of the axis remain folded, in which case they oppose a zero wind resistance, based to which it is possible to achieve that the thrust power of the wind is transmitted directly through the axis of the turbine to the base of the apparatus, in which a pulley is located that facilitates the transmission of this power to the source of use.
  • the wind energy converting apparatus into usable energy is constituted by a support base -1-, which in this case is a tripod, to which it is fixed a vertical support shaft -2- and, around it, a transmitter shaft -3- formed by a tube that is supported on the shaft -2- by bearings -4-, while, on the outside, said axis is related to support -1- by another bearing -5-, having supported the axis -3-, in its lower part on a pulley -6-, whose mission will be to facilitate the transmission of the energy obtained, from wind energy.
  • a support base -1- which in this case is a tripod, to which it is fixed a vertical support shaft -2- and, around it, a transmitter shaft -3- formed by a tube that is supported on the shaft -2- by bearings -4-, while, on the outside, said axis is related to support -1- by another bearing -5-, having supported the axis -3-, in its lower part on a pulley -6-
  • a plurality of axes -7- appear along the upper part of the transmitter axis -3-, located at regular angles, each of which consists of two parallel horizontal axes -8- and -9-, provided with gear wheels -9- and -10-, arranged in such a way that the axles make them turn in opposite directions.
  • each one of them has blades -12- and -13-, located 90 s from each other, corresponding to axis -8-, while than those corresponding to axis -9-, -14- and -
  • the thrust of the wind is converted into a circular motion which, through the pulley -6-, can be converted into any other form of energy, with a high degree of utilization.

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Abstract

Un aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable que consiste en un soporte de apoyo (1) que tiene como único fin el sosten del eje vertical (3) con posibilidad de giro respecto al soporte mediante un mecanismo de rodamientos (5) u otro. Dicho eje (3) actua como eje transmisor de la energía eólica a energía mecánica mediante grupos de ejes paralelos horizontales y sobrepuestos (8 y 9) situados en su parte superior y dispuestos en parejas provistos de paletas (12 y 13) atravesando o no el eje transmisor (3) y formando ángulos iguales entre sí disponiendo cada uno de los ejes (8 y 9) de ruedas dentadas (9 y 10), en sentido contrario a las que engrana provinientes del eje paralelo, por lo que giran en sentido contrario, siendo de ver, en los extremos de cada eje (8 y 9) paletas (12 y 13) situadas a más de 0° y hasta 90° entre sí, mientras que las correspondientes al segundo eje del grupo se hallan colocadas en sentido inverso a la del anterior.

Description

APARATO CONVERSOR DE ENERGÍA EOLICA EN OTRA ENERGÍA UTILIZABLE
La presente Patente de Invención se refiere a un aparato conversor de energía eólica utilizable, ya sea ésta mecánica, eléctrica o similar, que tiene como característica fundamental diferenciativa con respecto a los aparatos que, con la misma finalidad, existen en el mercado, un alto aprovechamiento de la energía eólica, debido al método que, tal como se indica a continuación, se utiliza para su conversión.
En efecto, es bien conocida desde tiempo inmemorial la utilización de energía eólica con el fin de aprovecharla como generadora de otro tipo de energías y en este sentido cabe hablar de los molinos de viento utilizados por la humanidad desde la edad media, como es posible comprobar incluso en libros fundamentales de la literatura universal, así como las diversas variaciones de este tipo de molinos que han aparecido en los últimos años, aunque presentan todas ellas en común el hecho de que el eje de accionamiento es horizontal y utilizan las fuerzas de sustentación (lift) del viento, debido a lo cual se trata de una energía muy degradada y que trae como consecuencia un rendimiento muy bajo en su aprovechamiento.
El aparato conversor de energía eólica que constituye la base de la presente invención es capaz de extraer una parte de la energía del viento interceptada por sus palas para convertirla en otra energía utilizable. Dicho aparato se caracteriza por la posición de su eje, que al contrario de la mayoría de los molinos de viento existentes, es vertical y, como consecuencia de ello, presenta una triple ventaja con respecto a los molinos de viento convencionales.
Por un lado, dicho aparato es capaz de captar energía del viento independientemente de su dirección y procedencia, lo cual no sucede en otros tipos de molinos de viento de eje horizontal.
En segundo lugar, este tipo de mecanismo aprovecha fundamentalmente la fuerza de arrastre (drag) del viento sobre unas placas planas en los extremos de dos ejes paralelos que lo componen, en lugar de la fuerza de sustentación (lift) utilizada en la mayoría de molinos de viento tradicionales. Como se sabe, el coeficiente de arrastre puede llegar a ser mayor de 2, mientras que el coeficiente de sustentación en todo tipo de placas alabeadas siempre es menor que 1,6.
Por último, este dispositivo presenta un mecanismo que evita el inconveniente que presentan incluso la mayoría de los molinos de eje vertical hasta ahora conocidos y que en la mayoría de las casos ha sido causa de su inviabilidad.
Dicho inconveniente se refiere al inevitable momento que se crea cuando las palas pasan de un movimiento a favor del viento a un movimiento en contra del viento.
En el generador eólico propuesto, este obstáculo se resuelve porque cada uno de los grupos de ejes paralelos horizontales que lo componen y que se describirán a continuación, está formado por un sistema de dos ejes solidarios.
Los ejes paralelos quedan conectados mediante ruedas dentadas, provocando de esta manera una apertura cierre simultánea de los pares de palas situados en los extremos opuestos de un mismo eje, o lo que es lo mismo, este mecanismo mantiene un defasaje de 90 grados permanente entre las palas anteriormente citadas. Asimismo, los pares de palas situados en un mismo extremo de los ejes paralelos forman un ángulo variable entre los 0 grados en contraviento y los 90 grados a favor del viento.
Gracias a todo lo anteriormente indicado, es posible obtener un aprovechamiento teóricamente máximo de la fuerza del viento a favor, siempre que se logre que el sistema gire a una velocidad de rotación adecuada mediante un sistema de reducciones, de forma que se consiga un máximo aprovechamiento de la fuerza del viento. wr NNoorrmmaal]mente, esto se consigue con una velocidad específica λ = — <] v siendo
W: velocidad de rotación R: brazo V: velocidad del viento
Para conseguir tal finalidad, el citado aparato consiste en una base de apoyo o bien una torreta sólida, que soportará un eje en su centro de estabilidad que tiene posibilidad de giro fácil, mediante rodamientos o cualquier otro sistema, sin tener prácticamente ninguna resistencia. Al citado eje transmisor y por su parte superior, se le une un sistema de palas que se halla constituido por grupos de dos ejes paralelos, sobrepuestos uno al otro, que cruzan el eje de transmisión diametralmente en posición horizontal.
Los citados ejes se relacionan entre sí mediante ruedas dentadas fijas a cada uno de ellos, de giro contrario, fijándose además a los extremos de cada uno de los ejes unas palas , de forma que las palas situadas en un extremo se hallan situadas a 90° de las colocadas en el extremo opuesto.
De esta manera, al estar las palas situadas en los extremos de un eje situadas a 90fl entre sí, mientras que la del segundo eje, compañero de grupo, tiene las palas colocadas en igual situación pero en sentido inverso al del primero, se forma un grupo de dos palas en cada extremo del eje que, dependiendo del sentido del viento, permanecen abiertas oponiéndose a su resistencia mientras que las compañeras situadas en el otro extremo del eje permanecen plegadas, en cuyo caso oponen una resistencia nula al viento, en base a lo cual es posible conseguir que la potencia de empuje del viento se transmita directamente a través del eje de la turbina a la base del aparato, en el cual se encuentra ubicada una polea que facilita la transmisión de esta potencia a la fuente de utilización.
Para facilitar la explicación se acompaña a la presente memoria una hoja de dibujos en la que se ha representado, a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, un caso de realización de un aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable, según los principios de las reivindicaciones. En los dibujos:
En la única figura que aparece en ellos es de ver una vista en perspectiva de un aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable, según los principios de la presente invención.
Tal y como es posible deducir de la indicada hoja de dibujos, el aparato conversor de energía eólica en energía utilizable, se halla constituido por una base de apoyo -1-, que en este caso se trata de un trípode, a la que se fija un eje de soporte vertical -2- y, alrededor de éste, un eje transmisor -3- conformado por un tubo que se apoya sobre el eje -2- mediante cojinetes -4-, a la vez que, por su parte exterior, dicho eje queda relacionado con el soporte -1- mediante otro cojinete -5-, habiéndose apoyado el eje -3-, en su parte baja sobre una polea -6-, que cuya misión será la de facilitar la transmisión de la energía obtenida, a partir de la energía eólica.
Por la parte superior del eje transmisor -3- y atravesándolo, aparecen una pluralidad de ejes -7-, situados formando ángulos regulares entre sí, cada uno de los cuales consiste en dos ejes horizontales paralelos -8- y -9-, provistos de ruedas de engrane -9- y -10-, dispuestas de tal manera que los ejes hacen que giren en sentidos opuestos.
Asimismo, los citados ejes se hallan retenidos mediante abrazaderas -11- y presenta, cada uno de ellos por sus extremos, unas palas -12- y -13-, situadas a 90s entre sí, las correspondientes al eje -8-, mientras que las correspondientes al eje -9-, -14- y -
15- se hallan colocadas en posición simétrica con respecto a las del eje superior y asimismo a 90a entre sí.
La utilización de los numerales con los que se han señalizado los distintos elementos que componen el aparato conversor de energía eólica reivindicado, facilitarán la comprensión de la forma de utilización del mismo.
En efecto, cuando el viento sopla sobre las palas, mientras las que reciben el viento en directo, como es el caso de las -13- y -15-, quedan cerradas, debido a que la acción de los engranajes -9- y -10- hacen que se produzca esta situación, asimismo obligan a que, por la forma de construcción de los citados ejes, las palas opuestas -12- y -14- queden abiertas, con lo cual reciben todo el empuje del viento y se produce un movimiento circular del conjunto de palas generadoras alrededor del eje transmisor -3-, el cual gira libre gracias a la ayuda de los rodamientos -4- y -5-.
En estas condiciones, el empuje del viento es convertido en movimiento circular que, a través de la polea -6-, es posible convertirlo en cualquier otra forma de energía, con un alto grado de aprovechamiento.
Todo cuanto no afecte, altere cambie y modifique la esencia del aparato conversor descrito, será variable a los efectos de la actual Patente.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable, caracterizado esencialmente por hallarse constituido por un eje vertical sostenido en un soporte, de tal modo que el susodicho eje vertical, mediante un mecanismo de rodamientos o cualquier otro, gira fácilmente con respecto al soporte y actúa como eje transmisor, previéndose además la existencia, atravesando o no la parte superior del eje transmisor, de grupos de dos ejes paralelos horizontales y sobrepuestos entre si, provistos en sus extremos de paletas, que se hallan situados en número indeterminado, formando ángulos iguales, de modo que la fuerza de arrastre (drag) del viento actúa sobre las placas planas o paletas ubicadas en los extremos de los ejes paralelos, en lugar de actuar la fuerza de sustentación (lift), utilizada en la mayoría de los molinos de viento tradicionales, de forma que el mecanismo referenciado permite captar la energía del viento independientemente de su dirección y procedencia.
2.- Aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable, según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los grupos de ejes paralelos horizontales que componen este aparato conversor de energía eólica está formado por un sistema de dos ejes solidarios conectados entre sí mediante ruedas dentadas, provocando una apertura-cierre simultánea de los pares de palas situados en los extremos opuestos de un mismo eje, es decir, manteniendo un defasaje de 90s permanentemente entre los pares de palas referenciadas, de tal forma que los pares de palas situadas en un mismo extremo de los ejes paralelos forman un ángulo variable entre los 0S en contraviento y los 90° a favor del viento.
3.- Aparato conversor de energía eólica en otra energía utilizable
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