WO2008110646A1 - Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas - Google Patents

Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03B17/04—Alleged perpetua mobilia

Definitions

  • the present invention relates to a system for the generation of energy, especially electrical energy, based on the differences in thrust that floating bodies undergo water with different density.
  • the object of the invention is to achieve that such a differential differential thrust difference causes a cyclic displacement in a chain of floats or floating bodies, which in turn transmitted to an axis can be supplied to any conventional electric generator.
  • the system is based on using together the salt water of the sea and the fresh water of the rivers, to achieve the desired effect.
  • the invention is therefore in the field of renewable energy. BACKGROUND OF THE INVENTION
  • the marine environment due to its characteristics, offers multiple opportunities for power generation. Among them are basically the following:
  • the energy of the tides comes from the gravitational fields of the sun and the moon, and the basic operating principle for energy generators based on these tides is to store water in an enclosure, as a reservoir, when the tide is high, and let it pass through turbines at low tide, said turbines being associated with respective generators.
  • the system that the invention proposes starts from a specific geographical location for it, as the most suitable one, specifically the confluence zone of a river with the sea, where fresh water from the river is available, and from existing saltwater in the sea, and consequently where water with very large differences in density is available, although it can be located at the exit of a sewage treatment plant or in a desalination plant, for example.
  • the system is embodied in a ferris wheel based on large floats, related to each other in the form of a chain, in which two are defined vertical and adjacent sections of considerable length, so that while one of these sections is simply submerged in the sea, the other plays inside a tube topped by its upper extremity in a kind of funnel to which a current of permanently supplied sweet water.
  • the support structure of the chain that connects the floats, as well as the tube that surrounds one of the two sections of floats, will be duly fixed to a cliff and / or the seabed, so that the displacement of the floats is effective and effective.
  • the floats will preferably be cylindrical, and will have one of their curved-concave bases and the other curved-convex, in order to define between them a kind of rotary coupling that keeps them intimately connected. even in the maneuvers of change of section, from ascending to descending and vice versa.
  • ferris wheel or ferris wheels must be located next to the mainland and will be perfectly assisted by a breakwater wall protecting against the waves of the sea.
  • the floats will be hollow, of any appropriate material and to facilitate their introduction into the water, during the assembly of the system, it is planned that they have a pair of spigots that first allow their filling with water, to facilitate immersion, and that a Once the installation has been completed, they can be emptied, by means of compressed air, to fulfill its function as such floating elements.
  • Figure 1 shows, according to a schematic representation in side elevation, an energy generation system by differential density in water, carried out in accordance with the object of the present invention.
  • Figure 2. Shows, also according to a schematic representation, a plan view of two ferris wheels like that of the previous figure, duly interconnected.
  • Figure 3. Shows a partial perspective detail of the assembly represented in the previous figure.
  • Figure 4. Shows, according to a perspective view, one of the floats participating in the system, with an enlarged detail of its means of fixing to the ferris wheel chain.
  • Figure 5. Shows an axial view of one of the floats, at its concave end.
  • Figure 6 shows, finally, a schematic representation in side elevation of the tube that channels the fresh water, with an enlarged detail of it.
  • the first section of floats (V), is mostly housed inside a tube (8), which has anchoring supports (9) to ground (10), such as a cliff, as shown in Figure 1, and / or with anchors (9 ') fixed to the seabed (16), the structure supporting the pinions or toothed crowns (4) of the chain being also fixed in parallel.
  • the tube (8) is topped by its upper extremity in a kind of funnel (11), to which a certain flow of fresh water (12) is constantly poured, so that the floats (1) of this section of the ferris wheel are they always keep submerged in fresh water, while the floats (1) of the second section of floats (1 ") are in saltwater, so that the thrust suffered by both sections of floats are different, resulting in a resulting in the direction of descent for the floats of the first section (1) and of ascent for those of the second section (V).
  • a kind of funnel (11) to which a certain flow of fresh water (12) is constantly poured, so that the floats (1) of this section of the ferris wheel are they always keep submerged in fresh water, while the floats (1) of the second section of floats (1 ”) are in saltwater, so that the thrust suffered by both sections of floats are different, resulting in a resulting in the direction of descent for the floats of the first section (1) and of ascent for those of the second section
  • the floats (1) present one of their bases or ends (13) curved-convex and the other (13 ') curved-concave, so that between them a rotary coupling is established, with a Optimal adjustment when the tilting of some with respect to others occurs.
  • a plurality of grooves (14) are established, both annular and radial, which facilitate drainage or exit of water at the time of coupling between floats, grooves that appear clearly visible in the Figure 5.
  • the floats (1) are provided with a pair of spigots (14 ') that allow them to be filled with water, to facilitate immersion, and that once the installation has been completed they can be emptied, by means of compressed air, so that they fulfill their function as such floating elements.
  • the tube (8) for the contribution to the freshwater system incorporates tilting claps (18) mounted on nozzles (19), clappers that act as unidirectional valves allowing fresh water to escape but preventing salt water from entering in the tube, combined with other clappers (20) that are assisted by respective buoys (21), so that depending on the level (22) of the sea, more specifically depending on the fluctuations of said level, the clappers (20) they close the nozzles (19) when the respective buoys (21) are submerged in the water, and open them when they are outside it.

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Abstract

Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas que comprende una noria de flotadores (1), montados sobre una cadena (3) que permite un movimiento cíclico de los mismos, con dos tramos de flotadores (Y, 1') verticales y adyacentes, quedando un primer tramo (Y) alojado en el interior de un tubo (8), rematado por su extremidad superior por un embudo (11), y a través del que circula una corriente de agua dulce (12), mientras que el segundo tramo de flotadores (1') queda sumergido en el mar. De esta manera, la diferencia de densidades entre el agua dulce y el agua salada genera empujes de diferente magnitud sobre uno y otro tramo de flotadores (l',l'), lo que determina un desplazamiento cíclico generándose una energía mecánica que es transmitida a través de uno de los piñones o coronas dentadas (4) de la cadena a un generador de energía eléctrica (7).

Description

SISTEMA DE GENERACIÓN ENERGÉTICA POR DIFERENCIAL DE
DENSIDAD EN LAS AGUAS
D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema para la generación de energía, en especial de energía eléctrica, basado en las diferencias de empuje que sufren cuerpos flotantes sumergidos en aguas con diferente densidad.
El objeto de la invención es conseguir que tal diferencia de empuje por diferencial de densidad origine un desplazamiento cíclico en una cadena de flotadores o cuerpos flotantes, que transmitido a un eje pueda a su vez ser suministrado a cualquier generador eléctrico convencional.
De forma más concreta el sistema se basa en utilizar conjuntamente el agua salada del mar y el agua dulce de los ríos, para conseguir el efecto perseguido.
La invención se sitúa pues en el ámbito de las energías renovables. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El medio marino, por sus características, ofrece múltiples oportunidades de generación de energía. Entre ellas son fundamentalmente las siguientes:
- Utilización de las mareas: la energía de las mareas proviene de los campos de gravitación del sol y la luna, y el principio de funcionamiento básico para generadores energéticos basados en dichas mareas consiste en almacenar agua en un recinto, a modo de embalse, cuando la marea está alta, y dejarlo pasar a través de turbinas en situación de bajamar, estando dichas turbinas asociadas a respectivos generadores.
- El aprovechamiento del movimiento de oscilación de las olas. Los vientos que soplan sobre la superficie del océano generan las olas a partir de las cuales se puede obtener energía por su propio, movimiento. - Explotación de la energía térmica oceánica. Esta energía se obtiene a partir de los gradientes térmicos creados por las radiaciones solares. A partir de ahí, la diferencia entre la temperatura del agua de la superficie y la de las profundidades es susceptible de ser transformada energía útil.
- Existen también técnicas basadas en el aprovechamiento del efecto de las corrientes marinas. Estas son causadas por las variaciones de temperatura, salinidad y por los efectos de las mareas.
También existen soluciones técnicas basadas en aprovechar gradientes de salinidad, pero que se encuentran en una situación incipiente de desarrollo.
En una línea conceptual diferente, es sabido que la diferencia de densidad del agua da lugar a diferentes niveles de empuje sobre un flotador sumergido, de manera que el empuje que produce el agua dulce es considerablemente menor que el que produce el agua salada. Esto permite, cuando se dispone simultáneamente de ambos tipos de agua, concebir la pasibilidad de algún mecanismo que sea capaz de transformar dicha diferencia de densidad, primeramente en energía mecánica y seguidamente en energía eléctrica. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema que la invención propone parte de una ubicación geográfica específica para el mismo, como la más idónea, concretamente la zona de confluencia de un río con el mar, donde se dispone de agua dulce procedente del río, y de agua salda existente en el mar, y consecuentemente donde se dispone de aguas con diferencias de densidad muy acusadas, si bien puede situarse a la salida de una depuradora de aguas residuales o en una desaladora, por ejemplo.
El sistema se materializa en una noria a base de flotadores de grandes dimensiones, relacionados entre sí en forma de cadena, en la que se definen dos tramos verticales y adyacentes de considerable longitud, de manera que mientras uno de dichos tramos está simplemente sumergido en el mar, el otro juega en el interior de un tubo rematado por su extremidad superior en una especie de embudo al que se suministra permanentemente una corriente de agua dulce.
Dada la simetría de la cadena en lo que se refiere a sus tramos ascendente y descendente, es decir, dado que existirá un mismo número de flotadores en cada uno de sus tramos, aquellos que se encuentran en el interior del tubo, es decir sumergidos en el agua dulce suministrada desde cualquier corriente fluvial, sufrirán un empuje en sentido ascendente notablemente inferior al que sufrirán los flotadores que están simplemente introducidos en el agua del mar, lo que trae consigo una fuerza resultante que hace que el tramo de flotadores sumergidos en agua dulce tiendan a desplazarse en sentido descendente, arrastrando consigo a los flotadores del otro tramo, los que juegan en el seno del agua salada, con un movimiento cíclico de sentido constante, movimiento que puede ser suministrado a un eje que a su vez accione el generador propiamente dicho, concretamente cualquier generador eléctrico convencional y apropiado.
Obviamente la estructura soporte de la cadena que relaciona los flotadores, así como el tubo que rodea a uno de los dos tramos de flotadores, estará debidamente fijada a un acantilado y/o al fondo marino, para que el desplazamiento de los flotadores resulte efectivo y eficaz.
De acuerdo con otra de las características de la invención los flotadores serán preferentemente cilindricos, y presentarán una de sus bases curvo-cóncava y la otra curvo-convexa, al objeto de que entre ellos se defina una especie de acoplamiento rotular que los mantiene íntimamente unidos incluso en las maniobras de cambio de tramo, del ascendente al descendente y viceversa.
Se ha previsto también que preferentemente en una instalación de este tipo existan como mínimo dos norias conectadas a un eje común que es el que transmite el movimiento de ambas norias a una sala de máquinas en la que se situará el correspondiente generador.
Evidentemente la noria o norias deberán estar situadas junto a tierra firme y estarán perfectamente asistidas por un muro rompeolas de protección frente a las olas del mar.
Para facilitar la evacuación de agua entre flotadores, cuando estos se acoplan coaxialmente, se ha previsto la existencia de ranuras en el extremo cóncavo de cada uno de ellos, que facilitan la salida radial del agua cuando los flotadores se acoplan entre sí.
Los flotadores serán huecos, de cualquier material apropiado y para facilitar su introducción en el agua, durante el montaje del sistema, se ha previsto que cuenten con una pareja de espitas que primero permiten su llenado con agua, para facilitar la inmersión, y que una vez que la instalación ha concluido pueden ser vaciados, mediante aportación de aire comprimido, para que cumpla su función como tales elementos flotadores.
Finalmente se ha previsto la existencia en el tubo que asiste al tramo de flotadores destinado a recibir agua dulce, de una pluralidad de válvulas antiretorno que comunican el interior con el exterior del tubo por encima del nivel del mar, de manera que cuando eventualmente el tubo suministrador de agua dulce quede situado por encima del nivel del mar, el propio nivel de agua dulce en su seno se equilibra con el nivel exterior, es decir con el nivel del mar, para mantener el sistema en equilibrio. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1.- Muestra, según una representación esquemática en alzado lateral, un sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención. La figura 2.- Muestra, también según una representación esquemática, una vista en planta de dos norias como la de la figura anterior, debidamente interconectadas.
La figura 3.- Muestra un detalle parcial en perspectiva del conjunto representado en la figura anterior. La figura 4.- Muestra, según una vista en perspectiva, uno de los flotadores que participan en el sistema, con un detalle ampliado de sus medios de fijación a la cadena de la noria.
La figura 5.- Muestra una vista axial de uno de los flotadores, por su extremo cóncavo. La figura 6.- Muestra, finalmente, una representación esquemática en alzado lateral del tubo que canaliza el agua dulce, con un detalle ampliado del mismo. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas y en especial de la figura 1, puede observarse como el sistema que se preconiza parte de una especie de noria materializada en una pluralidad de flotadores (1), como el representado en la figura 4, básicamente cilindricos, huecos, con un diámetro que puede ser por ejemplo del orden de 6 metros, y con una cota axial a su vez del orden de 10 metros, provistos de aletas laterales y perforadas (2) para fijación a una cadena (3), especialmente visible en la figura 3, que se desplaza cíclicamente sobre dos piñones o coronas dentadas extremas (4), una de las cuales está debidamente solidarizada al eje (5) receptor del movimiento y que, a través de una transmisión (6), suministrará dicho movimiento a un generador de electricidad (7), definiéndose en dicha cadena, y consecuentemente en los propios flotadores (1), dos tramos verticales y adyacentes (l'-l ").
El primer tramo de flotadores (V), queda alojado mayoritariamente en el interior de un tubo (8), que cuenta con soportes de anclaje (9) a tierra (10), como por ejemplo un acantilado, tal como muestra la figura 1, y/o con anclajes (9') fijables al fondo marino (16), quedando paralelamente fijada también la estructura que soporta los piñones o coronas dentadas (4) de la cadena.
El tubo (8) se remata por su extremidad superior en una especie de embudo (11), al que se vierte constantemente un determinado caudal de agua dulce (12), de manera que los flotadores (1) de éste tramo de la noria se mantienen siempre sumergidos en agua dulce, mientras que los flotadores (1) del segundo tramo de flotadores (1 ") lo están en agua salada, con lo que los empujes sufridos por uno y otro tramos de flotadores son distintos, lo que genera una resultante en sentido de descenso para los flotadores del primer tramo (1) y de ascenso para los del segundo tramo (V).
Volviendo nuevamente a la configuración de los flotadores (1), éstos presentan una de sus bases o extremos (13) curvo-convexo y el otro (13') curvo-cóncavo, de manera que entre ellos se establece un acoplamiento rotular, con un óptimo ajuste cuando se produce la basculación de unos con respecto a otros. En la base o extremo curvo-cóncavo (13') se establecen una pluralidad de ranuras (14), tanto anulares como radiales, que facilitan el drenaje o salida del agua en el momento del acoplamiento entre flotadores, ranuras que aparecen claramente visibles en la figura 5. Los flotadores (1) están provistos de una pareja de espitas (14') que permiten su llenado con agua, para facilitar la inmersión, y que una vez que la instalación ha concluido pueden ser vaciados, mediante aportación de aire comprimido, para que cumplan su función como tales elementos flotadores.
Tal como se ha representado en las figuras 2 y 3, se ha previsto que en una instalación con el sistema de la invención participen al menos dos norias con sus cadenas conectadas a un eje común (5), que mediante la citada transmisión (6) suministra el movimiento de ambas norias al citado generador de electricidad (7), alojado en una sala de máquinas (15), situándose este conjunto en las proximidades de tierra (10) y quedando protegido por un muro rompeolas (17), tal como muestra la figura 2.
Solo resta señalara por último que el tubo (8) de aportación al sistema de agua dulce incorpora clapetas basculantes (18) montadas sobre boquillas (19), clapetas que actúan como válvulas unidireccionales permitiendo la salida de agua dulce pero impidiendo la entrad de agua salada en el tubo, combinadas con otras clapetas (20) que están asistidas por respectivas boyas (21), de manera que en función del nivel (22) del mar, mas concretamente en función de las fluctuaciones de dicho nivel, las clapetas (20) cierran las boquillas (19) cuando las respectivas boyas (21) están sumergidas en el agua, y las abren cuando se encuentran fuera de ella.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
Ia.- Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, caracterizado porque en el mismo participa al menos una noria, destinada a ubicarse en el seno de una masa de agua salada, concretamente en el mar, en un punto de confluencia con una corriente de agua, como por ejemplo la de un río, materializándose dicha noria en una pluralidad de flotadores (1), de grandes dimensiones, acoplados a una cadena (3) establecida entre dos piñones o coronas dentadas (4), determinantes de dos tramos de flotadores rectilíneos, verticales y adyacentes (l'-l"), habiéndose previsto que un primer tramo de flotadores (V) quede alojado en un tubo fijo (8), rematado por su extremidad superior en una especie de embudo (11) a través del que dicho tubo recibe permanentemente la corriente de agua dulce (12), mientras que un segundo tramo de flotadores (1") queda sumergido en el agua salada del mar, de manera que la diferencia de empujes sufrida por el primer tramo de flotadores (1') y el segundo tramo de flotadores (1") determina un movimiento cíclico y de sentido constante de los mismos, que a través de uno de los citados piñones o coronas dentadas (4) es suministrado a un eje (5) que lo transmite a su vez un generador de energía eléctrica (7). 2a.- Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, según reivindicación Ia, caracterizado porque los flotadores (1-1 ') son cilindricos, con uno de sus extremos (13) curvo-convexo y con el otro curvo-cóncavo (13'), de manera que se establece una unión rotular entre ellos, incorporando en su extremo curvo-cóncavo (13') una pluralidad de ranuras (14) que facilitan el drenaje o salida del agua en el acoplamiento entre flotadores.
3a.- Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los flotadores (1) son huecos y están provistos de una pareja de espitas (14') para evacuación y llenado de agua durante el montaje del sistema.
4a Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tanto el tubo (8) de canalización del agua dulce como la estructura soporte de los piñones o coronas dentadas (4), el eje de salida (5) y demás elementos de transmisión, están debidamente fijados mediante anclajes (9-9') a tierra firme (10) y/o al fondo marino (16).
5a.- Sistema de generación energética por diferencial de densidad en las aguas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo (8) de aportación del agua dulce incorpora una clapeta basculante (18) en funciones de válvula unidireccional que permite la salida de agua dulce e impide la entrada de agua salada, montada sobre una boquilla (19), y otra clapeta (20) asistida por una boya (21), clapeta (20) que tiende a mantenerse cerrada cuando la boya (21) está sumergida en el agua, y que pasa a la posición de apertura cuando la boya queda fuera del agua por descenso del nivel (22) del mar.
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