WO2018090150A1 - Convertidor de energía de las olas con vórtice interno de eje vertical - Google Patents

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WO2018090150A1
WO2018090150A1 PCT/CL2016/000072 CL2016000072W WO2018090150A1 WO 2018090150 A1 WO2018090150 A1 WO 2018090150A1 CL 2016000072 W CL2016000072 W CL 2016000072W WO 2018090150 A1 WO2018090150 A1 WO 2018090150A1
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oscillation
turbine
water
vertical axis
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PCT/CL2016/000072
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Rodolfo Eduardo REYGADA VELASQUEZ
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Alessio, Eduardo Alejandro
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present application is addressed to a device that fulfills the function of capturing the kinetic and potential energy of surface and submarine waves during the entire period of the wave, from a cage structure where the incident wave enters through perimeter valves of no return and leaves through a central hole in the base.
  • the formation of internal vertical axis vortices is induced, alternating a forced vortex and a spontaneous vortex, whose rotation is used by a helical turbine to produce continuous rotational mechanical energy that can be used for electricity generation, water pumping or other use that requires a continuous primary energy source.
  • US Patent 4,152,895 discloses a device consisting of a huge submerged dome that functions as an artificial atoll. The waves refract on the dome creating rising waves that converge at the top. Above sea level, a series of axially distributed vertical partitions are located. These partitions have a certain angle of tangential inclination that induces the formation of a vortex. This water vortex descends through a central vertical tube. Given the depth of the lower mouth, reflux does not occur inside the tube. The mass of water moves only in the downward direction, and its energy is captured by a conventional turbine with the blades in a horizontal position. The device takes advantage of the movement of surface and underwater water particles, which are refracted by the convex curvature of the dome.
  • the waves increase their height and concentrate potential and kinetic energy.
  • Fixed vertical partitions receive the direct impact of the wave, giving momentum to the vortex from above.
  • the entire mechanism of this device depends on the existence of the great dome. Its installation demands enormous resources of engineering and materials, since it implies the construction of a gigantic rigid structure.
  • This device works through intermittent pulses, since the vortex receives momentum only during the wave's rising oscillation.
  • the swell retracts, the vortex feed stops and the turbine only receives residual energy from the mass of water that functions as a flywheel. This characteristic hinders its performance, especially with waves of greater length than that corresponding to the diameter of the dome.
  • the device of the present invention does not need a dome or fixed partitions.
  • the eddy receives momentum in both oscillations, through a forced vortex in the ascending oscillation and a vortex not forced in the descending oscillation.
  • WO 2013/079582 (Patrick Duffy), another device is disclosed whose energy capture is carried out by means of an input channel that floats attached to a hollow carcass.
  • This housing has a lower central hole, which contains a conventional turbine with the blades in a horizontal position.
  • the junction of the channel with the carcass is tangential, so that the mass of water is induced to rotate in a vortex.
  • the device can only capture the waves that move in a direction coinciding with the orientation of the input channel.
  • the energy capture depends on the combination of the resonances between the channel and the carcass.
  • the Duffy device consists of at least two large and rigid floating structures articulated with each other that exhibit extreme fragility in the area of the mobile junction.
  • the present device is multidirectional because the inlet valves are present throughout the contour. It is able to capture the waves even by the opposite side of the arrival of the waves, and by a wavefront larger than its own diameter. On the other hand, the vortex receives momentum during both oscillations.
  • each capture structure consists of a single volume, without attached mobile structures, and does not offer rigid surfaces that produce resistance to the surface passage of waves.
  • an outlet orifice that consists of a "duckbill" type valve to allow water to escape and prevent reflux.
  • the turbine blades are straight with a small curvature at its end, arranged perpendicularly on a common vertical axis, but different from a helical design.
  • the vortex is fed by the two oscillations but the turbine does not efficiently capture the descending oscillation, because the turbine design is not helical, and its large diameter exceeds the area of the spontaneous vortex axis.
  • the mechanism lacks smoothing and the waves enter directly impacting the turbine.
  • said turbine also does not take advantage of the multiplication of revolutions of the center of the vortex, during the downward oscillation.
  • the floating version of this apparatus it is not intended to control the reaction forces transmitted to the hollow body from the inner vortex, that is, the twisting of the mooring ropes produced by the rotation of the device on its own axis.
  • the present device efficiently captures both oscillations. It is not a hollow body, but a cage, which relieves weight, lowers costs and minimizes reflection of waves. It is not limited to the capture of surface waves, but takes advantage of underwater waves to depths with significant displacement of water particles. To do this, it consists of several bands of valves that work at different depths.
  • the inlet valves do not occlude on the wall of a hollow body, but instead close on each other.
  • these valves are flexible and collapse outward in situations of excess internal pressure. It has no windows but spaces between bars. Nor does it use a duck's peak valve to prevent the flow from entering from below, but rather a tube that reaches a depth with negligible vertical displacement of water particles.
  • the turbine is of helical design and its height corresponds to the height of the cage, plus the section that operates inside the exit tube, where there is an effect of Archimedes screw in the downward direction that optimizes the capture of the downward oscillation .
  • the forced vortex feeds the turbine during the ascent oscillation by softening the flow of the incident wave, and the spontaneous vortex during the oscillation of descent with multiplied revolutions and without smoothing.
  • this device resolves the adverse effect of twisting of the tie ropes per reaction, including at least two devices with turns in the opposite direction on the same support.
  • Figure 1 represents a perspective view of a wave energy converter device (1) with a pair of cylindrical cages (2)
  • Figure 2 represents a perspective view of a cylindrical cage (2), an egress duct (4), a turbine (3) inside, and an upper support structure (5)
  • Figure 3 represents a perspective view of a cylindrical cage (2) with part of the turbine (3) inside.
  • Figure 4 represents a perspective view of a capture level (25), formed by a band of perimeter valves (26), bars (7) and contour rings (8)
  • Figure 5 represents a perspective view of a vertical axis helical turbine (3).
  • Figure 6 represents a perspective view of a discharge duct (3)
  • Figure 7 represents a perspective view of an upper support structure (5)
  • Figure 8 represents a perspective view of a general support structure (6) to hold a pair of cylindrical cages (2)
  • Figure 9 represents a cross-sectional view of a cylindrical cage (2)
  • Figure 10 represents a view in longitudinal section of the assembly formed by cylindrical cage (2), egress duct (4), upper support structure (5), general support structure (6), flotation system (21), system of mooring (23) and anchoring system (24).
  • Figure 11 represents a perspective view of a cylindrical cage (2) with a turbine (3), and an egress duct (4), sectioned to visualize inside the forced vortex flow path, at the end of the oscillation up and open valves (9).
  • Figure 12 represents a perspective view of a cylindrical cage (2) with a turbine (3), and an egress duct (4), sectioned to visualize inside the path of the spontaneous vortex flow, at the beginning of oscillation down and valves (9) closed.
  • the wave energy converter (1) is a device that allows simultaneous capture of the kinetic and potential energy, both in surface and in depth and throughout the period of the wave, which is preferably composed of one or more pairs of cylindrical cages (2) arranged vertically, where each one houses inside a turbine (3) that is attached at its lower end to an egress duct (4) and at its upper end is attached to a support structure upper (5), and all mounted on a general support structure (6).
  • Each cylindrical cage (2) consists of a plurality of bars (7), vertically and uniformly distributed in its perimeter, and which are held superiorly and inferiorly, and at different intermediate heights, by contour rings (8) that are arranged horizontally.
  • valve (9), of the non-return type, of flexible material which preferably has a rectangle or trapezoid shape, and which together with each other between each pair of consecutive contour rings (8) a circular band of perimeter valves (26).
  • the turbine (3) is formed by one or more blades (10) with a preferential helical type design coupled to a vertical axis (11), and is arranged such that a segment of the turbine (3) is housed inside of the cylindrical cage (2) and another segment is housed inside the egress duct (4).
  • the discharge duct (4) is a body that in its upper part consists of an inverted truncated cone (12) that connects in its lower part with an exhaust pipe (13), arranged vertically, and at whose lower end a diffuser (14), all forming a Venturi type configuration.
  • a support (15) is located that supports the lower end of the vertical axis (11) of the turbine (3).
  • the upper support structure (5) is formed by a mesh platform (16) that forms the base of the structure and an upper frame (17) of converging squares, on whose center a conversion compartment (18) rests and is located a support (19) that supports the upper end of the vertical axis (11) of the turbine (3).
  • the general support structure (6) is constituted by a structural framework base (20), which supports a flotation system (21) based on hollow bodies, the amount of support bases (22) necessary to couple each of the cylindrical cages (2) and the respective discharge ducts (4), and houses underneath if a mooring system (23) and an anchoring system (24).
  • the amare system (23) consists of a plurality of ropes, chains or other element that are attached at one of its ends to the structural framework base (20), and at the other end is attached to the anchorage system (24) constituted by rings, or other support mechanism, whose base remains nailed to the seabed or other fixed structure.
  • the support bases (22) of the general support structure (6) are distributed in such a way that the exit duct pairs (4) are perfectly embedded on them, which are connected in their upper part to the lower end of the cylindrical cages (2), which in turn are attached at their upper end to the lower part of the upper support structure (5), which added to the turbine (3), which is supported by support (15) of the Exit duct (4) and support (19) of the upper support structure (5), make up the preferred embodiment of the wave energy converter (1)
  • the wave energy converter (1) is deployed in the sea for the simultaneous capture of the kinetic and potential energy of the waves, both in surface and in depth, and its transformation into internal vortices that generate a uniform and unidirectional rotating movement ; whose energy is absorbed by the turbine (3) and transferred abroad by a vertical axis (11) to which other devices can be coupled for the use of the rotational mechanical energy produced.
  • the wave energy converter (1) is formed by a general support structure (6) floating and anchored to the seabed, to the coast, or to another fixed or mobile body, on which cylindrical cages (2) are embedded in vertical position, preferably arranged in even numbers, that house valves (9) of the non-return type, in order to allow the entry of water from each incident wave during the oscillation of the same, creating a forced vortex of vertical axis in its interior that remains as a flywheel during the transition from the ascent oscillation to the oscillation of the wave's descent.
  • the cylindrical cages (2) are each connected in their lower part to an egress duct (4) which, when they occlude the valves (9), has the purpose of discharging the water outwards by inducing a spontaneous vertical axis vortex in its inside during the oscillation of descent of the wave, which maintains the direction of rotation of the forced vortex, multiplies the revolutions near its axis and acts as a flywheel during the transition from the oscillation of descent to the oscillation of ascent of the wave.
  • the cylindrical cage (2) is composed of a plurality of bars (7) arranged vertically and uniformly distributed, which are supported by contour rings (8) arranged horizontally, conforming between each pair of consecutive rings (8) and all the bars ( 7) located between them, a horizontal perimeter structure that corresponds to a level of capture (25) of the waves.
  • the separation between such bars (7) does not exceed one tenth of the height between the first two contour rings (8) located at the upper vertical end of the cylindrical cage (2), corresponding to the first capture level (25) and whose average line corresponds to the average sea level.
  • the location of the axis of the cylindrical cage (2) coincides with the vertical axis (11) of the turbine (3), and also with the axis of the forced vortex and the axis of the spontaneous vortex.
  • a valve (9) is located, rectangular in shape and made of flexible polymer material that allows it to collapse outward in case of excess internal pressure.
  • Each valve (9) is coupled to one of the mentioned bars (7) on which they rotate to open and occlude due to the differences in water height between the inside and outside of the cylindrical cage (2), pivoting towards the inside it for opening and occluding by resting its outer face on the inner face of the adjacent valve (9) and its upper and lower edges on the inner face of the upper and lower contour rings (8) respectively, with the purpose of rectifying the first half of the energy wave contained in the rising wave of the sea waves by inducing a forced vortex of water with a single direction of rotation, by diverting the flow of water from the incident wave to a tangential trajectory on the internal perimeter of the cylindrical cage (2), and additionally with the decrease of the initial impact of the wave on the turbine (smoothing effect).
  • the discharge duct (4) is composed in its upper part by an inverted truncated cone (12) that is connected to the lower contour ring (8) of the mentioned cylindrical cage (2), in its central part by a tube of vertical exhaust (13), and at its lower end to a diffuser (14), which is located at a depth where the vertical oscillation of the water particles is negligible or void.
  • the purpose of said discharge duct (4) is to serve as a water outlet channel of the cylindrical cage (2), inducing the formation of a spontaneous vortex of water inside, maintaining said direction of rotation during the oscillation of descent and rectifying the second half of the wave of sea waves energy.
  • blades (10) of the turbine (3) are arranged helically on its vertical axis (11), which when rotating generates a continuous movement of the auger down with a downward spiral in the direction contrary to the opening orientation of the valves (9), and cover the internal central area of the cylindrical cage (2), as well as the internal central part of the inverted truncated cone (12). Its function is to transfer the rotational energy produced by the rotation of the water in the forced and spontaneous vortices towards the vertical axis (11) of the turbine, in order to absorb or take the power take-off during the ascent oscillation and the oscillation of descent of each wave, which is then transported to the outside of the converter (1) by the vertical axis (11)
  • the configuration of the cylindrical cages (2) is even, half of them have the valves (9) with opening oriented clockwise and the other half counterclockwise, in order to cancel the effect of reaction torque generated by the mechanism on the cylindrical cages (2) when rotating on its own axis.
  • other embodiments may consider a configuration with an odd number of cylindrical cages (2) when the converter (1) is coupled to rigid fixed or floating structures that can withstand said reaction torque.
  • the pairs of cylindrical cages (2) are located perpendicular to the direction of wave propagation, the minimum distance between them being not less than half its diameter.
  • Said general support structure (6) grants the structural rigidity necessary to maintain the verticality of the induced vortices and maintains the midline of the first capture level (25) coinciding with the average sea level.

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Abstract

Dispositivo para la captura simultánea de la energía cinética y potencial de las olas, tanto en superficie como en profundidad y durante todo el período de la ola. Cada dispositivo cuenta con una cantidad de mecanismos de captura de olas incidentes dispuestos preferentemente en pares, basados en un sistema de jaulas cilíndricas en posición vertical que, a través de un sistema de válvulas de no retorno ubicadas en su perímetro, permiten el ingreso del agua tangencialmente al interior del dispositivo, la que luego, al ser descargada por un mecanismo de salida, genera vórtices cuya energía rotacional es capturada por una turbina vertical que está montada sobre una estructura de soporte.

Description

CONVERTIDOR DE ENERGIA DE LAS OLAS CON VÓRTICE INTERNO DE EJE
VERTICAL
La presente solicitud está dirigida a un dispositivo que cumple la función de capturar la energía cinética y potencial de las olas superficiales y submarinas durante todo el período de la ola, a partir de una estructura de jaula donde ingresa la ola incidente a través de válvulas perimetrales de no retorno y egresa por un orificio central en la base. Se induce la formación de vórtices internos de eje vertical, alternando un vórtice forzado y un vórtice espontáneo, cuyo giro es aprovechado por una turbina helicoidal para producir energía mecánica rotacional continua que puede ser aprovechada para la generación de electricidad, bombeo de agua u otro uso que requiera una fuente de energía primaria continua.
ESTADO DE LA TECNICA
Pocos dispositivos han utilizado el mecanismo de vórtice de eje vertical para capturar el movimiento de las olas. El estado de la técnica más cercano a la presente invención se expone a continuación, así como sus principales inconvenientes y las soluciones del nuevo dispositivo propuesto.
La patente de Estado Unidos US 4.152.895 (Leslie Wirt) divulga un dispositivo que consta de una enorme cúpula sumergida que funciona como un atolón artificial. Las olas se refractan sobre dicha cúpula creando ondas ascendentes que convergen en la parte superior. Por encima del nivel del mar se ubican una serie de tabiques verticales distribuidos axialmente. Dichos tabiques tienen un cierto ángulo de inclinación tangencial que induce la formación de un vórtice. Este vórtice de agua desciende por un tubo vertical central. Dada la profundidad de la boca inferior, dentro del tubo no se produce reflujo. La masa de agua se mueve solamente en dirección hacia abajo, y su energía es capturada por una turbina convencional con los álabes en posición horizontal. El aparato aprovecha el movimiento de las partículas de agua superficiales y submarinas, que son refractadas por la curvatura convexa de la cúpula. Las olas aumentan su altura y concentran energía potencial y cinética. Los tabiques verticales fijos reciben el impacto directo de la onda, dando impulso al vórtice desde arriba. Todo el mecanismo de este dispositivo depende de la existencia de la gran cúpula. Su instalación demanda enormes recursos de ingeniería y de materiales, ya que implica la construcción de una gigantesca estructura rígida. Este dispositivo funciona a través de pulsos intermitentes, ya que el vórtice recibe impulso solo durante la oscilación de ascenso de la ola. En cambio, en la oscilación de descenso el oleaje se retrae, la alimentación del vórtice se detiene y la turbina solo recibe la energía residual de la masa de agua que funciona como volante de inercia. Esta característica, dificulta su desempeño, especialmente con olas de mayor longitud que la correspondiente al diámetro del domo. En cambio, el dispositivo de la presente invención no necesita cúpula ni tabiques fijos. En lugar de refractar las ondas, las incorpora directamente por su contorno. En lugar de contar con superficies rígidas, utiliza válvulas deflectoras livianas, flexibles y de bajo costo para redirigir el flujo. Además, el remolino recibe impulso en ambas oscilaciones, a través de un vórtice forzado en la oscilación ascendente y a un vórtice no forzado en la oscilación descendente.
En la patente WO 2013/079582 (Patrick Duffy), se divulga otro dispositivo cuya captura de energía se lleva a cabo mediante un canal de entrada que flota unido a una carcaza hueca. Esta carcaza posee un orificio central inferior, que contiene una turbina convencional con los álabes en posición horizontal. La unión del canal con la carcaza es tangencial, de modo que se induce a la masa de agua a girar en vórtice. A pesar de contar con una boca ampliada hacia los laterales, el aparato solo puede capturar las olas que se desplazan en una dirección coincidente con la orientación del canal de entrada. Por otro lado, la captura de energía depende de la combinación de las resonancias entre el canal y la carcaza. Como consecuencia de eso, carece de una entrada de agua constante debido a que el vórtice recibe impulso solamente cuando la boca del canal se eleva con respecto a la carcaza. Además, el dispositivo de Duffy consta de por lo menos dos grandes y rígidas estructuras flotantes articuladas entre sí que presentan una extrema fragilidad en la zona de la unión móvil.
Por el contrario, el presente dispositivo es multidireccional debido a que las válvulas de entrada están presentes en todo el contorno. Es capaz de capturar las olas incluso por la cara opuesta a la llegada de las olas, y por un frente de onda mayor que su propio diámetro. Por otro lado, el vórtice recibe impulso durante ambas oscilaciones. Además, cada estructura de captura consta de un solo volumen, sin estructuras móviles anexas, y no ofrece superficies rígidas que produzcan resistencia al paso superficial de las olas.
En la patente AR 096377 (Eduardo Alessio), se divulga otro dispositivo que consta de un cuerpo hueco con forma de cilindro vertical y que tiene ventanas alrededor de todo su contomo. Este cuerpo hueco tiene una línea de flotación que coincide con las líneas medias de las válvulas de entrada y de la turbina. Dicha ubicación determina que las alturas de las válvulas y de la turbina resulten insuficientes, ya que aprovechan las olas superficiales sin capturar el desplazamiento de las ondas submarinas. Por su estructura, el cuerpo hueco tiene superficies sólidas fijas que reflejan las ondas. Incorpora las olas a través de las ventanas de su contorno, que cuentan con válvulas deflectoras de no retorno que ocluyen sobre la pared del cuerpo hueco. El ancho de dichas válvulas no es lo suficientemente reducido como para evitar la onda irradiada que generan dichas válvulas al cerrarse. En la base de la carcaza, existe un orificio de salida que consta de una válvula del tipo "pico de pato" para permitir el egreso del agua y evitar el reflujo. Los alabes de la turbina son rectos con una pequeña curvatura en su extremo, dispuestas perpendicularmente sobre un eje vertical común, pero distinto a un diseño helicoidal. El vórtice es alimentado por las dos oscilaciones pero la turbina no captura eficientemente la oscilación descendente, debido a que el diseño de la turbina no es helicoidal, y su gran diámetro excede la zona del eje del vórtice espontáneo. Como los extremos de los álabes están demasiado cerca de las válvulas, el mecanismo carece de suavizado y las olas ingresan impactando directamente a la turbina. Por este motivo, dicha turbina tampoco aprovecha la multiplicación de revoluciones del centro del vórtice, durante la oscilación descendente. Por otra parte, en la versión flotante de este aparato, no está previsto controlar las fuerzas de reacción que se transmite al cuerpo hueco desde el vórtice interior, es decir, el retorcimiento de las cuerdas de amarre producido por el giro del dispositivo sobre su propio eje.
En cambio, el presente dispositivo captura eficientemente ambas oscilaciones. No es un cuerpo hueco, sino una jaula, lo cual aliviana el peso, baja los costos y minimiza la reflexión de las ondas. No se limita a la captura de las olas superficiales, sino que aprovecha las ondas submarinas hasta profundidades con significativo desplazamiento de las partículas de agua. Para ello, consta de varias bandas de válvulas que trabajan a distintas profundidades. Las válvulas de entrada no ocluyen sobre la pared de un cuerpo hueco, sino que se cierran una sobre la otra. Además, dichas válvulas son flexibles y colapsan hacia afuera en situación de exceso de presión interna. No tiene ventanas sino espacios entre barrotes. Tampoco utiliza válvula pico de pato para evitar el ingreso del flujo desde abajo, sino que un tubo que llega hasta una profundidad con desplazamiento vertical despreciable de partículas de agua. La turbina es de diseño helicoidal y su altura se corresponde con la altura de la jaula, más el tramo que opera dentro del tubo de salida, donde se produce un efecto de tornillo de Arquímedes en dirección hacia abajo que optimiza la captura de la oscilación descendente. El vórtice forzado alimenta la turbina durante la oscilación de ascenso suavizando el flujo de la ola incidente, y el vórtice espontáneo durante la oscilación de descenso con revoluciones multiplicadas y sin suavizar. Además este dispositivo resuelve el efecto adverso de retorcimiento de las cuerdas de amarre por reacción, incluyendo en el mismo soporte por lo menos dos dispositivos con giros de sentido contrario.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figura 1 : representa una vista en perspectiva de un dispositivo convertidor de energía de las olas (1) con un par de jaulas cilindricas (2)
Figura 2: representa una vista en perspectiva de una jaula cilindrica (2), un conducto de egreso (4), una turbina (3) en su interior, y una estructura de sostén superior (5)
Figura 3: representa una vista en perspectiva de una jaula cilindrica (2) con parte de la turbina (3) en su interior.
Figura 4: representa una vista en perspectiva de un nivel de captura (25), conformado por una banda de válvulas perimetrales (26), barrotes (7) y anillos de contorno (8)
Figura 5: representa una vista en perspectiva de una turbina (3) helicoidal de eje vertical.
Figura 6: representa una vista en perspectiva de un conducto de egreso (3)
Figura 7: representa una vista en perspectiva de una estructura de sostén superior (5)
Figura 8: representa una vista en perspectiva de una estructura de soporte general (6) para sostener un par de jaulas cilindricas (2)
Figura 9: representa una vista en corte transversal de una jaula cilindrica (2)
Figura 10: representa una vista en corte longitudinal del conjunto formado por jaula cilindrica (2), conducto de egreso (4), estructura sostén superior (5), estructura de soporte general (6), sistema de flotación (21), sistema de amarre (23) y sistema de anclaje (24).
Figura 11 : representa una vista en perspectiva de una jaula cilindrica (2) con una turbina (3), y un conducto de egreso (4), seccionados para visualizar en su interior la trayectoria del flujo del vórtice forzado, en el final de oscilación ascendente y válvulas (9) abiertas.
Figura 12: representa una vista en perspectiva de una jaula cilindrica (2) con una turbina (3), y un conducto de egreso (4), seccionados para visualizar en su interior la trayectoria del flujo del vórtice espontáneo, en el inicio de oscilación descendente y válvulas (9) cerradas.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El convertidor de la energía de las olas (1) es un dispositivo que permite la captura simultánea de la energía cinética y potencial, tanto en superficie como en profundidad y durante todo el período de la ola, que está compuesto preferentemente por uno o más pares de jaulas cilindricas (2) dispuestas verticalmente, donde cada una de ellas aloja en su interior una turbina (3) que está unida en su extremo inferior a un conducto de egreso (4) y en su extremo superior está unida a una estructura de sostén superior (5), y todo montado sobre una estructura de soporte general (6).
Cada jaula cilindrica (2) consta de una pluralidad de barrotes (7), vertical y uniformemente distribuidos en su perímetro, y que son sostenidos superior e inferiormente, y a distintas alturas intermedias, por anillos de contorno (8) que están dispuestos horizontalmente.
En cada espacio entre dos barrotes (7) consecutivos y entre dos anillos de' contomo (8) consecutivos, se aloja una válvula (9), de tipo sin retorno, de material flexible, que preferentemente tiene forma de rectángulo o trapecio, y que forma junto a otras entre cada par de anillos de contorno (8) consecutivos una banda circular de válvulas perimetrales (26).
La turbina (3) está formada por uno o más álabes (10) con un diseño preferencial de tipo helicoidal acoplados a un eje vertical (11), y está dispuesta de tal modo que un segmento de la turbina (3) queda alojado al interior de la jaula cilindrica (2) y otro segmento queda alojado al interior del conducto de egreso (4).
El conducto de egreso (4) es un cuerpo que en su parte superior consta de un cono truncado invertido (12) que conecta en su parte inferior con un tubo de escape (13), dispuesto verticalmente, y en cuyo extremo inferior se ubica un difusor (14), conformando todos una configuración de tipo Venturi. Preferentemente en la unión entre el cono truncado invertido (12) y el tubo de escape (13), se ubica un soporte (15) que sostiene el extremo inferior del eje vertical (11 ) de la turbina (3).
La estructura de sostén superior (5) está formada por una plataforma entramada (16) que conforma la base de la estructura y un armazón superior (17) de escuadras convergentes, sobre cuyo centro se apoya un compartimento de conversión (18) y se ubica un soporte (19) que sostiene el extremo superior del eje vertical (11) de la turbina (3).
La estructura de soporte general (6), está constituida por una base armazón estructural (20), que soporta un sistema de flotación (21) basado en cuerpos huecos, la cantidad de bases de apoyo (22) necesarias para acoplar cada una de las jaulas cilindricas (2) y los respectivos conductos de egreso (4), y aloja debajo de si un sistema de amarre (23) y un sistema de anclaje (24). El sistema de amare (23) consta de una pluralidad de cuerdas, cadenas u otro elemento que están unidos en uno de sus extremos a la base armazón estructural (20), y en el otro extremo está enganchado al sistema de anclaje (24) constituido por argollas, u otro mecanismo de sostén, cuya base permanece enclavada al lecho marino o a otra estructura fija.
Las bases de apoyo (22) de la estructura de soporte general (6) se encuentran distribuidas de manera tal que sobre ellas se encastran perfectamente los pares conductos de egreso (4), los cuales están unidos en su parte superior al extremo inferior de las jaulas cilindricas (2), las que a su vez están unidas en su extremo superior a la parte inferior de la estructura de sostén superior (5), lo que sumado a la turbina (3), que está soportada por soporte (15) del conducto de egreso (4) y el soporte (19) de la estructura de sostén superior (5), conforman la realización preferente del convertidor de la energía de las olas (1)
El convertidor de energía de las olas (1) se despliega en el mar para la captura simultánea de la energía cinética y potencial de las olas, tanto en superficie como en profundidad, y su transformación en vórtices internos que generan un movimiento giratorio uniforme y unidireccional; cuya energía es absorbida por la turbina (3) y transferido al exterior por un eje vertical (11) al cual se pueden acoplar otros dispositivos para el aprovechamiento de la energía mecánica rotacional producida.
El convertidor de energía de las olas (1) está conformado por una estructura de soporte general (6) flotante y anclada al fondo marino, a la costa, o a otro cuerpo fijo o móvil, sobre la cual se encastran jaulas cilindricas (2) en posición vertical, dispuestas preferentemente en número par, que alojan válvulas (9) del tipo no retorno, con la finalidad de permitir el ingreso del agua de cada ola incidente durante la oscilación de ascenso de la misma, creando un vórtice forzado de eje vertical en su interior que se mantiene como volante de inercia durante la transición desde la oscilación de ascenso a la oscilación de descenso de la ola.
Las jaulas cilindricas (2) están conectadas cada una en su parte inferior a un conducto de egreso (4) que, cuando ocluyen las válvulas (9), tiene por finalidad descargar el agua hacia el exterior induciendo un vórtice espontáneo de eje vertical en su interior durante la oscilación de descenso de la ola, que mantiene el sentido de giro del vórtice forzado, multiplica las revoluciones cerca de su eje y actúa como volante de inercia durante la transición desde la oscilación de descenso a la oscilación de ascenso de la ola.
En el interior de cada jaula cilindrica (2) y en una parte del interior del conducto de egreso (4) se ubica una turbina (3) de alabes (10) preferentemente helicoidales que están acoplados a un eje vertical (1 ), el cual está sostenido por al menos dos soportes (15)(19), uno en su parte inferior ubicada al interior del conducto de egreso (4), y otro ubicada en el centro de una estructura de sostén superior (5), la que a su vez, posee un compartimento de conversión (18) que tiene por finalidad disponer de espacio para acoplar al eje vertical (11) de la turbina (3) otros dispositivos extemos para el aprovechamiento de la energía mecánica rotatoria producida.
La jaula cilindrica (2) está compuesta por una pluralidad de barrotes (7) dispuestos verticalmente y uniformemente distribuidos, que están sostenidos por anillos de contorno (8) dispuestos horizontalmente, conformándose entre cada par de anillos consecutivos (8) y todos los barrotes (7) situados entre ellos, una estructura perimetral horizontal que corresponde a un nivel de captura (25) de las olas.
La separación entre tales barrotes (7) no supera la décima parte de la altura entre ios dos primeros anillos de contomo (8) ubicados en el extremo superior vertical de la jaula cilindrica (2), correspondiente al primer nivel de captura (25) y que cuya línea media se corresponde con el nivel de altura media del mar.
La ubicación del eje de la jaula cilindrica (2) coincide con el eje vertical (11 ) de la turbina (3), y también con el eje del vórtice forzado y el eje del vórtice espontáneo.
En cada espacio existente entre dos barrotes (7) consecutivos y dos anillos de contorno (8) consecutivos se ubica una válvula (9), de forma rectangular y de material polímero flexible que le permita colapsar hacia afuera en caso de exceso de presión interna.
Cada válvula (9), que está dispuesta verticalmente, junto a todas las otras contiguas ubicadas en un mismo nivel de captura (25) conforman una banda de válvulas perimetral (26), la más superior de ellas para la captura de las olas en superficie y el resto para captura de olas en profundidad.
Cada válvula (9) está acoplada a uno de los mencionados barrotes (7) sobre el cual giran para abrir y ocluir por efecto de las diferencias de altura de agua entre el interior y el exterior de la jaula cilindrica (2), pivotando hacia el interior de la misma para su apertura y ocluyendo al apoyar su cara externa sobre la cara interna de la válvula (9) adyacente y sus bordes superior e inferior sobre la faz interior de ios anillos de contomo (8) superior e inferior respectivamente, con la finalidad de rectificar la primera mitad de la onda de energía contenida en la oscilación de ascenso de las olas marinas mediante la inducción de un vórtice forzado de agua con un solo sentido de giro, a través del desvío del flujo de agua de la ola incidente hacia una trayectoria tangencial sobre el perímetro interno de la jaula cilindrica (2), y adicionalmente con la disminución del impacto inicial de la ola sobre la turbina (efecto de suavizado).
El conducto de egreso (4) está compuesto en su parte superior por un cono truncado invertido (12) que está unido al anillo de contorno (8) más inferior de la mencionada jaula cilindrica (2), en su parte central por un tubo de escape (13) vertical, y en su extremo inferior a un difusor (14), el cual está ubicado a una profundidad tal donde la oscilación vertical de las partículas de agua son despreciables o nulas. La finalidad de dicho conducto de egreso (4) es servir de canal de salida de agua de la jaula cilindrica (2), induciendo la formación de un vórtice espontáneo de agua en su interior, manteniendo el mencionado sentido de giro durante la oscilación de descenso y rectificar la segunda mitad de la onda de energía de las olas marinas.
Él o los álabes (10) de la turbina (3), en la realización preferente, están dispuestos de forma helicoidal sobre su eje vertical (11), que al girar generan un movimiento continuo de tornillo sinfín hacia abajo con una espiral descendente en sentido contrario a la orientación de apertura de las válvulas (9), y cubren el área central interna de la jaula cilindrica (2), así como la parte central interna del cono truncado invertido (12). Su función es transferir la energía rotacional producida por el giro del agua en los vórtices forzado y espontáneo hacia el eje vertical (11) de la turbina, con la finalidad de absorber o realizar la toma de fuerza de la energía durante la oscilación de ascenso y la oscilación de descenso de cada ola, la que luego es transportada hacia el exterior del convertidor (1) por el eje vertical (11)
En la realización preferente, la configuración de las jaulas cilindricas (2) es par, la mitad de ellas tienen las válvulas (9) con apertura orientada en sentido horario y la otra mitad en sentido anti horario, con el propósito de anular el efecto de torque de reacción que genera el mecanismo sobre las jaulas cilindricas (2) al girar sobre su propio eje. Sin embargo, otras realizaciones pueden considerar una configuración con un número impar de jaulas cilindricas (2) cuando el convertidor (1) está acoplado a estructuras rígidas fijas o flotantes que puedan resistir el mencionado torque de reacción.
Los pares de jaulas cilindricas (2) se ubican en forma perpendicular al sentido de propagación de las olas, siendo la distancia mínima entre ellas no menor a la mitad de su diámetro.
La jaula cilindrica (2), junto a la turbina (3), la estructura de sostén superior (5) y el conducto de egreso (4), forman un conjunto que se puede remover de la estructura de soporte general (6). Dicha estructura de soporte general (6) otorga la rigidez estructural necesaria para mantener la verticalidad de los vórtices inducidos y mantiene la línea media del primer nivel de captura (25) coincidente con el nivel de altura media del mar.
Identificación de las referencias numéricas
1 convertidor de energía de las olas
2 jaula cilindrica
3 turbina
4 conducto de egreso
5 estructura de sostén superior
6 estructura de soporte
7 barrote
8 anillo de contomo
9 válvula
10 álabe
11 eje vertical
12 cono truncado invertido
13 tubo de escape
14 difusor
15 soporte
6 plataforma entramada
17 armazón superior
18 compartimento de conversión
19 soporte
0 base armazón estructural
21 sistema de flotación
22 bases de apoyo
23 sistema de amarre
24 sistema de anclaje
25 nivel de captura
26 banda de válvulas perimetral

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo convertidor de la energía de las olas (1) en energía mecánica rotatoria que permite capturar simultáneamente la energía cinética y potencial de las olas, tanto en superficie como en profundidad, para transformarlas en movimiento giratorio uniforme y unidireccional, CARACTERIZADO porque comprende una estructura de soporte general (6) anclada sobre la que se encastran una o más jaulas cilindricas (2) en posición vertical, que alojan una turbina (3) dispuesta sobre un conducto de egreso (4) y una estructura de sostén superior (5), con cada jaula configurada por barrotes (7) y anillos de contorno (8) distinguiéndose uno o más niveles de captura (25) de agua; donde en cada espacio entre dos barrotes (7) consecutivos y entre dos anillos de contorno (8) consecutivos, se aloja una válvula (9) que pivota en un barrote (7) y que forma entre cada par de anillos de contorno consecutivos una banda de válvulas perimetrales (26)
2. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el número de jaulas cilindricas (2) es par.
3. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la turbina (3) está formada por uno o más álabes (10) acoplados a un eje vertical (11), y está dispuesta de modo que un segmento de la turbina (3) queda alojado al interior de la jaula cilindrica (2) y otro segmento alojado al interior del conducto de egreso (4).
4. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 3, CARACTERIZADO porque los álabes (10) son helicoidales, curvos o rectos, con una espiral descendente en sentido contrario a la orientación de apertura de las válvulas (9).
5. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la válvula (9) es de no retorno del tipo lámina flexible.
6. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 y 5, CARACTERIZADO porque la válvula (9) es de una geometría rectangular, cuadrada o trapezoidal.
7. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el ancho de la lámina es superior a la distancia entre dos barrotes (7) consecutivos, y el alto es superior a la distancia entre dos anillos de contorno (8) consecutivos.
8. - Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el conducto de egreso (4) está unido a la jaula cilindrica (2) por su extremo inferior y posee una configuración de tipo Venturi.
9. · Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque el conducto de egreso (4) aloja en su interior un soporte (15) para el eje vertical (11).
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10. · Dispositivo do acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la estructura de sostén superior (5) aloja en su interior un soporte (19) para el eje vertical (11).
11. - Procedimiento para convertir la energía de las olas en energía mecánica rotatoria por medio del dispositivo de la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende:
- Ingreso tangencial del agua de la ola al borde interior de la jaula cilindrica (2) durante la oscilación de ascenso de cada ola.
- Captura inicial de la ola incidente de la oscilación de ascenso sin influencia directa sobre la toma de fuerza en el eje vertical ( 1) de la turbina (3).
- Inducción de un vórtice forzado de agua en el interior de cada jaula cilindrica (2) para que sea absorbido por la turbina (3) y traspasado al eje vertical (11) durante la oscilación de ascenso de cada ola.
- Actuación del vórtice forzado de agua en el interior de la jaula cilindrica (2) como volante de inercia durante la transición desde la oscilación de ascenso a la oscilación de descenso de cada ola, logrando que el agua permanezca en movimiento giratorio uniforme y unidireccional, para que finalmente sea absorbido por la turbina (3) y traspasado al eje vertical (11)
- Evacuación del agua desde el interior de cada jaula cilindrica (2) a través del conducto de egreso (4) durante la oscilación de descenso de cada ola.
- Inducción de un vórtice espontáneo de agua al interior de cada jaula cilindrica (2), durante la oscilación de descenso de cada ola.
- Multiplicación de las revoluciones del agua en el centro del vórtice espontáneo, sobre la zona de los álabes (10) de la turbina (3) durante la oscilación de descenso de cada ola.
- Actuación del vórtice espontáneo de agua en el interior de la jaula cilindrica (2) y el conducto de egreso (4) como volante de inercia durante la transición desde la oscilación de descenso a la oscilación de ascenso de cada ola, logrando que el agua permanezca en movimiento giratorio uniforme y unidireccional, para que finalmente sea absorbido por la turbina (3) y traspasado al eje vertical (11 )
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