WO2022258853A1 - Colector de aire para aerogenerador vertical - Google Patents

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WO2022258853A1
WO2022258853A1 PCT/ES2021/070422 ES2021070422W WO2022258853A1 WO 2022258853 A1 WO2022258853 A1 WO 2022258853A1 ES 2021070422 W ES2021070422 W ES 2021070422W WO 2022258853 A1 WO2022258853 A1 WO 2022258853A1
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turbine
wind turbine
vertical wind
air
vertical
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Application number
PCT/ES2021/070422
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English (en)
French (fr)
Inventor
David Senosiain Guindo
Original Assignee
Sginn Technologies, S.R.L.
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels

Definitions

  • the present invention is related to the use of the force of the wind to produce electrical energy, in particular by means of devices called vertical wind turbines, proposing an air collection collector, with which it is possible to advantageously improve the drive of this type of wind turbines.
  • vertical wind turbines which consist of a turbine formed by an impeller of blades incorporated on a vertical axis that is associated with an electricity generator, so that when the wind affects wind laterally on said turbine makes it rotate, thus producing the drive of the electricity generator.
  • the amount of energy produced, the power and the performance of these vertical wind turbines is therefore dependent on the strength or speed of the wind blowing in the place where the vertical wind turbine is installed, its shape or geometric configuration and the amount of air that falls on the turbine that drives the electricity generator, of which the force or speed of the wind is something natural that cannot be governed, while the amount of air that falls depends on the air reception surface that is presented facing the wind and its shape.
  • a solution in this sense is, for example, the one included in the document EP 2330295 B1, which consists of a collector formed by a distribution of vertical panels arranged around the vertical wind turbine turbine, with a lateral orientation of the panels. in a tangential direction with respect to the vertical wind turbine turbine located between them, so that the air that reaches the vertical wind turbine passes between the collector panels and hits the turbine, making it rotate, thereby achieving better use of the air , since the distribution of the collector panels presents a greater air collection surface than the one offered by the width of the turbine for its diameter and, in addition, in passing through the collector panels the air suffers an acceleration, resulting in the greater the force of incidence on the turbine of the vertical wind turbine.
  • an air collection and orientation collector is proposed to improve the effectiveness of the drive of vertical wind turbines, having developed this collector with characteristics that improve the use of air depending on the variable winds that affect the wind turbine. application vertical.
  • This collector object of the invention comprises two vertical panels arranged on a base plate that is incorporated in a motorized rotary assembly on a support bench, leaving an air passage between the two vertical panels, to place a vertical wind turbine turbine on it, of so that ahead of the vertical wind turbine turbine position the vertical collector panels define an air passage opening and, behind the turbine position, a rear air passage opening.
  • the collector comprises at least one rear vane, arranged in the rear opening, which can rotate to close or open the air passage through the rear opening. It is contemplated that said rear blade is an adjustable vertical blade, which can also be rotated, for example, by means of a motorization, between a closed position and different opening positions of the air passage.
  • the air from the wind that reaches the vertical wind turbine is collected by the air passage opening defined in the front part of the collector.
  • the air passage opening begins with a width greater than the diameter of the vertical wind turbine turbine, said air passage opening progressively narrowing towards the position of the turbine, so that it collects a greater amount of air than would otherwise over the width of the diameter of the vertical wind turbine turbine and, in addition, due to the progressive narrowing of said air passage opening, an acceleration of the air speed is also produced, with which a more effective action is achieved to actuate the vertical wind turbine turbine spin.
  • the rear opening is contemplated to widen progressively from the position of the vertical wind turbine turbine to a rear outer mouth.
  • the blades in the air passage opening at the rear of the manifold which can be rotated, for example by motorization, in variable orientations up to a closed position to prevent the passage of air, it becomes possible to provide a decrease in the area and therefore a greater flow speed, with different opening positions depending on the force or speed of the wind that affects each moment.
  • the closed position of the rear blades the wind turbine assembly is protected against high intensity winds.
  • At least one vertical orientable vane can also be arranged, which can also be rotated, for example, by motorization, between a closed position and different opening positions of the air passage. air.
  • leading or trailing vanes extend vertically between the vertical panels of the manifold, in the respective leading or trailing openings.
  • the blades are rotatable with respect to a vertical axis. The rotating blades allow directing the passage of air with greater precision and a more desirable or convenient angle of incidence of the flow through the blades of the vertical wind turbine turbine.
  • the rotating assembly of the base plate of the wind turbine, with respect to the support frame allows, on the other hand, to establish a rotation drive to orient the collector facing the wind that arrives at all times, thus achieving better use of the winds.
  • variables according to their address.
  • there are sensor elements for the direction and/or speed of the wind allowing the orientation of the collector and/or the rotating blades to be automated to optimize the use of air. of variable winds, as well as inverting the position of the collector to receive the air from the rear when the force of the wind exceeds certain limits.
  • a vertical wind turbine provided with this air collector according to the invention can be arranged to operate with air inlet through the air passage opening at the front of the collector with medium or low intensity winds, up to a limit of determined intensity, orienting the vertical blades located in said front air passage opening based on the incident wind at each moment, and that when the incident wind exceeds a determined intensity, the orientation of the collector is inverted to receive the air through the passage opening at the rear of the collector, with the adjustable blades of this air passage opening at the rear located in the open position when the wind is strong but does not reach a certain intensity and that, when the force of the wind exceeds this intensity limit, the aforementioned blades of the rear air passage opening of the collector are placed in the closed position to completely prevent the passage of air towards the vertical wind turbine turbine and thus protect structurally from possible damage and Damage caused by the force or pressure of the wind, both on the turbine itself and on the complete turbine and collector system.
  • the air collector object of the invention has very advantageous characteristics for the function of driving vertical wind turbines for which it is intended, acquiring its own life and preferential character with respect to conventional collectors of the same function that exist in the present.
  • Figure 1 shows in exploded perspective an example of a vertical wind turbine provided with an air collection collector according to the invention.
  • Figure 2 is a front elevation view of the assembled vertical wind turbine of the previous figure.
  • Figure 3 is a top plan view of a vertical wind turbine provided with the collector object of the invention, the air passage opening at the rear of the collector incorporating some orientable blades that rotate outward from the collector.
  • Figure 4 is a top plan view of a vertical wind turbine provided with the collector object of the invention, incorporating the air passage opening at the rear of the collector some rotating orientable blades towards the inside of the collector.
  • Figure 5 is a top plan view of a vertical wind turbine provided with the collector object of the invention, being closed to the passage of air at the rear.
  • Figure 6 is a side perspective of a vertical wind turbine provided with the collector object of the invention, the collector being longitudinally composed of partial sections.
  • Figure 7 shows in exploded perspective another example of an air collection manifold according to the invention.
  • Figure 8 shows in exploded perspective an example of embodiment of structural assembly of an air collection manifold according to the invention.
  • the object of the invention refers to an air collection collector, to improve the drive of a vertical wind turbine formed by a turbine (1) with blades incorporated in a vertical axis that is coupled to an electricity generator (2), of so that when the wind hits the turbine (1) it turns it, causing the activation of the electricity generator (2).
  • the turbine (1) is one of the so-called cross-flow, as shown in the figures.
  • the air collection collector provided according to the invention for this drive of a vertical wind turbine comprises two vertical panels (3), which are incorporated on a base plate (4), which rests on a bench (5) in rotating assembly by means of an axial bearing (6), having a rotation drive motorization formed by an actuation motor (7), which by means of a pinion (8) meshes with a toothed crown (9) that is fixed to the base plate (4).
  • the vertical panels (3) When mounting on the base plate (4), the vertical panels (3) are arranged in such a way that there is an air passage between them, in which the vertical wind turbine turbine (1) is arranged, for the drive of which the air collector, so that in front of the position of the vertical wind turbine turbine (1) the aforementioned gap defined between the vertical panels (3) determines a front opening (10) for the passage of air, which begins at a front outer mouth that has a width greater than the diameter of the turbine (1) of the vertical wind turbine, preferably at least twice the radius of the turbine (1) of the vertical wind turbine of application, narrowing that opening (10) progressively up to the position of the turbine (1) of the vertical wind turbine; while behind the position of the vertical wind turbine turbine (1) the vertical panels (3) themselves determine a rear opening (11), which widens progressively from the position of the vertical wind turbine turbine (1) to a rear outer mouthpiece, narrower than front outer mouthpiece.
  • the collector is configured to drive the rotation motorization of the base plate (4) to face the rear outer mouth towards the direction of the wind in high intensity winds, the rear outer mouth being narrower than the outer mouth. lead.
  • This configuration can be carried out, for example, by means of a control unit of said motorization, in particular, based on information on the direction and speed of the wind captured by sensors.
  • the air from the wind is collected by that gap between the vertical panels (3), in where, due to the fact that the collector provides a larger action surface, a greater amount of air is collected than would correspond to the width of the diameter of the turbine (1) of the vertical wind turbine, so that the air that enters the hole circulates accelerating towards the position of the turbine (1) of the vertical wind turbine, on which it affects making it rotate.
  • the rear blades (14) can be arranged to rotate towards the outside of the manifold, as seen in figure 3, or to rotate inwards, as seen in figure 4, said blades (14) being able to rotate. from an open position in which they allow the passage of air circulation through the opening (11), as in figures 3 and 4, to the closed position in which they prevent the passage of air circulation through the opening (11) , as in figure 5.
  • the configuration in which the blades (14) open by turning inwards presents, compared to the configuration in which they open by turning outwards, the advantage of being more compact and making use of the storage space. the opening between the vertical panels for the conduction of the air flow.
  • the front (12) or rear (14) blades may be arranged in any position in the respective front (10) or rear (11) opening.
  • the blades (14) can be arranged at a distance from the turbine (1), for example, in the outer mouth as shown in the figures, so that with a sufficiently high wind speed an adequate direction of the air flow towards the turbine (1) can be achieved.
  • the actuation of the front blades (12) or of the rear blades (14) is carried out independently for each blade (12) or (14). In this way, it is possible to vary the opening area of the air passage selectively for each blade or group of blades selected in different positions, allowing the air passage to be opened or closed locally.
  • a vertical wind turbine equipped with the air collector object of the The invention can be arranged to operate with a drive from the turbine (1) of the vertical wind turbine for application by means of medium or low intensity winds, receiving the air intake through the opening (10) defined in front of the position of the turbine (1) of vertical wind turbine, with adjustment of the positioning of the blades (12) depending on the intensity of the wind that hits, and in another way so that when the intensity of the wind exceeds a certain limit, the collector inverts its position, turning 180°, to that the air enters through the opening (11) at the rear of the collector, keeping the blades (14) in an open position as long as the intensity of the wind does not exceed an established dangerous level, thus allowing the turbine (1) of the vertical wind turbine to be activated by the air from the incident wind, while when the intensity of the wind exceeds another possible dangerous level established, the aforementioned blades (14) are placed in the c position. Shut off, as a safety measure, to prevent the force of the air from causing damage.
  • the turbine (1) of the vertical wind turbine is also locked in an inactive position, for which, in relation to the axis of the turbine (1) of the vertical wind turbine, a brake mechanism (15) that establishes the blockage and, optionally, at the same time as the blades (14) closes the passage of air through the rear opening (11) of the collector.
  • a brake device (16) through which the rotation of the base plate (4) and therefore of the entire assembly is blocked in each orientation position of the collector. collector with respect to the wind, thus allowing optimal operating conditions to be maintained without the force of the wind altering the air intake conditions, as well as stability in its safety blocking position in the face of excessively intense winds.
  • the vertical panels have such a shape that the inner surface corresponding to the inlet or outlet openings, as well as the arrangement, location and configuration of the leading edge that they form, is substantially tangential with respect to the turbine blades in the position at where it is located, as shown in figures 3 to 5, thus conveniently facilitating and according to a desirable angle of incidence, the directing of the inlet air flow towards or outlet from the turbine.
  • the shape of the panels is defined by an aerodynamic outer surface, to minimize the aerodynamic resistance due to the outer shape of the wind turbine, as well as to facilitate the direction of the air flow from or towards the turbine.
  • the outer surface is defined by an oval contour, for example, with the circumference with the smallest radius of the oval contour corresponding to the rear outer mouth and the one with the largest radius at the front, as also shown in the figures 3 to 5.
  • the structural assembly of the air intake manifold can also be made up longitudinally of partial sections (18) consecutively joined together, as can be seen in figure 6, which facilitates manufacturing, transportation and assembly, as well as training.
  • of structural assemblies of variable lengths depending on the needs of each case of application being provided, in such a case, that the different partial sections (18) are provided with individual motorizations for rotation of each one of them and orientation of the blades (12) and (14) corresponding, with which an independent adaptation can be established to optimize air capture at different heights, according to the differences in intensity that the wind tends to have in the same place at different heights.
  • the structural assembly of the collector can be composed transversely by longitudinal cuts of the panels (3), which make up wings capable of being coupled to a main body of the collector, resulting from this cut in its geometry. In this way the manufacture, assembly, transport for its installation, etc. is facilitated. of the structural set.
  • the support arrangement can be established on a support of any type, either a bench (5), as in the drawings represented, a post as a pillar, a lattice structure, or even on a marine structure floating or anchored by foundations to the ocean floor, etc., without altering the concept of the air collector for the drive function of a vertical wind turbine.
  • the collector comprises a central body (20) that supports an outer body (30), incorporating the vertical panels (3).
  • the outer body (30) is mounted to the central body (20), so that the outer body (30) is suspended or hung from the central body (20).
  • the central body (20) incorporates projections in the form of support rings (21), in correspondence with respective support plates (31) of the outer body (30). , so that the support plates (31), in particular the base plate (4), are fixed to the central body (20) resting on the respective support rings (21).
  • the central body (20) has a cylindrical or tubular shape, being configured to house the turbine (1) inside, with lateral openings for the passage of air through the turbine (1).
  • the central body (20) is structurally reinforced with a framework, for example, in the form of vertical rectangular plates, in particular metallic, which extend longitudinally and are arranged suitably spaced around the central body (20) circumferentially.
  • the support rings (21) are structurally reinforced with overlapping rings.
  • a distribution of fixed blades (19) can also be arranged, as seen in figure 4, to help direct the air as it passes through said turbine (1) of a vertical wind turbine and angle of incidence on the blades of said turbine (1) of a vertical wind turbine, thus improving the performance of the vertical wind turbine.

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Abstract

Colector de aire para aerogenerador vertical, comprendiendo dos paneles verticales (3) incorporados sobre una placa base (4) dispuesta en montaje giratorio con una motorización de accionamiento, quedando entre los mencionados paneles verticales (3) un hueco de paso de aire, en el cual se dispone una turbina (1) de aerogenerador vertical para ser accionada por el aire circulante, el hueco definido entre los paneles verticales (3) determinando por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical una abertura delantera (10) de paso de aire y, por detrás de la posición de la turbina (1), una abertura posterior (11) de paso de aire, donde un álabe posterior (14) se dispone en la abertura posterior (11), que puede girar para cerrar o abrir el paso de aire por dicha abertura.

Description

DESCRIPCIÓN
COLECTOR DE AIRE PARA AEROGENERADOR VERTICAL
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con el aprovechamiento de la fuerza del viento para producir energía eléctrica, en particular mediante los aparatos denominados aerogeneradores verticales, proponiendo un colector de captación de aire, con el cual se logra mejorar ventajosamente el accionamiento de este tipo de aerogeneradores.
Estado de la técnica
En el ámbito del aprovechamiento de la energía eólica para producir electricidad son conocidos los aerogeneradores verticales, los cuales constan de una turbina formada por un rodete de álabes incorporado sobre un eje vertical que va asociado a un generador de electricidad, de forma que al incidir el viento lateralmente sobre dicha turbina la hace girar, produciéndose con ello el accionamiento del generador de electricidad.
La cantidad de energía producida, la potencia y el rendimiento de estos aerogeneradores verticales es dependiente, por lo tanto, de la fuerza o velocidad del viento que sopla en el lugar donde se encuentra instalado el aerogenerador vertical, de su forma o configuración geométrica y de la cantidad de aire que incide sobre la turbina que acciona al generador de electricidad, de los cuales factores la fuerza o velocidad del viento es algo natural que no se puede gobernar, mientras que la cantidad de aire incidente depende de la superficie de recepción del aire que se presente enfrentada al viento y de su forma.
Considerando esos factores influyentes en el rendimiento de los aerogeneradores verticales, se han desarrollado soluciones de recogida y direccionamiento del aire que llega hacia dichos aerogeneradores verticales, para aumentar de una forma provocada la incidencia sobre la turbina que acciona al generador de electricidad.
Una solución en ese sentido es, por ejemplo, la que recoge el documento EP 2330295 B1, que consiste en un colector formado por una distribución de paneles verticales dispuestos alrededor de la turbina del aerogenerador vertical, con una orientación lateral de los paneles en dirección tangencial respecto de la turbina del aerogenerador vertical situada entre ellos, de forma que el aire que llega hacia el aerogenerador vertical pasa por entre los paneles del colector e incide sobre la turbina haciéndola girar, con lo cual se consigue un mejor aprovechamiento del aire, ya que la distribución de los paneles del colector presenta una mayor superficie de recogida del aire que la que ofrece la anchura de la turbina por su diámetro y, además, en el paso por entre los paneles del colector el aire sufre una aceleración, resultando mayor la fuerza de la incidencia sobre la turbina del aerogenerador vertical.
Esta solución tiene el inconveniente, sin embargo, de que la multiplicidad de paneles con los que se forma el colector de recogida del aire hace que el costo del colector sea elevado, mientras que, por otro lado, la disposición fija de los paneles del colector no permite gestionar de una manera eficaz las variaciones de dirección del viento para conseguir en cada momento la mayor eficacia de accionamiento del aerogenerador vertical de aplicación, resultando además que el sistema no conseguiría solventar y adolecería de los mismos inconvenientes y bajo rendimiento a altas velocidades de flujo de viento que presentan las turbinas de tipo Savonius carentes de los citados paneles, cuya curva de rendimiento según la velocidad del flujo de viento es bien conocida en el Estado de la Técnica, y todo ello causado o con motivo de las turbulencias y rotacionalidad ocasionada por la influencia de los diversos paneles sobre el flujo y en las aperturas de incidencia del mismo sobre la turbina debido a la forma y disposición de los mismos, lo que provocaría a su vez un funcionamiento con ángulos de actuación deficientes del flujo sobre los alabes del rotor y la consiguiente disminución del rendimiento debida a todos estos factores, además de choques del flujo contra alabes no actuantes del rotor y contrarios al sentido de rotación de la turbina, y también actuaciones del flujo en ángulos de incidencia no deseables sobre los alabes activos, etc.
Se conoce actualmente otra solución, recogida en la solicitud de Patente Española P202030676, del mismo titular que la presente invención, que consiste en un colector de captación de aire formado por dos paneles dispuestos verticalmente por delante de una turbina de aerogenerador vertical, determinando un paso de aire de mayor anchura que el diámetro de la turbina de aerogenerador vertical y que se estrecha en progresión hacia dicha turbina, yendo los mencionados paneles sobre una placa base dispuesta en montaje giratorio a su vez sobre una bancada de sustentación, con un accionamiento motor que es controlado en función de la variaciones del viento incidente, para situar el paso de aire determinado entre los paneles en un posicionamiento selectivo alrededor de la turbina de aerogenerador vertical. Con esta solución se obtiene una formación estructural más sencilla y un aprovechamiento más eficiente del aire ante vientos variables que con la solución de múltiples paneles fijos dispuestos alrededor de la turbina de aerogenerador vertical a accionar.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un colector de recogida y orientación del aire para mejorar la efectividad del accionamiento de aerogeneradores verticales, habiéndose desarrollado este colector con unas características que mejoran el aprovechamiento del aire en función de los vientos variables que inciden sobre el aerogenerador vertical de aplicación.
Este colector objeto de la invención comprende dos paneles verticales dispuestos sobre una placa base que va incorporada en montaje giratorio motorizado sobre una bancada de sustentación, quedando entre los dos paneles verticales un paso de aire, para disponer en él una turbina de aerogenerador vertical, de forma que por delante de la posición de la turbina de aerogenerador vertical los paneles verticales del colector definen una abertura de paso del aire y, por detrás de la posición de la turbina, una abertura posterior de paso de aire. De acuerdo con la invención, el colector comprende al menos un álabe posterior, dispuesto en la abertura posterior, que puede girar para cerrar o abrir el paso de aire por la abertura posterior. Se contempla que dicho álabe posterior sea un álabe vertical orientable, el cual asimismo se puede girar, por ejemplo, mediante una motorización, entre una posición de cierre y distintas posiciones de apertura del paso de aire.
En condiciones normales el aire del viento que llega hacia el aerogenerador vertical es recogido por la abertura de paso del aire definida en la parte delantera del colector. Preferentemente, la abertura de paso del aire se inicia con mayor anchura que el diámetro de la turbina de aerogenerador vertical, estrechándose progresivamente dicha abertura de paso del aire hacia la posición de la turbina, de manera que recoge más cantidad de aire que lo que incidiría sobre la anchura del diámetro de la turbina de aerogenerador vertical y, además, debido al estrechamiento progresivo de dicha abertura de paso del aire, se produce también una aceleración de la velocidad del aire, con lo cual se consigue una acción más efectiva para actuar el giro de la turbina de aerogenerador vertical. De forma análoga, preferentemente, se contempla que la abertura posterior se ensanche progresivamente desde la posición de la turbina de aerogenerador vertical hasta una embocadura exterior posterior. Mediante la disposición de los álabes en la abertura de paso del aire de la parte posterior del colector, que pueden girar, por ejemplo, mediante una motorización, en orientaciones variables hasta una posición de cierre para impedir el paso del aire, se hace posible proporcionar una disminución del área y por tanto una mayor velocidad de flujo, con distintas posiciones de apertura en función de la fuerza o velocidad del viento que incida en cada momento. En la posición de cierre de los álabes posteriores el conjunto del aerogenerador queda protegido ante vientos de altas intensidades.
En la abertura de paso de aire de la parte delantera del colector puede disponerse también al menos un álabe vertical orientable, el cual asimismo se puede girar, por ejemplo, mediante una motorización, entre una posición de cierre y distintas posiciones de apertura del paso de aire.
Se concibe que los álabes delanteros o posteriores se extienden verticalmente entre los paneles verticales del colector, en las respectivas aberturas delantera o posterior. Asimismo, se concibe que los álabes sean giratorios respecto a un eje vertical. Los álabes giratorios permiten dirigir el paso de aire con mayor precisión y un ángulo de incidencia del flujo más deseable o conveniente a través de los álabes de la turbina de aerogenerador vertical.
El montaje giratorio de la placa base del aerogenerador, respecto de la bancada de sustentación, permite, por otro lado, establecer un accionamiento de giro para orientar el colector en enfrentamiento al viento que llega en cada momento, consiguiéndose así mejorar el aprovechamiento de los vientos variables según su dirección. Para ello, en relación con la motorización de accionamiento de la orientación del colector se disponen unos elementos sensores de la dirección y/o la velocidad del viento, permitiendo automatizar la orientación del colector y/o de los álabes giratorios para optimizar el aprovechamiento del aire de los vientos variables, así como invertir la posición del colector para recibir el aire por la parte posterior cuando la fuerza del viento supera unos límites determinados.
Con ello así, un aerogenerador vertical provisto con este colector de aire según la invención, puede disponerse para funcionar con entrada del aire por la abertura de paso de aire de la parte delantera del colector con vientos de una intensidad media o baja, hasta un límite de intensidad determinado, orientando los álabes verticales situados en dicha abertura delantera de paso del aire en función del viento incidente en cada momento, y que cuando el viento incidente supera una intensidad determinada la orientación del colector se invierta para recibir el aire por la abertura de paso de la parte posterior del colector, con los álabes orientables de esa abertura de paso de aire de la parte posterior situados en posición abierta cuando el viento es fuerte pero no alcanza una intensidad determinada y que, cuando la fuerza del viento supera ese límite de intensidad, los mencionados álabes de la abertura de paso de aire posterior del colector se sitúen en posición de cierre para impedir completamente el paso de aire hacia la turbina de aerogenerador vertical y proteger de esta manera estructuralmente de posibles daños y deterioros que fuesen originados por la fuerza o presión del viento, tanto sobre la propia turbina como sobre el sistema completo de turbina y colector.
Se logra así una funcionalidad que permite gestionar de manera más ventajosa y con mayor efectividad el aprovechamiento del aire con vientos variables de cualquier intensidad, para el accionamiento de aerogeneradores verticales en un rango completo de velocidades de viento que va desde muy bajas intensidades hasta vientos de intensidades elevadas, con protección de seguridad ante vientos de intensidad excesivamente alta que podrían causar los citados deterioros.
Por todo ello, el colector de aire objeto de la invención resulta de unas características muy ventajosas para la función de accionamiento de aerogeneradores verticales a la que está destinado, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de los colectores convencionales de la misma función que existen en la actualidad.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra en perspectiva explosionada un ejemplo de aerogenerador vertical provisto con un colector de captación de aire según la invención.
La figura 2 es una vista en alzado frontal del aerogenerador vertical de la figura anterior montado.
La figura 3 es una vista en planta superior de un aerogenerador vertical provisto con el colector objeto de la invención, incorporando la abertura de paso de aire de la parte posterior del colector unos álabes orientables giratorios hacia fuera del colector.
La figura 4 es una vista en planta superior de un aerogenerador vertical provisto con el colector objeto de la invención, incorporando la abertura de paso de aire de la parte posterior del colector unos álabes orientables giratorios hacia dentro del colector.
La figura 5 es una vista en planta superior de un aerogenerador vertical provisto con el colector objeto de la invención, estando cerrado al paso de aire en la parte posterior.
La figura 6 es una perspectiva lateral de un aerogenerador vertical provisto con el colector objeto de la invención, estando compuesto el colector longitudinalmente por tramos parciales.
La figura 7 muestra en perspectiva explosionada otro ejemplo de colector de captación de aire según la invención.
La figura 8 muestra en perspectiva explosionada un ejemplo de realización de montaje estructural de un colector de captación de aire según la invención.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un colector de captación de aire, para mejorar el accionamiento de un aerogenerador vertical formado por una turbina (1) de álabes incorporada en un eje vertical que va acoplado a un generador de electricidad (2), de modo que al incidir el viento sobre la turbina (1) la hace girar, provocando el accionamiento del generador de electricidad (2). Preferentemente, la turbina (1) es de las denominadas de flujo cruzado, tal como se muestra en las figuras.
El colector de captación de aire previsto según la invención para ese accionamiento de un aerogenerador vertical comprende dos paneles verticales (3), los cuales van incorporados sobre una placa base (4), la cual apoya sobre una bancada (5) en montaje giratorio mediante un cojinete axial (6), disponiendo de una motorización de accionamiento del giro formada por un motor (7) de actuación, el cual por medio de un piñón (8) engrana con una corona dentada (9) que va fijada a la placa base (4).
En el montaje sobre la placa base (4) los paneles verticales (3) van dispuestos de forma que entre ellos queda un hueco de paso de aire, en el cual se dispone la turbina (1) de aerogenerador vertical para cuyo accionamiento se destina el colector de aire, de modo que por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical el mencionado hueco definido entre los paneles verticales (3) determina una abertura delantera (10) de paso de aire, la cual se inicia en una embocadura exterior delantera que tiene una anchura mayor que el diámetro de la turbina (1) de aerogenerador vertical, preferentemente al menos el doble que el radio de la turbina (1) del aerogenerador vertical de aplicación, estrechándose esa abertura (10) progresivamente hasta la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical; mientras que por detrás de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical los propios paneles verticales (3) determinan una abertura posterior (11), la cual se ensancha progresivamente desde la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical hasta una embocadura exterior posterior, más estrecha que la embocadura exterior delantera.
En una realización preferente, el colector está configurado para accionar la motorización de giro de la placa base (4) para enfrentar la embocadura exterior posterior a la dirección del viento ante vientos de altas intensidades, siendo la embocadura exterior posterior más estrecha que la embocadura exterior delantera. Esta configuración puede realizarse, por ejemplo, mediante una unidad de control de dicha motorización, en particular, en función de información sobre la dirección y velocidad del viento captada mediante sensores.
Con ello así, disponiendo el colector de aire con el hueco definido entre los paneles verticales (3) enfrentado al viento que llega hacia el aerogenerador vertical, el aire del viento es recogido por ese hueco de paso entre los paneles verticales (3), en donde debido a que el colector proporciona una mayor superficie de actuación se recoge mayor cantidad de aire que la que correspondería a la anchura del diámetro de la turbina (1) de aerogenerador vertical, de forma que el aire que entra en el hueco circula acelerándose hacia la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical, sobre la cual incide haciéndola girar.
En la abertura (10) de paso de aire definida por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical se disponen, además, situados por delante de dicha posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical, unos álabes (12) incorporados en montaje giratorio con una motorización de accionamiento mediante un motor (13), mediante la cual dichos álabes (12) se pueden mover entre un posicionamiento de cierre parcial del paso de aire y posicionamientos variables de apertura del paso de aire en dirección tangencial hacia la turbina (1) de aerogenerador vertical, colaborando así en la eficacia de la incidencia del aire para el accionamiento de dicha turbina (1) de aerogenerador vertical, debido a la variabilidad del ángulo de actuación posible del flujo sobre los alabes de la turbina.
En relación con la abertura (11) de paso de aire definida por detrás de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical se prevé la incorporación de unos álabes (14) orientables dispuestos con su eje de giro extendiéndose a lo largo de una superficie imaginaria del contorno exterior o carcasa del colector, en la embocadura exterior, proporcionando una superficie aerodinámica en una posición de cierre de los álabes (14). Así, los álabes posteriores (14) pueden ir dispuestos para girar hacia el exterior del colector, como se observa en la figura 3, o bien para girar hacia el interior, como se observa en la figura 4, pudiendo girar dichos álabes (14) desde una posición abierta en la que permiten el paso de circulación de aire por la abertura (11), como en las figuras 3 y 4, hasta la posición de cierre en la que impiden el paso de circulación de aire por la abertura (11), como en la figura 5. La configuración en la que los álabes (14) se abren girando hacia el interior presenta, respecto a la configuración en la que se abren girando hacia el exterior, la ventaja de su mayor compacidad y aprovechamiento del espacio de la abertura entre los paneles verticales para la conducción del flujo de aire.
En relación con la abertura (10) de paso de aire definida por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical se prevé la incorporación de unos álabes (12) orientables dispuestos con su eje de giro extendiéndose a lo largo de una superficie imaginaria del contorno exterior de la turbina (1) como se observa en las figuras, para direccionar el viento hacia la turbina (1) de forma óptima lo más cerca posible de la misma.
No obstante, se contempla que los álabes delanteros (12) o posteriores (14) pueden disponerse en cualquier posición en la respectiva abertura delantera (10) o posterior (11). En el caso de que la abertura posterior (11) esté configurada para ser dirigida enfrentada a vientos de alta intensidad, los álabes (14) pueden estar dispuestos distanciados de la turbina (1), por ejemplo, en la embocadura exterior tal como se muestra en las figuras, con lo que con una velocidad suficientemente alta del viento puede conseguirse un direccionamiento adecuado del flujo de aire hacia la turbina (1).
Por otra parte, se contempla que el accionamiento de los álabes delanteros (12), o de los álabes posteriores (14), se realice de forma independiente para cada álabe (12) o (14). De este modo es posible variar el área de abertura del paso de aire de manera selectiva para cada álabe o grupo de álabes seleccionados en distintas posiciones, permitiendo abrir o cerrar el paso de aire de forma localizada.
En tales condiciones, un aerogenerador vertical provisto con el colector de aire objeto de la invención puede disponerse para funcionar con accionamiento de la turbina (1) del aerogenerador vertical de aplicación mediante vientos de intensidad media o baja, recibiendo la entrada de aire por la abertura (10) definida por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical, con regulación del posicionamiento de los álabes (12) en función de la intensidad del viento que incida, y de otro modo para que cuando la intensidad del viento supere un límite determinado el colector se invierta de posición, girando 180°, para que el aire entre por la abertura (11) de la parte posterior del colector, manteniéndose los álabes (14) en posición abierta mientras la intensidad del viento no supere un nivel peligroso establecido, permitiendo así que la turbina (1) de aerogenerador vertical sea accionada por el aire del viento incidente, mientras que cuando la intensidad del viento supere otro posible nivel peligroso establecido los mencionados álabes (14) se colocan en posición de cierre, como seguridad, para evitar que la fuerza del aire pueda causar daños.
En la posición de seguridad ante vientos peligrosos de excesiva intensidad se prevé que la turbina (1) de aerogenerador vertical quede además bloqueada en una posición inactiva, para lo cual en relación con el eje de la turbina (1) de aerogenerador vertical va dispuesto un mecanismo de freno (15) que establece el bloqueo y, opcionalmente, al mismo tiempo que los álabes (14) cierran el paso de aire por la abertura posterior (11) del colector.
En relación con el montaje giratorio del colector se dispone, a su vez, un dispositivo de freno (16), mediante el cual se bloquea el giro de la placa base (4) y por tanto de todo el conjunto en cada posición de orientación del colector respecto del viento, permitiendo así mantener unas óptimas condiciones de funcionamiento sin que la fuerza del viento altere las condiciones de captación del aire, así como la estabilidad en su posición de bloqueo de seguridad frente a vientos de excesiva intensidad.
Sobre el conjunto estructural del colector se disponen además unos elementos (17) que permiten captar la dirección y la fuerza del viento que llega hacia el colector, estableciéndose dichos elementos (17) relacionados funcionalmente con la motorización de accionamiento giratorio del colector y con las motorizaciones de orientación de los álabes (12) y (14), de forma que en función de las mencionadas variables de dirección y fuerza del viento se establece automáticamente la orientación y adaptación del colector de acuerdo con el viento incidente o su orientación y posición de bloqueo y cierre de alabes de colector frente a niveles peligrosos de viento establecidos. Preferentemente, los paneles verticales tienen una forma tal que la superficie interior correspondiente a las aberturas de entrada o salida así como la disposición, situación y configuración del borde de ataque que conforman, es sustancialmente tangencial respecto a los álabes de la turbina en la posición en donde esta se encuentra situada, tal como se muestra en las figuras 3 a 5, siendo de este modo que se facilita convenientemente y según un ángulo de incidencia deseable, el direccionamiento del flujo de aire de entrada hacia o de salida desde la turbina. Adicionalmente y de forma preferente, la forma de los paneles viene definida por una superficie exterior aerodinámica, para minimizar la resistencia aerodinámica debida a la forma exterior del aerogenerador, así como también facilitar el direccionamiento del flujo de aire desde o hacia la turbina. En particular, se contempla que la superficie exterior esté definida por un contorno ovalado, por ejemplo, con la circunferencia de menor radio del contorno ovalado correspondiente a la embocadura exterior posterior y la de mayor radio a la delantera, como se muestra asimismo en las figuras 3 a 5.
El conjunto estructural del colector de captación de aire puede también componerse longitudinalmente por tramos parciales (18) consecutivamente unidos entre sí, como se observa en la figura 6, con lo cual se facilita la fabricación, el transporte y el montaje, así como la formación de conjuntos estructurales de longitudes variables en función de las necesidades de cada caso de aplicación, estando previsto, en tal caso, que los distintos tramos parciales (18) vayan provistos con motorizaciones individuales de giro de cada uno de ellos y de orientación de los álabes (12) y (14) correspondientes, con lo cual se puede establecer una adaptación independiente para optimizar la captación de aire en las diferentes alturas, de acuerdo con las diferencias de intensidad que en un mismo lugar suele tener el viento a diferentes alturas.
Tal como se observa en la figura 7, el conjunto estructural del colector puede componerse transversalmente por cortes longitudinales de los paneles (3), que conforman unas alas susceptibles de acoplamiento a un cuerpo principal de colector, resultantes de este corte en su geometría. De este modo se facilita la fabricación, montaje, transporte para su instalación, etc. del conjunto estructural.
Por otro lado, en el montaje estructural de un aerogenerador vertical provisto con el colector de aire objeto de la invención, la disposición de apoyo puede establecerse sobre una sustentación de cualquier tipo, bien sea una bancada (5), como en los dibujos representados, un poste a modo de pilar, una estructura de celosía, o incluso sobre una estructura marina flotante o anclada mediante cimentación al fondo oceánico, etc., sin que ello altere el concepto del captador de aire para la función de accionamiento de un aerogenerador vertical.
En relación con el montaje estructural, tal como se observa en la figura 8, según una realización de acuerdo con la invención se contempla que el colector comprende un cuerpo central (20) que soporta un cuerpo exterior (30), incorporando este los paneles verticales (3). El cuerpo exterior (30) se dispone montado al cuerpo central (20), de manera que el cuerpo exterior (30) queda suspendido o colgado del cuerpo central (20). De acuerdo con el ejemplo de realización como se muestra en la figura 8, el cuerpo central (20) incorpora unos salientes en forma de anillos de soporte (21), en correspondencia con respectivas placas de apoyo (31) del cuerpo exterior (30), de manera que las placas de apoyo (31), en particular la placa base (4), se fijan al cuerpo central (20) apoyados sobre los respectivos anillos de soporte (21).
Como se observa en la figura 8, el cuerpo central (20) tiene una forma cilindrica o tubular, estando configurado para alojar en su interior la turbina (1), con aberturas laterales para el paso de aire a través de la turbina (1). Preferentemente, el cuerpo central (20) está reforzado estructuralmente con una armadura, por ejemplo, en forma de pletinas rectangulares verticales, en particular metálicas, que se extienden longitudinalmente y se disponen espaciadas de forma adecuada alrededor del cuerpo central (20) circunferencialmente. Asimismo, se contempla que los anillos de soporte (21) estén reforzados estructuralmente con aros superpuestos.
Según una realización complementaria, en el interior de la turbina (1) de aerogenerador vertical puede disponerse también una distribución de álabes fijos (19), como se observa en la figura 4, para ayudar en el direccionamiento del aire al pasar a través de dicha turbina (1) de aerogenerador vertical y de ángulo de incidencia sobre los álabes de dicha turbina (1) de aerogenerador vertical, mejorando así el rendimiento del aerogenerador vertical.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Colector de aire para aerogenerador vertical, comprendiendo dos paneles verticales (3) incorporados sobre una placa base (4) dispuesta en montaje giratorio con una motorización de accionamiento, quedando entre los mencionados paneles verticales (3) un hueco de paso de aire, en el cual se dispone una turbina (1) de aerogenerador vertical para ser accionada por el aire circulante, el hueco definido entre los paneles verticales (3) determinando por delante de la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical una abertura delantera (10) de paso de aire y, por detrás de la posición de la turbina (1), una abertura posterior (11) de paso de aire, caracterizado por que comprende al menos un álabe posterior (14), dispuesto en la abertura posterior (11), que puede girar para cerrar o abrir el paso de aire por la abertura posterior (11).
2.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha abertura delantera (10)entre los paneles verticales (3) se inicia en una embocadura exterior delantera con una anchura mayor que el diámetro de la turbina (1) de aerogenerador vertical, estrechándose progresivamente hasta la posición de dicha turbina (1) de aerogenerador vertical, y/o dicha abertura posterior (11) se ensancha progresivamente desde la posición de la turbina (1) de aerogenerador vertical hasta una embocadura exterior posterior.
3.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la embocadura exterior delantera o posterior es más estrecha que la otra embocadura exterior.
4 Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende al menos un álabe delantero (12), dispuesto en la abertura delantera (10), que puede girar para cerrar o abrir el paso de aire por la abertura delantera (10).
5.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una motorización de accionamiento del giro de los álabes (12), (14).
6.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que funcionalmente relacionados con las motorizaciones de giro de la placa base (4) y/o de los álabes (12), (14) se disponen unos elementos (17) que captan la dirección y/o la fuerza del viento, mediante los cuales se accionan automáticamente las motorizaciones mencionadas en función de dichas variables del viento.
7.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en relación con el montaje giratorio de la placa base (4) se dispone un dispositivo de freno (16), mediante el cual se bloquea el giro del colector en cada posición de orientación.
8.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el interior de la turbina (1) de aerogenerador vertical se dispone una distribución de álabes fijos (19), mediante los cuales se orienta hacia los álabes de dicha turbina (1) de aerogenerador el aire que pasa a través de ella.
9.- Colector de aire para aerogenerador vertical, de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se compone longitudinalmente por tramos parciales (18) consecutivamente unidos entre sí, opcionalmente, los tramos parciales (18) estando provistos con motorizaciones individuales de giro de cada uno de ellos y de los álabes (12) y (14) correspondientes.
10.- Aerogenerador vertical, caracterizado por que comprende el colector de aire según una de las reivindicaciones anteriores.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030133783A1 (en) * 2001-03-20 2003-07-17 Brock Gerald E. Fluid driven generator
US7605491B1 (en) * 2008-05-22 2009-10-20 Chun-Neng Chung Apparatus for generating electric power using wind energy
CN103925154A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 武汉理工大学 适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置
US20170138343A1 (en) * 2015-11-12 2017-05-18 Chien-Jung Tseng Wind Turbine
US20200040870A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 Mark Monto Venturi vortex and flow facilitating turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030133783A1 (en) * 2001-03-20 2003-07-17 Brock Gerald E. Fluid driven generator
US7605491B1 (en) * 2008-05-22 2009-10-20 Chun-Neng Chung Apparatus for generating electric power using wind energy
CN103925154A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 武汉理工大学 适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置
US20170138343A1 (en) * 2015-11-12 2017-05-18 Chien-Jung Tseng Wind Turbine
US20200040870A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 Mark Monto Venturi vortex and flow facilitating turbine

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