ES2940574T3 - Dispositivo para generar energía hidroeléctrica - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para generar energía hidroeléctrica, aprovechando el oleaje de una masa de agua, dicho dispositivo contiene un impulsor (20) que es giratorio alrededor de un eje (21) y al menos un grupo generador eléctrico (22), el accionamiento cuyo eje está acoplado al menos en un sentido de rotación de manera transmisora de par al eje del impulsor (21), por lo que el dispositivo está provisto de una carcasa flotante (5) que contiene dos compartimentos (6 y 7) que están parcialmente llenos con fluido y que a través de un pasaje están conectados fluidamente entre sí, por lo que el dispositivo contiene además un cajón lleno de aire (13),que tiene un fondo abierto y desemboca en dicho paso y por el que en dicho cajón (13) el impulsor (20) está montado de forma giratoria alrededor de un eje (21) que se extiende perpendicular a la dirección del paso y por el que el impulsor (20) está montado en parte en el espacio lleno de aire del cajón y en parte en el fluido del pasaje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para generar energía hidroeléctrica
La presente invención se refiere a un dispositivo para generar energía hidroeléctrica.
En particular la invención se destina a la generación de energía hidroeléctrica renovable, mediante el uso de las olas o el oleaje.
Los sistemas conocidos tienen un serio problema con las piezas de trabajo que están más abajo del nivel del agua. Tales piezas de trabajo son muy sensibles a la corrosión y también a las incrustaciones marítimas tales como algas y percebes que perjudican gravemente la eficiencia de los sistemas y también requieren mucho y difícil mantenimiento de formas a veces complejas de partes móviles.
Ya se conoce un tipo de turbina submarina, de manera que se coloca bajo el agua un husillo, rotor o similar que comenzará a girar por el flujo del agua y, por tanto, puede generar una corriente eléctrica.
Tales instalaciones conocidas presentan la desventaja de que las turbinas y los generadores conectados a las mismas necesitan sellarse meticulosamente para evitar los efectos adversos de la exposición al agua.
Esto no solo encarece la instalación, sino que también dificulta su mantenimiento.
Además, las aspas giratorias del husillo, rotor o similar constituyen un peligro para la vida marina.
El objeto de la presente invención es proporcionar una solución a al menos una de las desventajas antes mencionadas y otras.
Otro ejemplo de un dispositivo para generar energía hidroeléctrica mediante el uso de las olas o el oleaje se muestra en el documento US 4207739 A.
Para ello, la invención se refiere a un dispositivo para generar energía hidroeléctrica, mediante el uso de las olas o el oleaje de una masa de agua, dicho dispositivo contiene un impulsor que es giratorio alrededor de un eje y al menos un grupo generador eléctrico, cuyo eje de accionamiento se acopla al menos en una dirección de giro en forma de torque que transmite al eje del impulsor, de manera que el dispositivo se proporciona con una carcasa flotante que contiene dos compartimentos parcialmente rellenados con fluido y que a través de un pasaje se conectan entre sí de manera fluida, por lo que el dispositivo contiene además un cajón relleno de aire, que tiene una parte inferior abierta y se abre hacia dicho pasaje y de manera que en dicho cajón el impulsor se monta rotatoriamente alrededor de un eje que se extiende perpendicularmente a la dirección del pasaje y por lo que el impulsor se monta en parte en el espacio relleno de aire del cajón y en parte en el fluido del pasaje.
Una condición es que el dispositivo debe poder moverse libremente en la expansión del agua.
Por tanto, el dispositivo se proporciona con medios para convertir la energía de la expansión del agua en un movimiento del impulsor. Estos medios se forman mediante embarcaciones que se comunican, formadas por los dos compartimentos que se conectan en la parte inferior por medio de un pasaje de fluido.
El movimiento de las olas lanza el dispositivo hacia adelante y hacia atrás, de manera que el fluido fluye a través del pasaje de un compartimento al otro y viceversa, de manera que el impulsor comienza a girar.
Preferentemente, el aire o el gas en el cajón se mantiene bajo presión mediante un compresor o similar, de manera que el nivel del fluido en el cajón pueda mantenerse preferentemente constante y preferentemente por debajo del nivel del eje del impulsor, de manera que el eje puede girar en la parte seca y solamente la sección inferior del impulsor es accionado por el flujo del fluido en el pasaje en el contorno exterior del impulsor donde el torque generado es mayor, mientras que la sección superior puede girar en el aire o en el gas en el cajón de una manera libre de fricción.
En una modalidad preferida, la carcasa flotante se mantiene en su lugar a una altura sobre la parte inferior del agua que se expande por medio de un ancla en la parte inferior, de manera que el dispositivo puede rodar libremente con el movimiento de las olas y el pasaje entre ambos compartimentos se localiza en la dirección del movimiento de las olas para tener el mayor efecto del oleaje.
Preferentemente, la dirección del ancla es de manera que las olas realizan un efecto máximo sobre las embarcaciones que se comunican en la carcasa. Esto asegurará que el dispositivo sea capaz de obtener energía hidroeléctrica de la expansión del agua de la manera más óptima.
Esto proporciona la ventaja de que el impulsor se aísla de la masa de agua del mar o similar y, en consecuencia, no está sujeto a condiciones marítimas, tales como algas y corrosión.
El fluido puede ser un fluido neutro no corrosivo tal como agua destilada o similar en el que los cuerpos marinos no crecen bien debido a la falta de nutrientes y/o luz.
De hecho, todas las piezas de trabajo están dentro de la carcasa cerrada. Preferentemente, puede accederse a la carcasa a través de trampillas de acceso.
Esto tiene la ventaja de que las partes del dispositivo no se exponen al agua de mar, de manera que su construcción y, más específicamente, su sellado tendrá que estar menos sujeto a requisitos estrictos. Además, el mantenimiento del dispositivo será mucho más fácil y económico.
Además, el dispositivo está oculto a la vista, de manera que la vista natural no se ve perturbada,
Tal dispositivo puede, por ejemplo, fabricarse en una embarcación, siempre y cuando la embarcación sea suficientemente sensible al movimiento de las olas.
Preferentemente, el dispositivo se usa en el mar, donde hay suficiente oleaje.
En una modalidad preferida de un dispositivo de acuerdo con la invención, el impulsor se proporciona con una serie de aspas, al menos uno de los cuales se extiende parcialmente de forma continua en el fluido de la carcasa durante la operación.
De esta manera, el impulsor puede ser puesto en movimiento por el agua sin que sea necesario colocar el eje del impulsor también bajo el agua.
En otra modalidad, el eje del impulsor no está en el agua.
Esto ofrece la ventaja de que el dispositivo es muy simple, lo que hace que su construcción sea asequible. Además de las aspas del impulsor, no hay otras partes móviles bajo el agua, de manera que no es necesaria una atención adicional para los sellos y otras medidas de prevención para evitar los efectos dañinos del agua de mar.
Preferentemente, el generador y el compresor se alojan en una sección seca del espacio interno de la carcasa, de manera que no es necesario imponer exigencias extra altas a estos componentes en términos de resistencia a la humedad.
En otra modalidad preferida de un dispositivo de acuerdo con la invención, el eje de accionamiento de al menos un generador gira con el eje del impulsor en una primera dirección de giro y puede girar libremente en la otra segunda dirección de giro y el eje de accionamiento de al menos un generador que puede girar libremente en la primera dirección de giro gira en la segunda dirección de giro con el eje del impulsor.
En otra modalidad preferida de un dispositivo de acuerdo con la invención, el generador contiene una rueda libre que permite un giro libre en una dirección y forma un acoplamiento no giratorio en la otra dirección de giro.
El dispositivo puede proporcionarse con una transmisión entre el generador y el eje del impulsor y contiene un mecanismo para invertir la dirección de giro del eje del generador en relación con el impulsor para garantizar que el generador siempre sea accionado en la misma dirección de giro, independientemente de la dirección de giro del impulsor.
En una modalidad preferida de un dispositivo de acuerdo con la invención, todas las partes del dispositivo que entran en contacto con el agua se tratan con una capa de pintura no tóxica a base de un recubrimiento compuesto con tratamiento superficial, género Ecospeed®.
Tal recubrimiento asegurará que cualquier suciedad de limo, algas, etc. de dichas partes pueda eliminarse fácilmente. Además, tal recubrimiento ofrece una muy buena protección contra la corrosión, de manera que los componentes metálicos pueden hacerse más delgados porque no se tienen que tener en cuenta los posibles daños por corrosión. La invención también se refiere a una serie de dispositivos de manera que se colocan en las olas a una distancia entre sí vistos en la dirección de las olas y repartidos en una distancia tal que al menos un dispositivo está siempre en una zona con oleaje.
Con la intención de mostrar mejor las características de la invención, una modalidad preferida de un dispositivo para generar energía hidroeléctrica de acuerdo con la invención se describe a continuación a manera de ejemplo, sin ninguna naturaleza limitativa, con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
la Figura 1 muestra esquemáticamente una modalidad preferida de un dispositivo de acuerdo con la invención para generar energía hidroeléctrica de manera que el dispositivo se monta en un medio expansivo;
la Figura 2A 2 muestra una sección transversal de acuerdo con la línea II-II de la Figura 1;
la Figura 2B muestra una sección transversal como la de la Figura 2A, pero para una modalidad alternativa de acuerdo con la invención;
la Figura 3 muestra una sección transversal de acuerdo con la línea III-III en la Figura 2A;
la Figura 4 muestra la sección transversal de la figura 2A durante la operación en un medio expansivo con ondas que vienen de la izquierda; y
la Figura 5 muestra una figura análoga a la de la Figura 4 pero con ondas que vienen de la derecha.
La Figura 1 muestra un dispositivo 1 de acuerdo con la invención que ha sido colocado de forma flotante sobre una masa de agua 2 con oleaje, por ejemplo sobre un mar. El dispositivo 1 flota sobre el agua y se ancla a la parte inferior de la masa de agua por medio de un ancla 3 para permanecer en su lugar y no alejarse flotando.
El ancla 3 es de manera que el dispositivo 1 todavía puede rodar libremente alrededor de un eje de rodadura X-X' que es perpendicular a la dirección de movimiento LR de las olas 4.
El dispositivo 1 consta de una carcasa cerrada flotante 5 con dos compartimentos separados 6 y 7 en el mismo a cada lado del eje de rodadura X-X' localizado entre dichos compartimentos 6 y 7,
Los compartimentos 6 y 7 se rellenan parcialmente hasta un cierto nivel 8, respectivamente 9, con un fluido 10 y se conectan entre sí como embarcaciones que se comunican a través de un pasaje.
El fluido es agua destilada, por ejemplo.
Los compartimentos 6 y 7 se proporcionan con agujeros de ventilación 12.
En la carcasa 5 entre los compartimentos 6 y 7 se proporciona un cajón 13 en forma de reloj con una parte inferior abierta 14 que se abre hacia dicho pasaje 11.
El cajón 13 se rellena con aire o con otro gas que por medio de un compresor 15 u otro medio se mantiene bajo presión, de manera que el nivel 16 del fluido 10 en el cajón 13 se mantiene lo más bajo posible por debajo de los niveles 8 y 9 y preferentemente constante. Para ello es necesaria una presión igual a la presión de una columna de fluido con altura ss que, en la posición de la Figura 2A, es igual a la diferencia de nivel entre el nivel 9 del fluido 10 en los compartimentos y el nivel deseado 16 en el cajón 13. El cajón 13 se sella herméticamente en la parte superior, pero se proporciona con una trampilla de acceso 17 para proporcionar acceso del personal de mantenimiento que puede descender al interior de la carcasa 5 a través de una escalera 19 a través de una segunda trampilla de acceso 18.
Una turbina de agua en forma de impulsor 20 se localiza en el cajón 13 que se monta de manera giratoria alrededor de un eje 21 que se extiende perpendicular a la dirección del pasaje 11, de manera que el impulsor 20 se monta parcialmente en el espacio relleno de aire del cajón 13 y con sus aspas inferiores 20' en el fluido del pasaje 11.
En este caso, las aspas 20' son aspas radiales que se extienden paralelas con el eje 21.
Preferentemente, el eje 21 se localiza a cierta altura sobre el nivel. El impulsor 20 se diseña de tal manera que se extiende en parte en el fluido en el pasaje 11 y en parte en el aire en el cajón 13, de manera que al menos una de dichas aspas 14 se extiende de forma continua al menos parcialmente en el agua.
El dispositivo también puede contener más de un impulsor 20 como en el ejemplo de la Figura 3 en el que varios impulsores 20 se instalan uno al lado del otro y/o detrás del otro.
En la disposición de la Figura 3 hay un pasaje separado 12 para cada impulsor 20 para canalizar el fluido entre los compartimientos 6 y 7. Los ejes 13 de los diferentes impulsores 20 están en extensión entre sí, aunque eso no es necesario.
El dispositivo 1 se proporciona además con uno o más generadores 22 que pueden ser accionados por uno o más impulsores 20 a través de una cadena de accionamiento 23 u otro accionamiento que puede contener una transmisión 24 que puede diseñarse de manera que, por ejemplo, el eje de accionamiento acciona los generadores 22 más rápido que los respectivos impulsores 20.
Preferentemente, los generadores 22 y las transmisiones, así como también el compresor 15, se localizan en una sección seca 25 del espacio interno de la carcasa 5.
Preferentemente, la carcasa 5 tiene forma de barra con una parte más ancha en la parte inferior en forma de alas 26, como se muestra en las figuras. Dicha forma es ventajosa para la estabilidad y para absorber el movimiento de las olas de la masa de agua 2 y convertirlo en un movimiento del fluido 10 en la carcasa 5 como se explicará a continuación en base a las Figuras 4 y 5 entre las embarcaciones que se comunican o los compartimentos 6 y 7.
La Figura 4 muestra una sección transversal de acuerdo con la línea II-II de la Figura 1 de manera que el dispositivo I se monta en un medio expansivo 2 con ondas 4 que se desplazan hacia la derecha en la figura como indica la flecha R, con un oleaje que preferentemente se orienta perpendicularmente a la dirección longitudinal X-X' de la carcasa 4.
Cuando el dispositivo se monta en las olas 4, el oleaje hará rodar la carcasa 5 alrededor de su eje longitudinal X-X', de manera que el oleaje se transfiere al fluido 10 en la carcasa 5 e inicialmente el nivel de agua 8 en el compartimento izquierdo es superior al nivel del agua 9 en el espacio del compartimento derecho 10'.
Por efecto de las embarcaciones que se comunican el agua del compartimento izquierdo 6 fluye a través del pasaje I I al compartimento derecho 7 en la dirección de las flechas C en la Figura 4, de manera que el impulsor 9 comenzará a girar en dicha dirección y en consecuencia el generador 7 es accionado en la dirección de giro D para generar electricidad.
Los agujeros de ventilación 12 impiden que en el compartimento izquierdo 6 el aire pueda comprimirse y crear un vacío en el compartimento derecho, lo que contrarrestaría el movimiento del fluido entre las embarcaciones que se comunican.
Cuando haya pasado una ola 4, el dispositivo 1 rodará en la otra dirección como se muestra en la Figura 5, de manera que el nivel 3 ahora será más bajo que el nivel 9 y el agua fluirá hacia atrás en la dirección de las flechas C' en Figura 5, de manera que el impulsor 20 será accionado en la otra dirección.
Preferentemente, en la transmisión 24 se proporciona una rueda libre que cuando los fluidos fluyen hacia atrás en la dirección C' puede girar libremente el impulsor 20 sin que el generador 22 sea accionado, todo ello para garantizar que el impulsor 20 en dicha situación no constituya un obstáculo para el flujo de retorno del fluido y el generador 22 es accionado en solamente una única dirección D, ya sea con intervalos de la sucesión de las ondas.
La sucesión de las ondas hace que durante ciertos periodos el impulsor 20 sea accionado en una dirección de giro alrededor de su eje 21 y en otros periodos en la dirección de giro inverso y el grupo generador 7 solamente generará electricidad en uno de los dos periodos.
Para ser capaz de generar electricidad de forma continua, el dispositivo 1 puede concebirse de manera que cuando la rueda libre de un impulsor 20 funcione en una dirección, la rueda libre de otro impulsor 20 funcione en la otra dirección, de manera que un generador 22 de ambos impulsores 20 suministra electricidad durante un periodo, mientras que en el siguiente periodo en el que dicho generador 22 no suministra electricidad es el otro generador 22 el que sí suministra electricidad en este periodo. Por tanto, los picos de corriente se suavizan.
El uso de baterías para almacenar la electricidad también puede ayudar a suavizar aún más la corriente.
Otra forma, en lugar de usar ruedas libres, es conmutar la transmisión 24 de manera que el eje de entrada de la transmisión 24 sea accionado en cualquier dirección, mientras que el eje de salida siempre sea accionado en la misma dirección D.
Preferentemente, el ancho de las aspas 20' es ligeramente menor que el ancho del pasaje 11, de manera que solamente hay un pequeño juego lateral entre las aspas 20' y el pasaje 11 y, en consecuencia, las aspas procesan todo el flujo a través del pasaje 11. De manera análoga, preferentemente hay poco juego entre el contorno exterior del impulsor 20 y la parte inferior 27 del pasaje para permitir que se escape el menor flujo de fluido sin utilizar junto a y debajo del impulsor 9 y, por tanto, se utiliza al máximo la presión del flujo hidráulico del agua para accionar el impulsor 9,
La energía generada por uno o varios dispositivos 1 puede, por ejemplo, transmitirse a través de un cable a un inversor en el muelle. Esto puede realizarse al conectar adecuadamente uno o varios grupos generadores entre sí.
La presente invención no se limita de ninguna manera a las modalidades descritas como un ejemplo y mostradas en los dibujos, sino que un dispositivo y un método de acuerdo con la invención, como se define en las reivindicaciones, pueden realizarse en todo tipo de variantes sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para generar energía hidroeléctrica, mediante el uso de las olas (4) o el oleaje de una masa de agua (2), dicho dispositivo (1) que contiene un impulsor (20) que es giratorio alrededor de un eje (21) y al menos un generador eléctrico (22), cuyo eje de accionamiento se acopla al menos en una dirección de giro a manera de transmisión de torque al eje (21) del impulsor (20), de manera que el dispositivo (1) se proporciona con una carcasa flotante (5) que contiene dos compartimentos (6 y 7) que se rellenan parcialmente con fluido y que a través de un pasaje (11) se conectan de manera fluida entre sí, de manera que el dispositivo (1) contiene además un cajón relleno de aire o gas (13), que tiene una parte inferior abierta (14) y se abre hacia dicho pasaje (11), de manera que en dicho cajón (13) el impulsor (20) se monta de manera giratoria alrededor de un eje (21) que se extiende perpendicular a la dirección del pasaje (11) y de manera que el impulsor (20) se monta parcialmente en el espacio relleno de aire o gas del cajón (13) y parcialmente en el fluido (10) en el pasaje (12), caracterizado porque el aire o el gas en el cajón (13) está bajo presión debido a un compresor.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el nivel del fluido (10) en el pasaje (11) se mantiene constante.
3. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los compartimentos se proporcionan con un agujero de ventilación (12).
4. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa (5) se sella herméticamente con la posible excepción de los agujeros de ventilación (12) de los compartimentos (6 y 7).
5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) se ancla para impedir que flote, de tal manera que el dispositivo todavía pueda rodar libremente en el oleaje (4) alrededor de un eje de rodadura (X-X') perpendicular a la dirección de movimiento de las ondas (4).
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el eje de rodadura (X-X') se localiza entre los compartimentos (6 y 7).
7. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje (21) del impulsor (20) es perpendicular a la dirección de pasaje del pasaje (11).
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el eje (21) del impulsor (20) se localiza por encima del nivel de la parte inferior abierta (14) del cajón (13), preferentemente por encima del nivel (16) del fluido (10) en el cajón (13).
9. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el impulsor (20) se proporciona con una serie de aspas (20') de las cuales al menos uno se extiende parcialmente de forma continua en el fluido (10) en el pasaje (11) durante la operación.
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque las aspas (20') del impulsor (20) son perpendiculares a la dirección de pasaje del pasaje (11).
11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque las aspas (20') son aspas planas que se montan radialmente sobre el eje (21) del impulsor (20).
12. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa (5), vista en sección transversal perpendicular al eje (21) del impulsor, es más ancha en la parte inferior que en la superior.
13. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador (22) se localiza en una sección seca (25) en el espacio interior de la carcasa (5).
14. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una carcasa (5) se proporcionan varios impulsores (20), de manera que los impulsores (20) son paralelos entre sí con sus ejes (21) y con relación a la dirección de las ondas (4) se colocan una detrás o una al lado de la otra.
15. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje de accionamiento de al menos un generador (22) gira con el eje (21) del impulsor (20) en un primera dirección de giro y puede girar libremente en la segunda dirección de giro y que el eje de accionamiento de al menos un generador (22) que puede girar libremente en la primera dirección de giro gira con el eje (20') del impulsor (20) en la segunda dirección de giro.
16. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador (22) contiene una rueda libre que permite un giro libre en una dirección y forma un acoplamiento no giratorio en la otra dirección de giro.
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