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ES2755781T3 - Aparato que utiliza fuerzas de flotabilidad y método para usar el mismo - Google Patents

Aparato que utiliza fuerzas de flotabilidad y método para usar el mismo Download PDF

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ES2755781T3
ES2755781T3 ES11840178T ES11840178T ES2755781T3 ES 2755781 T3 ES2755781 T3 ES 2755781T3 ES 11840178 T ES11840178 T ES 11840178T ES 11840178 T ES11840178 T ES 11840178T ES 2755781 T3 ES2755781 T3 ES 2755781T3
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wall
annular
annular wall
hydraulic
tank
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ES11840178T
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Wayne S Travis
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Abstract

Un aparato (100) que comprende: un tanque (104) exterior que tiene una parte superior abierta, una pared (118) de tanque y una parte (116) inferior cerrada; una pared (120) anular exterior que se extiende hasta una primera altura desde la parte (114) inferior, la pared (120) anular exterior dispuesta separada de la pared (118) de tanque de tal manera que se define un primer espacio (124) anular entre la pared (120) anular exterior y la pared (118) de tanque, y se define un segundo espacio (126) anular entre la pared (122) anular exterior y la pared (122) anular interior; la pared (122) anular interior que se extiende hasta una segunda altura desde la parte (116) inferior, y un espacio (128) cilíndrico definido en el interior de la pared (122) anular interior; un conducto (130) de aire cilíndrico que se extiende hasta una tercera altura a través de la parte (116) inferior y dentro del espacio (128) cilíndrico; una cápsula (106) dispuesta al menos parcialmente dentro del espacio (128) cilíndrico, la cápsula (106) que comprende una parte (134) superior cerrada, una pared (138), y una parte (136) inferior que define una cámara (142) llena de gas cerrada que tiene un rebaje (146) cilíndrico que recibe al conducto (130) de aire en el mismo, la pared (138) que se extiende pasada la parte (136) inferior para definir una cámara (140) de desplazamiento abierta, la pared (138) separada de la pared (122) anular interior mediante un primer hueco (139) anular; y un elevador (108) interior al menos parcialmente dispuesto en el segundo espacio (126) anular, el elevador (108) interior que tiene una parte (152) superior cerrada que tiene superficies superior e inferior, una pared (154), y una parte (150) inferior abierta, la superficie inferior del elevador (108) interior que descansa en la pared (122) anular interior, la pared (154) separada de la pared (122) anular interior mediante un segundo hueco (160) anular, y separada de la pared (120) anular exterior mediante un tercer hueco (158) anular; un elevador (110) exterior dispuesto al menos parcialmente en el primer espacio (124) anular y que tiene una parte (174) superior cerrada, una pared (170), y una parte (172) inferior abierta, la parte (174) superior cerrada que descansa en la pared (120) anular exterior y contra el elevador (108) interior, la pared (170) separada de la pared (120) anular exterior mediante un cuarto hueco (186) anular, y separada de la pared (104) de tanque mediante un quinto hueco (184) anular, en donde el tanque (104) exterior está lleno al menos parcialmente con un líquido (114), y en donde el primer hueco (139) anular, el tercer hueco (158) anular, y el quinto hueco (184) anular están sustancialmente llenos del líquido (114), y la cámara (140) de desplazamiento, el segundo hueco (160) anular, y el cuarto hueco (186) anular están sustancialmente libres de líquido (114), de tal manera que la cápsula (106), el elevador (108) interior, y el elevador (110) exterior están flotando de forma positiva y son capaces de desplazarse hacia arriba con respecto al tanque (104) exterior.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato que utiliza fuerzas de flotabilidad y método para usar el mismo
Antecedentes de los conceptos inventivos
1. Campo de la invención
Los conceptos inventivos divulgados en el presente documento en general se refieren a un aparato para utilizar fuerzas de flotabilidad y a un método de uso del mismo. De forma más particular, pero no a modo de limitación, los conceptos inventivos divulgados en el presente documento se refieren a un aparato para utilizar fuerzas de flotabilidad multiplicando la elevación de varias columnas de líquido sobre varias superficies de un cuerpo sumergido, y un método de uso del mismo.
2. Breve descripción de la técnica relacionada
Las propiedades de flotabilidad han sido exploradas como una fuente de energía renovable o “verde” debido a la habilidad de utilizar fuerzas de flotabilidad en cuerpos existentes de agua sin generar una contaminación medioambiental adicional y gases de efecto invernadero.
Dispositivos de flotabilidad de la técnica anterior existentes típicamente dependen de utilizar la energía de flotabilidad de las olas, o aguas en movimiento, y como tales tienen aplicaciones limitadas, ya que deben ser instalados en ciertas ubicaciones donde las olas o las aguas en movimiento estén disponibles con el fin de funcionar. Además, dichos dispositivos de la técnica anterior no producen un nivel consistente de energía, ya que la salida de energía de dichos dispositivos de la técnica anterior está sometida a fluctuaciones en las olas, mareas, y variaciones del nivel de agua estacionales.
Otro problema con dispositivos de flotabilidad que existen actualmente es que a menudo son aparatos complicados con múltiples componentes, que requieren un mantenimiento y reemplazo frecuente, y son caros de implementar y de operar. Además dichos dispositivos complicados a menudo sufren de una baja eficiencia y no son en general fiables debido a sus diseños demasiado complicados.
Por lo tanto, existe una necesidad de un aparato que pueda ser instalado en cualquier lugar y que sea capaz de capturar fuerzas de flotabilidad para producir energía de forma consistente. Es a dicho aparato, y a un método para usar el mismo, al que están dirigidos los presentes conceptos inventivos. El documento US2008/264056 divulga un aparato de energía cinética de flotabilidad hidráulico que incluye un tanque de agua lleno con agua y una campana de almacenamiento de aire hundida en el agua. Dos boyas están conectadas de forma móvil a los pilares deslizantes y una cadena está conectada a las dos boyas a través de dos ruedas de cadena, dos conjuntos de poleas de correa y dos engranajes engranados. Uno de los dos engranajes acciona una tercera rueda de cadena para accionar un árbol de salida de un conjunto generador eléctrico. Un cilindro de almacenamiento de aire está conectado con el tanque de agua y el aire en el cilindro de almacenamiento puede ser empujado dentro del tanque de agua para vaciar alternativamente las dos boyas, que se mueven de forma alternativa arriba y abajo para accionar la cadena entre las boyas y para activar el conjunto generador eléctrico.
Breve descripción de los dibujos
Referencias numéricas similares en las figuras representan y se refieren a un elemento o función igual o similar. Implementaciones de la divulgación se pueden entender mejor cuando se tiene en consideración la siguiente descripción detallada de las mismas. Dicha descripción hace referencia a las ilustraciones pictóricas, esquemáticas, gráficos, dibujos y apéndices adjuntos. En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática de un aparato construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 2 es una vista en sección trasversal de una unidad del aparato mostrado en la figura 1.
La figura 3A es una vista en sección trasversal de un tanque exterior de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 3B es una vista en planta superior del tanque exterior mostrado en la figura 3A.
La figura 4A es una vista en sección trasversal de una cápsula construida con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 4B es una vista en planta inferior de la cápsula mostrada en la figura 4A.
La figura 4C es una vista en planta superior de la cápsula mostrada en la figura 4A.
La figura 5A es una vista en sección trasversal de una cápsula y una pared anular interior de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento mostradas en un estado totalmente sumergido.
La figura 5B es una vista en sección trasversal de la cápsula y la pared anular mostradas en la figura 5A en un estado precargado.
La figura 5C es una vista en sección trasversal de la cápsula y la pared anular mostradas en la figura 5A en un estado totalmente extendido.
La figura 6 es una vista en sección trasversal de un elevador interior construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento mostrado sumergido en un tanque exterior.
La figura 7 es una vista en sección trasversal de un modo de realización de un elevador exterior mostrado sumergido en un tanque exterior de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 8A es una vista en sección trasversal del extensor de cabezal mostrado en la figura 7.
La figura 8B es una vista en planta superior del extensor de cabezal mostrado en la figura 8A.
La figura 9A es una vista lateral de un modo de realización de un elevador exterior construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 9B es una vista en planta superior del elevador exterior mostrado en la figura 9A.
La figura 9C es una vista en sección trasversal de un extensor de cabezal del elevador exterior mostrado en la figura 9A.
La figura 10A es una vista en sección trasversal de la porción inferior del elevador exterior de la figura 9A.
La figura 10B es una vista en planta inferior de la porción inferior del elevador exterior mostrado en la figura 10A. La figura 10C es una vista en planta superior de la porción inferior del elevador exterior mostrado en la figura 10A. La figura 11 es una vista esquemática de un sistema de captura hidráulico de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 12 es una vista en perspectiva de un modo de realización de un intercambiador de masa de aire diferencial de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 13 es una vista delantera de un modo de realización de un intercambiador de masa de aire diferencial de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 14 es una vista en sección trasversal de un aparato construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento mostrado en un estado totalmente sumergido.
La figura 15 es una vista en sección trasversal del aparato mostrado en la figura 14 en un estado precargado.
La figura 16 es una vista en sección trasversal del aparato mostrado en la figura 14 en un punto medio entre un estado sumergido y un estado extendido.
La figura 17 es una vista en sección trasversal del aparato mostrado en la figura 14 en el punto medio entre un estado sumergido y un estado extendido, con la expansión de aire no mostrada por claridad.
La figura 18 es una vista en sección trasversal del aparato mostrado en la figura 14 en un estado totalmente extendido. La figura 19 es una vista en sección trasversal de un modo de realización de ejemplo de un aparato construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La figura 20 es una vista en alzado de un modo de realización ejemplo de un intercambiador de masa de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
Descripción detallada de modos de realización de ejemplo
Antes de explicar al menos un modo de realización de los conceptos inventivos divulgados en el presente documento en detalle, se ha de entender que los conceptos inventivos no están limitados en sus aplicaciones a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes o etapas o metodologías establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. Los conceptos inventivos divulgados en el presente documento son capaces de otro modo de realización o de ser llevados a la práctica o llevados a cabo de varias maneras. También, se ha de entender que la fraseología y terminología empleadas en el presente documento tienen el propósito de descripción únicamente y no deberían considerarse como limitativas de los conceptos inventivos divulgados y reivindicados en el presente documento de ninguna manera, a menos que se indique de forma expresa lo contrario.
En la siguiente descripción detallada de modos de realización de los conceptos inventivos, se establecen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión más exhaustiva de los conceptos inventivos. Sin embargo, será evidente a un experto en la técnica que los conceptos inventivos dentro de la divulgación se pueden llevar a la práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito características bien conocidas en detalle para evitar una complicación innecesaria de la presente divulgación.
Tal y como se utiliza en el presente documento la notación “a-n” adjunta a un número de referencia está destinada a ser meramente una abreviatura conveniente para referirse a uno, a más de uno, y hasta el infinito, de los elementos o características identificados por las respectivas referencias numéricas (por ejemplo, 100a-n). De forma similar, una letra que sigue a un número de referencia está destinada a hacer referencia a un modo de realización de la característica o elemento que puede ser similar, pero no necesariamente idéntico, a un elemento o característica previamente descrita que portan la misma referencia numérica (por ejemplo, 100, 100a, 100b, etc.). Dichas notaciones de abreviatura son utilizadas con propósitos de claridad y conveniencia únicamente, y no deberían considerarse que limitan los presentes conceptos inventivos de ninguna manera, a menos que se indique de forma expresa lo contrario.
Además, a menos que se indique de forma expresa lo contrario, “o” se refiere a un o inclusivo y no a un o exclusivo. Por ejemplo, una condición A o B es satisfecha por cualquiera de las siguientes: A es cierto (o presente) y B es falso (o no presente), A es falso (o no presente) y B es cierto (o presente), y tanto A como B son ciertos (o presentes).
Adicionalmente, el uso de “un” o “uno, una” se emplea para describir elementos y componentes de los modos de realización en el presente documento. Esto se hace meramente por conveniencia y para dar un sentido general de los conceptos inventivos. Esta descripción debería leerse para incluir uno o al menos uno y el singular también incluye el plural a menos que sea obvio que se trata de lo contrario.
Finalmente, tal y como se utiliza en el presente documento cualquier referencia a “un modo de realización” o “un modo de realización” significa que un elemento, función, estructura o característica particulares descritos en conexión con el modo de realización se incluye el al menos un modo de realización. Las apariciones de la frase “en un modo de realización” en varios lugares en la memoria descriptiva no se refieren todas ellas necesariamente al mismo modo de realización.
Con referencia ahora la figura 1, se muestra un modo de realización de ejemplo de un aparato 100 de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento. El aparato 100 comprende dos unidades 101a 101b conectadas mediante un intercambiador 102 de masa de aire diferencial. Cada unidad 101 incluye un tanque 104 exterior, una cápsula 106, un elevador 108 interior, y un elevador 110 exterior conectado a un sistema 112 de captura hidráulica. El tanque 104 exterior está al menos parcialmente lleno con un líquido 114, tal y como se describirá en el presente documento posteriormente.
Las dos unidades 101a y 101b son sustancialmente idénticas en estructura y función. Por lo tanto, sólo la unidad 101 se describirá en detalle en el presente documento.
Con referencia ahora a las figuras 2-3B, el tanque 104 exterior puede ser cualquier tanque 104 exterior capaz de contener un líquido 114, tal como agua u otro líquido 114 adecuado. El tanque 104 exterior puede ser de cualquier tamaño y forma adecuados, pero se muestra sustancialmente cilíndrico en su forma, y tiene un extremo abierto, una parte 116 inferior horizontal sustancialmente plana, y una pared 118 de tanque cilíndrica que se extiende sustancialmente de forma vertical. En algunos modos de realización, la pared 118 de tanque puede comprender más de una porción, tal como una primera porción 118a de pared de tanque y una segunda porción 118b de pared de tanque, por ejemplo. El tanque 104 exterior está hecho de acero u otro material no corrosivo de una resistencia y durabilidad suficientes, por ejemplo. El tanque 104 exterior puede incluir una tapadera (no mostrada) para proteger la unidad 101 y el líquido 114 en el interior del tanque 104 exterior de los elementos. La tapadera se puede bloquear para evitar un acceso no autorizado al interior del tanque 104 exterior. Adicionalmente, el tanque 104 exterior puede comprender un aislamiento, medios de calentamiento y/o enfriamiento, una válvula de drenaje, y una válvula de llenado, por ejemplo.
El tanque 104 exterior puede ser estacionario, o montado en una plataforma móvil (no mostrada) tal como un vehículo terrestre, un vehículo acuático, un vehículo aéreo, por ejemplo. El líquido 114 contenido en el interior del tanque 104 exterior puede ser cualquier líquido 114, tal como agua de grifo, agua destilada, aguamarina, agua de lago, aceite mineral, aceite de motor, y combinaciones de los mismos y puede comprender cualquier número de aditivos químicos tales como sales y/o tampones de PH, dependiendo de variables medioambientales en la ubicación del tanque 104 exterior, y del material de elección para el tanque 104 exterior y del aparato 100. En un ejemplo no limitativo, el líquido 114 utilizado en un tanque 104 exterior que se enfrenta a temperaturas extremadamente bajas puede comprender etilenglicol, agua y etilenglicol en diversas proporciones, o cualquier otro agente anticongelante, con el fin de proteger el líquido 114 de la congelación. Adicionalmente, el líquido 114 en el interior del tanque 104 exterior puede ser tratado con agentes antibacterianos y/u otros agentes químicos o biológicos para evitar el crecimiento de organismos no deseados, por ejemplo.
Se ha de entender que los dos tanques 104a y 104b exteriores que albergan las dos unidades 101a y 101b pueden tener diferentes formas y tamaños, pueden estar hechos de diferente material, y pueden contener líquidos diferentes, por ejemplo. Los dos tanques 104a y 104b exteriores pueden, o puede que no, estén en comunicación fluida entre sí.
El tanque 104 exterior tiene al menos dos paredes anulares cilíndricas que se extienden sustancialmente de forma vertical desde la parte inferior 116 del mismo, una pared 120 anular exterior y una pared 122 anular interior. La pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior se extienden sustancialmente de forma perpendicular desde la parte 116 inferior del tanque 104 exterior, y son sustancialmente paralelas entre sí. Tal y como se utiliza en el presente documento, el término “sustancialmente” está destinado a incluir algunas ligeras desviaciones, tal como debido a tolerancias de fabricación, alabeos, deterioro, pandeo debido a la presión y combinaciones de los mismos, por ejemplo.
La pared 120 anular exterior se extiende desde la parte 116 inferior hasta una primera altura, y la pared 122 anular interior se extiende desde la parte 116 inferior hasta una segunda altura. La primera altura es menor que la altura del tanque 104 exterior, con el fin de que el líquido 114 se mueva libremente por encima de la parte superior de la pared 120 anular exterior. La segunda altura puede ser menor que la primera altura, y es menor que la altura del tanque 104 exterior con el fin de que el líquido 114 fluya libremente por encima de la parte superior de la pared 122 anular interior. En algunos modos de realización de ejemplo, la primera altura de la pared 120 anular exterior y la segunda altura de la pared 122 anular interior pueden ser iguales o sustancialmente iguales entre sí, mientras que en otros modos de realización, la segunda altura puede ser mayor que la primera altura. La pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior están separadas por una distancia, tal como una distancia de aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada), y cooperan con la pared 118 de tanque para definir dos espacios anulares concéntricos sustancialmente cilíndricos, un primer espacio 124 anular entre la pared 120 anular exterior y la pared 118 de tanque, y un segundo espacio 126 anular entre la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior. La pared 122 anular interior además coopera con la parte 116 inferior para definir un espacio 128 cilíndrico en el interior de la pared 122 anular interior. Se ha de entender, sin embargo, que la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior pueden estar separadas una distancia mayor a 2,54 cm (1 pulgada), o menor a 2,54 cm (1 pulgada), y se puede definir cualquier otra forma concéntrica adecuada, tal y como se entenderá por un experto medio en la técnica a la vista de la presente divulgación.
El tanque 104 exterior está provisto de un conducto 130 de aire que se extiende sustancialmente de forma vertical a través de un centro de la parte 116 inferior del mismo. El conducto 130 de aire es sustancialmente cilíndrico en su forma e incluye una válvula 132, u otros medios para cerrar y abrir de forma selectiva el conducto 130 de aire para permitir el paso de aire y/o de líquido 114 a través del conducto 130 de aire. El conducto 130 de aire se extiende sustancialmente paralelo a la pared 122 anular interior y está dispuesto dentro del espacio 128 cilíndrico definido por la pared 122 anular interior. El conducto 130 de aire se extiende hasta una altura al menos igual a la altura de la pared 122 anular interior, pero se ha de entender que el conducto 130 de aire puede extenderse a varias alturas; incluyendo alturas más altas o más bajas que la altura de la pared 122 anular interior, por ejemplo. La válvula 132 puede ser cualquier válvula 132 convencional, tal como una válvula de bola, una válvula de retención, una válvula manual, y combinaciones de las mismas, por ejemplo. El conducto de aire puede además comprender una válvula 148 de acceso, que puede ser utilizada para extraer aire o inyectar aire en el conducto 130 de aire.
La pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, y el conducto 130 de aire pueden estar hechos de cualquier material adecuado, o pueden estar hechos del mismo material que el tanque 104 exterior. La pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, y el conducto 130 de aire, pueden estar fijados a la parte 116 inferior del tanque 104 exterior mediante cualquier medio adecuado, tal como soldaduras, pernos, remaches, o adhesivos y combinaciones de los mismos, por ejemplo. Adicionalmente, la pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, el conducto 130 de aire, y el tanque 104 exterior pueden estar formados como un cuerpo unitario mediante métodos conocidos en la técnica. Se ha de entender que cualquier número de paredes anulares y conductos de aire con alturas variables se pueden utilizar con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento, tal como uno, tres, cuatro, cinco, seis, o más, por ejemplo.
Con referencia ahora a las figuras 4A-5C, la cápsula 106 es sustancialmente cilíndrica en su forma, tiene un extremo 134 superior cerrado, un extremo 136 inferior cerrado, y una pared 138 cilíndrica que se extiende al menos parcialmente por debajo del extremo 136 inferior cerrado para definir una cámara 140 de desplazamiento sustancialmente cilíndrica. El extremo 134 superior cerrado, el extremo 136 inferior cerrado, y la pared 138 sustancialmente cilíndrica de la cápsula 106 cooperan para definir una cámara 142 cerrada, cuya cámara 142 cerrada es llenada de un gas, y sellada y presurizada, con el fin de evitar que la cámara 142 cerrada se colapse debido a la presión externa del líquido 114. La cámara 142 cerrada define un rebaje 146 cilíndrico adaptado para recibir el conducto 130 de aire en la misma tal y como se describirá posteriormente.
La cápsula 106 está adaptada para estar dispuesta en el interior del espacio 128 cilíndrico definido por la pared 122 anular interna. La cápsula 106 está adaptada para ser descendida o sumergida dentro del tanque 104 exterior de tal manera que la cápsula 106 está al menos parcialmente dispuesta en el interior del espacio 128 cilíndrico definido por la pared 122 anular interior, y es móvil en una dirección sustancialmente vertical con respecto a la pared 122 anular interior y al tanque 104 exterior. La pared 138 está separada de la pared 122 anular interior mediante un primer hueco 139 anular. El segundo extremo 134 cerrado puede tener opcionalmente almohadillas 135 de amortiguación (figura 14), que actúan para amortiguar un impacto y para distribuir las tensiones cuando la cápsula 106 entra en contacto con el elevador 108 interno tal y como se describirá en el presente documento posteriormente. Las almohadillas 135 de amortiguación pueden estar fijadas a la cápsula 106, o puede que no estén fijadas, dependiendo de las necesidades.
El tamaño de la cápsula 106 puede variar dependiendo de las necesidades de producción de los aparatos 100. El volumen o aire inyectado en la cápsula 106 y la integridad estructural de la cápsula 106 se hacen coincidir con los parámetros de seguridad de la presión involucrada con cada aparato 100. La cápsula 106 está internamente presurizada para neutralizar la posibilidad de implosión es, tal como inyectando un fluido presurizado dentro de la cámara 142 cerrada a través de una válvula 144, por ejemplo. Un volumen de gas presurizado puede ser sellado dentro de la cámara 142 cerrada mediante una tapa (no mostrada) soldada en la parte superior de la cápsula 106, y sellada como una tapa en la parte inferior, pero por encima de la pared de la cámara 140 de desplazamiento. La longitud de la cámara 140 de desplazamiento variará dependiendo del ciclo de trabajo planeado de la cápsula 106. La longitud de la cámara 140 de desplazamiento está directamente relacionada con el volumen y la longitud de carrera.
La cápsula 106 puede estar hecha de cualquier material adecuado que tenga la resistencia estructural y el peso deseados tal como acero inoxidable, policarbonato, plástico, fibra de vidrio, resina epoxi, y aluminio, por ejemplo.
La función de la cápsula 106 es: (a) proporcionar elevación; (b) seguir al elevador 108 interior en su desplazamiento ascendente; (c) llenar el hueco de aire superior entre la cápsula 106 y el elevador 108 interior; (d) soportar la función de precarga; (e) mantener la precarga durante la carrera del aparato; (f) eliminar la necesidad de un aire de hueco adicional durante el ciclo; (g) servir como una cámara abierta donde el aire comprimido puede reemplazar al líquido 114; (h) servir como una cámara donde el líquido 114 comprimido puede reemplazar al aire; (i), las dimensiones específicas de la cápsula 106 se determinan para la longitud de carrera y la configuración del elevador 108 interior. La función más notable de la cápsula 106 es añadir elevación y mantener el hueco de pared anular y el cabezal de pared anular dentro de la unidad 101.
Se ha de entender que la cámara 140 de desplazamiento puede estar ubicada opcionalmente en el exterior de la unidad 101, o incluso por debajo de la unidad 101, o de forma alternativa, se pueden utilizar dos cámaras 140 de desplazamiento, siempre y cuando el nivel del líquido 114 en el tanque 104b exterior esté a la misma altura que el nivel de líquido 114 en el tanque 104a interior. De forma alternativa, la cámara 140 de desplazamiento puede estar instalada no fijada a la cápsula 106, y puede estar fijada o soldada (con aberturas al nivel del suelo) a un suelo inferior (no mostrado) además de al tanque 104 exterior, o bajo el tanque 104 exterior. Ambas disposiciones pueden funcionar con un aparato 100 construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento.
La cámara 140 de desplazamiento fijada al suelo puede ser utilizada en un aparato 100 de dos fases (que tiene dos unidades 101), y ambas disposiciones se podrían utilizar de forma simultánea en un aparato 100 de cuatro fases para un ciclo 101 de cada unidad en dos fases y doblar la longitud de carrera. El coste de la carrera con la cámara 140 de desplazamiento fijada a la cápsula 106 es la pérdida de aproximadamente tres pies de presión diferencial. El coste de la carrera con la cámara 140 de desplazamiento fijada al suelo es menos de aproximadamente la mitad de eso, o aproximadamente un pie y medio de presión diferencial. Los costes iniciales se pueden reducir adicionalmente teniendo una cámara 140 de desplazamiento más ancha, más corta por debajo del tanque 104 exterior (y se puede reducir la pérdida de presión diferencial que es el coste de la operación).
La cámara 142 cerrada de la cápsula define el rebaje 146 cilíndrico en la misma, dentro de cuyo rebaje 146 cilíndrico se dispone al menos parcialmente el conducto 130 de aire. El conducto 130 de aire sirve como el acceso primario a la cámara 140 de desplazamiento, y funciona para llenar y evacuar aire de la cámara 140 de desplazamiento sin permitir al líquido 114 entrar en el conducto 130 de aire. El conducto 130 de aire puede estar dimensionado de tal manera que es más corto que la altura de la cápsula 106, con el fin de permitir que permanezca un hueco pequeño entre la parte superior del conducto 130 de aire y la parte superior del rebaje 146 cilíndrico cuando la cápsula 106 está totalmente descendida o sumergida dentro del tanque 104 exterior. El conducto 130 de aire puede además estar dimensionado de manera que se ajusta en el interior del rebaje 146 cilíndrico de la cámara 142 cerrada sin entrar en contacto con la cápsula 106. Se ha de entender que en algún modo de realización, el conducto 130 de aire puede entrar en contacto con la cápsula 106, de tal manera que la cápsula 106 puede descansar contra el conducto 130 de aire, por ejemplo. El conducto 130 de aire conecta de forma fluida con el intercambiador 102 de masa de aire diferencial, y tiene una válvula 132 de cierre principal y una válvula 148 de acceso (figura 14) para inyectar aire presurizado durante la precarga del aparato 100 tal y como se describirá posteriormente.
Con referencia a ahora a la figura 6, el elevador 108 interior es sustancialmente cilíndrico en su forma y tiene un extremo 150 inferior abierto, un extremo 152 superior cerrado, una pared 154 cilíndrica, y define un espacio 156 cilíndrico. El extremo 152 superior cerrado del elevador 108 interior puede ser de aquí en adelante referido como un área superficial del elevador. El elevador 108 interior está insertado dentro del tanque 104 exterior con un primer extremo 150 inferior abierto y su pared 154 cilíndrica está dimensionada para ajustarse al segundo espacio 126 anular entre la pared 122 anular interior y la pared 120 anular exterior, de tal manera que un hueco 158 anular separa la pared 120 anular exterior del elevador 108 interior, y un hueco 160 anularse para el elevador 108 interior de la pared 122 anular interior. El hueco 158 anular y el hueco 160 anular pueden ser al menos parcialmente llenados con líquido 114 y/o aire. El elevador 108 interior es sustancialmente paralelo a la pared 122 anular interior y a la pared 120 anular exterior, pero no entra en contacto con la pared 120 anular exterior ni con la pared 122 anular el interior, excepto que el elevador 108 interior pueda establecerse, o descansar, en la parte superior de la pared 122 anular interior cuando el elevador 108 interior está totalmente sumergido en el interior del tanque 104 exterior. El elevador 108 interior está dispuesto dentro del tanque 104 exterior de manera que el extremo 152 superior cerrado entra en contacto con el extremo 134 superior de la cápsula 106.
El elevador 108 interior es sustancialmente hueco y es al menos parcialmente llenado con líquido 114 y/o aire. El elevador 108 interior puede estar en comunicación gaseosa y/o líquida con el elevador 110 exterior a través de al menos una ventilación 162 de aire, por ejemplo, o mediante cualquier otro medio adecuado conocido en la técnica. El elevador 108 interior alberga a la cápsula 106.
El elevador 108 interior puede estar hecho de cualquier material adecuado que tenga una resistencia estructural y un peso deseados, tal como acero inoxidable, policarbonato, plástico, fibra de vidrio, resina epoxi, y aluminio, por ejemplo. El elevador 108 interior es móvil en una dirección sustancialmente vertical con respecto a la pared 120 anular exterior, a la pared 122 anular interior, y al tanque 104 exterior. Las columnas anulares de líquido 114 que separan el elevador 108 interior de la pared 120 anular exterior y de la pared 122 anular interior ejercen de forma cooperativa una fuerza en el elevador 108 interior para estabilizar su movimiento sustancialmente vertical. Cada lado de la pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, y el elevador 108 interior está presurizado mediante el aire o líquido 114 contra el mismo, la presión interna permanece ligeramente mayor que la presión externa, y el material se ha diseñado deseable mente para resistir el pandeo, la implosión y la explosión.
La función del elevador 108 interior es (a) aplicar elevación; (b) actuar como un extensor o multiplicador de cabezal; (c) actuar como un eliminador de cabezal; (d) convertir la presión diferencial en elevación; (e) trabajar en conjunción con la cápsula 106 y la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior para multiplicar el intercambio diferencial; (f) hundir la unidad 101; (g) hacer flotar la unidad 101.
Con referencia a ahora a las figuras 7-8B, se muestra un modo de realización de ejemplo del elevador 110 exterior que es sustancialmente cilíndrico en su forma. El elevador 110 exterior tiene una pared 170 cilíndrica, un extremo 172 inferior abierto, un extremo 174 superior cerrado, y define un espacio 176 cilíndrico inferior.
El extremo 174 superior cerrado del elevador 110 exterior tiene una superficie 178 superior y una superficie 180 inferior. La pared 170 se extiende fácilmente por encima del extremo 174 superior cerrado para definir un extensor 182 de cabezal.
El elevador 110 exteriores insertado en el tanque 104 exterior con su extremo 172 inferior abierto primero, y está dimensionado de tal manera que la pared 170 del elevador 110 exterior se dispone parcialmente en el primer espacio 124 anular entre la pared 120 anular exterior y la pared 118 de tanque. El diámetro del extremo 172 inferior abierto es mayor que el diámetro de la pared 120 anular exterior pero menor que el diámetro del tanque 104 exterior, de tal manera que un hueco 184 anularse para la pared 120 anular exterior de la pared 170 del elevador 110 exterior, cuando el elevador 110 exteriores insertado dentro del tanque 104 exterior. El hueco 184 anular puede ser llenado al menos parcialmente con líquido 114 y/o aire. Al mismo tiempo, un hueco 186 anular separa la pared 170 de la pared 118 de tanque. El hueco 86 anular puede ser llenado al menos parcialmente con líquido 114 y/o aire.
Con el fin de sumergir el elevador 110 exterior en el tanque 104 exterior, una ventilación 188 de aire es utilizada para extraer el aire del interior del extremo 174 superior cerrado del elevador 110 exterior a la Atmósfera. Esta ventilación 188 de aire se abre brevemente durante la fase inicial, y permanece cerrada durante la operación del aparato 100. La pared 170 del elevador 110 exterior está orientada paralela a la pared 120 anular exterior cuando el elevador 110 exteriores insertado en el tanque 104 exterior.
Cuando el elevador 110 exterior está totalmente sumergido en el tanque 104 exterior, la pared 170 del elevador 110 exterior se extiende por encima de la superficie del líquido 114 en el tanque 104 exterior para mantener al extensor 182 de cabezal sustancialmente libre de líquido 114 y para extender el cabezal que rodea al elevador 110 exterior.
La superficie 180 inferior del espacio 176 cilíndrico inferior se establece (o descansa) contra la parte superior de la pared 120 anular exterior cuando el elevador 110 exterior está totalmente sumergido en el interior del tanque 104 exterior. El espacio 176 cilíndrico inferior engloba a la pared 120 anular exterior y a la pared 122 anular interior cuando el elevador 110 exteriores insertado en el tanque 104 exterior, y alberga a la cápsula 106 y al elevador 108 interior. El espacio 176 cilíndrico inferior es llenado al menos parcialmente con líquido 114 y/o aire. El espacio 176 cilíndrico inferior está en comunicación gaseosa y/o líquida con el extensor 182 de cabezal a través de la ventilación 188 de aire, o mediante cualquier otro medio adecuado conocido en la técnica, por ejemplo.
El elevador 110 exterior puede estar hecho de cualquier material adecuado que tenga la resistencia estructural y el peso deseados, tal como acero inoxidable, policarbonato, plástico, fibra de vidrio, resina epoxi, y aluminio, por ejemplo. El elevador 110 exterior es móvil en una dirección sustancialmente vertical con respecto al tanque 104 exterior y a la pared 120 anular exterior. El líquido 114 que llena parcialmente el hueco 184 anular entre el elevador 110 exterior y la pared 120 anular exterior, y la columna de líquido anular en el interior del hueco 186 anular que separa el elevador 110 exterior y la pared 118 de tanque, ejercen de forma cooperativa una fuerza en el elevador 110 exterior para mantener su movimiento sustancialmente de forma vertical. Éste proceso puede ser de aquí en adelante referido como “centrado dinámico hidroneumático” o “centrado dinámico” por brevedad. Adicionalmente, el movimiento del elevador 110 exterior puede mantenerse sustancial mente vertical mediante guías de desgaste (no mostradas) instaladas en la pared 120 anular exterior y en la pared 122 anular interior y en la pared 170 que definen el espacio 176 cilindrico inferior del elevador 110 exterior. Además, en algunos modos de realización de ejemplo, uno o más pesos se pueden colocar en, o de otro modo conectarse al elevador 110 exterior para asistir en la inmersión de la unidad 101.
Con referencia a las figuras 9A-10C, se muestra en las mismas un modo de realización ejemplo de un elevador 110a exterior. El elevador 110a comprende una porción 190 inferior, a la cual se fija un extensor 192 de cabezal cilíndrico. La porción 190 inferior es sustancialmente cilíndrica en su forma, y tiene una pared 194 cilíndrica, un extremo 196 inferior abierto, un extremo 198 superior cerrado cóncavo y define un espacio 200 cilíndrico inferior. El elevador 110a exteriores insertado en el tanque 104 exterior con su extremo 196 inferior abierto primero, y está dimensionado de manera que el elevador 110 exterior está parcialmente dispuesto en el primer espacio 124 anular entre la pared 120 anular exterior y la pared 118 de tanque. El diámetro del extremo 196 inferior abierto es mayor que el diámetro de la pared 120 anular exterior, de manera que un hueco anular separa la pared 120 anular exterior de la pared 194, cuando el elevador 110a exterior es insertado dentro del tanque 104 exterior. El hueco anular puede ser al menos parcialmente llenado con líquido 114 y/o aire. Al mismo tiempo, el diámetro del extremo 196 inferior abierto es más pequeño que el diámetro del tanque 104 exterior, de tal manera que un hueco anularse para la pared 118 de tanque del tanque 104 exterior y la pared 194 del elevador 110a exterior. Con el fin de sumergir el elevador 110a exterior se utiliza una ventilación 202 de aire para extraer el aire del interior del extremo 198 superior cerrado a la atmósfera. Esta ventilación 202 de aire es abierta brevemente durante la fase inicial, y permanece cerrada durante la operación del aparato 100. La pared 194 está orientada paralela a la pared 120 anular exterior cuando el elevador 110a exteriores insertado dentro del tanque 104 exterior. El extremo 198 superior cerrado tiene una superficie 204 superior y una superficie 206 inferior.
El extensor 192 de cabezal comprende una pared 208 que se extiende por encima de la superficie del líquido 114 en el tanque 104 exterior para mantener al extensor 192 de cabezal sustancialmente libre de líquido, y para extender el cabezal que rodea al elevador 110 exterior, cuando el elevador 110a exteriores insertado en el tanque 104 exterior. El extensor 192 de cabezal puede estar fijado a la porción 190 inferior de cualquier manera adecuada, tal como utilizando una brida (no referenciada), soldaduras, costuras, uniones, pernos, adhesivos, y combinaciones de los mismos, por ejemplo.
La superficie 206 inferior del espacio 200 cilíndrico inferior puede establecerse (o descansar) contra la parte superior de la pared 120 anular exterior cuando el elevador 110a exterior está totalmente sumergido en el interior del tanque 104 exterior. El espacio 200 cilíndrico inferior engloba a la pared 120 anular exterior y a la pared 122 anular interior cuando el elevador 110a exterior es insertado dentro del tanque 104 exterior, y alberga a la cápsula 106 y al elevador 108 interior. El espacio 200 cilíndrico inferior es al menos parcialmente llenado con líquido 114 y/o aire. El espacio 200 cilíndrico inferior está en comunicación gaseosa y/o líquida con el extensor 192 de cabezal a través de la ventilación 202 de aire, o mediante cualquier otro medio conocido en la técnica, por ejemplo.
El elevador 110a exterior puede estar implementado de forma similar al elevador 110 exterior, por ejemplo. El elevador 110a exteriores móvil en una dirección sustancial mente vertical con respecto al tanque 104 exterior y a la pared 120 anular exterior. El líquido 114 que llena parcialmente el primer espacio 124 anular entre el elevador 110a exterior y la pared 120 anular exterior, y la columna de líquido anular que separa el elevador 110a exterior y la pared 118 de tanque, ejercen de forma cooperativa una fuerza en el elevador 110a exterior para mantenerlo moviéndose sustancialmente de forma vertical.
Con referencia ahora a la figura 11, el sistema 112 de captura hidráulica comprende un cilindro 210 de captura hidráulica, un acumulador 212 hidráulico en comunicación fluida con el cilindro 210 de captura hidráulica, y una válvula 214 de cierre.
El cilindro 210 de captura hidráulica está fijado, o conectado con el elevador 110 exterior, y está en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico. El cilindro 210 de captura hidráulica se mueve con el elevador 110 exterior del aparato 100 y bombea fluido hidráulico presurizado dentro del acumulador 212 hidráulico cuando la presión de elevación de la aparato 100 excede la configuración de presión máxima en el acumulador 212 hidráulico. Cuando se ejerce la presión mínima, el fluido hidráulico es almacenado bajo presión en el interior del acumulador 212 hidráulico hasta que se consume tal y como se describirá posteriormente.
La válvula 214 de cierre puede ser actuada para bloquear, o evitar, que el cilindro 210 de captura hidráulica se mueva, por lo tanto también evitando que el elevador 110 exterior se mueva durante la fase de pre carga de la configuración de la unidad 101.
Un motor 215 hidráulico opcional del generador hidráulico (no mostrado) puede estar conectado de forma fluida al acumulador 212 hidráulico y puede generar energía eléctrica o mecánica utilizando un fluido hidráulico presurizado desde el acumulador 212 hidráulico.
Con referencia ahora la figura 12, un intercambiador 102 de masa de aire diferencial de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento comprende uno o más cilindros 216 en comunicación fluida con el conducto 130 de aire, una asistencia 218 hidráulica en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico.
El intercambiador 102 de masa de aire diferencial puede tener uno o más cilindros 216 dispuestos de tal manera que separan volúmenes de aire de tamaños iguales y permiten presiones para existir a ambos lados del cilindro 216. Los cilindros 216 están conectados de forma fluida a la cápsula 106 a través del conducto 130 de aire y son móviles entre una primera posición y una segunda posición para desplazar un volumen de líquido 114 de la cámara 140 de desplazamiento, empujando un volumen de aire en el interior de la cámara 140 del desplazamiento a través del conducto 130 de aire. Los cilindros 216 además están conectados a la barra 220 actuadora, de tal manera que la barra 220 actuadora se mueve a medida que se mueven los cilindros 216 entre una primera posición y una segunda posición.
La asistencia 218 hidráulica puede implementarse como un pistón hidráulico, o de cualquier otra manera adecuada, por ejemplo. La asistencia 218 hidráulica está en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico, y está dimensionada para proporcionar una potencia adecuada al intercambiador 102 de masa de aire diferencial tal y como se describirá posteriormente. La asistencia 218 hidráulica está fijada a la barra 220 actuadora y es capaz de aplicar de forma selectiva una fuerza a la barra 220 actuadora, de tal manera que la asistencia 218 hidráulica puede asistir al movimiento de los cilindros 216 entre la primera posición y la segunda posición. La fuerza utilizada por la asistencia 218 hidráulica es suministrada del fluido hidráulico presurizado recibido del acumulador 212 hidráulico. La asistencia 218 hidráulica mueve la barra 220 actuadora, la cual a su vez asiste a la acción del intercambiador 102 de masa de aire diferencial.
Con referencia ahora a la figura 13, se muestra en la misma un modo de realización de un intercambiador 102a de masa de aire diferencial. El intercambiador 102a de masa de aire diferencial puede implementarse similarmente al intercambiador 102 de masa de aire y comprende uno o más cilindros 216a en comunicación fluida con el conducto 130 de aire, una asistencia 218a hidráulica en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico, una barra 220a actuadora, y un contrapeso 222.
El intercambiador 102a de masa de aire diferencial puede tener uno o más cilindros 216 dispuestos de tal manera que separan volúmenes de aire de tamaños iguales y permite a las presiones salir a ambos lados del cilindro 216a. Los cilindros 216a están conectados de forma fluida a la cápsula 106 a través del conducto 130 de aire y son móviles entre una primera posición y una segunda posición para desplazar un volumen de líquido 114 desde la cámara 140 de desplazamiento, empujando un volumen de aire en el interior de la cámara 140 de desplazamiento a través del conducto 130 de aire. Los cilindros 216a están conectados adicionalmente a la barra 220a actuadora, de tal manera que la barra 220a actuadora se mueve a medida que se mueven los cilindros 216a entre una primera posición y una segunda posición.
La asistencia 218a hidráulica puede implementarse como un pistón hidráulico o de cualquier otra manera adecuada, por ejemplo. La asistencia 218a hidráulica está en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico, y está dimensionada para proporcionar una potencia adecuada al intercambiador 102a de masa de aire diferencial tal y como se describirá posteriormente. La asistencia 218a hidráulica está fijada a la barra 220a actuadora y es capaz de aplicar de forma selectiva una fuerza a la barra 220a actuadora, de tal manera que la asistencia 218a hidráulica puede asistir al movimiento de los cilindros 216a entre la primera posición y la segunda posición. La fuerza utilizada por la asistencia 218a hidráulica es suministrada desde un fluido hidráulico presurizado recibido del acumulador 212 hidráulico. La asistencia 218a hidráulica mueve la barra 220a actuadora, que a su vez asiste a la acción del intercambiador 102a de masa de aire diferencial. La barra 220a actuadora tiene un contrapeso 222 fijado a la misma, el contrapeso 222 es utilizado tanto para regular el intercambio, como para asistir el intercambio después de que se alcanza el punto a medio camino entre la primera posición y la segunda posición de los cilindros 216a.
La potencia inicial de la unidad 101 de descenso es mayor de la necesaria al comienzo del intercambio, igual en el punto a medio camino, y cae hasta que se alcanza el diferencial. El contrapeso 222 hace posible capturar el exceso de energía inicial y después se utiliza el contrapeso 222 para asistir al intercambiador 102 de masa de aire diferencial durante el descenso de potencia. La asistencia 218a hidráulica es usada para compensar la pérdida diferencial utilizando el fluido hidráulico presurizado de la acumulador 212 hidráulico. El intercambiador 102a de masa de aire diferencial puede estar conectado a al menos dos unidades 101a y 101b, cuando se añade trabajo adicional a un lado del intercambiador 102 de masa de aire diferencial; el cilindro 216 se desplaza en la dirección opuesta. El trabajo adicional se puede suministrar directamente o de forma mecánica. El intercambiador 102 de masa de aire diferencial es utilizado para controlar la velocidad de la precarga y del ciclo/carrera del aparato 100.
El movimiento del intercambiador 102 de masa de aire diferencial es regulado a través del uso de controles de flujo en la asistencia 218 hidráulica, tal como la válvula 214 de cierre hidráulica (figura 11), u otras válvulas, tal como válvulas de retención, o válvulas de control de flujo, y combinaciones de las mismas, por ejemplo. Esto hace posible regular la velocidad del intercambio de aire entre la unidad 101a y la unidad 101b. La tasa de intercambio es medida por la respuesta a la elevación de sustentación del elevador 110a exterior en relación a la producción de fluido hidráulico a una presión dada.
El movimiento de operación de la unidad 101 del aparato 100 es regulado por los requisitos de entrada hidráulica. La velocidad a la cual se obtiene y se mantiene esta entrada hidráulica se hace controlando el flujo del intercambiador 102 de masa de aire diferencial. El intercambiador 102 de masa de aire diferencial utiliza tres fuerzas para operar, el aire de escape de la unidad 101 de descenso que es ejercido contra los cilindros 216, la acción del contrapeso 222 y la fuerza aplicada en la barra 220 actuadora por la asistencia 218 hidráulica. El aire de escape de la unidad 101a está bajo presión y se dirige al intercambiador 102 de masa de aire diferencial que a su vez asiste a superar los requisitos de presión de la cámara 140 de desplazamiento de la unidad 101b.
El mecanismo de bloqueo para el intercambiador 102 de masa de aire diferencial es la válvula 224 de cierre al cilindro 216. Con el fin de retirar la posibilidad de movimiento del intercambiador 102 de masa de aire diferencial, el aire es extraído desde los cilindros 216 del intercambiador 102 de masa de aire diferencial a la atmósfera. Un reinicio/configuración completo del aparato 100 podría requerirse después de ventilar el aire desde los cilindros 216 del intercambiador 102 de masa de aire diferencial.
El proceso de montaje, inmersión, y precarga del aparato 100 se explicará con referencia a la unidad 101 individual únicamente. Se ha de entender que el mismo proceso se repite para la unidad 101a y 101b del aparato 100. La configuración con respecto al intercambiador 102 de masa de aire diferencial se explicará en detalle posteriormente.
Con referencia ahora a las figuras 14-17, la unidad 101 es montada llenando primero el tanque 104 exterior con líquido 114, de tal manera que el nivel de líquido 114 es más alto que las alturas de la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior, el primer espacio 124 anular, el segundo espacio 126 anular y el espacio 128 cilíndrico. El primer espacio 124 anular, el segundo espacio 126 anular, y el espacio 128 cilíndrico son sustancialmente llenados completamente con el líquido 114. La cantidad de líquido 114 utilizada variará con el tamaño del aparato 100 y el tanque 104 exterior. Cuando los dos tanques 104a y 104b exteriores son utilizados, ambos deberían ser llenados con líquido 114 tal y como se describió, y el intercambiador 102 de masa de aire diferencial debería estar conectado de forma fluida los conductos 130 de aire de ambos tanques 104a y 104b exteriores.
A continuación, la cápsula 106 es sumergida en el interior del espacio 128 cilíndrico definido por la pared 122 anular interior. Cualquier aire que es retenido en la cámara 140 de desplazamiento es ventilado a través de la apertura de forma selectiva de la válvula 148 de acceso del conducto 130 de aire, con el fin de retirar la flotabilidad positiva de la cápsula 106 y para permitir a la cápsula 106 ser completamente sumergida, de tal manera que la cámara 140 de desplazamiento de la cápsula 106 descansa en la parte 116 inferior del tanque 104 exterior. Suficiente aire es extraído de la cámara 140 de desplazamiento para hacer que la cápsula 106 flote al menos neutralmente en esta fase.
Una vez que la cápsula 106 sea sumergido completamente, el elevador 108 interior es insertado dentro del tanque 104 exterior con su primer extremo inferior abierto. El elevador 108 interior es sumergido de tal manera que se dispone parcialmente en el segundo espacio 126 anular definido entre la pared 122 anular interior y la pared 120 anular exterior. El elevador 108 interior es descendido en el interior del tanque 104 exterior hasta que el elevador 108 interior descansa en la parte superior de la pared 122 anular interior tal y como se describió anteriormente. Cualquier aire atrapado en el interior del elevador 108 interior puede ser extraído abriendo brevemente la ventilación 162 de aire, por ejemplo. Una vez que el elevador 108 interior está totalmente sumergido, la ventilación 162 de aire es cerrada, y permanece cerrada a lo largo de toda la operación del aparato 100.
A continuación, el elevador 110 exterior es sumergido en el interior del tanque 104 exterior con su extremo 196 inferior abierto primero, de tal manera que el elevador 110 exterior se dispone parcialmente en el primer espacio 124 anular entre la pared 120 anular exterior y la pared 118 de tanque. Cualquier aire atrapado en el interior del elevador 110 exterior es extraído a través de la ventilación 188 de aire. El elevador 110 exterior es descendido en el interior del tanque 104 exterior hasta que descansa en la parte superior de la pared 120 anular exterior. Una vez que el elevador 110 exterior está totalmente sumergido, la ventilación 188 de aire es cerrada, y permanece cerrada a lo largo de toda la operación de la aparato 100.
El nivel de líquido 114 en el interior del tanque 104 exterior puede ajustarse en este momento para asegurar que el extensor 182 de cabezal del elevador 110 exterior permanece sustancialmente libre de líquido. Se ha de entender que la precarga del aparato 100 resultará en un ascenso en el nivel del líquido 114 en el tanque 104 exterior, de manera que debería mantenerse un espacio libre suficiente entre el nivel de líquido 114 y la parte superior del extensor 182 de cabezal.
En la fase inicial mostrada en la figura 14, la unidad 101 está completamente sumergida, y está al menos flotando neutralmente, pero también puede estar flotando negativamente. La cápsula 106, el elevador 108 interior, el elevador 110 exterior, la pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, y el tanque 104 exterior definen una serie de compartimentos interconectados para formar una trayectoria del flujo con forma sustancialmente de serpentina tal y como se describirá posteriormente. Los diversos componentes definidos por las partes del aparato 100 están sustancialmente llenos de líquido 114 en esta fase, aunque se ha de apreciar que puede estar presente alguna cantidad de aire en al menos uno, más de uno, o todos los diversos compartimentos. Se ha de apreciar adicionalmente que algo de aire está normalmente presente en el interior del rebaje 146 cilíndrico de la cámara 142 cerrada para asegurar que no entre líquido 114 en el conducto 130 de aire y/o en el intercambiador 102 de masa de aire diferencial.
La unidad 101 está ahora lista para ser precargada. Durante la precarga, la unidad 101 se evita que se desplace hacia arriba operando la válvula 214 de cierre de sistema hidráulico tal y como se describió anteriormente.
En esta etapa, el aire presurizado, u otro gas adecuado, es inyectado en el interior de la cámara 140 de desplazamiento a través de la válvula 148 de acceso. El aire presurizado puede ser suministrado desde un compresor de aire (no mostrado), por ejemplo. La válvula 132 puede cerrarse en esta fase para evitar que el aire presurizado alcance el intercambiador 102 de masa de aire diferencial. En este punto, la cápsula 106 comienza a ascender y comienza a cerrar el hueco entre la parte superior de la cápsula 106 y el elevador 108 interior, tal y como se aprecia mejor en la figura 15, a medida que la presión de aire se constituye en el interior de la cámara 140 de desplazamiento, un volumen de líquido 114 es empujado fuera de la cámara 140 de desplazamiento. Esto a su vez empuja al líquido 114 hacia arriba en el interior del primer hueco 139 anular que separa la cápsula 106 y la pared 122 lateral interior, cuyo líquido 114 es además empujado para moverse hacia compartimentos sucesivos fluyendo en dirección descendente a través del hueco 160 anular que separa el elevador 108 interior y la pared 122 anular interior, hacia arriba a través del hueco 158 anular que separa el elevador 108 interior y la pared 120 anular exterior, de nuevo en dirección descendente a través del hueco 184 anular que separa la pared 120 lateral exterior y el elevador 110 exterior, y finalmente hacia arriba a través del hueco 186 anular que separa el elevador 110 exterior y la pared 118 de tanque. Esto resulta en un aumento gradual en el nivel de líquido 114 en el tanque 104 exterior, de manera que el nivel de líquido debería monitorizarse para asegurar que el extensor 182 de cabezal permanece sustancialmente libre de líquido.
El aire es inyectado de forma continua a través de todo el proceso de precarga. Tal y como se aprecia mejor en las figuras 16-18, cuando la cámara 140 de desplazamiento está completamente o casi completamente llena de aire y sustancialmente todo el líquido 114 en el interior ha sido expulsado, las burbujas de aire comienzan a ascender en dirección ascendente el hueco 160 anular que separa la cápsula 106 y el elevador 108 interior, debido a la flotabilidad del aire en el interior del líquido 114. Las burbujas de aire son atrapadas en el extremo 150 inferior abierto del elevador 108 interior. Esto resulta en que el líquido 114 es empujado fuera del extremo 150 inferior abierto del elevador 108 interior. El líquido 114 es empujado para desplazarse en dirección descendente a través del hueco 158 anular que separa la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior, debido a que la presión en el interior de la cámara 140 de desplazamiento y las presiones resultantes en el hueco 160 anular que separa el elevador 108 interior y la pared 122 lateral interior son más altas que la presión en el hueco 158 anular que separa la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior. El líquido 114 fluye de forma similar a través de los compartimentos restantes y finalmente es empujado dentro del tanque 104 exterior.
El líquido 114 es gradualmente empujado fuera del elevador 108 interior hasta el punto en el que el hueco 160 anular que separa la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior está sustancialmente lleno de aire presurizado. Una vez que la columna de aire presurizado ha alcanzado el extremo de la pared 154 del elevador 108 interior, las burbujas de aire comienzan a ascender hacia arriba a través del hueco 158 anular que separa el elevador 108 interior y la pared 120 anular exterior. Las burbujas de aire son atrapadas en el interior del extremo 172 inferior abierto del elevador 110 exterior. La presión de aire constituido empuja al líquido 114 fuera del elevador 110 exterior, cuyo líquido 114 se desplaza en dirección descendente a través del hueco 184 anular que separa el elevador 110 exterior y la pared 120 lateral exterior, y después hacia arriba a través del hueco 186 anular que separa el elevador 110 exterior y la pared 118 de tanque. El proceso es continuado hasta que sustancialmente todo el líquido 114 es empujado fuera del hueco 184 anular que separa la pared 120 anular exterior y el elevador 110 exterior.
Una vez que la columna de aire presurizado alcanza el extremo de la pared 170 del extremo 172 inferior abierto, las burbujas empiezan a ascender hasta el lado del elevador 110 exterior y en el interior del tanque 104 exterior. El aparato 100 está ahora precargado y listo para comenzar su carrera ascendente. La inyección de aire es descontinuada. Todo lo que es necesario para iniciar y mantener la carrera ascendente es abrir la válvula 214 de cierre hidráulica y permitir a la unidad 101 que se desplace hacia arriba.
Llenando la cámara 140 de desplazamiento se mueve un volumen de líquido 114, el cual a su vez mueve de forma sistemática los volúmenes de aire separado y de líquido 114 separados entre cada pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior y el elevador 110 exterior tanto para crear el “cabezal” en un lado como presiones distintas (convertidas en elevación) en el elevador 108 interior y las superficies del elevador 110 exterior.
El proceso de precarga resulta en alternar las columnas de aire y de líquido (o cabezal) que están dispuestas dentro de los huecos anulares que separan la cápsula 106 y la pared 122 anular interior, la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior, el elevador 108 interior y la pared 120 anular exterior, la pared 120 anular exterior y el elevador 110 exterior, y el elevador 110 exterior y la pared 118 de tanque. Esto funciona para crear una flotabilidad positiva y una flotabilidad negativa alternativas. Las combinaciones de la pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, el elevador 108 interior, y el elevador 110 exterior se pueden apilar para acumular el efecto del diferencial de presión inicial de múltiples superficies, resultando en una elevación mucho más grande sin aumentar los costes iniciales. Los aumentos de presión como capas son añadidos debido a que el cabezal, la fuerza beneficiosa que es aplicada por unidad de área superficial permanece constante. En una columna de líquido (o cabezal) de 3,66 m (12 pies) resultará en 2,36 kg (5,2 libras) x la superficie del elevador 108 interior o del elevador 110 exterior, y una capa adicional incrementará el cabezal interior hasta 10,4 pero la fuerza que se consume dentro del interior permanecerá siendo 2,36 kg (5,2 libras) veces la superficie interior, debido a que en la siguiente capa tendrá una fuerza opuesta de 2,36 kg (5,2 libras) y entonces el segundo elevador se beneficiará de los 2,36 kg (5,2 libras), que se transforman en elevación multiplicada. Se ha de entender que la combinación de cápsula/paredes anulares/elevadores está diseñada para controlar dos o más presiones de cabezal separadas, es la presencia del presente cabezal la que actúa contra las superficies internas y crea la elevación. Midiendo desde el elevador 110 exterior hacia el elevador 108 interior, cada presión de cabezal es añadida a la siguiente y por tanto el aire atrapado entre columnas de líquido sucesivas está a una presión mayor que la última presión, cada volumen de aire capturado entre las columnas de líquido tiene una presión directamente relacionada con las acumulaciones de las presiones de las columnas de líquido anteriores.
La presión en cada columna de aire se combina con la presión de columnas de líquido previas y columnas de aire. Este aumento en la presión es una relación directa con respecto a las presiones de columna de aire previas más las presiones de columna de líquido previas.
Como un ejemplo con una altura de columna de líquido de 3,66 m (12 pies), o 0,036 Mpa (5,2 libras psi), la presión de un lado al otro dará un diferencial de 0,036 Mpa (5,2 psi) (con la presión mayor mantenida en el interior del sistema) un lado puede tener 0,07 Mpa (10,4 psi) y el interior tendrá 0,11 Mpa (15,6 psi) resultando en la presión realizada de 0,036 Mpa (5,2 psi). Esto continúa a lo largo de toda la unidad 101, aumentando con la adición de cada cabezal. La presión es igual en todos los puntos y ayuda a empujar a las paredes laterales y elevadores unos en contra de otros, dado que las paredes anulares son más fuertes que la fuerza aplicada, la fuerza actúa para autocentrar dinámicamente los elevadores. El diseño del aparato 100 captura el potencial entre las presiones diferentes. Por tanto un elevador que puede tener 0,1 Mpa (15 psi) que empuja hacia abajo tendrá 0,14 Mpa (20 psi) empujando hacia arriba, con la fuerza resultante siendo una fuerza ascendente de 0,03 Mpa (5 psi) para esa superficie individual.
Cuando las longitudes de las columnas de líquido son consistentes por diseño, los diferenciales de presión permanecerán igual de consistentes y predecibles. Dado que estas presiones de columna de líquido transferidas son mayores que las presiones en el lado opuesto o superior del elevador 108 interior, se genera una elevación medible y predecible.
Los tamaños de elevador, y por tanto las áreas superficiales, aumentan a medida que los elevadores se solapan, lo cual aumenta el área superficial global que se va a ver afectada por el diferencial de presión. El volumen de aire por encima del lado de la cápsula 106 está dimensionado para ser suficiente para llenar el hueco 160 anular entre la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior, pero a medida que se añaden los niveles y aumentan las presiones se puede compensar un volumen adicional teniendo cada pared anular sucesiva alrededor de dos pulgadas más alta que la última. Esta función compensará los requisitos de aire de hueco, y permite una mayor reducción de columna de líquido durante las operaciones de hundimiento. La necesidad para esto está directamente relacionada con el número de elevadores y paredes laterales añadidas, una unidad 101 más grande con menos capas es más eficiente que una unidad 101 más pequeña con más capas.
El diseño de la combinación de la cápsula 106, la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior, y el elevador 108 interior y el elevador 110 exterior es para que se hunda naturalmente, es decir, tenga al menos una flotabilidad neutra o ligeramente negativa, a menos que y hasta que la cámara 140 de desplazamiento comienza a recibir aire. En esencia no se realiza trabajo para hundir la unidad 101; el trabajo sólo es necesario para hacer que la unidad 101 ascienda. La elevación realizada fuera de la cápsula 106 es proporcional a las fuerzas multiplicadas en las superficies del elevador 108 interior y del elevador 110 exterior. Debido a la posición relativa del líquido 114, el diseño hace básicamente la operación reversible al coste de la precarga y entonces invierte la carga. El aire y el líquido 114 en el sistema se mueven hacia atrás y hacia delante mediante el intercambiador 102 de masa de aire diferencial siempre que la cápsula 106 y el elevador 108 interior se permita que asciendan cuando se alcanza la elevación predeterminada.
Para los propósitos de claridad de la descripción anterior, la expansión de aire que sucede durante la elevación no fue considerada. En realidad, la sucesión de alturas de columna de líquido se podría reducir en una tasa de cascada, 2,54 cm (una pulgada) de pérdida por desplazamiento para el primer cabezal lo más próximo a la cápsula 106 - 5,08 cm (dos pulgadas) de pérdida por desplazamiento del segundo cabezal, 7,62 cm (tres pulgadas) de pérdida para el cuarto. La expansión natural de aire de aproximadamente un 12% del volumen total de cada hueco de aire reduce en gran medida la pérdida de cascada. La cámara 140 de desplazamiento es calculada para desplazar el líquido 114 en una relación de 35,56 cm (14 pulgadas) hasta 2,54 cm (1 pulgada) de desplazamiento. Cada pulgada de aire empujado dentro de la cámara 140 de desplazamiento, no considerando las diferencias de presión, podría resultar en 14 pulgadas de cabezal. Actualmente, la precarga inicial es utilizada para comprimir el aire de hueco, que a su vez se expande durante la ascensión. La presión diferencial (presión de elevación) se ve sólo afectada por la pérdida de cabezal total realizada. La expansión de aire sólo afecta a la elevación en el punto en el que el cabezal es realmente perdido. A medida que se añaden paredes anulares y elevadores sucesivos, el aire es necesario para llenar la pared anular y el elevador podría incrementarse debido al diámetro incrementado. Esto se puede compensar reduciendo de forma sucesiva el hueco para mantener el volumen a una presión igual.
La reducción de hueco puede llegar hasta el infinito, pero hay una relación de uso efectivo para requisitos de tamaño. No es factible añadir paredes laterales y elevadores hasta el infinito, así que dimensionando inicialmente la cápsula 106, la cámara 140 de desplazamiento, la pared 120 anular exterior, la pared 122 anular interior, y el elevador 108 interior y el elevador 110 exterior, es un enfoque más eficiente.
Durante el descenso de la unidad 101, el aire dentro de la unidad 101 permanece presurizado. El trabajo de entrada realizado es utilizado para crear diferenciales de altura de columna de líquido; el trabajo que es capturado es un efecto secundario del trabajo de entrada inicial. El aparato 100 es diseñado para crear de forma barata diferenciales de altura de con una de líquido y es operado a presión atmosférica. La elevación de trabajo que es capturada a través del área superficial del elevador 108 interior y del elevador 110 exteriores secundaria, y es básicamente libre.
La inversión del proceso mantiene prácticamente igual la presión que sale de la unidad 101 como la presión que fue introducida, por ese motivo la presión existente se puede utilizar para ayudar a actuar el intercambiador 102 de masa de aire diferencial. El trabajo que fue introducido puede ser ahora obtenido a prácticamente la misma tasa que la tasa a la que fue introducido. La longitud de carrera reduce la potencia de entrada creando un diferencial mayor; esta pérdida es la que se debe superar para superar el ciclo. Esta utilización única de un efecto secundario es lo que permite al aparato 100 tal y como se ha divulgado en el presente documento tanto a utilizar el escape para ayudar en la actuación del intercambiador 102 de masa de aire diferencial, como a controlar el descenso del elevador 110 exterior, el elevador 108 interior, y la cápsula 106.
Si la unidad 101 ascendiese por encima de la superficie del líquido 114, mantenida en su lugar y después fuera extraída la cámara 140 de desplazamiento, el resultado podría ser como el de invertir el diferencial; se podría realizar una fuerza descendente prácticamente igual, la fuerza efectiva sería como si toda la unidad 101 llena de líquido 114 fuera elevada fuera del líquido 114. Sería tan pesada como lo sería la elevación. La operación del aparato 100 (normalmente) utiliza esa fuerza para mantener el aire de desplazamiento bajo presión.
Por favor téngase en cuenta que la configuración de líquido 114 y el aire encontrada en el procedimiento de configuraciones descrito por claridad únicamente, y no se logrará durante el ciclo del aparato 100 (a menos que la válvula 214 de cierre hidráulica esté cerrada). Durante las operaciones normales, una vez que se logra el diferencial de altura de columna de líquido para superar la resistencia provocada por los requisitos de presión del cilindro 210 de captura hidráulica, la unidad 101 comenzará a ascender. El aparato 100 opera en cada incremento de desplazamiento a ese mismo nivel del diferencial de altura de columna de líquido. Es el diferencial de altura de columna de líquido el que se transforma en presión, y es esa presión la que actúa contra las áreas superficiales de la cápsula 106 y del elevador 108 interno y el elevador 110 externo provocando elevación. La precarga inicial eleva el nivel del líquido entre cada una de la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior y el elevador 108 interior y el elevador 110 exterior, hasta que el diferencial de altura de columna de líquido resultante provoca la elevación necesaria para extender la resistencia del cilindro 210 de captura hidráulica.
A medida que el elevador 110 exterior comienza a moverse, el aire adicional introducido desde el intercambiador 102 de masa de aire diferencial dentro de la cámara 140 de desplazamiento mantiene el diferencial de altura de columna de líquido y la elevación. El elevador 110 exterior no puede moverse más rápido de lo que se mantiene el diferencial de altura de columna de líquido. El desplazamiento de la unidad 101 es calculado de manera que la elevación mínima necesaria se mantiene hasta el final de la carrera. A medida que el elevador 110 exterior se mueve más lejos desde la parte 116 inferior del tanque 104 exterior, o la base de la pared 122 anular interior, el espacio una vez ocupado por el aire (que es la causa de la presión de columna de líquido) se rellenará del líquido 114 que ha sido presionado hacia el exterior de la pared 122 anular interior.
La cápsula 106 se permite que ascienda a la misma velocidad a la que es inyectado el aire; esta acción es controlada por el dimensionamiento del cilindro 210 de captura hidráulica (área superficial) en relación tanto con la presión necesaria como con la fuerza ascendente capturada. Se mantiene la fuerza completa para la duración de la carrera que permite al ciclo de carrera crear una condición que sólo es una ligera pérdida en la elevación cuando la tasa de ascenso y entrada coinciden. Al final del ciclo de carrera cuando el aparato 100 alcanza su posición totalmente extendida, el proceso es invertido, el aire presurizado que desplazó al líquido 114 durante la precarga y la carrera es entonces utilizado para asistir al intercambiador 102 de masa de aire diferencial.
El cilindro 210 de captura hidráulico no puede ascender hasta que la presión de entrada del acumulador 212 hidráulico ha sido excedida. Esto crea un control automático tanto de la velocidad como de la potencia. La operación de la cápsula 106 es automática, reacciona al ascenso de líquido 114 alrededor de ella; es afectada de forma neutral por la presión la parte superior del tanque 104 exterior. Dado que el sistema 112 de captura hidráulica es calculado para establecerse a la fuerza más pequeña alcanzable durante la carrera, el ascenso sucederá tan pronto como se alcance la fuerza mínima; por consiguiente, el ascenso de la unidad 101 ocurrirá antes de que se haya alcanzado la precarga.
Cuando se utiliza el aparato 100 de dos unidades, la válvula 132 en el conducto 130 de aire de la unidad 101a que es sumergida primero se cierra inicialmente hasta que la unidad 101a está totalmente sumergida y precargada, y la segunda unidad 101b está en su posición totalmente extendida. A continuación, la válvula 132 cerrada previamente debería abrirse de forma cuidadosa al intercambiador 102 de masa de aire diferencial; la presión desde el interior de la cápsula 106 actuará contra el intercambiador 102 de masa de aire diferencial para mover los cilindros 216 hacia la unidad 101b. Debería ejercerse una precaución extrema durante este procedimiento.
Una vez que la segunda unidad 101b está situada de forma segura, la válvula 132 cerca del tanque 104b exterior debe cerrarse y el proceso que comienza con la precarga de la segunda unidad 101b debe repetirse. Una vez que ambos tanques 104a y 104b exteriores se han cargado de forma apropiada e igual, los controles hidráulicos en el intercambiador 102 de masa de aire diferencial deberían acoplarse para restringir el movimiento. Ambas válvulas 132 deberían volverse a abrir y cerrar en esa posición.
A continuación, la presión de la unidad 101b totalmente extendida es encaminada dentro del intercambiador 102 de masa de aire diferencial, cuya presión actúa para mover los cilindros 216 al interior del intercambiador 102 de masa de aire diferencial hacia los cilindros 216 adyacentes y llenos. El aire en el interior de los cilindros 216 llenos es presionado dentro de la cámara 140 de desplazamiento del sistema de elevación; al mismo tiempo el intercambiador 102 de masa de diferencial es asistido por la asistencia 218 hidráulica. La asistencia 218 hidráulica recibe presión del acumulador 212 hidráulico y presiona la barra 220 actuadora, la barra 220 actuadora trabaja a través de un fulcro para aplicar una presión adicional a los cilindros 216. El trabajo inicial de la asistencia 218 hidráulica es sobrecargar el contrapeso; una vez que se ha pasado el punto a medio camino, tanto el contrapeso 222 como el cilindro 216 trabajan juntos.
La unidad 101a de elevación recibe simultáneamente aire dentro de la cámara 140 de desplazamiento que inicialmente carga la columna de líquido hasta que la elevación supera el punto establecido, y después la producción de fluido hidráulico presurizado se mantiene hasta el final de la carrera. La producción de fluido hidráulico presurizado se puede controlar mediante válvulas de retención antes del acumulador 212 hidráulico. Cuando el intercambiador 102 de masa de aire diferencial alcanza el final de su desplazamiento, un mecanismo cambia la dirección de la asistencia 218 hidráulica. La producción de fluido hidráulico presurizado es automática, y en respuesta directa a la disposición del intercambiador 102 de masa de aire diferencial. El sistema se invierte continuamente al final de cada carrera. La carrera descendente de una unidad 101a se corresponde directamente con la carrera ascendente de la unidad 101b. El coste asociado con el sistema es el trabajo realizado por la asistencia 218 hidráulica.
En un modo de realización alternativo, el elevador 110 exterior puede estar opcionalmente fijado a un cilindro 210 de captura hidráulica de seis pies (longitud extendida) que puede estar montado por encima del sistema en una estructura reforzada, por ejemplo. Esto hace poco para estabilizar el elevador 110 exterior, pero puede actuar como una guía. Los elevadores pueden tener, cada uno una tapa, esas tapas están separadas entre sí mediante espaciadores, y los espaciadores mantienen la superficie en una posición para ser actuados por la presión de columna de líquido. Un cono de centrado se puede soldar con un cono convexo coincidente en cada capa de elevador sucesiva; esto permite a los elevadores separarse tal y como sea necesario para alinearse cuando sucede una coincidencia/elevación. Este hueco actúa para consumir el volumen de aire en el interior de cada elevador y resulta en la reducción de la columna de líquido restante que desciende su elevación por debajo del peso de su elevador 108 interior. El elevador 110 exterior está conectado al cilindro 210 de captura hidráulica; su desplazamiento es limitado por la sujeción de soporte estructural y la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior. La integridad estructural está diseñada para adaptarse a las necesidades del aparato 100.
El aire desde el intercambiador 102 de masa de diferencial es inyectado dentro de la cámara 140 de desplazamiento de forma continua hasta que se alcanza el desplazamiento calculado. Una vez que se alcanza el equilibrio (el punto en el cual se ha creado una columna de líquido suficiente para sobrecargar la resistencia de la hidráulica), que se refiere como una “precarga”, el aparato 100 está en tensión entre desplazarse fuera del equilibrio y recibir una entrada adicional para desplazarse adicionalmente. El intercambiador 102 de masa de aire diferencial primero trabaja para crear la columna de líquido, y después trabaja en conjunción con la cápsula 106 para mantener la columna de líquido necesaria tanto para desplazarse como para superar la resistencia. Este diseño se beneficia de la columna de líquido que es generada moviendo el líquido 114, y la flotabilidad generada por la misma acción. Al inyectar el aire se desplaza líquido 114 y se mueve líquido 114, ambas acciones, aunque suenen a lo mismo, se utilizan para crear elevación. No se crea una columna de líquido adicional una vez que se alcanza el equilibrio debido a que la unidad 101 se mueve en relación directa con el aumento en la altura de columna de líquido en ese punto. Se añade aire para ganar columna de líquido a la vez que se asciende desde esta configuración.
Debido a la combinación única de la cápsula 106, el elevador 108 interior y el elevador 110 exterior, y la pared 120 anular exterior y la pared 122 anular interior, durante la carrera de ascenso, la cápsula 106 toma el espacio de manera que la columna líquida puede existir de forma barata y la columna líquida se mantiene y asciende fuera del líquido durante la carrera ascendente. Cuando se alcanza el fin de desplazamiento de la carrera ascendente, la asistencia 218 hidráulica se invierte para aplicar potencia en la dirección opuesta, esto permite al aire presurizado en la cápsula 106 escapar dentro del intercambiador 102 de masa de aire diferencial. Cuando se evacúa una pulgada de profundidad del aire de la cámara 140 de desplazamiento, aproximadamente 35,56 cm (14 pulgadas) de columna de líquido podrían perderse si no estuviesen ahora colgando en el aire; como una taza al revés a la que se le saca el líquido, un vacío ahora tira hacia abajo en cada una de las superficies de elevador 108 interior y del elevador 110 exterior, cada una que empuja hacia abajo en la cápsula 106, excediendo la elevación de la cápsula 106.
La tasa de relleno de la asistencia 218 hidráulica es el flujo nominal que coincide con la velocidad del intercambiador 102 de masa de vidrio diferencial con el fin de no sobreacelerar la cápsula 106, lo cual podría provocar que el líquido 114 por debajo de la cápsula 106 se ha desbordado de la pared 122 anular interior.
Con referencia ahora a la figura 19, en la misma se muestra un modo de realización alternativo de una unidad 101c de acuerdo con la presente divulgación. La unidad 101c se puede implementar de forma similar, o de forma diferente de la unidad 101. La unidad 101c comprende un tanque 230 exterior conectado a un intercambiador 232 de masa diferencial, una cápsula 234, un elevador 236 interior, un elevador 238 exterior conectado a un conjunto 240 de captura hidráulica. El tanque 230 exterior está al menos parcialmente lleno de un líquido 242.
El tanque 230 exterior se puede implementar de forma similar al tanque 104 exterior y comprende una parte 244 superior abierta, una parte 246 inferior cerrada, una pared 248 de tanque, una pared 250 anular exterior, y una pared 252 anular interior.
La pared 250 anular exterior y la pared 248 de tanque definen un primer espacio 254 anular, la pared 250 anular exterior y la pared 252 anular interior definen un segundo espacio 256 anular, y la pared 252 anular interior define un espacio 258 anular.
Un indicador 260 de nivel de líquido se extiende a través de la parte 246 inferior y está en comunicación fluida con el primer espacio 254 anular. El indicador 260 de nivel de líquido está conectado de forma fluida a un tubo 262 transparente que se extiende a lo largo del exterior de la pared 248 de tanque para proporcionar una indicación visual del nivel de líquido en el interior del tanque 230 exterior, por ejemplo.
Una boquilla 264 de aire se extiende a través de la parte 246 inferior y dentro del segundo espacio 256 anular. La boquilla 264 de aire puede estar conectada de forma fluida con un compresor de aire (no mostrado) de manera que el aire comprimido puede ser inyectado dentro del segundo espacio 256 anular tal y como se describirá posteriormente, por ejemplo.
Un conducto 266 de líquido se extiende a través de la parte 246 inferior y dentro del espacio 258 cilíndrico y está conectado de forma fluida al intercambiador 232 de masa diferencial, de tal manera que se puede transferir un volumen de líquido 242 desde el tanque 230 exterior al intercambiador 232 de masa diferencial, y un volumen de líquido 242 puede ser transferido desde el intercambiador 232 de masa diferencial dentro del tanque 230 exterior, por ejemplo.
Un conducto 268 de aire se extiende a través de la parte 246 inferior dentro del espacio 258 cilíndrico, el conducto 268 de aire se puede abrir y cerrar de forma selectiva con una válvula 270, de tal manera que cualquier aire atrapado en el interior del espacio 258 cilíndrico puede ser extraído a través de la apertura de la válvula 270, tal y como se describirá posteriormente.
La cápsula 234 se puede implementar de forma similar a la cápsula 106 y es descendida dentro del espacio 258 cilíndrico del tanque 230 exterior. Un rebaje 272 cilíndrico de la cámara 274 cerrada de la cápsula 234 se adapta para recibir al conducto 268 de aire en el mismo, de tal manera que la cápsula 234 descansa o se establece en el conducto 268 de aire, cuando la cápsula 234 está totalmente sumergida dentro del tanque 230 exterior.
El elevador 236 interior se puede implementar de forma similar al elevador 108 interior, o de forma diferente del mismo. El elevador 236 interior está situado al menos parcialmente dentro del segundo espacio 256 anular, y está dimensionado de tal manera que el elevador 236 interior descansa o se establece en la parte superior de la cápsula 234, cuando el elevador 236 interior está totalmente sumergido dentro del tanque 230 exterior. Se pueden utilizar almohadillas 276 de amortiguación opcionales para amortiguar la conexión entre el elevador 236 interior y la cápsula 234.
El elevador 238 exterior se puede implementar de forma similar al elevador 110 exterior o de forma diferente del mismo. El elevador 238 exterior está dispuesto al menos parcialmente dentro del primer espacio 254 anular, y está dimensionado de tal manera que el elevador 238 interior se establece o descansa en el elevador 236 interior cuando el elevador 238 exterior está totalmente sumergido dentro del tanque 230 exterior. El elevador 238 exterior está conectado al conjunto 240 de captura hidráulica, de tal manera que el conjunto 240 de captura hidráulica genera un volumen de fluido hidráulico presurizado y almacena dicho fluido hidráulico presurizado dentro de un acumulador hidráulico (no mostrado). El conjunto 240 de captura hidráulica se puede implementar de forma similar al sistema 112 de captura hidráulica tal y como se describió anteriormente, por ejemplo.
El elevador 238 exterior, el elevador 236 interior, y la cápsula 234 se mueven verticalmente con respecto al tanque 230 exterior, y se pueden implementar de forma similar al elevador 110 exterior, el elevador 108 interior, y la cápsula 106, respectivamente, tal y como se describieron anteriormente.
Con referencia ahora a la figura 20, en la misma se muestra un modo de realización ejemplo de un intercambiador 232 de masa diferencial de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento. El intercambiador 232 de masa diferencial comprende dos o más bolsas 280 enrolladas, una barra 282 actuadora y una asistencia 284 hidráulica.
Una primera bolsa 280 enrollada está en comunicación fluida con una unidad 101a, y una segunda bolsa 280 enrollada está en comunicación fluida con una unidad 101b. Las bolsas 280 enrolladas están sustancialmente llenas con un líquido 114, y funcionan para transferir un volumen de líquido 114 desde el tanque 104 exterior dentro de la bolsa 280 enrollada, y desde la bolsa 280 enrollada al tanque 104 exterior. La presión del líquido 114 en el interior de las bolsas 280 enrolladas se puede medir a través de un transductor 286. La bolsa 280 enrollada está en comunicación fluida con el conducto 266 de líquido. Opcionalmente, las bolsas 280 enrolladas pueden estar en comunicación fluida entre sí a través de un conducto 288 que puede ser cerrado de forma selectiva con una válvula 290 de compuerta, por ejemplo.
Cada una de las dos bolsas 280 enrolladas están fijadas a un extremo de la barra 282 actuadora, de tal manera que cuando una bolsa 280 enrollada es llenada con líquido 114, un extremo 292 de la barra 282 actuadora es presionado hacia arriba por la bolsa 280 enrollada alrededor de un pivote 294. Al mismo tiempo, un extremo 296 opuesto de la barra 282 actuadora es presionado hacia abajo alrededor del pivote 294 a medida que una bolsa 280 enrollada se desinfla y empuja una cantidad de líquido 114 dentro de la segunda unidad 101b. La barra 282 actuadora puede estar construida de cualquier material adecuado tal como acero, metales, titanio, plásticos, resinas, madera, y combinaciones de los mismos, por ejemplo.
La barra 282 actuadora está fijada un brazo 298 de péndulo, de tal manera que el brazo 298 de péndulo se mueve alrededor del pivote 294. El brazo 298 de péndulo puede estar construido de cualquier material adecuado tal como acero, metales, titanio, plásticos, resinas, madera y combinaciones de los mismos, por ejemplo.
Un contrapeso 300 opcional puede estar fijado al brazo 298 de péndulo y puede implementarse de forma similar al contrapeso 222. El contrapeso 300 puede comprender una cámara llena de fluido (no mostrada). El contrapeso 300 puede ser cualquier peso adecuado, tal como lingotes de plomo, placas de acero, bloques de cemento, compartimentos llenos de líquido, y combinaciones de los mismos, por ejemplo.
La asistencia 284 hidráulica está conectada al brazo 298 de péndulo, de tal manera que la asistencia 284 hidráulica sea capaz de aplicar fuerza en el brazo 298 de péndulo con el fin de actuar y controlar el movimiento del brazo 298 de péndulo alrededor del pivote 294. La asistencia 284 hidráulica puede estar en comunicación fluida con el acumulador 212 hidráulico y puede ser actuada mediante un fluido hidráulico presurizado suministrado por el acumulador 212 hidráulico.
La operación del intercambiador 232 de masa diferencial es similar a la operación del intercambiador 102 de masa de aire diferencial, excepto en que en lugar de mover aire, el intercambiador 232 de masa diferencial mueve un volumen de líquido 114 entre los tanques 104a y 104b y las bolsas 280 enrolladas.
Se ha de entender que se pueden utilizar otras formas, materiales y tamaños para los diversos componentes de un aparato 100 construido de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento, siempre que dichas otras formas y tamaños sean capaces de formar formaciones concéntricas que sean capaces de ser estabilizadas mediante un centrado dinámico. Se ha de entender adicionalmente que se pueden utilizar otros medios de estabilización con un aparato 100 de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en el presente documento, en combinación con un centrado dinámico, o el uno con el otro.
A partir de la descripción anterior, está claro que los conceptos inventivos divulgados en el presente documento se adaptan para llevar a cabo los objetos y para alcanzar las ventajas mencionadas en el presente documento así como aquellas inherentes en los conceptos inventivos divulgados en el presente documento. Aunque los modos de realización preferidos presentes de los conceptos inventivos divulgados en el presente documento han sido descritos para propósitos de esta divulgación, se entenderá que se pueden realizar numerosos cambios que sugerirán en sí mismos de forma fácil a los expertos en la técnica y que se realizan dentro del alcance de los conceptos inventivos divulgados en el presente documento y definidos por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato (100) que comprende:
un tanque (104) exterior que tiene una parte superior abierta, una pared (118) de tanque y una parte (116) inferior cerrada;
una pared (120) anular exterior que se extiende hasta una primera altura desde la parte (114) inferior, la pared (120) anular exterior dispuesta separada de la pared (118) de tanque de tal manera que se define un primer espacio (124) anular entre la pared (120) anular exterior y la pared (118) de tanque, y se define un segundo espacio (126) anular entre la pared (122) anular exterior y la pared (122) anular interior;
la pared (122) anular interior que se extiende hasta una segunda altura desde la parte (116) inferior, y un espacio (128) cilíndrico definido en el interior de la pared (122) anular interior;
un conducto (130) de aire cilíndrico que se extiende hasta una tercera altura a través de la parte (116) inferior y dentro del espacio (128) cilíndrico;
una cápsula (106) dispuesta al menos parcialmente dentro del espacio (128) cilíndrico, la cápsula (106) que comprende una parte (134) superior cerrada, una pared (138), y una parte (136) inferior que define una cámara (142) llena de gas cerrada que tiene un rebaje (146) cilíndrico que recibe al conducto (130) de aire en el mismo, la pared (138) que se extiende pasada la parte (136) inferior para definir una cámara (140) de desplazamiento abierta, la pared (138) separada de la pared (122) anular interior mediante un primer hueco (139) anular;
y un elevador (108) interior al menos parcialmente dispuesto en el segundo espacio (126) anular, el elevador (108) interior que tiene una parte (152) superior cerrada que tiene superficies superior e inferior, una pared (154), y una parte (150) inferior abierta, la superficie inferior del elevador (108) interior que descansa en la pared (122) anular interior, la pared (154) separada de la pared (122) anular interior mediante un segundo hueco (160) anular, y separada de la pared (120) anular exterior mediante un tercer hueco (158) anular;
un elevador (110) exterior dispuesto al menos parcialmente en el primer espacio (124) anular y que tiene una parte (174) superior cerrada, una pared (170), y una parte (172) inferior abierta, la parte (174) superior cerrada que descansa en la pared (120) anular exterior y contra el elevador (108) interior, la pared (170) separada de la pared (120) anular exterior mediante un cuarto hueco (186) anular, y separada de la pared (104) de tanque mediante un quinto hueco (184) anular,
en donde el tanque (104) exterior está lleno al menos parcialmente con un líquido (114), y en donde el primer hueco (139) anular, el tercer hueco (158) anular, y el quinto hueco (184) anular están sustancialmente llenos del líquido (114), y la cámara (140) de desplazamiento, el segundo hueco (160) anular, y el cuarto hueco (186) anular están sustancialmente libres de líquido (114), de tal manera que la cápsula (106), el elevador (108) interior, y el elevador (110) exterior están flotando de forma positiva y son capaces de desplazarse hacia arriba con respecto al tanque (104) exterior.
2. El aparato de la reivindicación 1, que además comprende un cilindro (210) de captura hidráulica que contiene un volumen de fluido hidráulico en el mismo conectado al elevador exterior, de tal manera que el cilindro (210) de captura hidráulica es capaz de ser actuado por el desplazamiento ascendente del elevador (110) exterior, el cilindro (210) de captura hidráulica en comunicación fluida con un acumulador (212) hidráulico, de tal manera que el volumen de fluido hidráulico se puede mover dentro del acumulador (212) hidráulico mediante el cilindro (210) de captura hidráulica.
3. El aparato de la reivindicación 2, en donde el cilindro (210) de captura hidráulica está en comunicación fluida con una válvula (214) de cierre capaz de evitar de forma selectiva que el elevador (110) exterior se desplace hacia arriba.
4. El aparato de la reivindicación 1, en donde el tanque (104) exterior, la pared (120) anular exterior, la pared (122) anular interior, el conducto (130) de aire cilíndrico, la cápsula (106), el elevador (108) interior, y el elevador (110) exterior forman una primera unidad (101a), y en donde el aparato además comprende:
una segunda unidad (101b) que comprende:
un tanque (104b) exterior que tiene una parte superior abierta, una pared (118b) de tanque, y una parte (116b) inferior cerrada; una pared (120b) anular exterior que se extiende hasta una primera altura desde la parte (116b) inferior, la pared (120b) anular exterior dispuesta separada de la pared (104b) de tanque de tal manera que se define un primer espacio (124b) anular entre la pared (120b) anular exterior y la pared (140b) de tanque, y se define un segundo espacio anular entre la pared (120) anular exterior y una pared (122b) anular interior;
la pared (122b) anular interior que se extiende hasta una segunda altura desde la parte (116b) inferior, y se define un espacio (128b) cilíndrico en el interior de la pared (122b) anular interior;
un conducto (130b) de aire cilindrico que se extiende hasta una tercera altura a través de la parte (116b) inferior y dentro del espacio (128b) cilíndrico;
una cápsula (106b) dispuesta al menos parcialmente dentro del espacio (128b) cilíndrico, la cápsula (106b) que comprende una parte (134b) superior cerrada, una pared (138b) y una parte (136b) inferior que define una cámara (142b) llena de gas cerrada que tiene un rebaje (146b) que recibe el conducto (130b) de aire en el mismo, la pared (138b) que se extiende pasada la parte (136b) inferior para definir una cámara (140) de desplazamiento abierta, la pared (138b) separada de la pared (122b) anular interior mediante un primer hueco (126b) anular;
un elevador (108b) interior dispuesto al menos parcialmente en el segundo espacio (126b) anular, el elevador (108b) interior que tiene una parte (152b) superior cerrada que tiene superficies superior e inferior, una pared (154b), y una parte (150) inferior abierta, la superficie inferior del elevador (108b) interior que descansa contra la pared (122b) anular interior, la pared (154b) separada de la pared (122b) anular interior mediante un segundo hueco (160b) anular, y separada de la pared (120b) anular exterior mediante un tercer hueco (158b) anular;
y un elevador (110b) exterior dispuesto al menos parcialmente en el primer espacio (124b) anular y que tiene una parte (174b) superior cerrada, una pared (170b) y una parte (172b) inferior abierta, la parte (174) superior cerrada que descansa contra la pared (120b) anular exterior y en el elevador (108b) interior, la pared (170b) separada de la pared (120b) anular exterior mediante un cuarto hueco (186b) separada de la pared (104b) de tanque mediante un quinto hueco (184b) anular,
en donde el tanque (104b) exterior está lleno al menos parcialmente con un líquido (114b), y
en donde el primer hueco (139b) anular, el tercer hueco (158b) anular y el quinto hueco (184b) anular están sustancialmente llenos de líquido (114b), y la cámara (140b) de desplazamiento, el segundo hueco (160b) anular y el cuarto hueco (186b) anular están sustancialmente libres del líquido (114b) de tal manera que la cápsula (106b), el elevador (108b) interior y el elevador (110b) exterior están flotando de forma positiva y son capaces de desplazarse hacia arriba con respecto al tanque (104b) exterior;
y un intercambiador (102) de masa de aire que comprende un cilindro (216) de asistencia que separa volúmenes de aire de iguales tamaños en dos lados del mismo, y en comunicación fluida con el conducto (130) de aire de la primera unidad (101a) y el conducto (130b) de aire de la segunda unidad (101b), el cilindro (216) de asistencia capaz de mover los volúmenes de aire entre la primera unidad (101a) y la segunda unidad (101b).
5. El aparato de la reivindicación 4, en donde la primera unidad (101a) además comprende un primer cilindro (210a) de captura hidráulica que contiene un volumen de fluido hidráulico en el mismo conectado al elevador (110a) exterior de la primera unidad (101a) de tal manera que el cilindro (210a) de captura hidráulica es capaz de ser actuado por el desplazamiento ascendente del elevador (110a) exterior, el primer cilindro (210a) de captura cilíndrica está en comunicación fluida con un acumulador (212a) hidráulico de tal manera que un volumen del fluido eléctrico se mueve dentro del acumulador (212a) hidráulico mediante el primer cilindro (210a) de captura hidráulica.
6. El aparato de la reivindicación 5, en donde la segunda unidad (101b) además comprende un segundo cilindro (210b) de captura hidráulica que contiene un volumen de fluido hidráulico en el mismo conectado al elevador (110b) exterior de la segunda unidad (101b), de tal manera que el segundo cilindro (210b) de captura hidráulica es capaz de ser actuado por el desplazamiento ascendente del elevador (110b) exterior, el segundo cilindro (210b) de captura hidráulica está en comunicación fluida con el acumulador (212b) hidráulico, de tal manera que un volumen de fluido hidráulico es móvil dentro del acumulador (212b) hidráulico mediante el segundo cilindro (210b) de captura hidráulica.
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