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WO2007116384A2 - Sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar - Google Patents

Sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar Download PDF

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WO2007116384A2
WO2007116384A2 PCT/IB2007/052397 IB2007052397W WO2007116384A2 WO 2007116384 A2 WO2007116384 A2 WO 2007116384A2 IB 2007052397 W IB2007052397 W IB 2007052397W WO 2007116384 A2 WO2007116384 A2 WO 2007116384A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
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tank
floating body
submerged
movement
energy
Prior art date
Application number
PCT/IB2007/052397
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English (en)
French (fr)
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WO2007116384A3 (es
Inventor
Abel Cucurella Ripoll
Original Assignee
Pipo Systems, S.L.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pipo Systems, S.L. filed Critical Pipo Systems, S.L.
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Priority to DE602007003581T priority patent/DE602007003581D1/de
Priority to AU2007237046A priority patent/AU2007237046B2/en
Priority to CA2649277A priority patent/CA2649277C/en
Priority to EP07789768A priority patent/EP2009278B1/en
Priority to AT07789768T priority patent/ATE450711T1/de
Priority to JP2009504892A priority patent/JP2009533600A/ja
Publication of WO2007116384A2 publication Critical patent/WO2007116384A2/es
Publication of WO2007116384A3 publication Critical patent/WO2007116384A3/es
Priority to NO20084715A priority patent/NO20084715L/no

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a system of multiple collection and complementary transformation of energy from the waves of the sea.
  • Power generation systems are known from the waves of the sea based on the use of buoyant forces acting on a floating body anchored or ballasted at the bottom of the sea.
  • the work path made by the floating body due to the action of buoyant forces is used to obtain energy.
  • the power generation systems that take advantage of buoyant forces are clean, simple, but not very competitive systems so far, taking into account the necessary dimensions and low energy collection. These are techniques that require a notable increase in the collection and transformation of energy that makes the installation profitable.
  • the Spanish patent ES2224832 describes a system of multiple collection and complementary transformation of energy from the waves of the sea that has the advantage over other systems that capture only one of the forms of energy contained in the waves of the sea, that It allows, in addition to the collection of energy due to the impulse of the waves on the floating body, the collection of energy due to the pressures of the water column on the captive air of a submerged reservoir, which is open at its base and that moves in the opposite direction to the floating body.
  • the complementary action between the floating body and the submerged reservoir an action that has its origin in the changes of captive air pressure that the reservoir contains due to the changes in the water column it supports, translates into a complementary transformation of energy that tends to increase the intensity of the force during all the wave travels, both upward and downward, so that the effective working path of the floating body is increased and, with this, the ability to capture energy from the system.
  • the system of The present invention comprises a floating body, means for the transformation of the movement of the system into pneumatic, electrical or hydraulic energy, means for transmitting said energy to the mainland or a structure, a structure of vertical guides through which said floating body moves, a first tank submerged with captive gas, opened by its lower base, supported by said floating body, and also movable by said vertical guide structure, means of transmitting the movement of said floating body to said submerged tank, said body and tank being arranged so that the movement of the submerged tank is in the opposite direction to that of the floating body, the movement of the floating body and the submerged tank being transmitted, through means of transmission of the movement, to said means of transforming the movement into pneumatic, electrical energy or hydraulic, and is characterized by the fact that it comprises a second tank submerged with
  • said captive gas is air.
  • the presence of the two submerged tanks has the basic effect on the system that reduces the loss of force due to the inertia of water displacement caused by wave impulses, without negatively affecting the ability to increase the system energy collection.
  • the described effect is due to the fact that at both reservoirs are submerged, interconnected and arranged so that they move in the opposite direction due to the effect of the waves, the changes in water column pressure caused by these waves are doubled and the exchange or transfer of air volumes that has the particularity of which generates, in each of these deposits, forces (thrusts in the ascents and masses in the descents) that are added and transmitted integrally to the floating body, both in the ascent and in the descent, and that, therefore, complement with the same intensity to the buoyant forces that act directly on said floating body.
  • the system of the present invention it is possible to obtain a very high energy absorption performance by working with waves of very small dimensions, for example, with waves from 0.5 m. Thanks to this, unlike other systems of the state of the art, the system of the invention is viable in areas such as the Mediterranean where the waves are small but abundant, and where there is a very high demand for energy.
  • the presence of the two submerged tanks also provides the advantage to the system that it is highly sensitive to changes in water column pressure, so that any small surface variation doubles the water column causing exchange of gases and volumes between said deposits.
  • the forces that are generated act with their maximum intensity complementing the buoyant forces and the work of the system.
  • said system comprises a third tank submerged with captive gas, opened by its lower base, and fixed to said vertical guide structure, a second floating body joined in solidarity with said first floating body, said second body being floating housed inside said third submerged tank so that it floats on its inner liquid surface simultaneously and parallel to said first floating body, and the gas volume of said third tank being interchangeable with the gas volume of at least an outer receptacle due to the changes in water column pressure caused by the waves.
  • the body housed inside the third tank constitutes a second submerged buoy that floats on the inner liquid surface of the third tank simultaneously and parallel to the first buoy or floating body that is on the surface. Therefore, said second submerged buoy constitutes a second volume collection surface that allows to increase the buoyant work performed on the same vertical axis of the system, without the need for a large surface buoy.
  • the system has three buoyant actuators (a first surface floating body, a second submerged floating body and an actuator consisting of the first and second set submerged deposits) that in the form of thrust or mass work in their three levels on the same axis.
  • said outer receptacle is at least another third tank submerged with captive gas disposed in at least one adjacent module of the system and intercommunicated with said third submerged tank, said at least one adjacent module comprising a first floating body and said first and second deposits submerged with captive gas.
  • This embodiment has the advantage that the transfer of captive gas is carried out between at least two submerged third tanks, each belonging to a module of the system, which favors an instantaneous and continuous transfer of gases and, therefore, therefore, the rapid change and with hardly any friction of the water levels, and the movement of each one of the buoys submerged in the mentioned deposits of each module.
  • the internal gas / water level of the third tanks will be the same for each module.
  • said internal gas / water level will vary in each module differently but simultaneously and parallel to the surface variations due to the action of the waves, which will facilitate the exchange of gases from one tank to another and, with it, the upward and downward movement, with hardly any friction, of each of the buoys or submerged floating bodies that they contain the third deposits of each module, remaining united to the buoys that float on the free surface of the sea.
  • the means of transforming the movement into energy are arranged in a structure superior to said vertical guide structure.
  • said means of transformation is very easy to isolate said means of transformation from the corrosive action of seawater, which facilitates the maintenance of the system.
  • said movement transmission means comprise a toothed rack integral with at least said first floating body and toothed wheels arranged in a sealed compartment disposed in said structure superior to said vertical guide structure, the length of said rack being Toothed suitable for engaging with said sprockets. In this way, the corrosive action of seawater on said movement transmission means is also minimized.
  • said means for transforming movement into energy comprise at least one electric generator, or a pneumatic pump or a hydraulic pump.
  • Figures 1, 2 and 3 are schematic elevational views of a first preferred embodiment of the system of the invention comprising the first floating body and said first and second submerged tanks.
  • Figure 1 corresponds to the system in the sea position, figure 2, in the crest position of the wave, and figure 3, in the sine position of the wave.
  • Figures 4, 5 and 6 are schematic elevational views of a second preferred embodiment of the system comprising, in addition to the first floating body and said first and second submerged tanks, a third submerged tank with a second floating body.
  • Figure 4 corresponds to the system in the sea position, figure 5, in the crest position of the wave, and figure 6, in the sine wave position.
  • Figures 1, 2 and 3 show a first preferred embodiment of the system comprising a surface floating body 1, a first semi-spherical submerged reservoir 2 with captive air 3, opened by its lower base to allow the entry of seawater 4, and a second submerged tank 5 in the form of a ring, of equal capacity, also open at its base and with captive air 3 inside.
  • the floating body 1 holds the semi-spherical submerged tank 2 through the cables 6 and the pulleys 7, and the second ring-shaped tank 5, by means of the bars 8. With respect to said first tank 2 and second tank 5, these are connected to each other by means of cables 9 and pulleys 10, through which flexible tubes 11 also pass through which the exchange of air volumes 3 of said tanks 2, 5 is carried out. Both the floating body 1, as well as the submerged tanks 2, 5 move vertically through the structure of vertical guides 12 to which the pulleys 7 and 10 are fixed. Said structure of vertical guides 12 keeps the floating body 1 and the tensioners aligned and aligned. submerged tanks 2, 5 to avoid lateral displacements.
  • the structure of vertical guides 12 is anchored at its bottom to concrete structures 13 installed at the bottom of the sea through chains 14 and pulleys 15 that constitute a double gravity anchoring system that will only act in sea conditions extreme and to compensate for the tides.
  • the same vertical guide structure 12 has a compensatory plate 16 at its lower base, which acts as a dynamic anchor for the work forces, helping to maintain the position of the floating body 1 and the tanks 2, 5 at each change of direction.
  • the floating body 1 and the second ring-shaped tank 5 are joined in solidarity through the bars 8, so that the direction in which both bodies move will always be the same.
  • the first tank 2, being connected with the floating body 1 and the second tank 5 through the pulleys 7, 10 and the cables 6, 9, will always move in the opposite direction to that of the floating body 1 and the of the second deposit 5.
  • the floating body 1 is jointly and severally connected to an axis 17 which, in turn, is attached by its interior to a rack Toothed, not shown, which meshes on each of its sides with two wheels that transform the movement of the floating body 1 along said rack, in the rotary movement of two axes with a certain working torque.
  • Said rotary movement is transmitted to a turn inverter with unidirectional output, which transmits the movement of a single motor shaft and the work force, to a multiplier whose final output is regulated by a continuous speed variator that keeps the turns within a limited rpm range and transmits them to a flywheel.
  • the movement of the motor shaft can finally be transmitted to one or two axes that, depending on the wave's potential, activate one or two electric generators, one or two pneumatic energy compressors, one or two hydraulic pumps that feed reverse osmosis membranes for desalination of seawater, or for example, to a hydrogen production equipment.
  • the sprockets as well as the rest of the components of the mechanical transmission system and the components of the system of transformation of the movement into energy, are arranged in a sealed compartment mounted on an outer structure, not shown. In this way, these components are protected from the direct and corrosive action of seawater.
  • the system described constitutes an improvement of the system of multiple collection and complementary transformation of energy of the state of the art that seeks to reduce hydrodynamic losses caused by the displacements of the water bodies of the system.
  • two tanks 2, 5, interconnected by the tubes 11, are arranged through which the air transfer 3 is carried out between deposits 2, 5.
  • the complementary action exerted in the state of the art between the floating body 1 and a single submerged reservoir an action that resulted in an increase in the effective work done by the system during the rise and fall of the waves , it is now exerted between the floating body 1 and two interconnected submerged reservoirs 2, 5, arranged so as to significantly reduce the losses of force caused by the inertia of the water displacements and, consequently, significantly increase the yield of obtaining system power
  • FIGS 3, 4 and 5 show a second preferred embodiment of the present invention in which, between the floating body 1 and the submerged tanks 2, 5, a third submerged tank 18 has been mounted which is fixed to the structure of vertical guides 12.
  • Said third tank 18 also comprises captive air 3 in its interior and is open at its base, but it has the particularity that it comprises in its interior a second body 19 that floats on the liquid surface parallel and simultaneously to the floating body 1 to which it is jointly and severally connected by axis 17 and peripheral bars 20.
  • said third tank 18 has two upper openings 21 through which the air 3 it contains can be transferred to an outer receptacle, not shown, or to a third tank 18, arranged in an adjacent module of the system.
  • the captive air containing the third reservoir 18 has been set at the appropriate pressure so that its volume occupy up to 50% of the capacity of said deposit.
  • the floating body 19 housed inside it can move simultaneously and parallel to the outer buoy 1, taking advantage of the changes in surface pressure level and water column caused by the waves.
  • the second submerged floating body 19 constitutes a second buoy or buoyant surface on which the forces of the sea waves will act, which are transmitted to it by atmospheric pressure and, therefore, therefore, a second surface that will allow to increase the work done on the same axis 17.
  • two small buoys 1, 19, which allow to maximize the potential wave travel (crest-sine) it is obtained the same buoyant work surface but with greater travel than would be obtained with a single outer buoy of larger dimensions that would be much more difficult to move through the waves.
  • the floating body 1, the submerged floating body 19 and the second annular reservoir 5 are jointly joined by the axis 17, the peripheral bars 20 and the bars 8a, whereby all of them move therein. sense.
  • the semi-spherical submerged tank 2 moves in the opposite direction, since it is connected to the floating body 1 and to the annular tank 5 by means of cables 6, 9 and pulleys 7, 10.
  • the system of the invention described in the embodiment of Figures 4, 5 and 6 has the advantage over systems of the state of the art that achieves a maximum energy efficiency, since, on the one hand it doubles the work buoyant and, on the other hand, increases the real effectiveness of the work done during the wave travel. All this thanks to the presence of the three buoyant actuators (a first surface floating body, a second submerged floating body and an actuator consisting of the set of first and second submerged tanks) that, in the form of thrust or mass, work on its three levels on the same axis.
  • the three buoyant actuators a first surface floating body, a second submerged floating body and an actuator consisting of the set of first and second submerged tanks

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Abstract

Sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar, que comprende una estructura de guías verticales (12), por la que se desplaza un cuerpo flotante (1), un primer depósito sumergido (2) de gas (3) cautivo, sostenido por dicho cuerpo flotante (1), y se caracteriza por el hecho de que comprende un segundo depósito (5) sumergido con gas (3) cautivo, unido solidariamente a dicho cuerpo flotante (1), estando dichos primer depósito (2) y segundo depósito (5) conectados entre sí, de modo que intercambian sus volúmenes de gas (3) respectivos por efecto de los cambios de presión de columna de agua (4) que provocan las olas. Mejora el rendimiento de captación de energía del sistema.

Description

SISTEMA DE MÚLTIPLE CAPTACIÓN Y TRANSFORMACIÓN COMPLEMENTADA DE ENERGÍA A PARTIR DE LAS OLAS DEL MAR.
La presente invención se refiere a un sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos sistemas de generación de energía a partir de las olas del mar basados en la utilización de las fuerzas boyantes que actúan sobre un cuerpo flotante anclado o lastrado al fondo del mar. El recorrido de trabajo que efectúa el cuerpo flotante debido a la acción de las fuerzas boyantes se aprovecha para obtener energía.
Sin embargo, dichos sistemas simples que captan la energía por flotación, presentan el inconveniente de que el recorrido empleado en captar fuerza, reduce, de forma proporcional, el recorrido dedicado a realizar trabajo. Por este motivo, la capacidad de los generadores boyantes se ve limitada en todo momento por las dimensiones del cuerpo flotante que a su vez están sujetas a la altura, longitud, y frecuencia por minuto de las olas.
Los sistemas de generación de energía que aprovechan las fuerzas boyantes son sistemas limpios, y simples, pero poco competitivos hasta el momento, si se tiene en cuenta las dimensiones necesarias y la escasa captación de energía. Se trata de técnicas que precisan de un notable incremento en la captación y transformación de energía que haga rentable la instalación.
La patente española ES2224832 describe un sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar que presenta la ventaja sobre otros sistemas que captan una sola de las formas de energía contenidas en las olas del mar, de que posibilita, además de la captación de la energía debida al propio impulso de las olas sobre el cuerpo flotante, la captación de la energía debida a las presiones de la columna de agua sobre el aire cautivo de un depósito sumergido, que está abierto por su base y que se mueve en sentido opuesto al cuerpo flotante.
En el sistema descrito por la mencionada patente, la acción complementada entre el cuerpo flotante y el depósito sumergido, acción que tiene su origen en los cambios de presión del aire cautivo que contiene el depósito debido a los cambios de columna de agua que soporta, se traduce en una transformación complementada de energía que tiende a incrementar la intensidad de la fuerza durante la totalidad de los recorridos de las olas, tanto en sentido ascendente como descendente, por lo que el recorrido de trabajo efectivo del cuerpo flotante se ve incrementado y, con ello, la capacidad de captación de energía del sistema.
Sin embargo, la gran inercia que han de vencer los desplazamientos de agua que produce el depósito sumergido del sistema de la citada patente, se traduce en pérdidas hidrodinámicas importantes que reducen de forma considerable la capacidad de incrementar la captación de energía. Por lo que dicho sistema necesita ser mejorado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo de la presente invención es el de desarrollar un sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar, que reduce al máximo las pérdidas hidrodinámicas del sistema del estado de la técnica sin que ello suponga una pérdida significativa de la capacidad de incrementar la captación de energía. De acuerdo con este objetivo, el sistema de la presente invención comprende un cuerpo flotante, medios para la transformación del movimiento del sistema en energía neumática, eléctrica o hidráulica, medios de transmisión de dicha energía hasta tierra firme o una estructura, una estructura de guías verticales por la que se desplaza dicho cuerpo flotante, un primer depósito sumergido con gas cautivo, abierto por su base inferior, sostenido por dicho cuerpo flotante, y también desplazable por dicha estructura de guías verticales, medios de transmisión del movimiento de dicho cuerpo flotante a dicho depósito sumergido, estando dispuestos dichos cuerpo y depósito de modo que el movimiento del depósito sumergido es de sentido inverso al del cuerpo flotante, siendo transmitido el movimiento del cuerpo flotante y del depósito sumergido, a través de medios de transmisión del movimiento, a dichos medios de transformación del movimiento en energía neumática, eléctrica o hidráulica, y se caracteriza por el hecho de que comprende un segundo depósito sumergido con gas cautivo, abierto por su base inferior, estando dicho segundo depósito unido solidariamente a dicho cuerpo flotante de modo que se desplaza en el mismo sentido que dicho cuerpo, y por el hecho de que dichos primer depósito y segundo depósito sumergido están conectados entre sí, de modo que intercambian sus volúmenes de gas respectivos por efecto de los cambios de presión de columna de agua que provocan las olas.
Preferiblemente, dicho gas cautivo es aire.
La presencia de los dos citados depósitos sumergidos, tiene el efecto básico sobre el sistema de que permite reducir la pérdida de fuerza debida a la inercia del desplazamiento de agua provocado por los impulsos de olas, sin que ello afecte negativamente a la capacidad de incrementar la captación de energía del sistema. El efecto descrito es debido al hecho de que al estar ambos depósitos sumergidos, interconectados y dispuestos de modo que se desplazan en sentido opuesto por efecto de las olas, se duplican los cambios de presión de columna de agua provocados por dichas olas y el intercambio o trasvase de volúmenes de aire que tiene la particularidad de que genera, en cada uno de dichos depósitos, unas fuerzas (empujes en los ascensos y masas en los descensos) que se suman y transmiten integramente al cuerpo flotante, tanto en el ascenso como en el descenso, y que, por lo tanto, complementan con la misma intensidad a las fuerzas boyantes que actúan directamente sobre dicho cuerpo flotante.
De este modo, la acción complementada que se ejercía en el estado de la técnica entre el cuerpo flotante y un único depósito sumergido de volumen variable, se ejerce ahora mediante dos depósitos sumergidos interconectados, con el resultado de que las pérdidas de fuerza debidas a la inercia de los desplazamientos de agua se ven enormemente reducidas, siendo el rendimiento de obtención de energía del sistema muy superior.
Sorprendentemente, con el sistema de la presente invención es posible obtener un rendimiento muy alto de absorción de energía trabajando con olas de muy pequeñas dimensiones, por ejemplo, con olas a partir de 0,5 m. Gracias a ello, a diferencia de otros sistemas del estado de la técnica, el sistema de la invención es viable en zonas como el Mediterráneo donde el oleaje es de pequeñas dimensiones pero abundante, y donde hay una demanda muy alta de energía.
La presencia de los dos depósitos sumergidos aporta también la ventaja al sistema de que éste resulta enormemente sensible a los cambios de presión de columna de agua, de modo que cualquier pequeña variación en superficie duplica la columna de agua provocando el intercambio de gases y volúmenes entre dichos depósitos. De este modo, desde prácticamente el inicio del recorrido de trabajo del cuerpo flotante, las fuerzas que se generan actúan con su intensidad máxima complementando a las fuerzas boyantes y el trabajo del sistema.
Según una realización de la presente invención, dicho sistema comprende un tercer depósito sumergido con gas cautivo, abierto por su base inferior, y fijado a dicha estructura de guias verticales, un segundo cuerpo flotante unido solidariamente a dicho primer cuerpo flotante, estando dicho segundo cuerpo flotante alojado en el interior de dicho tercer depósito sumergido de modo que flota sobre su superficie liquida interior de forma simultánea y paralela a dicho primer cuerpo flotante, y siendo el volumen de gas de dicho tercer depósito intercambiable con el volumen de gas de por lo menos un receptáculo exterior por efecto de los cambios de presión de columna de agua que provocan las olas.
En la citada realización, el cuerpo alojado en el interior del tercer depósito constituye una segunda boya sumergida que flota sobre la superficie liquida interior del tercer depósito de forma simultánea y paralela a la primera boya o cuerpo flotante que se encuentra en la superficie. Por lo tanto, dicha segunda boya sumergida constituye una segunda superficie de captación de volumen que permite incrementar el trabajo boyante realizado sobre el mismo eje vertical del sistema, sin necesidad de disponer de una boya de grandes dimensiones en superficie.
Tal y como es sabido, para que un cuerpo flotante aproveche al máximo el recorrido potencial de trabajo que ofrece la ola, es necesario que la longitud de dicho cuerpo no supere el 50% de la longitud de onda de la ola media en un punto dado del mar, es decir que no supere la longitud que va de cresta a seno de ola. La disposición de dos boyas o cuerpos flotantes a dos niveles que se describe en la citada realización, uno en superficie y otro sumergido, presenta la ventaja de que permite aprovechar al máximo todo el recorrido que ofrecen las olas, manteniendo, al mismo tiempo, una superficie de trabajo boyante equivalente a la de una boya o cuerpo flotante en superficie con grandes dimensiones y bajo recorrido .
Otra ventaja de la realización que se describe está en el hecho de que, de este modo, el sistema dispone de tres actuadores boyantes (un primer cuerpo flotante en superficie, un segundo cuerpo flotante sumergido y un actuador constituido por el conjunto de primer y segundo depósitos sumergidos) que en forma de empuje o masa trabajan en sus tres niveles sobre un mismo eje. Según otra realización de la presente invención, dicho receptáculo exterior es por lo menos otro tercer depósito sumergido con gas cautivo dispuesto en por lo menos un módulo adyacente del sistema e intercomunicado con dicho tercer depósito sumergido, comprendiendo dicho por lo menos un módulo adyacente un primer cuerpo flotante y dichos primer y segundo depósitos sumergidos con gas cautivo .
Esta realización presenta la ventaja de que el trasvase de gas cautivo se lleva a cabo entre por lo menos dos terceros depósitos sumergidos, cada uno de ellos pertenecientes a un módulo del sistema, lo que propicia una transferencia instantánea y continua de gases y, por lo tanto, el cambio rápido y sin apenas rozamientos de los niveles de agua, y el movimiento de cada una de las boyas sumergidas en los citados depósitos de cada módulo.
En efecto, durante los periodos de mar quieta, el nivel interior de gas/agua de los terceros depósitos será el mismo para cada módulo. Sin embargo, con el movimiento del mar, dicho nivel interior de gas/agua variará en cada módulo de forma diferente pero simultánea y paralela a las variaciones en superficie por efecto de la acción de las olas, lo que facilitará el intercambio de gases de un depósito a otro y, con ello, el movimiento ascendente y descendente, sin apenas rozamientos, de cada una de las boyas o cuerpos flotantes sumergidos que contienen los terceros depósitos de cada módulo, permaneciendo unidos a las boyas que flotan sobre la superficie libre del mar.
Preferiblemente, los medios de transformación del movimiento en energía están dispuestos en una estructura superior a dicha estructura de guías verticales. De este modo, resulta muy fácil aislar dichos medios de transformación de la acción corrosiva del agua del mar, lo que facilita el mantenimiento del sistema.
También preferiblemente, dichos medios de transmisión del movimiento comprenden una cremallera dentada unida solidariamente a por lo menos dicho primer cuerpo flotante y unas ruedas dentadas dispuestas en un compartimiento estanco dispuesto en dicha estructura superior a dicha estructura de guías verticales, siendo la longitud de dicha cremallera dentada adecuada para engranar con dichas ruedas dentadas. De este modo, se minimiza igualmente la acción corrosiva del agua de mar sobre dichos medios de transmisión del movimiento.
Otra vez preferiblemente, dichos medios de transformación del movimiento en energía comprenden por lo menos un generador eléctrico, o una bomba neumática o una bomba hidráulica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización. En dichos dibujos, las figuras 1, 2 y 3 son vistas esquemáticas en alzado de una primera realización preferida del sistema de la invención que comprende el primer cuerpo flotante y dichos primer y segundo depósitos sumergidos. La figura 1 corresponde al sistema en la posición de mar quieta, la figura 2, en posición de cresta de la ola, y la figura 3, en posición de seno de la ola. las figuras 4, 5 y 6 son vistas esquemáticas en alzado de una segunda realización preferida del sistema que comprende, además del primer cuerpo flotante y dichos primer y segundo depósitos sumergidos, un tercer depósito sumergido con un segundo cuerpo flotante. La figura 4 corresponde al sistema en la posición de mar quieta, la figura 5, en posición de cresta de la ola, y la figura 6, en posición de seno de ola.
DESCRIPCIÓN DE DOS REALIZACIONES PREFERIDAS
Las figuras 1, 2 y 3 muestran una primera realización preferida del sistema que comprende un cuerpo flotante 1 en superficie, un primer depósito sumergido semiesférico 2 con aire 3 cautivo, abierto por su base inferior para permitir la entrada de agua marina 4, y un segundo depósito sumergido 5 en forma de anillo, de igual capacidad, también abierto por su base y con aire 3 cautivo en su interior.
El cuerpo flotante 1 sostiene al depósito sumergido semiesférico 2 a través de los cables 6 y las poleas 7, y al segundo depósito 5 en forma de anillo, mediante las barras 8. Por lo que respecta a dichos primer depósito 2 y segundo depósito 5, éstos están unidos entre si mediante los cables 9 y poleas 10, por las que también pasan los tubos flexibles 11 a través de los que se lleva a cabo el intercambio de volúmenes de aire 3 de dichos depósitos 2, 5. Tanto el cuerpo flotante 1, como los depósitos sumergidos 2, 5 se desplazan verticalmente por la estructura de guias verticales 12 a la que están fijadas las poleas 7 y 10. Dicha estructura de guias verticales 12 mantiene tensados y alineados al cuerpo flotante 1 y a los depósitos sumergidos 2, 5 para evitar desplazamientos laterales .
La estructura de guias verticales 12 está anclada por su parte inferior a unas estructuras de hormigón 13 instaladas en el fondo del mar a través de las cadenas 14 y las poleas 15 que constituyen un sistema de anclaje doble por gravedad que sólo actuará en condiciones de mar extremas y para compensar las mareas.
La misma estructura de guias verticales 12 dispone en su base inferior de un plato 16 compensatorio, que actúa como anclaje dinámico de las fuerzas de trabajo, ayudando a mantener la posición del cuerpo flotante 1 y los depósitos 2, 5 en cada cambio de sentido.
El cuerpo flotante 1 y el segundo depósito 5 en forma de anillo están unidos solidariamente a través de las barras 8, por lo que el sentido en el que se desplazan ambos cuerpos será siempre el mismo. Por el contrario, el primer depósito 2, al estar unido con el cuerpo flotante 1 y el segundo depósito 5 a través de las poleas 7, 10 y los cables 6, 9, se desplazará siempre en sentido opuesto al del cuerpo flotante 1 y al del segundo depósito 5.
De este modo, cuando el cuerpo flotante 1 asciende o desciende por efecto de la acción de las olas, lo hace también el segundo depósito 5 sumergido o depósito en forma de anillo, mientras que el primer depósito sumergido 2 o depósito semiesférico desciende o asciende, respectivamente .
Tal y como puede verse en las figuras, el cuerpo flotante 1 está unido solidariamente a un eje 17 el cual ésta a su vez unido por su interior a una cremallera dentada, no representada, que engrana por cada uno de sus lados con dos ruedas que transforman el movimiento del cuerpo flotante 1 a lo largo de dicha cremallera, en el movimiento rotativo de dos ejes con un determinado par de trabajo. Dicho movimiento rotativo es transmitido a un inversor de giro con salida unidireccional, que transmite el movimiento de un solo eje motor y la fuerza de trabajo, a un multiplicador cuya salida final es regulada por un variador continuo de velocidad que mantiene los giros dentro de una franja de r.p.m. acotadas y las transmite a un volante de inercia. El movimiento del eje motor puede ser finalmente transmitido a uno o dos ejes que según potencial de las olas accionan uno o dos generadores eléctricos, a uno o dos compresores de energía neumática, a una o dos bombas hidráulicas que alimentan membranas de osmosis inversa para la desalación de agua de mar, o por ejemplo, a un equipo para la producción de hidrógeno.
En la realización que se describe, las ruedas dentadas, así como el resto de componentes del sistema mecánico de transmisión y los componentes del sistema de transformación del movimiento en energía, se hallan dispuestos en un compartimiento estanco montado en una estructura exterior, no representada. De este modo, dichos componentes quedan protegidos de la acción directa y corrosiva del agua del mar.
Tal y como se ha comentado, el sistema que se describe constituye una mejora del sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía del estado de la técnica que persigue la reducción de las pérdidas hidrodinámicas causadas por los desplazamientos de las masas de agua del sistema.
Para conseguir dicho objetivo y, tal y como puede verse en las figuras adjuntas, se han dispuesto dos depósitos 2, 5, interconectados mediante los tubos 11, a través de los que se lleva a cabo el trasvase de aire 3 entre depósitos 2, 5.
Tal y como está representado en la figura 1, en posición de mar quieta, el nivel de agua/aire de ambos depósitos sumergidos 2, 5 es el mismo. En posición de cresta de ola (figura 2), el cuerpo flotante 1 asciende impulsado por la energía de las olas del mar, transmitiendo su movimiento a ambos depósitos sumergidos 2, 5, a través de los cables 6 y las barras 8. El primer depósito semiesférico 2 se mueve en sentido opuesto a como lo hace el cuerpo flotante 1, por lo que al ascender el cuerpo 1, dicho depósito sumergido 2 se aleja de la superficie propiciando que, al crecer la columna de agua que soporta, el aire 3 cautivo que contiene sea traspasado al segundo depósito en forma de anillo 5, el cual asciende también hacia la superficie arrastrado por las barras 8 que le mantienen unido al cuerpo flotante 1.
El trasvase de aire 3 hacia el segundo depósito 2 en forma de anillo que tiene lugar durante el ascenso de la ola genera en ambos depósitos unas fuerzas (incremento de peso en el depósito semiesférico 2 y incremento de empuje en el depósito anular 5) que se transmiten al cuerpo flotante 1 a través de los cables 6 y las barras 8, y se suman (complementan) a la fuerza de empuje generada por el impulso de las olas (fuerzas boyantes) . En posición de seno de ola (figura 3), el cuerpo flotante 1 desciende por efecto de las olas y también lo hace el depósito anular 5 que está unido a él mediante las barras 8. Al ganar dicho depósito anular 5 columna de agua 4, el aire 3 que contiene es traspasado al depósito semiesférico 2, el cual asciende hacia la superficie arrastrado por los cables 6 y las poleas 7 que lo sujetan.
El trasvase de aire 3 hacia el primer depósito semiesférico 2 que tiene lugar durante el descenso de la ola genera en ambos depósitos unas fuerzas (incremento de empuje en el depósito semiesférico 2 y incremento de peso en el depósito anular 5) que se transmiten al cuerpo flotante 1 a través de los cables 6 y las barras 8, y se suman (complementan) a la fuerza generada por el descenso de las olas (masa del cuerpo flotante) . En la presente invención, la acción complementada que se ejercía en el estado de la técnica entre el cuerpo flotante 1 y un único depósito sumergido, acción que se traducía en un incremento del trabajo efectivo realizado por el sistema durante el ascenso y descenso de las olas, se ejerce ahora entre el cuerpo flotante 1 y dos depósitos sumergidos 2, 5 intercomunicados, dispuestos de modo que permiten reducir significativamente las pérdidas de fuerza producidas por la inercia de los desplazamientos de agua y, en consecuencia, incrementar significativamente el rendimiento de obtención de energía del sistema.
Las figuras 3, 4 y 5 muestran una segunda realización preferida de la presente invención en la que, entre el cuerpo flotante 1 y los depósitos sumergidos 2, 5, se ha montado un tercer depósito sumergido 18 que está fijado a la estructura de guías verticales 12. Dicho tercer depósito 18 comprende también aire 3 cautivo en su interior y está abierto por su base, pero presenta la particularidad de que comprende en su interior un segundo cuerpo 19 que flota sobre la superficie líquida de forma paralela y simultánea al cuerpo flotante 1 al que está unido solidariamente mediante el eje 17 y las barras periféricas 20.
Tal y como puede verse en las figuras 4, 5, 6, dicho tercer depósito 18 posee dos aberturas 21 superiores por las que el aire 3 que contiene puede ser traspasado hasta un receptáculo exterior, no representado, o hasta un tercer depósito 18, dispuesto en un módulo adyacente del sistema .
El aire cautivo que contiene el tercer depósito 18 se ha dispuesto a la presión adecuada para que su volumen ocupe hasta el 50% de la capacidad de dicho depósito. De este modo, el cuerpo flotante 19 alojado en su interior podrá desplazarse de forma simultánea y paralela a la boya 1 exterior, aprovechando los cambios de nivel superficial de presión y de columna de agua provocados por las olas.
Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, el segundo cuerpo flotante sumergido 19 constituye una segunda boya o superficie boyante sobre la que actuarán las fuerzas de las olas del mar, que le son transmitidas por la presión atmosférica y, por lo tanto, una segunda superficie que permitirá incrementar el trabajo realizado sobre el mismo eje 17. De este modo, con dos boyas 1, 19 de pequeñas dimensiones, que permiten aprovechar al máximo el recorrido potencial de las olas (cresta-seno) , se obtiene la misma superficie de trabajo boyante pero con mayor recorrido del que se obtendría con una única boya exterior de mayores dimensiones que resultaría mucho más difícil de desplazar por las olas.
En la realización que se describe, el cuerpo flotante 1, el cuerpo flotante sumergido 19 y el segundo depósito anular 5 están unidos solidariamente mediante el eje 17, las barras periféricas 20 y las barras 8a, por lo que todos ellos se mueven en el mismo sentido. Por el contrario, el depósito sumergido semiesférico 2 se mueve en sentido contrario, puesto que está unido al cuerpo flotante 1 y al depósito anular 5 mediante los cables 6, 9 y las poleas 7, 10.
En posición de mar quieta (figura 4), el nivel interior de agua/aire del depósito 18 se mantiene a media altura y la boya 19 en una posición intermedia en dicho depósito 18.
Sin embargo, con el movimiento del agua del mar (figuras 5, 6), dicho nivel interior de agua/aire variará, lo que facilitará el intercambio de aire 3 de un depósito 18 a otro ubicado en un módulo adyacente o en un receptáculo exterior y, con ello, el movimiento ascendente y descendente, sin apenas rozamientos, de cada una de las boyas 19 que contienen dichos depósitos 18.
Tal y como puede verse en la figura 5, en posición de cresta de ola, el cuerpo flotante sumergido 19 ha ascendido impulsado por el cuerpo flotante 1 al que está unido, provocando el trasvase del aire 3 hacia el depósito 18a del módulo adyacente (figura 6) . En dicho módulo, el cuerpo flotante 1 se encuentra en posición de seno de ola (figura 6), por lo que, el cuerpo flotante sumergido 19 ha descendido forzado por el cuerpo flotante 1 al que está unido, propiciando con ello la entrada de aire 3 procedente del depósito 18a del módulo adyacente que se encuentra en posición de cresta de ola. La transferencia casi instantánea y continua de los volúmenes de aire 3 de cada uno de los depósitos 18a, 18b interconectados permitirá el trabajo boyante sin apenas rozamientos de las boyas sumergidas o cuerpos flotantes 19 de cada uno de los módulos. Sorprendentemente, el sistema de la invención descrito en la realización de las figuras 4, 5 y 6, presenta la ventaja respecto de los sistemas del estado de la técnica de que consigue un rendimiento máximo de energía, puesto que, por un lado duplica el trabajo boyante y, por otro lado, incrementa la efectividad real del trabajo realizado durante el recorrido de las olas. Todo ello gracias a la presencia de los tres actuadores boyantes (un primer cuerpo flotante en superficie, un segundo cuerpo flotante sumergido y un actuador constituido por el conjunto de primer y segundo depósitos sumergidos) que en forma de empuje o masa trabajan en sus tres niveles sobre un mismo eje.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de múltiple captación y transformación complementada de energía a partir de las olas del mar, que comprende un cuerpo flotante (1), medios para la transformación del movimiento del sistema en energía neumática, eléctrica o hidráulica, medios de transmisión de dicha energía hasta tierra firme o una estructura, una estructura (12) de guías verticales por la que se desplaza dicho cuerpo flotante (1), un primer depósito sumergido (2) con un gas (3) cautivo, abierto por su base inferior, sostenido por dicho cuerpo flotante (1), y también desplazable por dicha estructura (12) de guías verticales, medios (6,7) de transmisión del movimiento de dicho cuerpo flotante (1) a dicho depósito (2) sumergido, estando dispuestos dichos cuerpo (1) y depósito (2) de modo que el movimiento del depósito (2) sumergido es de sentido inverso al del cuerpo flotante (1), siendo transmitido el movimiento del cuerpo flotante (1) y del depósito sumergido (2), a través de medios (17) de transmisión del movimiento, a dichos medios de transformación del movimiento en energía neumática, eléctrica o hidráulica, caracterizado por el hecho de que comprende un segundo depósito (5) sumergido con gas (3) cautivo, abierto por su base inferior, estando dicho segundo depósito (5) unido solidariamente a dicho cuerpo flotante (1) de modo que se desplaza en el mismo sentido que dicho cuerpo (1), y por el hecho de que dichos primer depósito (2) y segundo depósito (5) sumergidos están conectados entre sí, de modo que intercambian sus volúmenes de gas (3) respectivos por efecto de los cambios de presión de columna de agua (4) que provocan las olas.
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende un tercer depósito (18, 18a, 18b) sumergido con gas (3) cautivo, abierto por su base inferior, y fijado a dicha estructura (12) de guias verticales, un segundo cuerpo flotante (19) unido solidariamente a dicho primer cuerpo flotante (1), estando dicho segundo cuerpo flotante (19) alojado en el interior de dicho tercer depósito (18, 18a, 18b) sumergido de modo que flota sobre su superficie liquida interior de forma simultánea y paralela a dicho primer cuerpo (1), y siendo el volumen de gas (3) de dicho tercer depósito (18, 18a, 18b) intercambiable con el volumen de gas (3) de por lo menos un receptáculo exterior por efecto de los cambios de presión de columna de agua (4) que provocan las olas .
3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicho receptáculo exterior es por lo menos otro tercer depósito (18, 18a, 18b) sumergido dispuesto en por lo menos un módulo adyacente del sistema e intercomunicado con dicho tercer depósito (18, 18a, 18b) sumergido, comprendiendo dicho módulo adyacente igualmente un primer cuerpo flotante (1) y dichos primer (2) y segundo (5) depósitos sumergidos.
4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dichos medios de transformación del movimiento en energía están dispuestos en una estructura superior a dicha estructura (12) de guias verticales.
5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dichos medios de transmisión del movimiento comprenden una cremallera dentada unida solidariamente a por lo menos dicho primer cuerpo flotante (1) y unas ruedas dentadas dispuestas en un compartimiento estanco dispuesto en dicha estructura superior a dicha estructura (12) de guias verticales, siendo la longitud de dicha cremallera dentada adecuada para engranar con dichas ruedas dentadas.
6. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dichos medios de transformación del movimiento en energía comprenden por lo menos un generador eléctrico, o una bomba neumática o una bomba hidráulica.
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