ES2601527T3

ES2601527T3 - Convertidor de energía de las olas

Info

Publication number: ES2601527T3
Application number: ES07860987.2T
Authority: ES
Inventors: Alister Gardiner; Lan Le-Ngoc; Alan James Caughley
Original assignee: Callaghan Innovation Research Ltd
Current assignee: Callaghan Innovation Research Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: WO2008063086A2; EP2094966A4; WO2008063086A3; NZ551485A; US8686582B2; US20100140944A1; EP2094966A2; WO2008063086A9; AU2007322458A1; EP2094966B1; AU2007322458B2; PT2094966T

Abstract

Un convertidor (10) de energía de olas flotantes y auto-reaccionador para extraer energía útil del movimiento de las olas en una masa de líquido, que comprende: un flotador (12) activo que está dispuesto para flotar sustancialmente hacia o sobre la superficie del líquido, y que está dispuesto tanto a la agitación como al oleaje en respuesta a movimiento de las olas que actúan sobre el flotador (12) activo; un cuerpo (14) reactivo alargado que se extiende longitudinalmente entre un extremo superior y un extremo inferior, y que tiene un centro de masa situado en o hacia su extremo inferior y por debajo de su centro de flotación de tal manera que está dispuesto para ser suspendido en una posición sustancialmente vertical y sustancialmente en un estado sumergido en el líquido por debajo de la superficie, y el cuerpo reactivo que tiene un área de superficie y una longitud que se extiende en el líquido de la superficie de tal manera que cabecea alrededor de un centro de rotación situado en, o hacia su extremo inferior en respuesta al movimiento de las olas que actúan sobre el cuerpo reactivo, estando el flotador (12) activo y el cuerpo (14) reactivo acoplados de forma giratoria en o hacia el extremo superior del cuerpo (14) reactivo para el movimiento de giro con respecto al otro alrededor de un eje (16) de giro único en respuesta a la agitación y el oleaje del flotador (12) activo y al cabeceo del cuerpo (14) reactivo causado por el movimiento de las olas en el cuerpo del líquido, y en donde el flotador activo y el cuerpo reactivo están acoplados de forma giratoria para permitir que el flotador activo rote completamente 360° alrededor del único eje de giro; y un sistema de salida de energía que es accionado operativamente por el movimiento de giro alrededor del eje de giro para capturar la energía útil.

Description

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DESCRIPCION

Convertidor de energla de las olas Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un convertidor de energla de las olas. En particular, aunque no exclusivamente, el convertidor de energla de las olas es capaz de extraer energla util, tal como energla electrica, por ejemplo, a partir del movimiento de las olas en una masa de llquido, tal como, pero no necesariamente el mar.

Antecedentes de la invencion

La energla de las olas ha sido identificada como una posible fuente de energla renovable. Se han propuesto diversos dispositivos de conversion de energla de las olas que tienen como objetivo extraer energla util a partir de movimiento de las olas en una masa de llquido, tal como el mar. Las olas se crean a traves de la transferencia de energla eolica a la superficie de los cuerpos de agua. La energla de las olas se propaga por largas distancias en aguas profundas con minima atenuacion de las fluctuaciones de velocidad y presion interactivas dentro de la masa de agua. El cincuenta por ciento de la energia se propaga por las fluctuaciones de presion y cincuenta por ciento en fluctuaciones de velocidad. Un dispositivo de conversion de energia de las olas de exito debe maximizar la interaction con estos vectores de energia, que estan cambiando continuamente durante intervalos de tiempo que van desde segundos a anos. Los dispositivos de conversion de energia de las olas conocidos generalmente se dividen en dos categorias, a saber, dispositivos de longitud de onda y absorbedores puntuales.

Los dispositivos de longitud de onda abarcan fisicamente las olas de cresta a cresta para proporcionar una referencia flotante para las fuerzas de desplazamiento de la ola, y por lo tanto son muy grandes estructuras de al menos 100 a 200 metros de longitud. Es dificil disenar un dispositivo rentable de este tamano que puede responder a los cambios a corto plazo en caracteristicas de las olas, y por lo tanto dispositivos grandes tienden a tener baja eficiencia global de la conversion. Los absorbedores puntuales son mas pequenos y potencialmente mas adaptables a las condiciones cambiantes de las olas y por lo tanto pueden tener mayor eficiencia practica. Utilizan algun otro tipo de referencia, por ejemplo, el lecho marino o la costa, o por medio de una inercia suficiente en uno de los componentes del sistema. Existen muchos tipos diferentes de absorbedores puntuales, incluidas las columnas de agua oscilante y boyas de agitation.

Los dispositivos basados en la columna de agua oscilante utilizan por lo general un tubo vertical o camara en la que el oleaje de las olas de ida y vuelta conduce aire a traves de un dispositivo de conversion de energia tal como una turbina de aire.

Los absorbedores puntuales de boyas de agitacion usualmente operan de modo vertical, a menudo se hace referencia como "agitacion", y por lo general utiliza un flotador de superficie que sube y baja con las olas que pasan y reacciona contra el fondo del mar o la inercia de un componente conectado para extraer energia util. Un tipo comun de punto absorbente se conoce como un sistema de boya de agitacion de auto-reaccion que utiliza una boya de agitacion que reacciona contra una placa de arrastre suspendida y sumergida por debajo de la region de la energia de ola activa, o una masa inercial interna que esta disenada para resonar en el periodo de la ola. Existen esencialmente los siguientes tres componentes basicos para un sistema de boya de agitacion de auto-reaccion: una boya de agitacion que flota en la superficie del mar, alguna forma del dispositivo de reaction suspendido y sumergido debajo de la superficie, y una resistencia de carga o toma de energia colocada entre ellos. Las tecnicas de toma de energia limitan la capacidad de adaptation a las condiciones del oleaje y rechaza a los beneficios inherentes de la respuesta de absorbedores puntuales. Los absorbedores puntuales de transmision directa minimizan estas limitaciones como las caracteristicas de respuesta del dispositivo pueden ser controladas en gran medida por la carga de la toma de energia aplicada al dispositivo.

Tambien se han propuesto variaciones de los sistemas de boyas de agitacion de auto-reaccion basicos descritos anteriormente. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos 6,857,266 describe un convertidor de energia de las olas que extrae energla util basado en el movimiento relativo entre dos dispositivos, cada dispositivo que comprende un flotador de superficie y un cuerpo sumergido. El movimiento relativo de los dos dispositivos en respuesta a una ola que pasa se puede utilizar para efectuar una transferencia de energla cuando los dispositivos estan conectados por enlaces que por lo general estan dispuestos para operar como tomas de energia, por ejemplo, pueden ser dispositivos hidraulicos que estan dispuestos para impulsar un generador electrico.

Otro tipo de diseno basado en el punto de absorcion, conocido como un " boya de agitacion y cabeceo", se describe en la patente japonesa 3218462. La agitacion y cabeceo de boya esta dispuesto para extraer la energia util de movimiento de agitacion y tambien por el movimiento horizontal de rotation, a menudo denominado "cabeceo", causado por la reduction exponencial de la energla con la profundidad de las olas. En particular, las olas que pasan excitan la boya de agitacion y cabeceo para oscilar en dos direcciones, es decir, verticalmente para movimiento de agitacion y horizontalmente para el movimiento de cabeceo. Mas especlficamente, el movimiento de agitacion se crea en la direction vertical por la energla potencial de las olas y movimiento de cabeceo se crea en la direction

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horizontal por la energla cinetica de la ola. La boya de agitacion y cabeceo tiene dos flotadores, un flotador principal y un sub-flotador. Las placas unen a los dos flotadores juntos y un brazo de enlace los conecta a una torre de referencia que esta fijada al fondo del mar. El brazo de enlace esta conectado de manera giratoria a la torre en un extremo y conectado de forma giratoria al flotador principal en el otro extremo. El flotador principal esta dispuesto para extraer energla de las olas a traves de sus movimientos de agitacion y cabeceo. En particular, el flotador principal esta disenado para resonar con las olas en la agitacion y la agitacion del sub-flotador tambien hace que el flotador principal cabecee. Los movimientos oscilacion y cabeceo son detectados por el desplazamiento giratorio relativo en las dos conexiones giratorias que son a su vez acopladas a dos bombas de paletas rotatorias para que el movimiento se pueda convertir en energla hidraulica de aceite para un accionar un motor de aceite de un generador electrico.

Otro tipo de diseno basado en absorbedores puntuales se propone en la Patente de los Estados Unidos 3,631,670. El dispositivo propuesto comprende dos cuerpos flotantes que estan unidos por una barra oscilante. En funcionamiento, los dos flotadores se mecen de arriba y hacia abajo en el agua a diferentes frecuencias y esto imparte un movimiento de balanceo en la varilla oscilante. El dispositivo tambien comprende un mecanismo para convertir el movimiento de balanceo de la varilla oscilante en un movimiento de giro que se puede utilizar para accionar un generador de energla electrica.

En esta memoria descriptiva, donde se ha hecho referencia a las especificaciones de patente, otros documentos externos, u otras fuentes de informacion, son generalmente con el proposito de proporcionar un contexto para la discusion de las caracterlsticas de la invention. Salvo que se indique especlficamente lo contrario, la referencia a tales documentos externos no debe interpretarse como una admision de que tales documentos, o dichas fuentes de informacion, en cualquier jurisdiction, son de la tecnica anterior, o forma parte del conocimiento general comun en la tecnica.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un convertidor de energla de olas mejorado para la extraction de energla util a partir del movimiento de las olas en una masa de llquido, o al menos proporcionar al publico una option util.

Resumen de la invencion

En un primer aspecto, la presente invencion consiste ampliamente en una auto-reaccion y en la conversion de la energla flotante de las olas para extraer energla util a partir del movimiento de las olas en una masa de llquido, que comprende: un flotador activo que esta dispuesto para flotar sustancialmente hacia o sobre la superficie del llquido, y esta dispuesto tanto a la agitacion como al oleaje en respuesta al movimiento de las olas que actuan sobre el flotador activo; un cuerpo reactivo alargado que se extiende longitudinalmente entre un extremo superior y un extremo inferior, y que tiene un centro de masa situado en o hacia su extremo inferior y por debajo de su centro de flotation de tal manera que esta dispuesto para ser suspendido en una position vertical sustancialmente vertical y sustancialmente sumergido estando en el llquido por debajo de la superficie, y el cuerpo reactivo que tiene una superficie y una longitud que se extienden en el llquido de la superficie de tal manera que cabecea alrededor de un centro de rotation situado en, o hacia su extremo inferior en respuesta a movimientos de las olas que actuan sobre el cuerpo reactivo, el flotador activo y el cuerpo reactivo estan acoplados de forma giratoria en o hacia el extremo superior del cuerpo reactivo para el movimiento de giro con respecto al otro alrededor de un solo eje de giro en respuesta al agitacion y la flotacion del flotador activo y el cabeceo del cuerpo reactivo causado por el movimiento de las olas en la masa de llquido y en donde el flotador activo y el cuerpo reactivo estan acoplados de forma giratoria para permitir que el flotador activo rote completamente 360° alrededor del eje de giro individual; y un sistema de salida de energla que es accionado operativamente por el movimiento de giro alrededor del eje de giro para capturar la energla util.

Preferiblemente, el flotador activo esta dispuesto para tener una inercia baja a media tanto en las direcciones vertical como horizontal para mejorar los movimientos de agitacion y de oleaje respectivamente.

Preferiblemente, el flotador tiene forma activa con una o mas superficies de arrastre en la que el movimiento de las olas actua para mejorar los movimientos del oleaje.

En una forma, el flotador activo es al menos parcialmente en forma de hidroplano para crear la fuerza de elevation para mejorar los movimientos de agitacion y/o de oleaje en respuesta a la actuation de ola de movimiento en el flotador activa. En otra forma, el flotador activo comprende uno o mas componentes en forma de hidroala que se extienden desde la parte inferior del flotador activa en un estado sumergido debajo de la superficie del llquido, el(los) componente(s) en forma de hidroala que tiene(n) una orientation con respecto al flotador activo que esta dispuesto para crear la fuerza de elevacion para mejorar los movimientos de oscilacion y/o de oleaje del flotador activo como movimiento de las olas actua sobre el(los) componente(s) en forma de hidroala.

Preferiblemente, el flotador activo tiene un peso especlfico de menos de uno.

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Preferiblemente, el flotador activo tiene una relacion de flotabilidad con el peso en el intervalo de 1.5:1 a 10:1. Mas preferiblemente, el flotador activo comprende una relacion de flotabilidad con el peso de 2:1 a 4:1.

Preferiblemente, el flotador activo es sustancialmente alargado y esta definido sustancialmente por una anchura que se extiende paralela al eje de giro, una longitud que se extiende perpendicularmente al eje de giro, y una profundidad que se extiende perpendicularmente a la anchura y la longitud del flotador activo.

En una forma, el flotador activo tiene un perfil de seccion transversal sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud. En otra forma, el flotador activo tiene un perfil de seccion transversal no uniforme a lo largo de su longitud.

Preferiblemente, el flotador activo es un componente sustancialmente alargado que se extiende entre un primer extremo proximo al cuerpo reactivo y un segundo extremo distal al cuerpo reactivo, el area de seccion transversal entre los extremos esta definida perifericamente por las superficies opuestas superior e inferior que estan unidas por superficies laterales opuestas, la superficie superior esta dispuesta para enfrentarse hacia el cielo y la superficie inferior dispuesta para quedar orientada hacia y en el llquido. Mas preferiblemente, el primero y/o segundo extremos del flotador activo actua como una superficie de friccion sobre la que actuan los movimientos de las olas al crear fuerza de arrastre para mejorar los movimientos de oleaje del flotador activo.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo esta dispuesto para tener un medio de alta inercia en la direccion vertical para reducir al mlnimo los movimientos de agitacion que estan en fase con el movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo reactivo y bajar la inercia de giro medio alrededor de un eje horizontal que es paralelo al eje de giro para mejorar movimientos de cabeceo del cuerpo reactivo en respuesta a la actuacion del movimiento de las olas en el cuerpo reactivo.

En una forma, el cuerpo reactivo tiene al menos parcialmente forma de hidroala de tal manera que el movimiento de las olas que actua sustancialmente vertical sobre el cuerpo reactivo crea una fuerza de sustentacion horizontal en el cuerpo reactivo para mejorar los movimientos de cabeceo del cuerpo reactivo. En otra forma, el cuerpo reactivo comprende uno o mas componentes en forma de hidroala sobre los cuales actua el movimiento de las olas sustancialmente vertical para crear una fuerza de sustentacion horizontal en el cuerpo reactivo para mejorar los movimientos de cabeceo del cuerpo reactivo.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo esta dispuesto para tener una gravedad especlfica de aproximadamente uno de tal manera que tenga ya sea una flotabilidad neutra o ligeramente positiva o ligeramente negativa con respecto a la masa de llquido.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo tiene una relacion de flotabilidad con el peso en el intervalo de 0.8:1 a 1.2:1. Mas preferiblemente, el cuerpo reactivo esta dispuesto para tener una relacion de flotabilidad con el peso en el intervalo de 0.9:1 a 1.1:1.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo tiene suficiente anchura perpendicular a su eje longitudinal a lo largo de al menos una parte de su longitud que se extiende desde su extremo inferior con el fin de crear un area suficientemente grande de superficie activa sobre el cual movimiento de las olas actua para causar movimientos de cabeceo del cuerpo reactivo. Mas preferiblemente, el cuerpo reactivo se define sustancialmente por una longitud que se extiende entre sus extremos superior e inferior, una anchura que es perpendicular a lo largo del eje longitudinal entre los extremos superior e inferior, y una profundidad que es perpendicular al eje longitudinal y la anchura, en donde la longitud es mayor que la anchura, y la anchura es mayor que la profundidad, con el fin de formar un cuerpo reactivo sustancialmente alargado sustancialmente en forma de placa.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo comprende una distribucion de densidad de masa predeterminada a lo largo de su longitud entre su extremo superior y el extremo inferior, siendo la densidad de la masa alta con una gravedad especlfica que es sustancialmente mayor que uno a lo largo y hacia el extremo inferior y siendo la densidad de la masa baja, con una gravedad especlfica de sustancialmente menos de uno a lo largo y hacia el extremo superior del cuerpo reactivo.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo comprende material(es) de alta densidad o estructura(s) en o hacia su extremo inferior y el material de baja densidad(es) o estructura(s) en o hacia su extremo superior.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo comprende uno o mas dispositivos de flotacion controlables en, o hacia su extremo superior, de manera que los dispositivos de flotacion tal vez controlan el aumento o disminucion de la flotabilidad del cuerpo reactivo segun sea necesario. Mas preferiblemente, el(los) dispositivo(s) de flotacion controlable comprende tanques controlables de acabado o bolsas de aire.

Preferiblemente, la relacion en peso del flotador reactivo de cuerpo activo esta en el intervalo de 5:1 a 30:1. Mas preferiblemente, la relacion en peso del flotador reactivo de cuerpo activo esta en el intervalo de 10:1 a 20:1.

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Preferiblemente, el cuerpo reactivo comprende un cuerpo principal del cual se extienden dos brazos separados entre si, el flotador activa de manera giratoria esta acoplado entre los brazos para movimiento de giro alrededor del eje de giro unico respecto a los brazos en respuesta a movimientos del flotador activa y/o el cuerpo reactivo causados por el movimiento de las olas en la masa de llquido, siendo los brazos de longitud suficiente para permitir que el flotador activo gire completamente 360° alrededor del eje de giro en respuesta al movimiento de las olas sustancial.

Preferiblemente, el cuerpo principal del cuerpo reactivo tiene una forma de placa y es alargado entre los extremos superior e inferior, el extremo inferior del cuerpo principal que forma el extremo inferior del cuerpo reactivo, y en donde los brazos del cuerpo reactivo se extienden desde el extremo superior del cuerpo principal en la misma direccion longitudinal que el cuerpo principal alargado para formar el extremo superior del cuerpo de reactivo.

En una forma, los brazos del cuerpo reactivo se forman integralmente con el cuerpo principal del cuerpo reactivo. En otra forma, los brazos del cuerpo reactivo estan unidos al cuerpo principal del cuerpo reactivo.

Preferiblemente, el flotador activo es un componente sustancialmente alargado que se extiende entre un primer extremo proximo al cuerpo reactivo y un segundo extremo distal al cuerpo reactivo, y en donde los brazos del cuerpo reactivo se extienden desde el cuerpo principal a una distancia suficiente respecto a la longitud del flotador activo para permitir que el flotador activo gire 360° alrededor del eje de pivote entre los brazos y por encima del cuerpo principal en respuesta al movimiento de las olas.

Preferiblemente, los brazos del cuerpo reactivo se extienden paralelos entre si.

Preferiblemente, el sistema de salida de energla esta contenido dentro de uno o ambos brazos del cuerpo reactivo.

Preferiblemente, el cuerpo reactivo es amarrado con holgura con uno o mas cuerdas de amarre, cada cuerda de amarre esta fijada en un extremo en, o hacia la superficie inferior de la masa de llquido y en el otro extremo en o hacia el extremo inferior del cuerpo reactivo o en el centro del cabeceo del cuerpo reactivo. Mas preferiblemente, la masa de llquido es el mar y el uno o mas cabos de amarre estan fijados por un extremo al fondo del mar y se fijan en el otro extremo en, o hacia la parte inferior del cuerpo reactivo que se extiende en el mar.

En una forma, el sistema de salida de energla esta dispuesto para utilizar la energla util capturada para presurizar o bombear agua.

En otra forma, el sistema de salida de energla esta dispuesto para generar energla electrica a partir de la energla util capturada desde el movimiento de giro entre el flotador activo y el cuerpo reactivo alrededor del eje de giro, el sistema de salida de energla que comprende un generador electrico que tiene una entrada de eje de accionamiento giratorio y el movimiento de giro alrededor del eje de giro esta acoplado al eje de accionamiento de giro por un sistema de acoplamiento para accionar el generador electrico para producir energla electrica.

En una forma, el sistema de acoplamiento del sistema de salida de energla esta dispuesto para acoplar directamente el movimiento de giro en el eje de giro al eje de accionamiento de rotacion del generador electrico.

En otra forma, el sistema de acoplamiento del sistema de salida de energla esta dispuesto para indirectamente acoplar el movimiento de giro en el eje de giro al eje de accionamiento de rotacion del generador electrico a traves de un sistema de caja de cambios, el sistema de caja de cambios que esta dispuesto para convertir el movimiento de giro oscilante que tiene una fuerza mayor y menor velocidad en una fuerza mayor y menor velocidad para accionar el generador electrico.

Preferiblemente, el sistema de acoplamiento comprende ademas un sistema rectificador que esta dispuesto para convertir el movimiento de giro oscilatorio en el eje de giro en un movimiento de rotacion en una direccion constante para accionar el generador electrico.

Preferiblemente, el sistema de acoplamiento comprende una cualquiera o mas de las siguientes formas de formas sistemas de acoplamiento mecanico, hidraulico y/o neumatico.

Preferiblemente, el sistema de salida de energla esta dispuesto para controlar activamente la carga de torque en el eje de giro de acuerdo con la prediccion de avance del movimiento de las olas con el fin de aumentar la energla util capturada. Mas preferiblemente, el sistema de salida de energla comprende un generador electrico que tiene una entrada del eje de accionamiento giratorio y el movimiento de giro relativo en el eje de giro esta acoplado al eje de accionamiento giratorio por un sistema de acoplamiento para accionar el generador electrico para producir energla electrica, el generador electrico que esta dispuesto para accionar una carga y el sistema de salida de energla que comprende un sistema de control que esta dispuesto para controlar activamente el nivel de carga de acuerdo con la prediccion de avance del movimiento de las olas con el fin de optimizar la energla electrica generada.

En una forma, el flotador activo esta directamente acoplado de forma giratoria en, o hacia el extremo superior del cuerpo reactivo.

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En otra forma, el flotador activo indirectamente acoplado de forma giratoria al cuerpo reactivo a traves de un sub- bastidor que esta conectado en un extremo al flotador activo y acoplado de forma giratoria en el otro extremo en o hacia el extremo superior del cuerpo reactivo. Preferiblemente, el sub-bastidor esta conectado de forma segura en, o hacia el centro del flotador activo con respecto a su longitud, el flotador activo esta acoplado de forma giratoria al sub-bastidor para el movimiento de giro con respecto al sub-bastidor de tal manera que el flotador activo tiene dos grados de libertad en los que puede girar con respecto al cuerpo reactivo y de giro con respecto al sub bastidor para maximizar la superficie de contacto del flotador activo con el llquido durante el movimiento de las olas en que la orientacion del flotador activo puede ajustarse para obtener el maximo contacto con el llquido durante el movimiento de las olas. Mas preferiblemente, el sub-bastidor esta segura y rlgidamente fijado al flotador activo de tal manera que el flotador activo tiene un grado de libertad en donde puede girar con respecto al cuerpo reactivo.

Preferiblemente, el convertidor de energla de olas comprende ademas uno o mas flotadores activos que estan acoplados de forma giratoria al cuerpo reactivo para el movimiento de giro alrededor del eje de giro individual en respuesta a movimiento de las olas, siendo el sistema de salida de energla impulsado de forma operativa por el movimiento de giro relativo entre los flotadores activos y el cuerpo reactivo para capturar colectivamente la energla util.

Preferiblemente, la masa de llquido es el mar o el oceano.

Preferiblemente, el sistema de salida de energla genera energla electrica a partir de la energla util capturada en el eje de giro.

En un segundo aspecto, la presente invention consiste en terminos generales en un sistema de conversion de energla de las olas que comprende multiples convertidores de energla de las olas de acuerdo con el primer aspecto de la invencion, cada uno de los convertidores que estan unidos en un sistema de salida de energla unico que esta dispuesto para capturar colectivamente la energla util. Preferiblemente, el sistema de salida de energla esta dispuesto para convertir la energla util en energla electrica.

El segundo aspecto de la invencion puede comprender uno cualquiera o mas de las caracterlsticas del primer aspecto de la invencion.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, el termino "agitation", a menos que el contexto sugiera lo contrario, pretende describir una forma particular de movimiento de un cuerpo en respuesta a las fuerzas de excitation de movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo, y en particular, se pretende para cubrir los movimientos del cuerpo arriba y abajo en el llquido, tales como el agua del mar, que son sustancialmente en la direction vertical y que son causados principalmente por hidrostatica (flotabilidad) y/o las fuerzas hidrodinamicas.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, el termino "oleaje", a menos que el contexto sugiera lo contrario, pretende describir una forma particular de movimiento de un cuerpo en respuesta a las fuerzas de excitacion de movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo, y, en particular, se pretende cubrir los movimientos de ida y vuelta del cuerpo en el llquido, tal como agua de mar, que son sustancialmente en direccion horizontal y que son causados principalmente por las fuerzas hidrodinamicas.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, el termino "cabeceo", a menos que el contexto sugiera lo contrario, pretende describir una forma particular de movimiento de un cuerpo en respuesta a las fuerzas de excitacion de movimiento de las olas que actua sobre el cuerpo, y en particular, se pretende para cubrir los movimientos de rotation del cuerpo en el llquido, tal como agua de mar, alrededor de un centro de cabeceo en el cuerpo y que son causadas principalmente por las fuerzas hidrodinamicas.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, el termino "alargado", en el contexto de la description de un cuerpo tridimensional que tiene una longitud, anchura y profundidad, esta destinado a significar que la longitud del cuerpo es mayor que su anchura y profundidad

En la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la expresion "fuerza de elevation" en el contexto del movimiento de las olas que actuan sobre un cuerpo en forma de hidroala pretende significar la fuerza que causa un movimiento del cuerpo en cualquier direccion que no se corresponde con la direccion del movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo, y puede incluir los movimientos arriba y abajo en la direccion vertical, los movimientos de ida y vuelta de lado en la direccion horizontal, o cualquier combination de los mismos.

En la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la expresion "fuerza de arrastre" en el contexto del movimiento de las olas que actuan sobre un cuerpo en forma de hidroala pretende significar la fuerza que causa un movimiento del cuerpo en la direccion que se corresponde con la direccion del movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo, y puede incluir los movimientos arriba y abajo en la direccion vertical, los movimientos de ida y vuelta de lado en la direccion horizontal, o cualquier combinacion de los mismos.

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En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la expresion "movimiento de las olas" se destina a cubrir todas las formas de movimiento causado por las olas, marejadas, corrientes, mareas en una masa de liquido, tal como el mar, que dan lugar a la propagacion de la energia por las variaciones ciclicas en la velocidad del agua y la presion.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la expresion "baja inercia" en el contexto de la descripcion de un cuerpo solido se entiende que significa que el cuerpo solido tiene un tiempo de respuesta de inercia cuando se somete a las fuerzas de excitacion de ola en la direccion de interes que se compara rapido con el periodo de la ola con la que interactua. Tener en cuenta que, en el contexto de esta definicion, baja inercia no implica necesariamente baja masa.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la frase "inercia media" en el contexto de la descripcion de un cuerpo solido se entiende que significa que el cuerpo solido tiene un tiempo de respuesta de inercia cuando se somete a las fuerzas de excitacion de ola en la direccion de interes que es del mismo orden que el periodo de la ola con el que interactua. Tener en cuenta que, en el contexto de esta definicion, inercia media no implica necesariamente la masa media.

En esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, la expresion "alta inercia" en el contexto de la descripcion de un cuerpo solido se entiende que significa el cuerpo solido tiene un tiempo de respuesta de inercia cuando se somete a las fuerzas de excitacion de ola en la direccion de interes que es lento en comparacion con el periodo de la ola con la que interactua. Tener en cuenta que, en el contexto de esta definicion, alta inercia no implica necesariamente gran masa.

El termino "que comprende" como se usa en esta memoria descriptiva y reivindicaciones, significa "que consiste al menos en parte". En la interpretacion de cada declaracion en esta memoria descriptiva y reivindicaciones que incluyen el termino "que comprende", caracteristicas distintas de aquella o aquellas prologadas por el termino tambien pueden estar presentes. Los terminos relacionados tales como "comprende" y "comprenden" se han de interpretar de la misma manera.

La invencion consiste en las consideraciones anteriores y preve tambien construcciones de las cuales las siguientes solo dan ejemplos.

Breve descripcion de los dibujos

Las realizaciones preferidas de la invencion se describiran a modo de ejemplo solamente y con referencia a los dibujos, en los que:

La figura 1a muestra un movimiento del agua idealizado debajo de una ola monocromatica superficie libre;

La figura 1b muestra un grafico de tiempo de movimiento tipico de las olas horizontal y vertical resuelto en mares reales;

La figura 1c muestra un diagrama esquematico de un convertidor de energia de olas de la invencion mientras descansa todavia en el agua y la utilizacion de cables de amarre de holgura unidos en la parte inferior de un cuerpo reactivo del convertidor de energia de las olas;

La figura 2 muestra una vista en seccion transversal de un flotador activo del convertidor de energia de las olas a traves de la linea AA de la direccion B de la figura 1c;

Las figuras 2a-2c muestran formas de forma hidrodinamica alternativa del flotador activo del convertidor de energia de ola de la misma vista que la figura 1c;

La figura 3 muestra una vista en seccion transversal del cuerpo reactivo del convertidor de energia de las olas a traves de la linea CC de la direccion D de la figura 1c;

Las figuras 3a-3c muestran alternativamente formas en forma hidrodinamicamente del cuerpo reactivos del convertidor de energia de ola de la misma vista que la figura 1c, con los cuerpos reactivos de las figuras 3b y 3c que tienen estabilizadores de la placa de arrastre semicirculares;

La figura 4 muestra un diagrama esquematico del convertidor de energia de las olas de la figura 1c en modo de supervivencia de tormenta;

La figura 4a muestra un diagrama esquematico de los movimientos basicos descritos por el flotador activo y el cuerpo reactivo cuando se somete a movimientos de ola idealizados, el flotador activo y el cuerpo reactivo que se muestra en posiciones correspondientes a un pico de la ola;

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La figura 4b muestra una representation funcional de los movimientos basicos descritos por el flotador activo y el cuerpo reactivo cuando se somete a movimientos ondulatorios idealizados;

La figura 5 muestra un diagrama esquematico de una forma de movimiento de agitation y de cabeceo del flotador activo y el cuerpo reactivo del convertidor de energla de las olas de la figura 1c durante un ciclo tlpico de ola que pasa;

La figura 6 muestra un diagrama esquematico de una vista en planta horizontal de un sistema de conversion de energla de olas que tiene una cadena de convertidores de energla de las olas unidos de la invention;

La figura 7 muestra un diagrama esquematico de un convertidor de energla de olas de la invencion que utiliza un marco de referencia flexible que se fija al fondo marino;

Las figuras 8a-8e muestran vistas en perspectiva, lateral, frontal y en planta, respectivamente, de una primera realization preferida del convertidor de energla de las olas de la invencion;

Las figuras 9a-9e muestran vistas en perspectiva, lateral, frontal y en planta, respectivamente, de una segunda realizacion preferida del convertidor de energla de olas de la invencion;

La figura 10 es un diagrama de bloques de una forma preferida del sistema de salida de energla del convertidor de energla de las olas que utiliza la carga de torque activa; y

La figura 11 es un grafico que representa la energla de salida simulada generada entre un absorbedor puntual no cabeceador y un convertidor de energla de olas de la invencion que esta dispuesto para cabecear en respuesta al movimiento de las olas que actua en el cuerpo reactivo.

Description detallada de las realizaciones preferidas

Teorla subyacente del convertidor de energla de las olas

La propagation de la energla por las olas del mar es compleja. La energla de las olas se propaga a traves de un medio, ya que se transfiere continuamente de manera muy eficiente entre dos formas de energla. Las formas se definen por las propiedades del medio. Para las olas de superficie libre en el oceano, la propiedad clave es la masa del agua. La energla en el agua en movimiento se convierte alternativamente entre la variation de la energla cinetica (Como resultado de variaciones de la velocidad y la inercia del agua) y variando la energla potencial (como resultado de las variaciones de presion y el peso del agua). Una investigation de las condiciones flsicas en cualquier punto por debajo de la superficie muestra que las partlculas de agua se someten a presion de rotation y diferenciales de velocidad causadas por el movimiento de las olas, como se muestra para una ola monocromatica idealizada en la figura 1a, en la que los siguientes parametros estan asociados con el movimiento de las olas: v = velocidad, p = diferencia de presion, y A = longitud de onda.

El "vector" de fluctuation de la presion conduce la fluctuation de velocidad del "vector" por 90°, lo que obliga al agua a moverse en una trayectoria circular. Esta trayectoria de acceso se encuentra en la direction de desplazamiento de la ola, con el agua que se mueve directamente hacia delante en la cresta y directamente hacia atras en el canal. Se mueve directamente arriba en el punto medio de una ola creciente y directamente hacia abajo en el punto medio de la ola que esta cayendo. A continuation, "energla potencial" y "energla cinetica" se refieren al estado de la energla instantanea de una partlcula de agua debido a la ola que pasa. Debido al movimiento circular, cuando se resuelva en los ejes horizontal y vertical de las variaciones de energla son sinusoidales y pico de 90 ° entre si. En otras palabras, cuando la energla potencial es maxima en el eje horizontal, la energla cinetica es maxima en el eje vertical. En consecuencia, en este momento la energla potencial es cero en el eje horizontal, y la energla cinetica es cero en el eje vertical. Estas condiciones se repiten en cada ciclo, por lo general de 8-20 segundos. Las relaciones se resumen en el cuadro 1, en donde "MSL" se refiere al nivel medio del mar.

Tabla 1: Fase relativa de los componentes de energla en una ola de mar

Componente de Energla: Ola creciente MSL (0 grados) Pico de la ola (90 grados) Ola en calda MSL (180 grados) Seno de la ola (270 grados)

Cinetica vertical: Maximo arriba Cero Maximo abajo Cero

Potencial vertical: Cero Maximo arriba Cero Maximo abajo

Cinetica horizontal: Cero Maximo adelante Cero Maximo atras

Potencial horizontal: Maximo adelante Cero Maximo atras Cero

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Las fuerzas sobre un objeto sumergido en este ambiente de olas, seran sometidas a fuerzas alternantes que varlan en intensidad y en el tiempo en diferentes direcciones dependiendo de la forma, el volumen y la masa del cuerpo, y si dispuestos apropiadamente, los cuerpos se pueden hacer para trabajar uno contra el otro en un pivote o bisagra para transferir la energla de la ola.

Haciendo referencia a la figura 1a, se puede ver que existen campos de velocidad (energla cinetica) y de presion (energla potencial) en proporcion al otro en cada eje y ambos disminuyen de manera exponencial junto con la profundidad en el eje vertical de tal manera que los dos flujos de energla son insignificantes a una profundidad de longitud de ola media. La energla potencial no tiende a fluir entre la cresta de la ola y el valle como se piensa convencionalmente. Las fluctuaciones de energla estan presentes en el eje vertical pero la energla no fluye en esta direccion debido a que las fluctuaciones estan en fase. La energla fluye en la direction horizontal como resultado de la diferencia de fase en esta direccion. Sin embargo, desde el punto de vista de un observador dentro del campo de olas hay poca diferencia en la intensidad energetica vertical u horizontal.

La figura 1b ilustra como el movimiento de las partlculas de agua en mares autenticos se aparta del ideal. A partir de la velocidad de las partlculas de variation continua y la aceleracion es evidente que muchas mas frecuencias que las fundamentales estan presentes. Sin embargo, los componentes horizontal y vertical son todavla basicamente de 90° entre si y hay una frecuencia dominante presente.

Topologla general del convertidor de energla de las olas

El convertidor de energla de las olas de la invention es un absorbedor puntual de auto-reaccion que esta dispuesto para extraer la energla util del movimiento de las olas en una masa de llquido. En particular, el convertidor de energla de las olas esta dispuesto para extraer energla util a traves de sus movimientos, tales como oleaje, agitation, cabeceo o cualquier combination de los mismos, que son causados por el paso de las olas. La topologla general subyacente en el convertidor de energla de las olas de forma preferida se describira ahora con referencia a la extraction de energla util del mar o del oceano en el cual el movimiento de las olas se puede proporcionar en forma de olas, marejadas, corrientes, o cualquier combinacion de los mismos. Mas adelante, se describiran las realizaciones preferidas primera y segunda del convertidor de energla de las olas. Se apreciara que el convertidor de energla de las olas tambien puede estar dispuesto para operar en otras masas de llquido que tienen suficiente movimiento de olas para excitar el convertidor de energla de las olas.

Haciendo referencia a la figura 1c, se muestra un diagrama esquematico de una forma preferida del convertidor 10 de energla de las olas. Los principales componentes del convertidor 10 de energla de las olas son un flotador 12 activo y un cuerpo 14 de reactivo que estan acoplados de forma giratoria para el movimiento de giro con respecto al otro alrededor de un eje 16 de giro en respuesta a oscilaciones de agitacion y/o cabeceo o movimientos del flotador y cuerpo causados por las olas que pasan, y una salida de energla del sistema 17 que es accionado operativamente por el movimiento de giro alrededor del eje de giro para generar energla util, tal como energla electrica. Las formas del flotador y el cuerpo, como se muestra en la figura 1c se simplifican para una mayor claridad.

El convertidor 10 de energla de las olas esta dispuesto para someterse a un bamboleo o action oscilante perpendicular al plano del frente de la ola en respuesta a sobretensiones y/o agitacion y/o movimientos de cabeceo del flotador activo 12 y/o el cuerpo 14 reactivo causado por el paso de las olas. En particular, el convertidor de energla de las olas esta disenado para interceptar dos dimensiones principales de potencial cerca de la superficie y el flujo de ola de la energla cinetica a traves de la agitacion y el oleaje creciente del flotador 12 activo y sustancialmente el componente horizontal del flujo de ola de la energla cinetica sub superficial a traves de la accion de cabeceo del cuerpo 14 reactivo. La figura 1C muestra el convertidor 10 de energla de las olas en una position estatica o de descanso. El flotador 12 activo esta dispuesto para flotar hacia o sobre la superficie del mar en reposo y las flechas EF indican el movimiento vertical del flotador activo alrededor del eje 16 de giro en respuesta al movimiento de las olas y este movimiento vertical se conoce como agitacion. El flotador 12 activo tambien puede estar dispuesto para el oleaje de ida y vuelta a lo largo de la superficie del mar, como resultado del movimiento circular del agua causado por el movimiento de las olas. El cuerpo 14 reactivo esta dispuesto para flotar en un estado sustancialmente sumergido por debajo de la superficie del mar y las flechas GH indican la direccion predominante del movimiento sustancialmente de rotation del cuerpo reactivo en respuesta a movimiento de las olas. Este movimiento de rotacion es conocido como cabeceo. En este caso el cabeceo del cuerpo 14 reactivo vertical se produce por las fuerzas hidrodinamicas de manera exponencial con la profundidad de los reductores, lo que resulta en un momento de giro sobre la longitud del cuerpo. El cuerpo 14 reactivo tambien puede flotar hacia arriba y abajo en una direccion vertical, y la fase de este movimiento puede ser controlada para extender la accion de giro alrededor del eje 16 de giro. El sistema de salida de energla es accionado de forma operativa por el movimiento de oscilacion del flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo y mas especlficamente el movimiento relativo de giro o movimiento entre ellos sobre el eje 16 de giro, como se indica en general por las flechas IJ, para generar, por ejemplo, la energla electrica.

Flotador activo

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Como se ha mencionado, el flotador 12 activo esta dispuesto para flotar sobre o cerca de la superficie del mar y esta disenado para ser mas ligero que la masa de hquido desplazada, por ejemplo, agua de mar, de modo que es boyante. En particular, el flotador 12 activo es un cuerpo sustancialmente alargado y que esta dispuesto para flotar en el agua inmovil aproximadamente horizontal en o hacia la superficie del mar. En la forma preferida, el flotador 12 activo esta dispuesto para tener inercia baja o media en las direcciones vertical y horizontal de manera que pueda responder a la fuerza de las olas rapidamente en cualquier direccion alrededor del punto de giro. A modo de ejemplo, el flotador 12 activo tiene preferiblemente una SG <1, donde SG es la gravedad especifica. El flotador 12 activo tambien puede tener preferiblemente una forma hidrodinamica para que se pueda lograr la fuerza de elevacion vertical desde el oleaje (horizontal) el movimiento del agua y las fuerzas de elevacion horizontales de agitacion (vertical) de movimiento del agua. A modo de ejemplo, el flotador 12 activo tambien puede estar conformada con aletas de arrastre o superficies hidroalas para fomentar el movimiento horizontal (aumento) ya que esto puede mejorar el movimiento de giro alrededor del eje 16 de giro causado por la agitacion vertical causado por el paso de las olas. En resumen, el flotador 12 activo es el elemento del convertidor 10 de energia de las olas al que la fuerza de la ola imparte principalmente movimiento en contra de un par de cargas aplicadas sobre el eje 16 de giro, lo que implica que haga el trabajo en contra de la fuerza de las olas, ya sea de flotabilidad (presion) o hidrodinamica (velocidad) inducida. El trabajo realizado en el flotador 12 activo por la fuerza de las olas esta representado por la fuerza tempo distancia en la direccion de la fuerza. Si este producto es negativo, el flotador 12 activo funciona sobre la ola o alrededor del agua mediante la extraccion de energia del sistema de potencia, que alternativamente puede ser llamado el despegue del sistema electrico. Este es un posible modo de operacion sobre las partes del ciclo para posicionar el flotador 12 para la extraccion optima de energia.

Flotador activo - torque inducido por la flotabilidad, peso y arrastre

Con referencia a la figura 4a, el flotador 12 activo de peso ligero tiende a seguir el movimiento de las olas que es basicamente circular. Esto tiende a proporcionar un torque oscilante alrededor del eje 16 de giro. Dependiendo de las necesidades, la forma preferida de flotador 12 activo esta dispuesto para ser forzado por las olas al agitacion (movimiento vertical) a traves de las fuerzas de flotacion (arriba) y el peso (hacia abajo) y/o el oleaje (movimiento horizontal) de ida y vuelta a traves de las fuerzas de arrastre de tal manera que se mueve en un movimiento circular en el extremo suelto en fase con el movimiento de las olas del agua y es capaz de transferir el torque resultante de estas fuerzas, hasta el punto de giro. La relacion entre la flotabilidad, la gravedad y las fuerzas de arrastre se puede cambiar mediante el ajuste del volumen, la masa, y la forma del flotador 12 activo para lograr resultados optimos para cualquier regimen de ola tipica. La forma afecta en gran medida las fuerzas de arrastre y esto se pueden mejorar en la direccion horizontal sobre la flotabilidad mediante el aumento de la seccion horizontal expuesta al agua sin aumentar el volumen total interno del flotador por ejemplo mediante la adicion de placas verticales de la parte inferior del flotador, o alargando el flotador en la direccion vertical.

Flotador activo - torque inducido por un ascensor hidroala

Las formas de hidroala cuando han resistido en la direccion de movimiento de un fluido que pasa alrededor de la forma pueden inducir de manera eficiente las fuerzas de elevacion en un angulo para el movimiento relativo. Por lo tanto, la forma preferida del flotador 12 activo puede ser, ademas, de hidroala o en forma que comprenda uno o mas componentes en forma de hidroala que se extienden desde su parte inferior en el agua y que estan dispuestos para estar completamente bajo el agua durante una parte apropiada del ciclo para mejorar el torque neto sobre el eje 16 de giro. En particular, la forma(s) hidrodinamica se ve forzada a moverse en angulo en la direccion del movimiento del agua por la naturaleza de las fuerzas hidrodinamicas que actuan sobre la forma(s) de hidroala cuando el movimiento en la direccion del flujo del agua es resistido cargando en el eje 16 de giro. Debido al movimiento circular de las olas, la forma(s) de hidroala puede estar en angulo para lograr que la hidroala induzca fuerzas netas sobre el eje 16 de giro en cualquier direccion deseada de tal manera que se anada el torque neto en general alrededor del eje de giro cuando la carga o el movimiento es resistido. La(s) forma(s) de hidroala proporciona el torque de fuerza de arrastre inducida en lugar de la elevacion inducida por la fuerza sobre el eje 16 de giro cuando es resistido por otras partes del ciclo de la ola y por lo tanto puede sustituir a otras formas de arrastre en la parte de flotacion del flotador 12 activo, si se desea.

A modo de ejemplo, las figuras 1c y 2 muestran una forma preferida de flotador 12 activo. El flotador activo puede tener preferiblemente una forma sustancialmente hidrodinamica de superficies con curvatura o arqueado superior 13 e inferior 15, como se muestra en la figura 2a. Esta forma hidrodinamica crea fuerzas cuando el flotador 12 activo esta en la parte superior del agua de mar durante el movimiento inicial hacia arriba en la direccion E. En contraste, cuando el flotador 12 activo esta bajo la superficie del agua de mar durante una parte del ciclo, la forma hidrodinamica crea una fuerza de sustentacion de hidroplano y esto en combinacion con la flotabilidad del flotador lo fuerza hacia abajo en la direccion F. Una forma hidrodinamica puede mejorar la extraccion de energia mediante la creacion de fuerzas de elevacion en diferentes direcciones sobre diferentes partes del ciclo. Las figuras 2b-2c muestran otra alternativa posible de configuraciones hidrodinamicas con forma de flotador 12 activo.

Flotador activo - masa, capacidad de respuesta y energia de despegue rapido de control en el eje de giro

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Como se ha mencionado, la flotabilidad, la gravedad, el arrastre y las fuerzas de la hidroala inducida actuan para aumentar el torque inducido por el eje 16 de giro por el flotador 12 activo cuando es cargado o resiste, como ocurre cuando la potencia es tomada fuera del eje de giro. La forma preferida de flotador 12 activo es de peso ligero o masa baja de manera que pueda responder o acelerar rapidamente con respecto a la ola inducida por el movimiento del agua y mantenerse sustancialmente en fase con el movimiento del agua, si se desea como cuando se descarga el eje de giro. Su movimiento con respecto al agua es controlado en gran medida por la variacion de la carga del torque de acuerdo con un rapido control activo de desconexion de la potencia del eje 16 de giro, como se describira mas adelante. Cuando se descarga el eje 16 de giro, no se extrae ninguna energla y el flotador 12 activo sigue lo mas de cerca posible el movimiento de agua local. El aumento de la carga de torque mediante el aumento de la toma de energla resulta en un movimiento que con el tiempo provoca retraso puesto que las fuerzas de movimiento de las olas son insuficientes para superar el torque de la resistencia y la potencia de salida se reduce a cero cuando el eje de giro o eje es bloqueado con eficacia. Como se describira mas tarde, para cualquier condicion de ola hay una condicion de carga dinamica optima que puede extraer la maxima potencia desde el eje de giro o eje.

Cuerpo reactivo

El cuerpo 14 reactivo, que tambien se puede llamar una plataforma o mastil, esta dispuesto para flotar en un estado sustancialmente sumergido por debajo de la superficie del mar y esta disenado para tener una masa que es neutra, ligeramente positiva, o ligeramente negativa, flotabilidad relativa a la masa de llquido, por ejemplo, agua de mar. Donde su flotabilidad es negativa, esta se encuentra suspendida con su punto 16 de giro cerca de la superficie por la flotabilidad del flotador 12 activo. En la forma preferida, el cuerpo 14 reactivo esta dispuesto para tener media o elevada inercia en la direction vertical, por ejemplo, que preferiblemente tiene una section transversal horizontal pequena en la intersection de agua-aire para reducir la traslacion vertical (movimientos de agitation). Tambien esta dispuesto para tener inercia de rotation baja o media en la direccion horizontal para fomentar el tono, o la rotation (por ejemplo, tiene un area de superficie sustancial en la direccion de frente a la propagation de la ola). A modo de ejemplo, el cuerpo 14 reactivo tiene preferiblemente una SG ~ 1. El cuerpo 14 reactivo es preferiblemente un cuerpo alargado que esta dispuesto para tener un centro de masa por debajo de su centro de flotation, de modo que tiende a permanecer en position vertical en una position sustancialmente vertical. El centro de rotacion de cabeceo del punto de cabeceo del cuerpo reactivo esta localizado entre el centro de la masa y el centro de rotacion. En la forma preferida, el extremo inferior del cuerpo 14 reactivo puede estar amarrado flojo al fondo del mar por medio de cables o cadenas 18 con el fin de estabilizar el punto de amarre y aumentar su cabeceo a traves de la trayectoria de movimiento GH de la figura 1c estabilizando el extremo inferior del cuerpo. En particular, el cuerpo 14 reactivo tendera a cabecear sobre el punto 20 de amarre, ya que preferiblemente tiene una inercia relativamente baja en la direccion horizontal o cabeceo de rotacion que no inhibe el cabeceo. Esto se consigue mediante la distribution de la densidad del cuerpo 14 reactivo de tal manera que su masa es concentrada alrededor del punto de cabeceo deseado. Se apreciara que el amarre no es esencial para el convertidor de energla de las olas, aunque en la practica la caracterlstica del amarre estabiliza el dispositivo y aumenta potencialmente la magnitud de movimiento de giro relativo entre el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo sobre el eje 16 de giro, y por lo tanto mejora la energla util extralda del movimiento de las olas.

Las figuras 3a-3c muestran otra alternativa posible de conformaciones hidrodinamica de formas del cuerpo 14 reactivo. Ademas, un metodo alternativo o adicional para estabilizar el dispositivo en la direccion vertical es introducir placas 70 de arrastre situadas sobre el centro de cabeceo, como se muestra en las figuras 3b y 3c, de manera que resistan el movimiento vertical del cuerpo 14 reactivo, pero no el movimiento de cabeceo. En resumen, el cuerpo 14 reactivo es la plataforma de referencia o parte mas pesada del convertidor 10 de energla de las olas que se utiliza para proporcionar la fuerza de reaction de manera que la energla (fuerza por la distancia o tiempos de torque relativos de desplazamiento angular entre el flotador activo y el cuerpo reactivo) puede ser absorbida por el convertidor de energla de las olas. Puede contener los componentes mas pesados, tales como el sistema de production de energla, incluyendo el generador electrico, equipo de alimentation, y otros sistemas auxiliares.

Como se ha mencionado, el cuerpo 14 reactivo esta disenado preferiblemente para resistir el movimiento vertical, y se puede estabilizar en esta direccion en un numero de maneras, por ejemplo, porque tiene una alta inercia en la direccion vertical, por las masas de arrastre o placas en la posicion adecuada, a traves del peso y la resistencia de amarres, o cualquier combination de los mismos. Ademas, el cuerpo 14 reactivo puede ser disenado para operar en una oposicion de fase amortiguada o fuera de la respuesta de fase en la frecuencia de la ola predominante, por lo tanto, tiende a tirar del punto 16 de pivote hacia abajo cuando el flotador 12 activo esta aumentando, y permitiendo que se eleve cuando el flotador activo esta cayendo. Esto acentua el movimiento angular alrededor del eje 16 de giro.

Como se ha mencionado, el cuerpo 14 reactivo esta disenado y conformado para responder a las fuerzas de cabeceo para aumentar aun mas el movimiento relativo entre el flotador 12 activo y el cuerpo 14 de reactivo y por lo tanto la salida de energla en el eje 16 de giro. Se apreciara que la forma, el amarre, y la distribucion de masa del cuerpo 14 reactivo se pueden ajustar para promover la action de cabeceo alrededor de su extremo inferior a traves de la trayectoria indicada por las flechas GH de la figura 1c. En particular, el cabeceo puede fomentarse mediante, por ejemplo, la concentration de las placas de masa y/o de arrastre en algun momento cerca de la parte inferior (para fomentar la inercia de rotacion), tambien en el amarre desde cerca de la parte inferior, y la creation de

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superficies de arrastre en la parte superior del cuerpo para promover arrastre horizontal clclico en la parte superior del cuerpo reactivo.

A modo de ejemplo, la figura 3 muestra el perfil de la seccion transversal de una forma preferida del cuerpo 14 reactivo. La forma preferida del cuerpo 14 reactivo comprende preferiblemente dos componentes interconectados, a saber, un marco 22 en la parte superior del cuerpo para localizar el eje 16 de giro y un componente 24 de la masa conectado a continuacion o suspendido para promover el cabeceo por la interaccion con el movimiento de las olas horizontal. El eje 16 de giro se muestra en el extremo superior del bastidor 22 del cuerpo 14 reactivo. Se apreciara que la longitud del cuerpo 14 de reactivo se puede variar. Ademas, las superficies de arrastre adicionales pueden proporcionarse cerca de la parte superior del cuerpo 14 reactivo para promover el cabeceo como movimiento de las olas alrededor del extremo inferior del cuerpo vertical es razonablemente pequeno en comparacion con el movimiento de las olas en la superficie del mar. En la forma preferida, la masa efectiva general del cuerpo 14 reactivo, incluyendo la masa de los cables 18 de amarre, la friccion y la tension es alta, para resistir adecuadamente movimiento en la direccion vertical. En particular, el cuerpo 14 reactivo esta dispuesto preferiblemente para moverse verticalmente fuera de fase, por ejemplo, en oposicion de fase, con el movimiento de las olas para aumentar el movimiento de giro relativo entre los cuerpos 12,14 y la salida de energla resultante.

Cuerpo reactivo - diseno del cuerpo reactivo para inducir el movimiento de cabeceo

La forma preferida del cuerpo 14 reactivo tiene un diseno de boya mastil algo convencional para el movimiento en la direccion vertical (respuesta de agitacion), pero su seccion transversal horizontal esta disenada para interceptar las fuerzas de cabeceo de ola y la transferencia de estos en el torque oscilante alrededor del eje 16 de giro y la distribucion de masas del cuerpo reactivo tambien se ajusta para proporcionar la maxima capacidad de respuesta a la energla del oleaje en el cabeceo, es decir, el decaimiento exponencial de la energla de las olas con la profundidad. La captura y conversion de la energla de paso se logra de la siguiente manera. El area de la seccion de cuerpo reactivo frente a la direccion de la ola es grande en comparacion con el area del cuerpo perpendicular a la direccion de la ola, es decir, la seccion transversal horizontal es alargada como en un componente en forma de placa de tal manera que tiene un area suficientemente grande de superficie activa para interceptar las fuerzas horizontales de la ola. Debido a que el cuerpo reactivo se extiende a una profundidad donde la energla de las olas (y fuerzas) es baja, hay una fuerte tendencia al cabeceo sobre algun punto mas bajo debido al momento de fuerza resultante que estaba apoyado en el cuerpo reactivo. La masa del cuerpo reactivo se concentra sobre este punto de cabeceo de modo que su inercia de rotacion es lo suficientemente baja para acelerar suficientemente rapido las fuerzas de paso para no tener retardo de fase significativo cuando se descargan en el eje 16 de giro. La ubicacion y la concentration de esta masa tienen sin embargo un efecto mlnimo en la respuesta del movimiento vertical ya que la respuesta se basa en el movimiento vertical lineal y no en la inercia de rotacion. Por lo tanto, estas dos respuestas pueden ser relativamente desacopladas, y disenadas por separado. Basicamente la respuesta de agitacion debe ser pequena o fuera de fase con el movimiento de las olas (Menor aceleracion vertical se consigue por la fuerza vertical neta baja debido a la baja area de interception + alta masa relativa a la fuerza) y la respuesta de cabeceo debe ser grande (alta aceleracion angular alcanzada por una alta fuerza horizontal neta por encima del centro de masa en la zona alta de intercepcion + baja rotacion inercia con respecto a la fuerza). Preferiblemente, pero no necesariamente, el amarre de la parte inferior o en el centro del movimiento de cabeceo y la inclusion de una placa de arrastre en forma se puede utilizar para ayudar a la estabilidad vertical (movimiento vertical supresion) sin suprimir significativamente la respuesta de cabeceo. por lo tanto, la energla de cabeceo desde el campo de olas puede ser transferida al cuerpo 14 reactivo de tal manera que esta disponible como torque adicional en el eje 16 de giro.

El cuerpo 14 reactivo puede adicionalmente, si se desea, tener una forma de aleta hidrodinamica o estar provisto de uno o mas componentes en forma de hidroalas para ayudar a la estabilidad y mantener el cuerpo reactivo en la orientation vertical correcta y al mismo tiempo lograr una mayor potencia de salida util. Bajo grandes olas cuando el flotador 12 activo se carga en olas crecientes, alto torque esta disponible desde el eje de giro o eje debido a las fuerzas de flotabilidad fuertes. En la calda de las olas, las fuerzas sobre el eje de giro debido al peso del flotador 12 activo y la masa anadida del agua no son tan grandes, lo que lleva a un posible desequilibrio y la inclination del cuerpo 14 reactivo de nuevo hacia las olas que se aproximan, lo que reduce la eficiencia operativa. Por lo tanto, el uso de un cuerpo 14 reactivo vertical en forma de hidroala, por ejemplo, como se muestra en la figura 3a, proporciona una fuerza de elevation horizontal neta debido al flujo de agua vertical que actua en contra de la forma de hidroala sustancialmente estacionaria. El efecto neto de esta fuerza horizontal aumenta con la altura de las olas y por lo tanto actua para estabilizar la orientacion vertical del cuerpo 14 reactivo en todas las alturas de las olas.

Interaccion entre el flotador activo y el cuerpo reactivo

Se puede observar a partir de la figura 4a que si el eje 16 de giro es estacionario en el agua con el cuerpo 14 reactivo vertical y el flotador 12 activo que extiende horizontalmente en la position de reposo (aproximadamente en angulos rectos) solo el componente resuelto de fuerzas actua sobre el flotador 12 activo tangencial a la fuerza de torque de transferencia de giro al eje de giro. Esto significa que, en virtud de pequenas fuerzas oleaje (horizontales) de la action de las olas que actuan sobre el flotador 12 activo tienen poco efecto en la transferencia de energla. Sin embargo, las fuerzas de compensation en el flotador 12 activo tendra algun efecto cuando el flotador activo es distinto que un angulo recto, pero para los pequenos angulos de extension (del orden de 20° o menos la fuerza

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tangencial anadida y por lo tanto la energla capturada es por lo general menor). Sin embargo, ya que el cuerpo 14 reactivo esta disenado para cabecear hacia adelante cuando el flotador 12 activo se eleva tanto el cabeceo del cuerpo 14 reactivo y el oleaje del flotador 12 activo en respuesta al movimiento de las olas permiten un torque adicional y la extension (aumentando el angulo o la apertura de incluirse la bisagra o eje formado entre los dos cuerpos 12,14 que en reposo o en posicion neutral estan aproximadamente en angulo recto) que se aplicaran al eje 16. El mismo efecto se produce a la inversa en el lado descendente de la ola como el angulo incluido reduce desde un angulo recto, (es decir, la bisagra o eje formado entre los dos cuerpos se cierra 12,14).

Los dos cuerpos 12,14 interaction como se describe anteriormente y la energla mecanica combinada se recupera de un solo eje 16 de giro para un proposito util para, por ejemplo, conducir un generador de electricidad o de la bomba. Debido a que el sistema esta estrechamente acoplado cada cuerpo 12,14 afecta los campos de olas en los alrededores de otros y hay una condicion de potencia de carga optima en el eje de giro constantemente variable que maximiza la potencia retirada de las olas. Como se describira, el sistema de control del convertidor de energla de las olas ajusta continuamente la toma de energla para mantener este punto a traves de un algoritmo de maximo seguimiento del punto de potencia y control de las condiciones del mar. El flotador 12 activo es ligero y suficientemente sensible para realizar un seguimiento de todos los perlodos de olas tlpicas de aproximadamente 6 segundos hacia arriba.

Materiales de construccion para el flotador activo y el cuerpo reactivo

Se apreciara que el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo pueden formarse a partir de una gama de diferentes materiales. El flotador 12 activo, que se requiere para ser receptivo y flotar con una SG significativamente menor que 1 se pueden fabricar a partir de materiales tales como una carcasa de acero protegida la corrosion con un peso ligero del material de relleno, tal como espuma de poliestireno o aire. Es bien conocido que los materiales polimericos tales como polietileno o resina de fibra de materiales compuestos son robustos en el medio marino y estos tambien son adecuados para la carcasa del flotador activo, con masa adicional adecuada anadida internamente en forma de agua o de hormigon, por ejemplo. Para el cuerpo 14 reactivo que es mas masivo, se requiere adecuadamente distribuida el suministro de una masa de un SG global de aproximadamente 1. Esto se puede lograr mediante el uso de combinaciones de materiales densos de bajo costo, tales como cajones de hormigon y de acero reforzado, con materiales de baja densidad, tales como celulas cerradas de pollmeros o tanques de aire dentro de la estructura de espuma. La flotacion y ajuste de compensacion se pueden conseguir a traves de dispositivos de flotacion relativamente pequenos controlables, tales como aire-agua interna o tanques de acabado, por ejemplo.

Acoplamiento giratorio entre el flotador activo y el cuerpo reactivo

Como se ha mencionado, el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo estan acoplados de forma giratoria entre si para permitir el movimiento de giro respecto al otro alrededor de un eje 16 de giro o arbol de giro. Se apreciara que los cuerpos 12,14 pueden estar acoplados de forma giratoria de diversos modos, incluyendo a traves de una unica conexion giratoria o varias conexiones giratorias alrededor de un solo eje. Varias bisagras o mecanismos de giro son conocidos que podrlan ser utilizados para acoplar de forma giratoria el flotador 12 activo al cuerpo 14 reactivo. Una configuracion preferida se muestra en la figura 3, donde el flotador 12 activo puede ser situado de forma segura por cojinetes 17 situados en los postes 19 fijados en cada lado del cuerpo 14 principal reactivo. Una caracterlstica de esta configuracion es que el flotador activo es libre de rotar completamente alrededor del eje de giro, por lo que es de alta capacidad de supervivencia en la tormenta y oleajes anormales, ya que no se requieren llmites o restricciones a la rotacion del movimiento.

Sistema de salida de energla del convertidor de energla de las olas

El sistema 17 de salida de energla del convertidor 10 de energla de las olas es accionado operativamente por el movimiento de giro relativo entre el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo alrededor del eje 16 de giro para generar energla electrica. A modo de ejemplo solamente, un unico convertidor 10 de energla de las olas puede estar dispuesto para generar una salida de hasta un Megawatt, pero se apreciara que los modulos de menor capacidad de menor salida, por ejemplo, de 100 kW, podrlan tambien ser disenados. La capacidad de produccion de energla se puede modificar para adaptarse a las condiciones de las olas y la demanda de energla. El sistema de salida de energla comprende preferiblemente un generador electrico que tiene una entrada de arbol de accionamiento giratorio que puede ser accionado directamente o indirectamente por el movimiento de giro entre los cuerpos 12,14 alrededor del eje 16 de giro para generar electricidad. Se apreciara que los diversos sistemas de acoplamiento o tomas de energla podrlan ser utilizados para transferir el movimiento de giro entre los cuerpos 12,14 a la entrada del eje de accionamiento del generador electrico, ya sea mecanico, hidraulico, neumatico o cualquier combination de los mismos. Ademas, el sistema de acoplamiento puede transferir el movimiento de giro al generador electrico directa o indirectamente a traves de una caja de cambios o velocidad/torque convertidor (sistema de caja de cambios) para convertir el movimiento de giro oscilatorio en el eje 16 de giro, que tiene una fuerza mayor y menor velocidad, en una fuerza menor a mayor velocidad para accionar el generador electrico. En la forma preferida, el arbol primario (eje de giro o punto 16 entre flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo) es "acoplado con fuerza" al generador electrico, de manera que la carga de torque en este eje puede ser controlada instantaneamente y con

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precision mediante la gestion del flujo de potencia (y posiblemente desde) el sistema de suministro de electricidad. Se apreciara que esto requiere que el eje de invierta continuamente la direction, aceleracion y desaceleracion de manera clclica.

En una forma, el movimiento de giro relativo entre el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo puede estar acoplado directamente a la entrada arbol de accionamiento giratorio del generador electrico a traves de enlaces mecanicos y/o acoplamientos, tal como un arbol de accionamiento oscilante o similar. Por ejemplo, un arbol de accionamiento oscilante puede estar montado en el flotador 12 activo, con el bastidor del generador de referencia al cuerpo 14 reactivo, y el eje de accionamiento puede estar dispuesto para oscilar adelante y atras en respuesta al movimiento de giro relativo entre los cuerpos 12, 14. Es preferible que los componentes de baja inercia del generador (es decir, los componentes rotativos) esten conectados al flotador 12 activo para mantener la inercia total baja y una rapida respuesta de este cuerpo. El arbol de accionamiento oscilante tambien puede estar acoplado a traves de enlaces y/o enlaces mecanicos a la entrada de eje de accionamiento de rotation del generador electrico para hacer que se genere energla electrica. El movimiento de giro alternativamente podrla ser transferido directamente al eje de accionamiento de rotacion del generador electrico a traves de acoplamientos hidraulicos si se desea. Es preferible que la respuesta de inercia global del sistema de accionamiento utilizado sea lo suficientemente rapida para que los cambios de direccion clclicos sean posibles sin crear inherentemente mas retardo de fase dentro del flotador 12 activo en respuesta a las fuerzas de excitation de la ola.

Como se ha mencionado, el movimiento de giro se puede acoplar indirectamente, ya sea mecanica o hidraulicamente, al generador electrico a traves de una caja de cambios mecanica optional o un convertidor de velocidad/torque hidraulico. El convertidor de la caja de cambios o de velocidad/torque puede estar dispuesto como una interfaz entre el movimiento de giro lento entre los cuerpos 12, 14 causado por el movimiento de ola lenta y el generador electrico, en particular mediante el aumento de la velocidad de rotacion para crear la transferencia de energla mas eficiente desde el movimiento de las olas al generador electrico.

En una forma posible, el sistema de acoplamiento puede comprender un eje oscilante que se acopla indirectamente al generador electrico a traves de, por ejemplo, una caja de cambios mecanica en relation de 1:30. La caja de cambios puede, por ejemplo, estar montado en el eje 16 de giro a unas conexiones giratorias o acoplamientos, y un eje secundario o ejes podrla proporcionar 90unidades de grado con el generador electrico que puede, por ejemplo, estar montado en el cuerpo 14 reactivo por debajo del nivel medio del mar (MSL). Alternativamente, el generador electrico puede estar montado en un alojamiento que esta fijado al cuerpo14 reactivo, pero que se extiende por encima de la MSL. Esta es la option preferida ya que permitirla un acceso mas facil para los ajustes y el mantenimiento de los componentes del sistema de salida de energla. A modo de ejemplo, el generador electrico puede ser co-montado con una caja de cambios mecanica en el eje 16 de giro a uno o mas de los acoplamientos o conexiones giratorias o al cuerpo 14 reactivo.

Como se ha mencionado, un acoplamiento hidraulico directo o union con el generador electrico es tambien una disposition alternativa de acoplamientos hidraulicos que introducen perdidas en los circuitos hidraulicos, pero permiten la obtencion de altos engranajes y esto debe sopesarse frente a las perdidas y los requisitos de tamano del generador que resultan de un eje de velocidad mas lenta o las perdidas de engranajes mecanicos. A modo de ejemplo unico, el sistema de salida de alimentation puede utilizar un generador de induction de 50 Hz estandar que opera a baja velocidad variable a traves de un sistema de accionamiento de motor regenerativo. La unidad de motor interconecta el sistema electrico 400 V CA de la forma normal, pero se controla principalmente en el modo de regeneration para extraer la energla del sistema mecanico de energla de las olas en lugar de como en un sistema de conduction normal donde el sistema electrico proporcionarla energla para accionar un eje de la maquina conectado a una carga. Debido a que se utiliza una adaptation de una unidad electronica de regeneracion estandar, la sofisticada tecnologla de correction de factor de potencia es inherente, y no se ve comprometida la calidad de energla. Ademas, el sistema de acoplamiento puede comprender un rectificador hidraulico para convertir el movimiento de rotacion de oscilacion en el eje 16 de giro en un movimiento de rotacion en una direccion constante para accionar el generador electrico.

Refiriendose a la figura 10, el sistema de alimentacion preferido desprendido comprende una caja de cambios de transition de velocidad o eje de transferencia directa de energla a un generador de induccion con un alto numero de polos, que esta conectado a traves de un sistema de inversor bidireccional controlable a la fuente del sistema de alimentacion de CA estandar. El generador se encuentra en el convertidor de energla de las olas en el cuerpo 14 reactivo con el eje de entrada acoplado al eje 16 de giro del flotador activa. El sistema inversor proporciona excitacion para el generador a la frecuencia y el voltaje requerido para seguir el movimiento del flotador activo y tambien invierte la energla generada en el sistema de corriente alterna en el voltaje correcto de corriente alterna y la frecuencia (por ejemplo 400 Vac y 50 Hz) utilizando tecnicas bien conocidas en la tecnica de la ingenierla electrica. El control de la circulation de corriente electrica a la red a traves del inversor se aplica controlando el torque de carga del flotador 12 activo y la obliga a seguir una trayectoria preferida. La trayectoria se calcula a partir de la information del sensor que recoge caracterlsticas de la ola en tiempo real y permite al dispositivo adaptarse rapidamente y continuamente para maximizar la captura de energla para las condiciones de ola especlficas (con un retardo de tiempo de menos de un segundo). Un sistema de accionamiento alternativo y mas avanzado es el uso de

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un generador especialmente disenado con un gran numero de polos magneticos, en cuyo caso una mayor eficiencia electrica se puede obtener sin recurrir a unos medios mecanicos o hidraulicos para aumentar la velocidad del eje del generador.

El convertidor 10 de energla de las olas tambien puede comprender preferiblemente un sistema de control, ya sea como parte del sistema 17 de salida de energla o como un modulo separado. El sistema de control puede ser operable, ya sea de forma automatica o manual, para controlar el sistema de salida de energla y otros sistemas auxiliares y sensores. Por ejemplo, el sistema de control puede comprender controles de energla electronicos u otros controles electricos que son operables para modificar muy rapidamente la toma de energla a traves de la carga activa en el eje 16 de giro. En particular, el sistema de control permite el ajuste inmediato de amortiguacion mecanica a traves de control de torque en el eje 16 de giro. Esto permite que el sistema de control pueda controlar activamente la posicion del flotador 12 activo con respecto al cuerpo 14 a traves de reactivos de ajuste de la potencia electrica que se extrae, en otras palabras, la carga de torque en el eje 16 de giro. Esto puede incluir la inversion del flujo de potencia activa para posicionar el flotador 12 activo. Debido a que el flotador 12 activo es de baja masa (con respecto al agua) hay una baja inercia asociada a esta respuesta. De ahl que el convertidor 10 de energla de las olas es inherentemente sensible a los cambios en los perfiles de la ola, como ocurre dentro de una longitud de onda debido a las olas aditivas. Por lo tanto, en la forma preferida el convertidor de energla de las olas esta dispuesto para responder a los componentes de energla de frecuencia mas altos de movimiento de las olas que se discutieron con referencia a la figura 1b y puede ajustar su carga o amortiguacion a diversos perfiles de ola y frecuencias para extraer mas energla de una ola real.

Se apreciara que el sistema de control puede ser programado para ajustar automaticamente la carga del torque (o atenuacion electrica) en el eje 16 de giro en respuesta a los perfiles de ola detectados por los sensores. En particular, la carga puede ser cambiada por el sistema de control muy rapidamente, por ejemplo, dentro de unos pocos grados del ciclo de la ola, por lo que la respuesta del convertidor 10 de energla de las olas puede ajustarse para realizar un seguimiento de los perfiles de olas de mares reales o arbitrarios. Ademas, el sistema de control puede comprender algoritmos de anticipacion a corto plazo que estan dispuestos para predecir los perfiles de ola dentro de cada ciclo, por ejemplo, la subpredominante forma de ola, y ajustar el torque de carga para posicionar el flotador 12 activo para la extraccion maxima de energla de las olas que pasan. En la forma preferida, la masa flotante 12 activa relativamente baja es lo suficientemente ligera para estar continuamente sensible a una forma de ola. Siempre tiene una frecuencia de resonancia natural que es mucho mayor que la frecuencia de ola dominante, por ejemplo, un orden de magnitud, y su respuesta a las fuerzas de ola de excitacion se efectua principalmente por la cantidad de energla que se extrae a traves del generador electrico del sistema de salida de energla.

El cuerpo 14 reactivo es un elemento de almacenamiento de energla en virtud de su mayor masa y su respuesta no es controlable de la misma manera, a pesar de las variaciones en el torque de reaccion del cuerpo reactivo se ven afectados por la carga del flotador activo. A modo de ejemplo, el sistema de control puede estar dispuesto para mantener el eje 16 de giro sustancialmente en el MSL ajustando activamente la carga de torque neto en el eje 16 de giro de tal manera que el flotador 12 activo opera sobre un angulo de 90° como se muestra en la figura 1c.

Modo de supervivencia a tormenta

El sistema de control puede estar dispuesto para proteger el convertidor 10 de energla de las olas en condiciones de sobrecarga, por ejemplo, durante una tormenta cuando las olas se vuelven demasiado violentas. Por ejemplo, el sistema de control puede estar dispuesto para detectar o percibir una condition de sobrecarga e iniciar un modo de supervivencia no sensible o de tormenta donde el cuerpo 14 reactivo podrla estar dispuesto para hundirse por debajo del seno de la ola 26 de las olas dejando el flotador 12 activo parcialmente cargado verticalmente como se muestra en la figura 4. A modo de ejemplo, esto se puede conseguir a traves de un freno mecanico proporcionado en el eje 16 de giro que es accionable por el sistema de control para restringir el movimiento entre los cuerpos 12,14 activos y reactivos en la posicion extendida mostrada en la figura 4. En esta posicion extendida, el convertidor 10 de energla de olas flotarla sustancialmente debajo de la superficie de las olas de ese modo se protege contra danos.

Dimensiones del convertidor de energla de las olas

Se apreciara que el tamano del convertidor de energla de las olas se puede variar y dependera significativamente de la altura de ola y/o longitud de la ola en el sitio de despliegue elegido. Preferiblemente, el convertidor 10 de energla de las olas es dimensionalmente pequeno (en ambas direcciones paralelas y perpendiculares con respecto a los frentes de la ola) en comparacion con la altura de las olas y/o longitud de olas del movimiento de las olas en el mar. Esto es importante para el funcionamiento en mares reales donde las crestas de las olas son cortas y los perlodos son variables. En la forma preferida, la longitud efectiva del flotador 12 activo puede ser, a modo de unico ejemplo, en el orden de aproximadamente la mitad de la altura de la ola significativa (creta de artesa). Por lo tanto, un convertidor de energla de las olas 10 a 2 m de olas tendra un flotador 12 activo con un centro de flotabilidad a aproximadamente 1m del eje 16 de giro. La longitud del cuerpo 14 reactivo puede, a modo de ejemplo solamente, estar en el orden de aproximadamente 1/10 de la longitud de onda media en el lugar de despliegue elegido.

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Como se menciono anteriormente, la longitud de giro efectivo del flotador 12 activo puede ser preferiblemente de aproximadamente la mitad de la altura de la ola maxima de la que se va a extraer la energla. Esto define el pico de potencia del convertidor 10 de energla de las olas para una longitud de onda particular. Mas alla de este punto, la salida de energla se estabilizara, de una manera similar a una turbina de viento. La longitud del cuerpo 14 reactivo define las longitudes de olas sobre las que el convertidor de energla de las olas absorbe el maximo de energla. Como se menciono anteriormente, el cuerpo 14 reactivo puede estar preferiblemente en el orden de 1/10 de la longitud de olas para el convertidor de energla de las olas para absorber suficiente energla de la ola. Si es demasiado corta, no describe un movimiento correspondiente en el campo de la energla de la ola para ser un convertidor de energla de las olas eficiente en cualquier longitud de ola particular. Se apreciara que las longitudes de flotador 12 activo y cuerpo 14 reactivo con respecto a la altura de las olas y/o longitud de ola se pueden variar de las proporciones mencionadas anteriormente.

La relacion de "flotabilidad con el peso" de flotacion sumergida del flotador 12 activo puede variar muy ampliamente, pero preferiblemente es significativamente mayor que 1. Habra un optimo en diversas condiciones. La masa se requiere para almacenar algo de energla en el movimiento hacia arriba que se recupera en el movimiento hacia abajo, mientras que tambien garantiza que el flotador activo hara un seguimiento del movimiento hacia abajo del nivel de la superficie del mar. A modo de ejemplo, la relacion de la flotabilidad a peso del flotador 12 activo puede estar en el intervalo de 1.5: 1 a 10:1, y mas preferiblemente en el intervalo de 2:1 a 4:1. La proporcion de flotabilidad peso sumergido del cuerpo 14 reactivo en el otro lado esta muy cerca de 1, preferiblemente en el intervalo de 0.8:1 a 1.2:1, y mas preferiblemente en el intervalo de 0.9:1 a 1.1:1 para que pueda ser auto flotante o auto sumergible, en cuyo caso el apego al flotador 12 activo lo mantiene a flote.

La masa del cuerpo 14 reactivo es preferiblemente grande en comparacion con la del flotador 12 activo. La forma en que este cuerpo reactivo actua depende fuertemente de las condiciones del mar y en particular de la longitud de la ola, y se requiere un compromiso para "afinar" que para mejorar el rendimiento general del dispositivo en condiciones medias de mar. La relacion "flotador activo-cuerpo reactivo" de peso puede estar preferiblemente en el intervalo de 5:1 a 30:1, y mas preferiblemente en el intervalo de 10:1 a 20:1 para un funcionamiento eficaz. Las posiciones del centro de flotacion y el centro de masa del cuerpo 14 reactivo son parametros de diseno importantes, como es la distribucion de densidad de masa sobre el cuerpo reactivo. Fundamentalmente, el centro de masa debe mantenerse por debajo del centro de flotacion en todo momento, o el cuerpo 14 reactivo se volvera inestable y le dara la vuelta. Preferiblemente, el centro de flotabilidad del cuerpo 14 reactivo es controlable para seleccionar la respuesta de cabeceo apropiada. A modo de ejemplo, el cuerpo reactivo puede comprender una alta densidad (SG >> 1) de hormigon/agregado roca o el volumen de metal en la parte inferior y una densidad baja (SG << 1) el aire o el volumen de espuma rlgida en la parte superior, con atrapamiento agua de mar (SG ~ = 1) para proporcionar el volumen de la flotabilidad neutra distribuido segun sea necesario, para definir por separado las caracterlsticas de tono y de respuesta del movimiento vertical del cuerpo reactivo, plataforma o larguero. A modo de ejemplo, la concentracion de la masa alrededor de un punto particular, en comparacion con una masa uniformemente distribuida reduce la inercia de cabeceo (y la capacidad del cuerpo para la energla de paso a almacenar) alrededor de ese punto, pero tiene un efecto mlnimo sobre la inercia de agitacion (y la capacidad del cuerpo para almacenar energla de agitacion). Definir por separado estas caracterlsticas de respuesta es una caracterlstica importante del convertidor de energla de las olas. Ademas, la forma del cuerpo 14 reactivo es importante por la manera en que reacciona con respecto a la agitacion y movimientos de cabeceo. En relacion a la agitacion, los bajos resultados de aceleracion de baja fuerza (dependiente del area de seccion transversal en la superficie) y la gran inercia en la direccion de movimiento vertical. En relacion al cabeceo, resultados de alta aceleracion de alta fuerza (en funcion de una gran superficie frente a la direccion del flujo de la ola) y de baja inercia de rotacion.

Funcionamiento del convertidor de energla de las olas

El funcionamiento tlpico simple del convertidor 10 de energla de las olas de configuracion de flotador activo que a continuacion se describira con mas detalle. Con referencia a las figuras 4a y 4b, los movimientos idealizados del flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo acoplado en el punto 16 de giro se muestran en respuesta a las olas 8 que viajan en direccion Z, y con el nivel medio del mar que se indican mediante la llnea MSL. La trayectoria 12a del flotador 12 activo tiende a seguir las partlculas de agua sometidas a ola de excitacion, que se mueven en un movimiento circular, con un diametro del clrculo igual a la altura de las olas. La trayectoria 14a del cuerpo 14 reactivo tiende a cabecear sobre su parte inferior, en respuesta a la amplitud exponencialmente decreciente del movimiento de las partlculas de agua. Esto, junto resultados en un movimiento clclico de flexion alrededor del pivote 16, a partir de la cual el poder se puede sacar. Volviendo a la figura 1c, el convertidor de energla de las olas 10 se muestra en una posicion de reposo o estatica. El flotador 12 activo siendo boyante y que tiene una baja inercia, se apoya en una orientacion sustancialmente horizontal o hacia la superficie del oceano, y el cuerpo reactivo 14 que tiene una flotabilidad neutra y bajo centro de gravedad se basa en una orientacion estado y vertical sustancialmente sumergido. Este movimiento acoplado da como resultado una flexion clclica alrededor del eje 16, a partir de la cual la energla se puede sacar. Volviendo a la figura 1c, el convertidor de energla de las olas 10 se muestra en una posicion de reposo o estatica. Siendo el flotador activo 12 flotante y que tiene una baja inercia, se apoya en una orientacion sustancialmente horizontal o hacia la superficie del oceano, y el cuerpo 14 reactivo que tiene una flotabilidad neutra y bajo centro de gravedad se basa en un estado sustancialmente sumergido y una orientacion

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vertical. Como se ha descrito, el cuerpo 14 reactivo tiene preferiblemente fuerza de recuperacion bajo la flotabilidad de manera que no es sensible en la direction vertical. Ademas, las superficies del flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo se pueden conformar para maximizar la interaction con el paso de las olas de una manera controlable, de modo que el flotador 12 activo y el cuerpo 14 reactivo oscilan forzosamente sobre el eje 16 de giro para extraer la energla maxima de ola. La energla util, tal como la energla electrica se extrae mediante la carga de forma activa de un generador electrico para el movimiento de giro en el eje 16 de giro. La section de baja inercia o el rotor del generador estan acoplados preferiblemente a la baja inercia del flotador 12 activo y el alto marco de inercia del generador esta montado en la alta inercia del cuerpo 14 reactivo que actua como una plataforma de referencia pasiva para el bastidor del generador.

La mayor parte de la energla se extrae por la interaccion entre el flotador 12 activo y los flujos de energla potencial y cinetica mas intensos en la parte superior de la masa de agua. Esta energla se transfiere a traves del convertidor 10 de energla de las olas como torque sobre el eje 16 de giro, con el cuerpo 14 reactivo que proporciona la reaction necesaria. El funcionamiento del convertidor de energla de las olas se puede mejorar si el cuerpo reactivo puede ser animado a almacenar energla y la transfiere como una fuerza de reaccion a traves del eje 16 de giro o el eje de giro en una etapa apropiada en el ciclo de ola. Esta es una forma de transferencia de energla de bimodal, donde se transfiere fuera del cuerpo 14 reactivo por un mecanismo y la forma diferente del que entro. En particular, la energla de la ola se transfiere al cuerpo 14 reactivo como cabeceo de inercia sobre un bajo centro de masa puntual y como el movimiento de agitation y los transfiere fuera como torque desde un eje 16 de giro (en la parte superior), a traves de la reaccion contra las fuerzas de flotation activas en el giro. Mas especlficamente, la extraction de energla bimodal se logra mediante la absorcion de la energla cinetica de rotation y el potencial vertical en el cuerpo reactivo por fuerzas de las olas que actuan sobre dicho cuerpo y la extraccion de esta energla de rotacion al resistir el movimiento del cuerpo reactivo a traves del torque sobre el eje 16 de giro.

Para lograr el movimiento de giro alrededor del eje 16 de giro, el flotador 12 activo es forzado hacia arriba principalmente en una direccion vertical por las fuerzas de flotabilidad y hacia abajo por su propia masa. Ademas, las fuerzas hidrodinamicas del movimiento de rotacion de las partlculas de agua ayudan en las direcciones vertical y horizontal, y tambien tienden a conducir el flotador 12 activo de una manera circular. La resistencia a este movimiento por la carga de torque en el eje 16 de giro transfiere energla de las olas que pasan al sistema 17 de salida de energla. La resistencia de carga reduce la amplitud de la trayectoria por la baja inercia del flotador 12 activo, pero porque es luz, se puede responder con rapidez y seguir un perfil de ola irregular. El flotador 12 activo no simplemente oscila en un movimiento agitacion como energla util que tambien se puede extraer a partir del movimiento horizontal (oleaje) acoplado a la action de cabeceo del cuerpo reactivo en virtud del angulo extendido logrado sobre el eje 16 de giro.

Haciendo referencia a la figura 5, los movimientos tlpicos de agitacion y cabeceo del convertidor 10 de energla de las olas durante cuatro etapas de un ciclo de ola de paso se describiran a modo de ejemplo solamente. El nivel de la ola se indica generalmente por la referencia 28. Se puede observar que la accion del cabeceo del cuerpo 14 reactivo puede aumentar el angulo de rotacion o movimiento de giro alrededor del eje 16 de giro.

El convertidor 10 de energla de las olas puede orientarse, ya sea arriba o abajo de la direccion de las olas y se apreciara que el convertidor de energla de las olas puede funcionar a diferentes profundidades del oceano, desde poca profundidad, donde la profundidad minima es de solo unos pocos metros superiores a la altura sumergida del cuerpo reactivo, a muy profundas. En el ejemplo siguiente el ciclo de ola de la figura 5 asume una orientation hacia abajo, es decir, el convertidor de energla de las olas apunta lejos del frente de la ola. Alternativamente ambos flotadores activos arriba y abajo pueden estar dispuestos de una manera que hace que la orientacion en gran medida sea irrelevante.

Description de los movimientos de un ciclo de ola tlpico

MSL creciente (0°): El agua se mueve verticalmente hacia arriba, ademas de la fuerza de flotacion tiende a mover el flotador 12 activo hacia arriba y tambien hacia adelante a partir de la fuerza de arrastre ya que el vector de velocidad del agua gira hacia la horizontal a medida que se acerca la cresta de la ola. A medida que el agua continua moviendose hacia arriba alrededor del flotador 12 activo, las fuerzas verticales giran el flotador activo sobre el eje 16 de giro extendiendo el angulo de giro. El cuerpo 14 reactivo mantiene una position relativamente estacionaria en la direccion vertical debido a su masa, amarres inferiores y/o placas de arrastre dispuestas en el agua relativamente quieta en la parte inferior del cuerpo reactivo. Este es sin embargo un cabeceo hacia delante (hacia la derecha) alejado de la cresta de la ola que avanza en la parte superior, a medida que el vector de velocidad del agua gira hacia la horizontal cuando se acerca la cresta de la ola. Se aplica torque de carga controlada al eje de giro por el sistema de control resultando en trabajo realizado simultaneamente contra ambos componentes de la energla vertical y horizontal de las olas.

Pico de la Ola (90°): El agua ahora se mueve en la direccion horizontal hacia adelante tendera a empezar a moverse hacia abajo a medida que el vector de velocidad del agua gira hacia la vertical cuando la ola en calda se aproxima a MSL. Como se ha mencionado, el flotador 12 activo tambien puede tener forma de hidroala y aerodinamica para modificar el arrastre horizontal, y para proporcionar las fuerzas de elevation resultantes del movimiento de las

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partlcuias de ola horizontales que son mas rapidas que el movimiento horizontal del flotador. El peso del flotador 12 activo mas la fuerza de elevacion hacia abajo comienzan a girar el flotador activo alrededor del eje 16 de giro disminuyendo el angulo de giro. El agua que se mueve en la direccion horizontal hacia adelante tambien tendera a traves de las fuerzas de arrastre en la parte superior del cuerpo 14 reactivo para hacer regresar el cuerpo reactivo a la posicion mas vertical. Se aplica el torque de carga controlado al eje de giro por el sistema de control, lo que resulta en un trabajo realizado simultaneamente contra ambos componentes de energla de ola verticales y horizontales.

MSL descendente (180°): El agua moviendose ahora hacia abajo en la direccion vertical de la masa del flotador 12 activo tendera a permitir ahora que el flotador activo continue girando hacia abajo por su propio peso, ya que las fuerzas de flotacion son ahora mlnimas, ademas disminuyendo el angulo de giro. El cuerpo 14 reactivo estara relativamente estacionario en posicion vertical debido a su masa, amarre inferior y/o placas de arrastre en el agua relativamente quieta en la parte inferior del cuerpo reactivo. Ahora se lanzo fuera del seno de la ola de avance en la parte superior, como resultado del movimiento horizontal hacia adelante del agua en la cuarta fase anterior de la ola. Un nivel mas bajo de la carga activa de torque se aplica al eje16 de giro por el sistema de control para extraer energla de la energla potencial almacenada en la masa del cuerpo 14 reactivo y tambien de fuerza hidrodinamica en el flotador 12 activo causada por el movimiento del agua hacia abajo.

Calda de la Ola (270°): El agua ahora se mueve en la direccion horizontal hacia atras y no se aplicara ninguna fuerza vertical significativa al flotador 12 activo que ahora esta descansando en la superficie. El flotador 12 activo tendera a empezar a moverse de nuevo hacia arriba a medida que el vector de velocidad del agua lo hace girar hacia la horizontal mientras que la ola creciente se aproxima a MSL, re extendiendo el angulo de giro. El cuerpo 14 reactivo es ahora vertical, pero las fuerzas de arrastre en la parte superior del cuerpo reactivo del agua en movimiento en la direccion horizontal hacia atras tenderan a inclinarse hacia la ola que se aproxima. Se aplica carga de torque de nuevo al giro de modo que la fuerza de torsion se acumule rapidamente para superar el movimiento de cabeceo del cuerpo 14 reactivo.

Haciendo referencia a la figura 6, se apreciara que los convertidores 10 de energla de ola multiple pueden estar unidos entre si mediante cables 18 de amarre de holgura para proporcionar un sistema 30 de conversion de energla de las olas de capacidad total de salida de mayor potencia. En particular, un numero de convertidores 10 de energla de las olas puede ser desplegado en largas cadenas paralela a la direccion de la ola predominante. Cada convertidor de energla de las olas puede ser de hasta 10 m de ancho, con espacio suficiente que se suministre entre cada uno de ellos para evitar coincidir en las tormentas. Los cables 18 de sistema de amarre deben preferiblemente ser utilizados para mantener los convertidores 10 de energla de las olas que se enfrenta al frente de la ola, por lo general indicada por la flecha 32, ya que la tendencia natural sera que los dispositivos se alejen a la trayectoria de menor resistencia. La orientacion a traves del amarre puede ser asistida por otros medios conocidos tales como timones, aletas o forma de auto-orientacion de la estructura del cuerpo reactivo flotante.

Haciendo referencia a la figura 7, se muestra una forma alternativa del convertidor 40 de la energla de ola en donde el extremo inferior del cuerpo 14 reactivo esta acoplado de forma giratoria en 42 con un marco 44 de referencia que se fija al fondo marino 46, en lugar de cables de amarre de holgura que son fijados o anclados al fondo del mar. A modo de ejemplo, el marco 44 de referencia puede ser un puntal incompresible pero horizontalmente flexible que puede ser ajustable en altura para la variacion de MSL debido a las mareas. Alternativamente, un flotador ya activo podrla utilizarse con una disposicion de este tipo para compensar contra la variacion de MSL.

Se apreciara que el convertidor de energla de las olas puede tener mas de un flotador activo acoplado de forma giratoria a un cuerpo unico reactivo si se desea para aumentar la capacidad de salida de energla, o hacer un dispositivo omnidireccional. En particular, el movimiento de giro entre los multiples flotadores activos y el cuerpo reactivo unico podrlan ser combinados y se transfieren a un sistema de salida de energla o sistema de salida de energla, alternativamente separado pueden proporcionarse para cada respectivo flotador activo. Ademas, se apreciara que puede haber multiples cuerpos reactivos acoplados de forma giratoria a uno o mas flotadores activos en otras formas de varios brazos del convertidor de energla de las olas.

Primera realizacion preferida - Dispositivo Experimental 2 kW

Haciendo referencia a las figuras 8a-8e, se describira una primera forma de realizacion preferida del convertidor 100 de energla de las olas en forma de un dispositivo experimental de 2 kW.

Dispositivo experimental 2 kW - flotador activo

El flotador 120 activo es sustancialmente alargada que se extiende entre un primer extremo 120a que es proximo al cuerpo 140 reactivo y un segundo extremo 120b que es distal al cuerpo reactivo. El area de seccion transversal entre los extremos 120a, 120b se define perifericamente por las superficies superior 120c e inferior 120d opuestas que estan unidas por superficies 120e, 120f laterales opuestas. El flotador 120 activo tiene un perfil de seccion transversal uniforme a lo largo de su longitud, aunque se apreciara que un perfil no uniforme podrla ser utilizado alternativamente. El flotador 120 activo tiene una longitud L1 de aproximadamente 1.0 m, la anchura W1 de

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aproximadamente 0.7 m, y una profundidad D1 de aproximadamente 0.5 m. El flotador 120 activo tiene un peso en seco de aproximadamente 350 kg. El flotador 120 activo esta indirectamente de forma giratoria acoplado al cuerpo 140 reactivo por un sub-marco 122 que comprende dos brazos de conexion 122a, 122b que se extienden perpendicularmente desde un componente 122c del elemento transversal. En particular, el travesano 122c se extiende a traves de la anchura del flotador 120 activo en, o hacia la mitad de la longitud del flotador activa. Los extremos 122e, 122f libres de los brazos 122a, 122b de conexion, estan acoplados de manera giratoria al eje 160 de giro o eje previsto en el cuerpo 140 reactivo para permitir as! que el flotador 120 activo y el cuerpo 140 reactivo pueda girar con respecto al otro alrededor del eje 160 de giro. Por lo tanto, el flotador 120 activo tiene al menos un grado de libertad en que puede girar con respecto al cuerpo 140 reactivo. El flotador 120 activo puede ser fijo y bloqueado de forma rlgida al elemento transversal 122c en una orientacion particular o alternativamente el flotador activo puede estar dispuesto para ser libremente giratorio sobre el elemento transversal proporcionando de este modo con dos grados de libertad. Con dos grados de libertad, la extraccion de energla mejorada puede obtenerse mientras la orientacion del flotador activo puede ajustarse a las formas de la ola para asegurar un contacto de superficie maxima con las olas. Se apreciara que el flotador 120 activo podrla alternativamente ser acoplado de forma giratoria en o hacia uno de sus extremos con el cuerpo 140 reactivo, si se desea.

Se apreciara que el flotador 120 activo puede ser de muchas formas diferentes y secciones transversales. Por ejemplo, la superficie 120d inferior del flotador 120 activo puede ser plana o en con forma de cazuela para proporcionar una aplicacion muy rapida de la fuerza de empuje de las olas. Diferentes tamanos de dispositivo y niveles de sofisticacion del sistema de control para diferentes aplicaciones en el mercado requieren diferentes perfiles de flotacion. Arrastre de placas tambien se pueden anadir al flotador 120 activo para mejorar el movimiento en ciertas direcciones debido a la accion hidrodinamica del movimiento de las olas. Tambien, como se identifica anteriormente, el cuerpo 140 reactivo puede tener flotabilidad negativa y ser mantenido con el eje 160 de giro en o alrededor de la superficie por el flotador 120 activo que tiene un perfil de flotabilidad que se extiende en parte a y/o mas alla del eje 160 de giro (por ejemplo, usando los brazos de fijacion flotantes huecos) de tal manera que su fuerza de flotabilidad solo mantiene el cuerpo 140 reactivo a flote. Esta configuracion permite la maxima relacion sumergida masa/volumen que se disena en el cuerpo 140 reactivo para optimizar su eficiencia de inercia.

Dispositivo experimental 2 kW - cuerpo reactivo

El cuerpo 140 reactivo es alargado sustancialmente y en funcionamiento se extiende en una posicion sustancialmente vertical entre un extremo 142 superior enfrentado hacia el cielo y un extremo 144 inferior que se extiende en el agua de mar. El cuerpo 140 reactivo comprende un cuerpo 140a principal del cual dos brazos 140b, 140c de soporte verticales se extienden. El flotador activo esta acoplado de forma giratoria por el subbastidor 122 al eje 160 de giro o eje que se extiende entre los brazos 140b,c de soporte, del cuerpo 140 reactivo. Los brazos de soporte 140b,c son de suficiente longitud con respecto a las dimensiones del sub-bastidor 122 y el flotador 120 activo, y en combinacion con la ubicacion del eje 160 de giro, para permitir que el flotador 120 activo pueda girar completamente 360°. La razon de la capacidad de rotacion completa del flotador 120 activo alrededor del eje 160 de giro es de supervivencia. El funcionamiento normal es con el flotador 120 activo moviendose arriba y abajo alrededor de 645° respecto a la horizontal, y el cuerpo 140 reactivo cabeceando hasta 620° respecto a la vertical.

Por lo tanto, el recorrido angular relativo entre el flotador 120 activo y el cuerpo 140 reactivo puede ser tanto como 665° bajo el funcionamiento normal a la altura de la ola del diseno cuando se descarga el giro. En condiciones de tormenta, el movimiento de giro puede ser mas extremo y la capacidad del flotador 120 activo para girar completamente respecto al cuerpo 140 reactivo reduce el riesgo de danos que se produzcan en el dispositivo.

El cuerpo 140 reactivo tiene una longitud L3 total de aproximadamente 6.5 m, anchura W2 de aproximadamente 2.0 m, y una profundidad D2 de aproximadamente 0.5 m. La longitud de los brazos 140b,c de soporte es de aproximadamente 3.5 m y la longitud L4 del cuerpo principal es de aproximadamente 3.0 m. El peso en seco del cuerpo 140 reactivo es de aproximadamente 750 kg, y el peso en humedo es de aproximadamente 3000 kg. Por lo tanto, la longitud y la anchura del cuerpo 140a principal del cuerpo 140 reactivo es de tal manera que se crea una zona 140d de superficie activa de gran suficiencia en la que el movimiento de las olas puede actuar, y esto en combinacion con la longitud total relativa del cuerpo reactivo causa el cabeceo.

Los puntos 146 de conexion de los cabos de amarre para uno o mas cabos de amarre para conectarse se proporcionan en el extremo 144 inferior del cuerpo 140 reactivo. Preferiblemente, el dispositivo esta amarrado flojo y el punto de anclaje que se encuentra en el centro del cabeceo del cuerpo reactivo, que puede no ser necesariamente hacia el extremo inferior del cuerpo reactivo. Los cabos de amarre pueden estar fijados de forma segura en el otro extremo al fondo del mar u otro punto de anclaje adecuado.

Se apreciara que el cuerpo reactivo alternativamente podrla tener la forma de un tenedor de ajuste, o cualquier otra configuracion adecuada que permita al flotador 120 activo rotar completamente usando el diseno como meta-poste.

Dispositivo experimental 2 kW - sistema de salida de energla

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El sistema de salida de alimentacion se encuentra en y dentro de los brazos 140 b,c de soporte. El movimiento de giro entre el flotador 120 reactivo y el cuerpo 140 activo en el eje 160 de giro se extrae mediante un sistema de acoplamiento que comprende cilindro de doble efecto y arreglos 148a,b RAM hidraulicos que estan acoplados operativamente al eje 160 de giro y que actuan sobre el munon. En funcionamiento, el movimiento de giro oscilatorio alrededor del eje 160 de giro hace que los pistones hidraulicos oscilen hacia delante y hacia atras con sus respectivos cilindros y por lo tanto el bombeo de fluido hidraulico a traves de conductos o mangueras impulse los motores hidraulicos situados dentro de las camaras 150a, b se encuentran al principio de los brazos 140b,c de soporte. Los motores hidraulicos tienen cada uno una salida de arbol de accionamiento giratorio y esto se acopla a la entrada de los generadores electricos para generar energla electrica para la aplicacion a una carga. Se apreciara que los generadores electricos pueden estar dispuestos para recibir una salida de oscilacion de accionamiento rotacional de los motores hidraulicos o rectificadores alternativamente hidraulicos que puede ser incorporado en el sistema para proporcionar una salida de accionamiento giratorio en una sola direction para el accionamiento de los generadores electricos. La electronica de control del sistema de control se encuentra en las camaras 150a,b, que estan selladas preferiblemente. El sistema de control incluye la funcionalidad de torque de carga activo para el control de la carga a traves de convertidores electronicos de potencia.

Segunda realization preferida - Dispositivo de 100 kW

Haciendo referencia a las figuras 9a-9e, se describira una segunda forma de realizacion preferida del convertidor 200 de energla de las olas en forma de un dispositivo 100 kW. El dispositivo 100 kW es similar en diseno al dispositivo 100 2 kW experimental, pero es mas grande en escala. El dispositivo 200 comprende un flotador 220 activo, el cuerpo 240 reactivo (con una del cuerpo 240a principal, y los brazos 240b,c de soporte), y un subbastidor 222 para acoplar de forma giratoria el flotador activo al cuerpo reactivo para permitir el movimiento de giro relativo entre los cuerpos sobre el eje 260 de giro. El sistema de salida de energla puede ser como se describio anteriormente y puede estar integrado en los brazos 240b,c de soporte del cuerpo 240 reactivo.

La longitud L7 total del cuerpo 240 reactivo es de aproximadamente 20 m, siendo la longitud L5 de los brazos 240b,c de soporte aproximadamente de 6.8 m y la longitud L6 del cuerpo 240a principal siendo aproximadamente 13.2 m. El cuerpo 240 reactivo tiene una anchura W3 de aproximadamente 7.5 m y una profundidad D3 de aproximadamente 1.6 m. El peso en seco del flotador 220 activo es de aproximadamente 20,000 kg. El flotador 220 activo tiene una longitud L8 de aproximadamente 4.2 m, la anchura W4 de aproximadamente 3.2 m, y la profundidad D4 de aproximadamente 1.5 m. El peso en seco del cuerpo 240 reactivo es de aproximadamente 10,000 kg y su peso en humedo es de aproximadamente 135,000 kg.

Materiales de construction para el flotador activo y el cuerpo reactivo

Para dispositivos de gran tamano, el flotador activo es principalmente de una construccion de acero de protection a la corrosion con nervaduras internas y reforzadas para la resistencia. Para los dispositivos mas pequenos de baja potencia de 1-10 kW la calificacion exterior puede ser de pollmero semiflexible duro tal como polipropileno o similar. En ambos casos, puede ser llenado con material de espuma para atrapar aire para una mayor fiabilidad contra un posible dano a la proteccion externa y fugas posteriores. Totalmente sumergido su relation flotabilidad con el peso es preferiblemente de aproximadamente 3:1.

La construccion del cuerpo reactivo es mas crltica que la del flotador activo. La masa total del cuerpo reactivo debe equilibrarse con la flotabilidad de tal manera que flote con la llnea de agua quieta, aproximadamente en el punto de giro y la flotabilidad con respecto a la masa de poco mas de la unidad en todos los niveles de inmersion. Tambien debe ser lo suficientemente fuerte como para sobrevivir en mares extremos. Para dispositivos de gran tamano la estructura es principalmente de acero protegido contra la corrosion con nervaduras internas y reforzadas para la resistencia. La flotabilidad se logra en la parte superior de la estructura a traves de tanques de aire cerrados. Partes de estos tanques pueden llenarse con material de espuma de atrapar aire para una mayor fiabilidad contra un posible dano a la cubierta externa y fugas posteriores. Su Indice de masa totalmente sumergida-flotabilidad con el peso es preferiblemente de aproximadamente 1.1:1. Los tanques de flotation adicionales se proporcionan en la parte inferior de la estructura para remolcar el dispositivo en position de flotacion horizontal, como una balsa para la facilidad de despliegue. Estos tanques se inundan de forma selectiva durante la instalacion en el punto de amarre para proporcionar el ajuste apropiado. Cuando se implementa en el modo de funcionamiento, una parte significativa de la masa de dispositivo consiste en agua de mar atrapado. El centro de flotabilidad es disenado para estar a una distancia especlfica por encima del centro de masa para asegurar la estabilidad vertical, sino tambien promover la action cabeceo. Esta distancia es del orden de 0.1 como una relacion de longitud sumergido en general, pero puede ser mayor o menor dependiendo de las otras dimensiones del dispositivo. Para ajustar la inercia de rotation, la masa de lastre de alta densidad en forma de acero, hormigon u otros materiales agregados es atrapada alrededor del centro de rotacion de cabeceo, que es lo mas cercano a la parte inferior del cuerpo reactivo como es practico.

Resultados simulados en ordenador

Con referencia a la figura 11, se han llevado a cabo simulaciones por ordenador para demostrar el valor de captation de energla de cabeceo con el cuerpo reactivo y energla de oleaje del flotador activo, ademas de la

energla del oleaje el flotador activo. Las simulaciones demuestran aumentos utiles en la produccion de energla a traves del cabeceo del cuerpo reactivo. Algunos de estos resultados se muestran en la figura 11 para el dispositivo experimental y 1m de altura de ola. Durante un perlodo de 6 segundos de ola, se calculo el 20% de energla adicional para un cuerpo reactivo que se le permitio el cabeceo en comparacion con un cuerpo que no se le permitio 5 el cabeceo.

Las formas de realizacion preferidas del convertidor de energla de las olas se han descrito en el contexto de los dispositivos y sistemas para la captura y la conversion de la energla de las olas en energla util en forma de energla electrica. Sin embargo, se apreciara que la energla util capturada por el convertidor de energla de las olas puede ser almacenada o utilizada para accionar otros sistemas directa o indirectamente. A modo de ejemplo, la energla 10 cinetica en el giro del convertidor de energla de las olas se puede utilizar directamente en la forma de energla de movimiento de giro oscilante o convertirse en cualquier otra forma adecuada, tal como energla de movimiento rotacional o lineal, para la conduccion de otros sistemas en varias aplicaciones. Por ejemplo, la energla cinetica se puede utilizar para presurizar el agua o para accionar una bomba de agua.

La descripcion anterior de la invencion incluye las formas preferidas de la misma. Se pueden hacer modificaciones a 15 la misma sin apartarse del alcance de la invencion como se define por las reivindicaciones acompanantes.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un convertidor (10) de energla de olas flotantes y auto-reaccionador para extraer energla util del movimiento de las olas en una masa de llquido, que comprende:

un flotador (12) activo que esta dispuesto para flotar sustancialmente hacia o sobre la superficie del llquido, y que esta dispuesto tanto a la agitacion como al oleaje en respuesta a movimiento de las olas que actuan sobre el flotador (12) activo;

un cuerpo (14) reactivo alargado que se extiende longitudinalmente entre un extremo superior y un extremo inferior, y que tiene un centro de masa situado en o hacia su extremo inferior y por debajo de su centro de flotation de tal manera que esta dispuesto para ser suspendido en una position sustancialmente vertical y sustancialmente en un estado sumergido en el llquido por debajo de la superficie, y el cuerpo reactivo que tiene un area de superficie y una longitud que se extiende en el llquido de la superficie de tal manera que cabecea alrededor de un centro de rotation situado en, o hacia su extremo inferior en respuesta al movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo reactivo,

estando el flotador (12) activo y el cuerpo (14) reactivo acoplados de forma giratoria en o hacia el extremo superior del cuerpo (14) reactivo para el movimiento de giro con respecto al otro alrededor de un eje (16) de giro unico en respuesta a la agitacion y el oleaje del flotador (12) activo y al cabeceo del cuerpo (14) reactivo causado por el movimiento de las olas en el cuerpo del llquido, y en donde el flotador activo y el cuerpo reactivo estan acoplados de forma giratoria para permitir que el flotador activo rote completamente 360° alrededor del unico eje de giro; y

un sistema de salida de energla que es accionado operativamente por el movimiento de giro alrededor del eje de giro para capturar la energla util.
2. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con la revindication 1, en donde el flotador (12) activo esta dispuesto para tener una inercia baja a media tanto en las direcciones vertical como horizontal para mejorar los movimientos de agitacion y oleaje respectivamente.
3. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el flotador (12) activo es al menos parcialmente en forma de hidroala para crear la fuerza de elevation para mejorar los movimientos de agitacion y/u oleaje en respuesta al movimiento de las olas que actuan sobre el flotador (12) activo.
4. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el flotador (12) activo tiene una gravedad especlfica de menos de uno y el flotador (12) activo comprende una relacion de flotabilidad con el peso de 2:1 a 4:1
5. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el flotador (120) activo es un componente sustancialmente alargado que se extiende entre un primer extremo (120a) proximo al cuerpo (140) reactivo y un segundo extremo (120b) distal al cuerpo (140) reactivo, el area de section transversal entre los extremos (120a, 120b) estando definida perifericamente por superficies superior (120c) e inferior (120d) opuestas que estan unidas por superficies (120e, 120f) laterales opuestas, la superficie (120c) superior que esta dispuesta para enfrentarse hacia el cielo y la superficie (120d) inferior dispuesta para quedar orientado hacia y en el llquido, y en donde el primero (120a) y/o segundo (120b) extremos del flotador (120) activo como una superficie de friction sobre la cual los movimientos de las olas actuan para crear fuerzas de arrastre para mejorar los movimientos de oleaje del flotador (120) activo.
6. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

el cuerpo (14) reactivo esta dispuesto para tener una inercia media a alta en la direction vertical para reducir al

mlnimo los movimientos de agitacion que estan en fase con el movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo (14) reactivo e inercia de giro baja a media alrededor de un eje horizontal que es paralelo al eje (16) de giro para mejorar los movimientos de cabeceo del cuerpo (14) reactivo en respuesta al movimiento de las olas que actuan sobre el cuerpo (14) reactivo.
7. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (14) reactivo es al menos parcialmente en forma de hidroala de tal manera que el movimiento de las olas sustancialmente vertical que actua sobre el cuerpo (14) reactivo crea una fuerza de elevacion horizontal en el cuerpo (14) reactivo para mejorar los movimientos de cabeceo del cuerpo (14) reactivo.
8. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

el cuerpo (14) reactivo esta dispuesto para tener una gravedad especlfica de aproximadamente uno de tal manera

que tenga ya sea la flotabilidad neutra o ligeramente positiva o ligeramente negativa con respecto a la masa de llquido y el cuerpo (14) reactivo esta dispuesto para tener una relation de flotabilidad con el peso en el intervalo de 0.9:1 a 1.1:1.

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9. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (140) reactivo tiene suficiente anchura (W2) perpendicular a su eje longitudinal a lo largo de al menos una parte de su longitud que se extiende hacia arriba desde su extremo (144) inferior con el fin de crear un area de superficie activa suficientemente grande sobre la que actua el movimiento de las olas para causar movimientos de cabeceo del cuerpo (140) reactivo.
10. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (140) reactivo comprende una distribucion de densidad de masa predeterminada a lo largo de su longitud entre su extremo (142) superior y el extremo (144) inferior, siendo la densidad de masa alta con una gravedad especlfica que es sustancialmente mayor que uno a lo largo y hacia el extremo (144) inferior y la densidad de masa baja con una gravedad especlfica de sustancialmente menos de uno a lo largo y hacia el extremo (142) superior del cuerpo (140) reactivo.
11. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relacion en peso del cuerpo reactivo con el flotador activo esta en el intervalo de 10:1 a 20:1.
12. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (140) reactivo comprende un cuerpo (140a) principal del cual se extienden dos brazos (140b, 140c) separados entre si, sustancialmente paralelos y el flotador (120) activo es un componente sustancialmente alargado que se extiende entre un primer extremo (120a) proximo al cuerpo (140) reactivo y un segundo extremo (120b) distal al cuerpo (140) reactivo, el flotador (120) activo que esta acoplado de forma giratoria entre los brazos (140b, 140c) para el movimiento de giro alrededor del eje (160) de giro unico con respecto a los brazos (140b, 140c) en respuesta a los movimientos del flotador (120) activo y/o cuerpo (140) reactivo causado por el movimiento de las olas en el cuerpo del llquido, y en donde los brazos (140b, 140c) del cuerpo reactivo se extienden desde el cuerpo principal a una distancia suficiente con respecto a la longitud del flotador (120) activo para permitir al flotador (120) activo girar 360° alrededor del eje (160) de giro entre los brazos (140b, 140c) y por encima del cuerpo(140a) principal en respuesta al movimiento de las olas.
13. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (14) reactivo esta amarrado con holgura con una o mas cuerdas (18) de amarre, estando cada cuerda (18) de amarre fijada en un extremo en, o hacia la superficie inferior del cuerpo llquido y en el otro extremo en o hacia el extremo inferior del cuerpo (14) reactivo o en el centro de rotacion del cuerpo (14) reactivo.
14. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema (17) de salida de energla esta dispuesto para utilizar la energla util capturada para presurizar o bombear agua.
15. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el sistema (17) de salida de energla esta dispuesto para generar energla electrica a partir de la energla util capturada desde el movimiento de giro entre el flotador (12) activo y el cuerpo (14) reactivo alrededor del eje (16) de giro, el sistema (17) de salida de energla que comprende un generador electrico que tiene una entrada del eje de accionamiento giratorio y el movimiento de giro alrededor del eje (16) de giro que esta acoplado al eje de accionamiento de giro por un sistema de acoplamiento para accionar el generador electrico para producir energla electrica.
16. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con la reivindicacion 15, en donde el sistema de acoplamiento comprende ademas un sistema rectificador que esta dispuesto para convertir el movimiento de giro oscilatorio en el eje (16) de giro en movimiento de rotacion en una direccion constante, y en donde el sistema de acoplamiento del sistema (17) de salida de energla esta dispuesto para acoplar el movimiento de rotacion del sistema rectificador para el eje de accionamiento de rotacion del generador electrico a traves de un sistema de caja de cambios, el sistema de caja de cambios que esta dispuesto para convertir el movimiento de rotacion que tiene una fuerza mayor y menor velocidad en una fuerza menor a mayor velocidad para accionar el generador electrico.
17. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema (17) de salida de energla comprende un generador electrico que tiene una entrada del eje de giro de accionamiento y el movimiento de giro relativo en el eje (16) de giro esta acoplado al eje de accionamiento de rotacion mediante un sistema de acoplamiento para accionar el generador electrico para producir energla electrica, el generador electrico que esta dispuesto para accionar una carga y el sistema (17) de salida de energla que comprende un sistema de control que esta dispuesto para controlar activamente el nivel de carga de acuerdo con la prediction hacia delante del movimiento de las olas con el fin de optimizar la energla electrica generada.
18. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el flotador (120) activo esta indirectamente acoplado de forma giratoria al cuerpo (140) reactivo a traves de un sub-bastidor (122) que esta conectado en un extremo (122c) con el flotador (120) activo y acoplado de forma giratoria en el otro extremo (122e, 122f) en o hacia el extremo (142) superior del cuerpo (140) reactivo, y en donde el sub-bastidor (122) esta conectado de forma segura en, o hacia el centro del flotador (120) activo con respecto a su

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longitud, el flotador (120) activo que esta acoplado de forma giratoria al sub-bastidor (122) para el movimiento de giro con respecto al sub-bastidor (122) de tal manera que el flotador (120) activo tiene dos grados de libertad en los que puede girar con respecto al cuerpo (140) reactivo y el giro con respecto al sub-bastidor (120) para maximizar la superficie de contacto del flotador (120) activo con el llquido durante el movimiento de las olas en el que la orientacion del flotador (120) activo puede ajustarse para obtener el maximo contacto con el llquido durante el movimiento de las olas.
19. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-17, en donde el flotador (120) activo esta indirectamente acoplado de forma giratoria al cuerpo (140) reactivo a traves de un sub- bastidor (122) que esta conectado en un extremo (122c) con el flotador (120) activo y acoplado de forma giratoria en el otro extremo (122e, 122f) en o hacia el extremo (142) superior del cuerpo (140) reactivo, y en donde el sub- bastidor (122) esta de forma segura y rlgidamente fijo al flotador (120) activo de tal manera que el flotador (120) activo tiene un grado de libertad en que puede girar con respecto al cuerpo (140) reactivo.
20. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende ademas uno o mas flotadores (12) activos adicionales que estan acoplados de forma giratoria con el cuerpo (14) reactivo para el movimiento de giro alrededor del eje (16) de giro unico en respuesta al movimiento de las olas, el sistema (17) de salida de energla siendo impulsado de forma operativa por el movimiento de giro relativo entre los flotadores (12) activos y el cuerpo (14) reactivo para capturar colectivamente la energla util.
21. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo llquido es el mar u oceano
22. Un convertidor de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el sistema (17) de salida de energla genera energla electrica a partir de la energla util capturada en el eje (16) de giro.
23. Un sistema de conversion de energla de las olas que comprende multiples convertidores (10) de energla de las olas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-22, cada uno de los convertidores (10) esta vinculado en un sistema de salida de energla unico que esta dispuesto para convertir la energla util en energla electrica.