MX2015002098A

MX2015002098A - Conversion de energia undimotriz.

Info

Publication number: MX2015002098A
Application number: MX2015002098A
Authority: MX
Inventors: Ryan Glen Lee; Ryan Shawn Kay
Original assignee: Bombora Wave Power Pty Ltd
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-07-14
Also published as: CN104736840B; NZ705995A; PH12015500333A1; JP2015524898A; AR092074A1; US20150226176A1; ZA201501297B; PH12015500333B1; CA2882165A1; EP2888472B1; CA2882165C; SG11201501203UA; US9797367B2; KR102091300B1; EP2888472A4; EP2888472A1; WO2014026219A1; BR112015005978A8; DK2888472T3; JP2020045904A

Abstract

Un convertidor de energía undimotriz (WEC, por sus siglas en inglés de Wave Energy Converter) 10 que tiene una porción de cuerpo 18 con una cara 20 y por lo menos una membrana flexible 16 que limita por lo menos parte de un volumen de un fluido para formar una celda de volumen variable 22. La membrana está inclinada respecto de la vertical para proveer un pasaje liso para que el flujo de la energía undimotriz de una ola 14 pase sobre el WEC a la vez que deforma la por lo menos una membrana hacia el cuerpo para comprimir al fluido. La(s) celda(s) puede(n) estar sumergidas o flotando. La inclinación de la por lo menos una membrana contribuye a convertir las energías potencial y cinética de la ola en una presión en el interior del fluido. La presión del fluido en el interior de la(s) celda(s) y/o el sistema de WECs se puede optimizar para adecuarse a las condiciones de la ola y/o del rendimiento.

Description

CONVERSIÓN DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ Campo de la Invención La presente invención se refiere a la conversión de energía undimotriz.

Antecedentes a la Invención Con las actuales preocupaciones sobre el calentamiento global, las emisiones de carbono y el limitado acceso o disponibilidad de combustibles fósiles tradicionales, las fuentes de energía alternativa, renovable, son cada vez más importantes.

Los sistemas de energía solar, eólica y undimotriz para la generación de energía eléctrica son bien conocidos. Los sistemas de energía térmica solar funcionan bien cuando hay suficiente luz solar, de modo que es necesario almacenar la energía durante las horas con luz solar y liberarla durante la noche si es necesaria una entrega continua de energía. Frecuentemente esto se consigue usando sales que cambian de fase que se licúan cuando almacenan energía térmica y se vuelven a solidificar cuando se libera la energía térmica. Sin embargo, si durante las horas de luz diarias no se puede almacenar suficiente energía térmica, se corre el riesgo de agotar la entrega de energía.

Obviamente, la energía eólica requiere suficiente desplazamiento de aire para generar energía usando turbinas Ref.254691 eólicas. Aunque la teenología de las turbinas eólicas ha progresado y la energía eólica se ha vuelto más eficaz en lo referente a los costos, persiste el desafío de la intermitencia y la necesidad de instalar múltiples turbinas eólicas, suficientes para generar la cantidad requerida de energía renovable. Las turbinas eólicas crean un impacto visual y acústico sobre el terreno que no siempre resulta aceptable para los habitantes locales. Más recientemente las granjas eólicas se han instalado en alta mar para beneficiarse de unos vientos predominantes más confiables y para reducir el impacto ambiental debido a la presencia de las altas turbinas eólicas.

La obtención de energía de mares y océanos es un concepto aceptado en el campo de la energía renovable. Uno de los principales beneficios de la energía undimotriz es que casi siempre se debe extraer por lo menos algo de energía de las olas, haciendo de esa manera que la energía undimotriz mar potencialmente más confiable que la energía solar térmica o la eólica y ambientalmente más aceptable en el sentido de producir un menor impacto visual, y potencialmente un menor impacto acústico, sobre el ambiente local.

Aunque la energía undimotriz es relativamente simple como concepto, sin embargo, la energía undimotriz es un medio energético complejo.

La energía 'circula' eficazmente a través de mares y océanos, desplazando a las partículas de agua con un movimiento circular o elíptico (dependiendo de la profundidad del agua), y de oscilación (hacia arriba y abajo "oscilación vertical", y hacia atrás y adelante "desplazamiento horizontal"), que dependen de la fluidez y la viscosidad del agua para transmitir la energía de un lugar a otro. El agua está cambiando constantemente de dirección tanto vertical como horizontalmente y la naturaleza de su energía está cambiando constantemente de potencial (debida a la altura) a cinética (debida a su velocidad) y combinaciones de las mismas.

Además, las olas de los mares y océanos no son regulares. Aunque puede haber un período promedio y una altura promedio de la ola en un determinado lugar y tiempo, aún habrán variaciones entre una ola u otra, y dentro de cada ola.

Todo esto presenta un significativo desafío para los convertidores de energía undimotriz (WEC, por sus siglas en inglés) (que a veces se denomina un dispositivo para la conversión de energía undimotriz o WECD, por sus siglas en inglés) en el intento de extraer energía de las olas. Para que mar eficiente, el convertidor se debe 'acoplar' bien con la ola (es decir, debe responder al movimiento de la ola, debe 'seguirlo') mientras que al mismo tiempo debe resistirse a la ola lo suficiente como para extraer energía de la misma.

El convertidor también debe ser robusto para soportar las fuerzas que le impone la ola, en particular las fuerzas adversas durante las tormentas, y debe ser eficiente con bajas pérdidas de energía, y debe ser eficaz en lo referente a los costos.

Previamente se han concebido muchos WECs diferentes. Sin embargo, el desarrollo de un convertidor eficaz en lo referente a los costos que también mar suficientemente eficiente en la obtención de energía de la ola y que también mar suficientemente confiable ha probado ser, hasta el momento, difícil de obtener.

Muchos WECs son muy grandes y su construcción y operación son muy 'mecánicas', y como resultado los costos de fabricación, mantenimiento y/u operativos son altos, además de las dificultades que surgen para conservar el acople con la ola debido a la gran masa e inercia del convertidor. Como resultado de esto se obtiene un acople deficiente (ancho de banda estrecho) y un rendimiento deficiente en la operación real.

Algunos WECs utilizan métodos de captura de la energía undimotriz, transmisión y conversión a energía eléctrica relativamente complejos, pasando frecuentemente a través de consecutivas conversiones de energía, de energía undimotriz (fluido) a mecánica a hidráulica a mecánica rotacional (turbina) a energía eléctrica. Cada etapa de conversión tiene un costo sobre la eficiencia y la complejidad del sistema, y causa pérdidas de energía. Cada etapa de transmisión tiene pérdidas por fricción, en particular cuando se trabaja con fluidos densos (líquidos) bajo altas presiones como por ejemplo las hidráulicas y velocidades.

Algunos convertidores solo se enfocan en una componente direccional de la energía del agua (es decir la componente vertical u horizontal) y no intentan capturar ambas componentes vertical y horizontal o no lo hacen eficazmente o no se adaptan a la naturaleza del flujo de la energía en el fluido de en las olas.

Otros WECs utilizan la oscilación de la columna de agua (OWC, por sus siglas en inglés), principio que se basa en el desplazamiento de grandes cantidades de agua hacia el interior y el exterior de una o varias cámaras abiertas, que desplazan al aire de bombeo hacia atrás y adelante sobre una turbina para hacer girar al generador. Los convertidores de OWC frecuentemente requieren que el agua cambie de dirección y fluya alrededor de unos bordes que no son hidrodinámicos. Esto incrementa la fricción y las pérdidas de energía del sistema y puede introducir un lapso de retraso no deseado, que puede impedir un buen acople con la ola. Los convertidores también requieren una considerable cantidad de material para su construcción, instalación o anclaje, con relación a la potencia que entrega el convertidor. La turbina también está expuesta al aire cargado de sal que puede incrementar el costo para conferirle resistencia a la corrosión y el costo de mantenimiento asociado con la limpieza de los álabes para conservar el rendimiento.

Muchos WECs también están situados en alta mar y sobre la superficie del océano donde son evidentes unas fuerzas extremadamente intensas en condiciones de clima adverso. Esto incrementa el costo del convertidor con relación a la potencia de salida eficaz.

Un campo de WECs que ha mostrado gran potencial se puede caracterizar como convertidores de 'membrana' para la conversión de energía, y más en particular convertidores de membrana - neumáticos para la conversión de energía. Los convertidores utilizan una serie de membranas o diafragmas de bajo costo y baja inercia para interactuar con la ola y transferir eficientemente la energía a un segundo fluido, usualmente un fluido de baja inercia, baja fricción como por ejemplo aire, que transmite la energía a una turbina y un generador eléctrico. Los WECs pueden mostrar, en general, un mejor acople con la ola que otros WECs debido a la baja inercia del sistema (respuesta rápida) y debido a su menor complejidad, y posee el potencial de producir energía de una manera más eficaz en lo referente a los costos sobre un intervalo más amplio de condiciones de las olas que otros tipos de WEC que se expusieron anteriormente.

En los anteriores documentos de patente se exponen diversos convertidores de energía undimotriz. Por ejemplo, en US 3,353,787 de Semo, en los 60 se propuso usar agua o aceite como el segundo fluido (para la transmisión). El objetivo era disponer de un convertidor submarino robusto, con mayor capacidad de soportar tormentas y emplear una mayor proporción de la energía undimotriz disponible que otros convertidores más complejos de ese momento. Semo propuso una serie de cámaras alargadas cada una de las cuales tenía una superficie superior flexible para bombear un fluido incompresible (líquido) mediante válvulas de retención a un motor de fluidos con base en la costa para la obtención de energía. El flujo retorna de la costa por el mismo circuito que el flujo saliente pero entra a las cámaras a través de pequeños orificios.

En US 3,989,951 de Lesster de mediados de los 70, se expone un convertidor sumergido usando un fluido compresible (como por ejemplo aire) como el fluido de transmisión para mejorar la capacidad de reacción del convertidor por reducción de la masa y la inercia del fluido de transmisión. Lesster también provee celdas de paredes flexibles más cortas para mejorar la flexibilidad de la operación y para hacer correr a las olas a lo largo de la longitud del convertidor sobre cada una de las celdas cada vez. Unos circuitos separados para los flujos entrante y saliente, toman aire de cada una de las celdas a través de válvulas de retención, y llevan a uno o más turbogeneradores en un circuito cerrado que proveen una acción de 'tracción y presión' sobre el flujo de aire.

En US 4,164,383 de French, de fines de los 70 se conserva el diseño longitudinal (como una columna vertebral) y la orientación del convertidor, mirando perpendicularmente al frente de la ola. En este convertidor se utilizaba un circuito cerrado con válvulas de retención y aire como fluido de transmisión pero se cambió el convertidor por un convertidor flotante en la superficie de las olas o justo por debajo de la misma como una 'columna vertebral' larga y se utiliza un único recinto flexible como una bolsa dividida en compartimientos.

En US 4,375,151 de French, de principios de los 80 se describen sistemas de control que utilizan la altura de la ola y múltiples circuitos cerrados y turbogeneradores para mejorar la eficiencia de la obtención de energía por reducción de las pulsaciones del flujo de aire y para mejorar el seguimiento de la superficie marina del convertidor, en particular el control de la inclinación.

En US 4,441,030 de Bellamy, de principios de los 80, se describe un diseño similar de 'columna vertebral' flotante pero en una modalidad de 'terminación' es decir paralela al frente de la ola, con 'bolsas con forma de almohada' flexibles montadas por fuera de un lateral de la columna vertebral para capturar la energía undimotriz y reducir el desgaste de la bolsa. El foco primario estaba centrado en el diseño de la bolsa pero este documento de patente también describe el uso de una única turbina autorrectificante por celda en vez de los anteriores circuitos cerrados.

Un documento de patente posterior US 4,675,536 de Bellamy, de mediados de los 80 progresó a un diseño circular o anular para reducir el tamaño y costo del convertidor, mejorar su seguimiento de la superficie marina, y cambiar a la opción de uso de una serie de membranas, ahora posicionadas verticalmente, en vez de las bolsas para capturar la energía undimotriz.

Luego, el desarrollo de los convertidores de membrana pareció estancarse hasta los desarrollos descritos en US 2011-0185721 de Turner y US 2011-0162357 de Bellamy et al. que desarrollaban adicionalmente el principio en 2008. El documento de Turner se enfoca principalmente en un convertidor circular con un borde de montaje con forma de "S" para su membrana, y en otras características del diseño de la membrana (tamaño, espesor, rigidez, refuerzo, etc.). Bellamy et al. también utilizaron un convertidor circular (o 'columna vertebral sinfín') pero introdujeron al convertidor una combinación de membranas y de columnas de agua oscilantes. El objetivo era incrementar la eficacia y el 'ancho de banda' del convertidor (es decir el acople con la ola) por acople con los componentes tanto de la oscilación vertical (vertical) como del desplazamiento horizontal (horizontal) de la energía undimotriz. Bellamy et al. también volvieron a utilizar una válvula de retención, para proveer un flujo de aire unidireccional (circuito cerrado) de Lesster, French y en cierta extensión, de Semo.

Tanto US 7,554,216 de Winsloe como WO 2007/057013 de Rasmussen describen convertidores de columna de agua oscilante (OWC) con múltiples celdas y un sistema de circuito cerrado para el flujo de aire usando válvulas de retención que alimentan a un múltiple de alta presión, sobre un turbogenerador, y con un retorno a través de un múltiple de baja presión. Ambos convertidores son convertidores flotantes de OWC y están completamente expuestos a las condiciones de oleaje adversas.

Como alternativa, en la presente invención es deseable proveer un convertidor de energía undimotriz (WEC) con mayor capacidad de emplear la energía undimotriz disponible que los convertidores conocidos mencionados anteriormente.

Manteniendo en mente lo mencionado anteriormente, es deseable que la presente invención solucione las dificultades de los convertidores proporcionando preferiblemente un convertidor submarino de energía undimotriz con mayor capacidad de soportar las tormentas.

Como alternativa, es deseable que la presente invención provea un convertidor de energía undimotriz con mejor eficiencia operacional en comparación con los convertidores de energía undimotriz conocidos.

Breve Descripción de la Invención En vista de lo mencionado anteriormente, un aspecto de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC), que incluye una porción de cuerpo y por lo menos una membrana flexible que limita por lo menos parte de un volumen de un fluido, una porción sustancial de la por lo menos una membrana inclinada respecto de la vertical que provee una vía que facilita el flujo de la energía undimotriz para hacerlo pasar sobre el WEC a la vez que deforma la por lo menos una membrana hacia el cuerpo para comprimir el fluido, donde la inclinación de la por lo menos una membrana contribuye a convertir la energía potencial y cinética de la ola en presión dentro del fluido.

Un aspecto adicional de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC), que incluye una porción de cuerpo y por lo menos una membrana flexible que forma por lo menos parte de por lo menos un volumen de la celda para el fluido presurizado, donde la por lo menos una membrana inclinada desde una porción inferior hacia una porción superior de la misma permite que la ola que impacta el WEC fluya sobre la por lo menos una membrana y que las fuerzas debidas al desplazamiento horizontal y a la oscilación vertical de la ola deformen la por lo menos una membrana hacia el cuerpo para comprimir al fluido presente en el por lo menos un volumen.

El WEC de acuerdo con la presente invención convierte la energía de una ola que fluye sobre la(s) membrana(s) del WEC en presión (energía) en el interior de uno o más volúmenes de fluido del WEC que luego se puede emplear como energía útil. El WEC con la(s) membrana(s) inclinada(s) se acopla a la ola eficientemente.

El flujo suave puede proveer una guía para la ola o la energía undimotriz sobre el WEC.

Preferiblemente, para una sección transversal vertical a través del WEC, la longitud de la sección transversal de la membrana es sustancialmente la misma que la longitud de la sección transversal de una superficie o cara del cuerpo que limita a la celda o el volumen. Esto permite que la membrana se superponga sobre la superficie o cara del cuerpo cuando la membrana está completamente deformada o comprimida hacia el cuerpo o la cara.

El WEC puede incluir por lo menos una abertura, que preferiblemente se provee en la porción superior posterior de la celda respectiva o adyacente a la misma. Cuando la presión de una ola que es mayor que la presión del fluido en el interior del volumen de la celda impacta contra la membrana causa la deformación de la membrana hacia la cara, y el fluido presurizado es forzado a salir de la celda a través de la por lo menos una abertura que hay en la porción posterior superior de la celda respectiva o adyacente a la misma.

El cuerpo puede incluir por lo menos una cara respectivamente opuesta a las una o más de la por lo menos una membrana flexible de manera tal que la respectiva membrana flexible se deforma o es deformada por la fuerza de una ola externa hacia la respectiva cara opuesta.

La por lo menos una membrana flexible puede deformarse progresivamente desde la porción inferior anterior hacia la porción superior posterior, hacia el cuerpo.

Un aspecto alternativo de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC), que incluye una porción de cuerpo y por lo menos una celda, cada una de cuyas celdas está definida por lo menos en parte por una membrana flexible y una cara opuesta, donde la respectiva membrana flexible y la cara proveen un volumen para un fluido presurizado en el interior de la celda, donde la membrana flexible es deformada hacia la cara por la fuerza externa de una ola que actúa sobre la membrana para forzar de esa manera al fluido a salir de la celda a través de por lo menos una abertura, y cuando la presión que ejerce una ola que impacta contra la respectiva membrana flexible es mayor que la presión del fluido en el interior del volumen de la celda causa la deformación de la membrana hacia la cara.

Un aspecto adicional de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC), que incluye una porción de cuerpo y por lo menos una celda, donde cada una de las celdas está definida por lo menos en parte por una membrana flexible y una superficie opuesta, donde, la longitud de la curva de la membrana cortada por un plano vertical a través de la celda es sustancialmente la misma que la longitud de la curva de la cara cortada por el mismo plano.

Otro aspecto de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC), que incluye por lo menos una celda que comprende una porción de cuerpo y una membrana flexible, donde la membrana y la porción de cuerpo proveen un volumen para un fluido presurizado en el interior de la celda, donde la membrana flexible se puede deformar hacia el cuerpo cuando la presión de la ola que impacta contra la membrana es mayor que la presión del fluido en el interior de la celda, forzando de esa manera al fluido a salir de la celda a través de por lo menos una abertura, y donde la membrana flexible se puede deformar alejándose del cuerpo cuando la presión de la ola que impacta contra la membrana es menor que la presión del fluido en el interior de la celda para forzar de esa manera al fluido a entrar a la celda a través de por lo menos una abertura, y donde la porción de cuerpo y/o la membrana tienen una forma suave, hidrodinámica.

La expresión "convertidor de energía undimotriz" (WEC) como se utiliza con relación a la presente invención en esta descripción abarca a un dispositivo para la conversión de energía undimotriz de una única celda, a un dispositivo para la conversión de energía undimotriz multiceldas, a combinaciones de dispositivos para la conversión de energía undimotriz de una única celda y multiceldas, y a aquellos dispositivos para la conversión de energía undimotriz que se aplican en sistemas para la conversión de energía undimotriz que incorporan componentes adicionales, como por ejemplo equipos generadores de electricidad, turbinas, bombas, sistemas de desalinización y válvulas de control.

Por lo menos una modalidad de la presente invención provee un convertidor de energía undimotriz (WEC) que, durante el uso, convierte a las fluctuaciones de energía de una ola de un fluido (típicamente agua) en fluctuaciones de energía en otro fluido (típicamente aire) y subsiguientemente se aplica a un convertidor de toma de fuerza, como por ejemplo una turbina, y a un generador, preferiblemente para la producción de electricidad.

El convertidor de energía undimotriz puede incluir una de la(s) celda(s). Se pueden unir rígidamente una multiplicidad de las celdas entre sí o pueden formar una única unidad para darle al convertidor la forma de una unidad de múltiples celdas. Las celdas se pueden disponer en matrices lineales para formar un único WEC. Se puede configurar una multiplicidad de las matrices como un multi-WEC para formar un convertidor combinado, como por ejemplo con dos o más matrices lineales de WECs. Se pueden proveer uno o más sellos en las uniones entre los conductos de suministro/retorno de las celdas WEC adyacente cuando se conectan entre sí múltiples WECs separadas para formar una gran celda WEC múltiple, como por ejemplo con un cuerpo multi celdas hecho de un material colado.

La membrana puede ser un material monocapa, o puede ser ulticapa o laminado, y puede estar reforzado o puede incorporar refuerzos.

Preferiblemente la membrana es una membrana no porosa. La membrana actúa como separación entre los dos fluidos (el fluido externo que lleva la acción de la ola y el fluido interno en el interior de la celda) para transferir la energía del fluido externo al fluido interno. Esto ocurre cuando la presión sobre una cara de la membrana es mayor que sobre la otra, y provee una manera muy eficaz en lo referente a los costos, baja inercia y capacidad de respuesta de extraer y transmitir la energía de la ola.

El convertidor puede incluir varias celdas adyacentes, cada una de las cuales tiene su propia membrana.

El convertidor se dispone y configura de manera que actúe en forma simpática con el movimiento de 'giro' de la ola y para extraer progresivamente energía de las componentes tanto vertical (oscilación vertical) como horizontal (desplazamiento horizontal) de la energía undimotriz a medida que la ola pasa a través del convertidor.

El convertidor puede estar anclado preferiblemente bajo su propio peso o puede estar unido de otra manera al lecho marino. Por ejemplo, el convertidor se puede fijar al lecho marino con concreto o se puede unir a soportes elevados, a una plataforma o cimientos fijados al lecho marino, o se puede lastrar usando bolsas de material geotextil o puede tener unos espacios internos vacíos que se pueden llenar (por ejemplo con arena). El convertidor de energía undimotriz puede estar elevado sobre el lecho marino para ajustar la operación del convertidor a las condiciones del clima predominante y al lugar. Por ejemplo, donde el lecho marino es particularmente desparejo o rocoso, puede ser preferible elevar el convertidor, separándolo del lecho marino para evitar la necesidad de excavar una gran cantidad de roca. Además, si el medio ambiente marino es sensible, al elevar el convertidor separándolo del lecho marino se pueden evitar las perturbaciones a los medios ambientes marinos, a la flora y la fauna, creando además un hábitat calmo positivamente seguro debajo del convertidor.

El WEC de la presente invención preferiblemente puede estar situado por debajo del nivel medio del mar, preferiblemente sobre el lecho marino en un lugar donde hay-una profundidad de entre 2,5 y 15m de agua.

El WEC de la presente invención es preferiblemente un WEC sumergido cerca de la costa, de tipo neumático, de atenuación, pero también se puede adaptar para instalarlo sumergido o semisumergido en alta mar, en aguas profundas o se puede adaptar para servir como rompeolas.

De acuerdo con por lo menos una modalidad de la presente invención, cada celda se puede configurar teniendo en mente la acción rodante del movimiento de la ola y de manera que la energía undimotriz pueda interactuar suavemente con el convertidor y pasar sobre el mismo mientras el convertidor extrae energía de la ola. El convertidor de energía undimotriz puede tener un frente de forma hidrodinámica, muy parecido a un perfil aerodinámico, que interactúe suavemente con la ola incidente, preferiblemente reduciendo su velocidad, y transfiriendo parte del desplazamiento horizontal (es decir el flujo en dirección hacia el convertidor), donde la oscilación vertical (es decir el flujo que pasa sobre el convertidor) incrementa la presión contra la membrana a medida que la ola se aproxima o pasa sobre el mismo. La presión contra la membrana puede ser provista por un frente de presión dinámica que precede al desplazamiento de la ola a medida que la ola se aproxima el convertidor de energía undimotriz. La presión dinámica se puede entender como una combinación de la presión debida a la energía cinética y la energía potencial de las partículas de la ola. Por lo tanto, hay siempre cierta presión que el agua ejerce contra la membrana cuando está sumergida, y la presión es dinámica, es decir que cambia al cambiar las energías cinética y potencial de la ola.

La parte posterior del convertidor puede incluir una porción curva o redondeada (por ejemplo una cara posterior curva o redondeada o porción superior en forma de ménsula). Esto contribuye a controlar el flujo de retorno del agua sobre el convertidor, acentuando el efecto inverso oscilación vertical y desplazamiento horizontal para generar mayores velocidades y menores presiones sobre la membrana cuando las partículas de agua retornan en su movimiento oscilatorio al pasar el valle de la ola. Esto permite que el convertidor actúe con una suave acción de bombeo del tipo presión-tracción a medida que el agua pasa hacia atrás y adelante sobre el mismo para incrementar la obtención de energía de la ola a la vez que se reducen las perturbaciones, las pérdidas o la fricción ante el movimiento de la ola, minimizando la acción innecesaria de fuerzas sobre el dispositivo.

En efecto, el WEC de la presente invención actúa de una manera que suaviza el flujo o hidrodinámica (de alguna manera parecido un ala) para interactuar suavemente con la ola y permitir guiar su movimiento sobre el WEC a la vez que se maximiza la obtención de energía por conversión del desplazamiento horizontal en una oscilación vertical a medida que la ola incide primero sobre la membrana y luego pasa sobre el convertidor. Luego a medida que el valle de la ola pasa sobre el convertidor, el flujo de la ola contribuye a retornar la membrana para dejarla lista para la acción de la próxima ola. A medida que el valle de la ola avanza pasando sobre el WEC, se aplica sobre la membrana una menor presión externa en comparación con la mayor presión externa que impone el pico de la ola. Esta menor presión asociada con el valle es menor que la promedio de presiones de la ola de manera tal que la presión externa es menor que la presión en el interior de la celda, haciendo de esa manera que la membrana se vuelva a inflar, quedando lista para la próxima ola.

Cada membrana de cada celda se puede configurar también de una manera hidrodinámica que funcione de manera simpática con el movimiento de la ola. Al ser flexible, la membrana puede reaccionar a la presión de la ola o que la precede y de esa manera puede deformarse cuando la ola se aproxima, pasa sobre la misma, choca contra ella y la rodea, extrayendo la máxima cantidad de energía de la ola hacia al fluido del interior de la celda, causando un mínimo de perturbaciones, perdidas o fricciones innecesarias al movimiento de la ola.

Al minimizar el nivel de perturbaciones, pérdidas o fricción innecesarias al movimiento de la ola, el convertidor minimiza las fuerzas que actúan innecesariamente sobre el convertidor y reduce la resistencia estructural y de los cimientos que es necesaria, en particular en condiciones de clima adverso. Al sumergir el convertidor de energía undimotriz por debajo de la superficie del agua, se reducen las fuerzas con que la ola choca contra el convertidor de energía undimotriz, de esa manera permitiendo reducir correspondientemente la resistencia estructural y de los cimientos. Esto es particularmente beneficioso en condiciones de clima adverso.

La combinación de las características permite crear un convertidor de energía undimotriz eficiente, de baja inercia, alta capacidad de respuesta y eficaz en lo referente a los costos.

Como se expresó anteriormente, cada celda puede formar parte de una unidad individual o puede ser una parte integrante de una estructura mayor, que contiene una pluralidad de las celdas.

Una o más formas de la presente invención se puede configurar como en forma de "V" o de galón. Preferiblemente cada 'miembro' ('brazo'/'pata') de la "V" incluye a una de las celdas o una pluralidad de las mismas.

Preferiblemente, el vértice de la "V" se puede orientar en la dirección de las olas incidentes es decir orientada hacia las aguas abiertas del mar/océano (orientada hacia el océano) o de manera que mire hacia esa dirección, haciendo que los miembros ("brazos" o "patas") de la "V" se extiendan en dirección opuesta al vértice y hacia la costa de manera tal que la olas se aproximen primero al vértice de la "V" y luego a cada brazo de manera oblicua por ejemplo con un ángulo menor de 90°.

La disposición en forma de "V" se puede invertir de manera tal que el vértice apunte hacia la costa y en dirección opuesta a las olas, de manera tal que los miembros de la "V" se proyecten en dirección opuesta al vértice hacia aguas abiertas (orientada hacia la costa).

El ángulo que forma la "V" puede ser de sustancialmente 90° o de aproximadamente el valor, pero puede encontrarse dentro del intervalo entre 10° y 180° (donde 180° provee un conjunto lineal). Más preferiblemente, el ángulo puede ser de entre 45° y 120°.

El vértice orientado hacia aguas abiertas (por ejemplo hacia el mar o el océano) es más apropiado para aquellos sitios que experimenten más probablemente eventos de marejada significativamente adversa, permitiendo que la olas encuentren primero el vértice y 'se deslicen' por los brazos del convertidor y luego dispersen el exceso de energía undimotriz en aguas abiertas luego del extremo de los brazos.

La variante con el vértice orientado hacia la costa concentra el exceso de energía undimotriz hacia el centro (vértice) del convertidor, lo que ofrece mayores eficiencias de conversión con oleaje suave.

Una o más modalidades de la presente invención se puede configurar como una curva abierta o arco orientado ya sea hacia el océano con el lado abierto hacia costa (convexo) o con el lado abierto hacia aguas abiertas (cóncavo).

La combinación de características hace que la energía undimotriz se concentre y se deslice por las patas del(de los) convertidor(es) Una o más modalidades de la presente invención se pueden configurar en una disposición con una única columna vertebral. Por ejemplo, el convertidor incluye un conjunto longitudinal de las celdas de manera tal que cada celda sea adyacente a otra para recibir a una ola que incide.

Preferiblemente la columna vertebral tiene un eje con un ángulo respecto de la dirección de las olas, de preferiblemente entre 10° y 80° y más preferiblemente entre 30° y 60°.

Una o más modalidades de la presente invención se pueden configurar como una opción semisumergible (es decir flotando y amarrada pero no montada directamente sobre el fondo oceánico), preferiblemente en una configuración circular o anular para aceptar el tipo de espectro de olas omnidireccionales asociado típicamente con los lugares en aguas profundas. Por lo tanto, donde las olas puedan incidir sobre el convertidor desde diversas direcciones durante el transcurso del tiempo, una disposición circular o anular se considera beneficiosa para maximizar la acción promedio de las olas en vez de un convertidor lineal y por lo tanto más direccional. Una modalidad con las características se puede configurar alrededor de otra estructura presente en el mar/océano, o puede proveer soporte para otra estructura, como por ejemplo una turbina eólica, plataforma petrolera o de gas, o un marcador de un canal. Al WEC se le puede dar la forma de un cuadrilátero es decir dos V o cuatro matrices lineales unidas entre sí. Se considera que hay otras formas que se encuentran dentro del alcance de la presente invención, como por ejemplo una forma hexagonal es decir tres disposiciones en forma de V o seis matrices lineales, o combinaciones de las mismas. Las modalidades de la presente invención pueden incluir WECs de múltiples caras. Los WECs de múltiples caras pueden tener un número impar o par de lados. Todos los laterales o varios de ellos pueden incluir una o más matrices o celdas de WEC. Por ejemplo, un WEC puede tener 6, 8, 10, 12 lados, donde algunos de los lados o todos ellos incorporan celdas o matrices de celdas. Las celdas pueden estar en una cara de un WEC o en ambas (es decir mirando a la ola y mirando en la dirección en que la ola predominante se aleja).

La selección de la localización y orientación del WEC de la presente invención depende de la localización de la instalación y de las características de la ola que se usa como recurso (usualmente debido a los vientos predominantes, a la profundidad del agua, inclinación del fondo marino en comparación con nivel medio del agua, y condiciones de las mareas). En todas las configuraciones la intención es permitir que la ola interactúe suavemente con el convertidor.

La membrana puede estar unida al cuerpo del convertidor. El cuerpo también puede formar o incluir una cara contra la cual preferiblemente descansa la membrana cuando no está inflada. Por ejemplo, el cuerpo se puede hacer de una o más porciones fundidas o moldeadas, como por ejemplo de concreto o plástico o hecho de acero. La cara se puede hacer con una sección del cuerpo curva, preferiblemente hecha en una sola pieza en fundición o por moldeo como parte del cuerpo), o puede tener la forma de un forro rígido o semirrígido de la cara unido al cuerpo para formar un perfil que se desea.

Uno o más extremos de la respectiva membrana, en particular en una disposición en forma de matriz con celdas o cámaras únicas o múltiples, puede tener la forma de un semicírculo, arco o una forma curva irregular, que se encuentra ya sea en el mismo plano que el plano de la inclinación o fuera del mismo, con una membrana que tiene forma de domo que utilizará ya sea las propiedades elastoméricas y la elasticidad o bien tendrá una forma geométrica tal de reducir la deformación/tensión elastomérica.

La membrana puede estar unida al cuerpo adyacente superior y a las porciones inferiores del cuerpo del convertidor. Cuando la celda contiene fluido presurizado (por ejemplo aire presurizado) suficiente para superar a la presión exterior (por ejemplo la que ejerce el agua en la que puede estar sumergido el convertidor) e 'inflar' la membrana, la membrana se curva hacia afuera, hacia el fluido exterior (por ejemplo el agua marina). La curva frontal o 'cara' de cada membrana de la celda preferiblemente puede tomar una forma total hidrodinámica, como por ejemplo una forma cóncava o de 'catenaria' o una forma cercana a la de una catenaria, un domo, una catenaria invertida, forma con un perfil o sección en forma de 'S' o similar. Las fuerzas hidrostáticas pueden hacer variar esta forma es decir además de las fuerzas de tensión y de la gravedad que actúan sobre la membrana. Por lo tanto, la membrana puede no tener una perfecta forma suavemente cóncava.

Una cuerda visualizada de una catenaria con las características puede estar inclinada, formando un ángulo con la horizontal (ángulo de la cuerda), como por ejemplo entre 0° y 90°, y más preferiblemente entre 20° y 60°, y más preferiblemente 30°+/- 15°.

Las instalaciones de rompeolas de los WEC de la presente invención puede tener una longitud del pie más corta (longitud de la huella), y mayores ángulos de la cuerda y preferiblemente una mayor proporción entre las longitudes de la catenaria y la cuerda.

Donde está montada en el fondo, las instalaciones de los WEC de la presente invención en aguas más profundas pueden tener una mayor longitud del pie (una huella más larga), un menor ángulo de la cuerda, tendiendo a plano, y una menor proporción entre las longitudes de la catenaria y la cuerda.

Cuando el volumen en el interior de la celda se presuriza lo suficiente como para superar la presión externa (por ejemplo la presión estática de agua donde está sumergida), la membrana se transforma para tomar su estado inflado al máximo, lo que crea una cara curva convexa (con forma de domo, de catenaria invertida, con forma de 'S' o una forma similar), con la cuerda de la curva inclinada con aproximadamente el mismo ángulo de 30° respecto de la horizontal como la 'cara' (cara) del cuerpo de la celda. Cuando la membrana se conforma al perfil de la cara de la celda (cara) o cualquier forma de cuenco suave formada en la estructura del cuerpo o sobre la misma, la membrana toma la forma de manera tal que no se dañe por la acción de las olas en la eventualidad de marejadas fuertes, para lo que las celdas se pueden desinflar y la membranas se pueden proteger al quedar 'presionadas' sobre la cara correspondiente y tomando la forma de la misma.

Cada convertidor, ya sea que tenga una o más celdas, como por ejemplo cada miembro (brazo) del convertidor (y el grupo de celdas como una unidad), se puede hacer pivotar para permitir cambiar el ángulo de la cuerda con respecto a la ola incidente, permitiendo la optimización del dispositivo de acuerdo con la resistencia, (altura de la ola y desplazamiento horizontal, etc.) y la dirección de la ola.

Dependiendo de la presión relativa interna y externa de los fluidos y de los movimientos de la ola en ese momento, la membrana puede formar transitoriamente un perfil con forma de S alargada cuando se lo observa en un corte lateral a medida que la presión de la ola oprime en primer lugar la porción anterior inferior de la membrana. Esto puede ser entre los puntos de unión superior e inferior de la membrana de la celda al cuerpo de la celda.

El ancho efectivo (longitud lateral) de la membrana preferiblemente se corresponde con el ancho eficaz (longitud lateral) de la cara o pared de la celda. Esto provee un conjunto de membrana y fijación que permite a la membrana tomar la forma de la cara de la celda y evita causar esfuerzos innecesarios en la membrana.

Durante la operación, una vez que el volumen de la celda ha sido barrido por completo o que la membrana se ha desinflado por completo, la membrana yace plana sobre la cara o pared de la celda o el cuenco sin ningún tipo de esfuerzos inducidos, pinzamientos ni pliegues. Esto permite que el convertidor sobreviva eventos de marejadas extremas en su estado completamente desinflado sin inducir esfuerzos extremos sobre la membrana.

El fluido, como por ejemplo aire, de cada celda: i) se hace pasar a través de un conjunto de válvulas unidireccionales (de retención) para cada celda hacia el interior de un múltiple (de alta presión) que combina el aire proveniente de todas las celdas y se dirige a una o más turbinas unidireccionales (que subsiguientemente impulsan uno o más generadores de electricidad), donde el aire retorna a través de un segundo múltiple (de baja presión) y un segundo conjunto de válvulas de retención a la misma celda o a otra, o bien ii) se hace pasar a través de un conducto con una turbina bidireccional hacia a reservorio (o múltiple) en común, para rellenar la celda desde el reservorio una vez que la presión en la celda haya caído por debajo de la presión del reservorio.

La localización de la por lo menos una abertura de cada celda para transferir el aire proveniente de la celda hacia las válvulas de retención (o la turbina bidireccional) permite a la celda maximizar el barrido de su volumen al desinflarse y volver a inflarse suavemente, sin fricción estática (debido a la que la membrana de la celda puede adherirse a la cara opuesta de la celda y no permitir que el fluido (por ejemplo aire) entre a la celda para volver a inflarla).

El conjunto de válvulas puede formar parte de la cara del cuerpo. Por ejemplo, la cara del cuerpo puede incluir un conjunto de válvulas insertado o montado en la misma. Sobre el conjunto de válvulas se puede proveer una parrilla o tapa y la misma preferiblemente provee parte de la cara.

Esto se puede realizar situando la por lo menos una abertura de cada celda de manera que forme una sola pieza con el cuerpo del convertidor. La por lo menos una abertura se puede hacer al conformar el cuerpo por colada.

La por lo menos una abertura de cada celda preferiblemente incluye aberturas de admisión y salida. Como alternativa, una única abertura puede comunicar con las válvulas de retención que controlan el flujo de salida de aire proveniente de la celda y el flujo de retorno hacia el interior de la celda, pasando a través de la abertura.

Preferiblemente una de la abertura de suministro o la válvula de retención (alta presión) y abertura de retorno o la válvula de retención (baja presión) o ambas está(n) posicionada(s) de forma que es(son) adyacente(s) a un límite superior de la cara de la celda o el cuenco justo por debajo del borde de restricción superior de la membrana.

El convertidor se configura preferiblemente de manera tal que la extensión longitudinal de cada brazo en la dirección de la olas sea igual a la longitud de onda promedio de las olas predominantes que proveen la energía en ese lugar en particular. En la disposición se toma en consideración que el brazo forma un ángulo con la ola debido a la conformación preferida en forma de V. Esto típicamente hace que cada brazo preferiblemente tenga una longitud de entre 40m y 80m. Sin embargo, se prevén otras longitudes que se especificarán dependiendo de la longitud de onda predominante de las olas para un lugar en particular. La configuración permite que el flujo de aire proveniente de las celdas funcione en una modalidad de 'fuente y sumidero'. Por lo tanto, una celda se encuentra bajo la cresta de una ola (máxima presión) y aire de bombeo proveniente de la celda a través de la por lo menos una abertura, y otra celda se encuentra bajo el valle (o mínima presión) de la ola y está aceptando el aire que retorna del reservorio o el múltiple de baja presión a través de la por lo menos una abertura.

El convertidor preferiblemente se dispone con las celdas alineadas horizontalmente de manera que el promedio de la presión del aire a través de las celdas sea parejo.

Preferiblemente, la promedio de presiones en cada celda se puede elevar o reducir mediante un sistema de control de la presión. Por ejemplo, se puede proveer un sistema neumático para conservar una presión óptima en la celda cuando la profundidad del agua cambia debido a las mareas o a otros efectos a más largo plazo y dependiendo de las condiciones óptimas para el estado predominante o actual del mar.

De acuerdo con una o más modalidades preferidas de la presente invención, una o más turbinas (y uno o más generadores de electricidad impulsados por la(s) respectiva(s) turbina(s)) pueden ser impulsadas por el flujo de aire proveniente de la(s) celda(s) que se alimentan desde el múltiple de alta presión y descargan en el múltiple de baja presión. La(s) turbina(s) y generador(es) eléctrico(s) se pueden montar adyacentes al vértice de la "V" o en el mismo, de manera tal de combinar el flujo de las corrientes de aire provenientes de cada brazo. Como alternativa, se pueden montar combinaciones turbina-generador separadas hacia el extremo de cada pata/brazo o en el mismo o en cualquier lugar a lo largo de la longitud de la pata o en cualquier otro lugar.

La carga sobre el(los) generador(es) (o potencia eléctrica de salida) o el rendimiento de la(s) turbina(s) se puede variar en base a la altura de la ola presente, prela o esperada, a la información sobre su forma y período de manera tal que el diferencial de presión y el flujo a través de la(s) turbina(s) se puede controlar u optimizar y optimizar las velocidad(es) de la(s) turbina(s) que se obtiene(n) como resultado para maximizar la producción de energía eléctrica.

El diseño hidrodinámico preferido de las modalidades de la presente invención y/o la forma de catenaria o el correspondiente perfil de la membrana o cara de la celda también se puede adaptar a los convertidores tradicionales de columna de agua oscilante para convertirlos en convertidores de membrana, evitando el paso por la turbina del aire cargado de sal.

El convertidor también se puede utilizar para la producción de un tercer fluido presurizado (típicamente agua para almacenamiento o agua de mar - para su desalinización), cambiando el generador eléctrico por lo menos por una bomba.

Aunque en esta descripción se ha definido al convertidor de energía undimotriz de acuerdo con diversas modalidades mencionadas anteriormente y formas de la presente invención incluyendo un sistema para la conversión de energía undimotriz, para evitar dudas, un aspecto adicional de la presente invención provee un sistema para la conversión de energía undimotriz que incorpora uno o más convertidores de energía undimotriz de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención descritas aquí.

La cara posterior o la superficie de la membrana en el interior de la celda y/o la correspondiente cara o superficie del cuerpo de la celda que entran en contacto entre sí cuando la celda se desinfla puede no ser suave. La superficie puede tener ondulaciones o irregularidades, y/o un patrón en bajorrelieve o en relieve, para contribuir a aliviar la fricción estática durante el rellenado de la celda.

La parte posterior del WEC puede incluir una cara posterior cóncava, convexa, con múltiples curvas o recta pero inclinada (por ejemplo con forma de cuña). Se pueden seleccionar disposiciones particulares que se adapten a las condiciones predominantes de las olas y el lugar (por ejemplo la profundidad de agua y la resistencia a los vientos predominantes).

Una parte posterior del WEC o del cuerpo del WEC cóncava o recta puede contribuir a reducir las corrientes turbulentas en la parte posterior del WEC, lo que puede contribuir a reducir la erosión del lecho/fondo marino en la parte posterior. Como alternativa o adicionalmente, la parte posterior puede incluir una o más de las celdas con la respectiva por lo menos una membrana para extraer energía de las olas que retornan por ejemplo que retornan de tierra, de una playa, un acantilado o un promontorio o de una estructura hecha por el hombre tal como un rompeolas o la pared de un puerto. Por lo tanto, el WEC puede tener dos frentes en términos de celdas, de manera tal que el dispositivo extraiga energía undimotriz de una ola entrante y una ola de retorno.

La membrana puede estar unida al cuerpo por una forma curva irregular o una disposición del tipo de talón y brida. La forma curva irregular o talón puede ser circular u ovalado en sección transversal. Por ejemplo, el material de la membrana se puede plegar sobre una forma curva irregular o puede tener una costura de borde o manguito dentro del cual se inserta una forma curva irregular. El borde de la membrana de forma curva irregular es luego se sujeta con una brida, por ejemplo poniendo al borde de forma curva irregular dentro de un canal o ranura y aplicando un elemento de fijación para sujetar al borde de forma curva irregular dentro del canal o ranura. Como alternativa, la membrana se puede sellar al cuerpo usando una abrazadera alrededor de por lo menos parte de la periferia externa de la membrana. Como alternativa, la membrana se puede sellar a un soporte y luego se puede montar en el cuerpo. Por lo tanto, la membrana y el soporte se puede proveer como un componente separado.

El(los) extremo(s) y/o conexiones de la membrana, como por ejemplo arco, semicírculo, curvas y curvas irregulares puede ser parcialmente tangente entre y/o ser tangente a las conexiones principales de la parte superior y del fondo. Esto evita las esquinas agudas o el contacto entre las caras superior e inferior para conectar la membrana al cuerpo.

Un aspecto adicional de la presente invención provee un método para controlar u optimizar la presión del fluido en el interior de por lo menos una celda de un convertidor de energía undimotriz (WEC) o en el interior del sistema WEC, el método incluye incrementar o reducir la presión del fluido en el interior de cada una de las celdas y/o en el interior del(de los) conducto(s) de baja o de alta presión y/o del múltiple del sistema.

Preferiblemente la presión del fluido se incrementa o reduce con relación a por lo menos un valor de presión de referencia. El valor de presión de referencia o cada uno de ellos puede ser un promedio de la presión del fluido determinada en el interior de la celda o de cada una de las respectivas celdas y/o en el interior del(de los) conducto(s) de baja y/o alta presión y/o del múltiple del sistema.

El promedio de presiones se puede determinar, por lo menos en parte, promediando diversas presiones en el interior de una celda o a través de varias celdas en un momento en particular (promedio simultáneo de presiones) o a través de una o más celdas durante el transcurso del tiempo (promedio durante el transcurso de un tiempo).

Preferiblemente el método incluye controlar u optimizar la presión en el interior de la(s) celda(s) para conservar la presión óptima en la celda como una función de los cambios de la profundidad del agua con las mareas u otros efectos a más largo plazo, y preferiblemente dependiendo de las condiciones óptimas del estado predominante o actual del mar. Por lo tanto, a medida que la profundidad eficaz del agua se incrementa hasta superar la(s) celda(s), se puede incrementar la presión en el interior de la(s) celda(s) para equilibrar la mayor presión externa debida al agua, y a medida que disminuye la profundidad del agua, se puede reducir la presión en el interior de la(s) celda(s) para equilibrar la menor presión debida al agua. De esta manera, el rendimiento y la salida que se obtiene de la(s) celda(s) y/o el sistema se puede optimizar para una salida requerida o una demanda del sistema.

También, en la eventualidad de un deterioro de las condiciones del mar actuales o prelas, se puede reducir la presión en el interior de la(s) celda(s) para prevenir daños en la membrana. De ser necesario, la presión se pude reducir a cero o hasta la presión atmosférica de manera tal que la(s) membrana(s) sea(n) aplanada(s) por la presión de agua y no funcionan hasta que se vuelva(n) a inflar la(s) celda(s) al presurizarla(s) por dentro.

De aquí en adelante se describirán modalidades de la presente invención haciendo referencia a las Figuras adjuntas, donde: Breve Descripción de las Figuras Las Figuras la a lk muestran, como pasos en secuencia, la acción de la ola sobre la membrana para un volumen de la celda barrido por completo durante la secuencia completa de una ola para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras lm a lw muestran, como pasos en secuencia, la acción de la ola sobre la membrana para un volumen de la celda barrido por completo durante una secuencia completa de una ola para un WEC, y donde se muestran representaciones de las líneas de flujo de la ola, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 11 y lx muestran un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención con la membrana completamente desinflada.

Las Figuras 2a a 2k muestran como pasos en secuencia la acción de la ola sobre la membrana para un barrido de medio volumen de la celda durante una secuencia completa de una ola para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 21 muestra una membrana de un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención, donde la membrana está completamente desinflada.

Las Figuras 3 y 4 muestran disposiciones de montaje alternativo de convertidores de energía undimotriz (WECs) de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

La Figura 5 muestra una sección transversal a través de un WEC con una cara de la celda que tiene un único radio de curvatura de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 6a a 6d muestran diversas disposiciones para una cara de la celda con doble radio de curvatura de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención.

Las Figuras 7a a 7c muestran diversas disposiciones para una cara de la celda con triple radio de curvatura de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención.

Las Figuras 8a a 8d muestran disposiciones de WEC alternativas con diferentes alineaciones del ángulo de la cuerda con respecto a las olas entrantes, de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención.

Las Figuras 9a a 9d muestran disposiciones alternativas de amarre/anclaje de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 10a a 10c muestran secciones a través de formas de WEC alternativas de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras lia a lid muestran secciones a través de formas de WEC alternativas y que incluyen por lo menos una opción de un conjunto de válvulas o aberturas de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 12a y 12b muestran una opción alternativa de un conjunto de válvulas o aberturas para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención y una turbina acoplada estrechamente adyacente a la celda de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 13a y 13b muestran una celda WEC múltiple y posiciones de la membrana de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 14a a 14c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de una única celda de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 15a a 15c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con paredes divisorias flexibles integradas de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 16a a 16c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con diafragmas divisores de celdas de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 17a a 17c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con paredes divisorias fijas entre celdas adyacentes separadas de acuerdo con una modalidad de la presente invención y consistente con las Figuras 13a y 13b.

La Figura 18 muestra una sección a través de un WEC donde se muestra una disposición de ion conjunto de válvulas de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 19 muestra una configuración en forma de V de dos matrices lineales o bancos de múltiples celdas que forman una disposición de WEC combinada de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 20 es una vista en perspectiva de una configuración en forma de V de dos matrices lineales o bancos de múltiples celdas que forma una disposición de WEC combinada de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 21 a 23 muestran secuencias del desplazamiento de la membrana de la celda con respecto a una ola entrante de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 24 a 26 muestran diversas disposiciones de configuraciones de matrices o bancos lineales de WEC para una aplicación cercana a la costa de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 27 a 29 muestran diversas formas de matriz lineal o de banco correspondientes a las respectivas disposiciones que se muestran en las Figuras 24 a 26.

Las Figuras 30 y 31 muestran aplicaciones para aguas profundas del WEC de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención, donde en las Figuras 30e y 31a se muestran las respectivas secciones transversales.

Las Figuras 30a, 30b, 30c y 30d muestran aplicaciones alternativas para aguas profundas de WECs de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. En la Figura 30a se muestra una turbina eólica montada en un WEC flotante. En la Figura 30b se muestra una versión sumergida montada sobre el lecho/fondo marino con una torre de turbina eólica que se proyecta hacia arriba desde el mismo. En las Figuras 30c y 30d se muestra una modalidad alternativa de una combinación de WEC y turbina eólica de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención.

La figura 30e muestra una sección transversal de la sección A-A de la figura 30.

La figura 31 muestra una modalidad alternativa de la versión de WEC para aguas profundas con algunas celdas mirando hacia el interior de la abertura a través del anillo y otras celdas mirando hacia el exterior de la abertura.

La figura 31a muestra una sección transversal de la sección B-B de la figura 31.

Las Figuras 32 a 34 muestran rompeolas y aplicaciones de WECs de columna de agua oscilante (OWC) de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 35 y 36 muestran una modalidad alternativa del rompeolas con WEC de las Figuras 32 y 33.

La Figura 37 muestra una aplicación de rompeolas del tipo ataguía que incorpora un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 38 a 42 muestran formas alternativas de un WEC de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

Las Figuras 43 a 46 muestran diversas disposiciones de proceso, cañerías y sistemas de instrumentación para controlar el flujo de un fluido secundario proveniente de una o más celdas de WECsa través de una o más turbinas para convertir la energía undiotriz en una energía aprovechable de acuerdo can ciertas modalidades de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Las Figuras la a lk muestran un convertidor de energía undimotriz (WEC) 10 sobre un lecho marino o el fondo del mar 12, que se apoya sobre el lecho marino bajo su propio peso. Los pasos en secuencia muestran la acción de una ola 14 sobre una membrana flexible 16 del WEC durante una secuencia completa de una ola para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La ola tiene una cresta 14a y un valle 14b. El WEC tiene un cuerpo 18 con una cara integrada 20. Se apreciará que la cara se puede aplicar por separado al cuerpo, como por ejemplo un miembro de cara independiente. El miembro de cara y la membrana se pueden unir de antemano entre sí antes de montarlos en el cuerpo. Como alternativa, la membrana se puede conectar al cuerpo usando otro medio de unión. La membrana y la cara están selladas de manera hermética con respecto a la ola del exterior de manera tal que ellos definen una celda de volumen variable 22 entre los mismos. El volumen de la celda se incrementa por el suministro de un fluido presurizado en el interior del WEC suficiente para resistir la presión de la ola en un valle 14b de la ola, de manera tal que la membrana se infla y se tensa. A medida que la cresta 14a de la ola se aproxima y pasa sobre el WEC (Figuras la a lf), la presión debida al desplazamiento horizontal y a la oscilación vertical en el interior de la ola se incrementa y la membrana es comprimida hacia la cara, normalmente desde una porción inferior anterior, de manera tal que el volumen de la celda se comprime y el fluido en el interior de la celda es presionado hacia arriba y progresa gradualmente hacia atrás y hacia arriba con respecto a la inclinación hacia atrás y hacia arriba de la celda.

Las Figuras lm a lw muestran la misma operación del WEC 10 como se muestra en las Figuras la a lk, aunque incluyendo las líneas de flujo de la ola. Las líneas de flujo de la ola representan el flujo general y el desplazamiento de la ola sobre el WEC 10. Se apreciará que la membrana 16 comienza a deformarse antes de que la cresta 14a de la ola 14 esté directamente sobre el WEC 10. Esto se debe a la frente de presión que precede a la ola a medida que la cresta 14a de la ola se aproxima al WEC.

Se apreciará que en esta modalidad la celda está inclinada o formando un ángulo hacia atrás con una porción inferior hacia adelante de su porción superior de manera tal que la porción inferior se encuentre primero con la fuerza de la ola y la presión de la ola pasa hacia atrás, forzando de esa manera el volumen de la celda a comprimirse desde la porción inferior hacia una porción superior.

También se apreciará que debido a la naturaleza del fluido de la energía en la ola y a la naturaleza flexible de la membrana, la membrana puede no comprimirse de manera pareja y ordenada, aunque el volumen en su interior aún se comprimirá en general desde la porción inferior hacia la porción superior. La cara 20 tiene en general la misma longitud y el mismo ancho que la membrana y una longitud, curvatura o forma que en general se corresponde pero que es opuesto a la longitud, curvatura o forma de la membrana cuando la membrana está en su estado completamente inflado (véase la Figura la). Cuando la membrana está completamente comprimida contra la cara, como en la Figura lf, la membrana se apoya plana contra la cara. A medida que la ola continúa pasando sobre el WEC (véanse la Figuras lg a lk) y se reduce la presión sobre la membrana (es decir que el pico de la ola 14a ha pasado), la presión de retorno vuelve a inflar la membrana desde la porción superior posterior, progresando hacia abajo, hacia la porción inferior anterior, quedando lista para la próxima ola.

Las Figuras 11 y lx muestran a la membrana completamente retraída o presionada contra la cara. Esto permite mantener segura a la membrana en la eventualidad de condiciones del mar gruesa, picos de mareas o grandes olas que de otra manera podrían causar una presión excesiva en las celdas o causar daños a la membrana, o aún potencialmente desplazar al WEC de su anclaje. Esta característica permite desenergizar el WEC respecto de la ola que se usa como recurso en la eventualidad de fallas en un componente del WEC para evitar que ocurran daños adicionales en el componente que ha fallado o en componentes asociados. Esta característica permite desenergizar el WEC para poder realizar actividades de mantenimiento de manera segura.

Las Figuras 2a a 2k muestran como pasos en secuencia la acción de la ola sobre la membrana para un barrido de medio volumen de la celda (c/w Figuras la a lk y lm a lw) durante una secuencia completa de una ola para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 3 y 4 muestran un WEC 10 y algunas disposiciones de montaje alternativo y configuraciones de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. El WEC 10 tiene un cuerpo 18. Hay un volumen de la celda 22 formado por una membrana 16 y una cara de la celda 20. El WEC tiene en general la forma de una cuña con forma hidrodinámica o de ala. En la sección transversal, el WEC tiene una menor altura en el frente 24 que en la parte posterior 26 con respecto a las olas que inciden en la dirección W.

En la Figura 3, el WEC está anclado en la arena o con concreto 28 al lecho marino 12. El WEC tiene conductos de suministro (salida) 30 y retorno 32, cada uno de los cuales está conectado a través de respectivas aberturas de suministro (salida) 34 y retorno (admisión) 36 que comunican con el volumen de la celda 22.

Se puede proveer un conjunto de válvulas para controlar flujo que entra al conducto de suministro y sale del conducto de retorno con respecto a la celda. Se puede proveer una única abertura para el flujo de fluido desde la celda hacia el conducto de suministro y para el retorno proveniente del conducto de retorno hacia el interior de la celda. Se puede proveer un par de válvulas unidireccionales. Como alternativa, se puede proveer una turbina bidireccional para emplear el flujo de fluido en ambas direcciones. En esta configuración, una cara posterior 38 del WEC y una ménsula trasera superior 40 contribuye a controlar el flujo de la ola de retorno (RW por sus siglas en inglés de Return Nave) sobre el WEC. Se apreciará que la curva de la membrana 16 cuando está completamente inflada y la curva de la cara 20 pueden tener la misma longitud 42 de manera tal que la membrana se apoye cómodamente sobre la cara cuando está completamente desinflada.

La Figura 4 muestra al WEC 10 montado en los pilares 42 que elevan al WEC de las condiciones batimétricas del lecho marino de manera tal que el dispositivo quede nivelado y más cercano al nivel promedio del mar. Los pilares contribuyen a situar al WEC en el agua a la profundidad correcta para satisfacer los criterios requeridos por las especificaciones y el rendimiento con relación a la profundidad del agua y a las condiciones generales de las olas.

La Figura 5 muestra una sección transversal a través de un WEC 10 de la presente invención con una cara de la celda que tiene un único radio de curvatura 20. Hay una cuerda 42 en común con la membrana 16 y la cara 20 de manera tal que la membrana pueda descansar plana contra la cara cuando esté completamente desinflada o sea presionada contra la cara. Por lo tanto, cada una de la secciones 16a, 16b, 20a,20b tienen la misma longitud general.

Las Figuras 6a a 6d muestran diversas disposiciones para una cara de la celda 20 con doble radio de curvatura de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención. La cara de la celda tiene una primera porción de curva 44 y una segunda porción de curva 46. La membrana tiene una longitud de la sección equivalente a la longitud de las primera y segunda porciones de la curva combinadas.

Las Figuras 7a a 7c muestran diversas disposiciones para una cara de la celda 20 con triple radio de curvatura 44, 46, 48 de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención.

Las Figuras 8a a 8d muestran disposiciones de WEC alternativas con diferentes alineaciones del ángulo de la cuerda 42 a 90°, 45°, 30° y 0o con respecto a las olas incidentes W, de acuerdo con modalidades alternativas de la presente invención. Se apreciará que se pueden utilizar otros ángulos de alineación, que se puede seleccionar en base al estilo del WEC que se instale y a la localización (dirección, profundidad del agua etc.) y condiciones predominantes de las olas.

Las Figuras 9a a 9d muestran disposiciones alternativas de amarre/anclaje de acuerdo con ciertas modalidades del WEC 10 de la presente invención.

La Figura 9a muestra una versión anclada al lecho marino 50, por ejemplo, usando concreto, arena, bolsas geotextiles o rocas, o combinaciones de los mismos. La Figura 9b muestra una versión montada sobre zapatas o pilares 52.

La Figura 9c muestra una versión montada sobre zapatas o pilares mediante lo cual el WEC está unido de manera que puede pivotar 54 a los pilares/zapatas hacia el frente del WEC. Esto permite abisagrar el WEC para inclinarlo hacia adelante para adaptarlo a los cambios de las condiciones predominantes de las olas alterando el ángulo b para inclinar el WEC hacia adelante. Se puede emplear un lastre variable para controlar la elevación o el descenso del WEC alrededor del pivote 54. El lastre puede ser agua, como por ejemplo agua marina que se bombea hacia el interior o se evacúa hacia afuera de una cámara o conducto a través del WEC.

Una versión alternativa que se muestra en la Figura 9d está amarrada usando un amarre 58 unido a un punto de amarre 60 por un extremo y un anclaje 62 por el otro. En una disposición con las características, el WEC se puede lastrar de manera tal que flote debajo de la superficie, preferiblemente con flotación neutra a la profundidad preferida. Esto se puede realizar controlando el lastre variable 56.

Las Figuras 10a a 10c muestran secciones a través de formas de WEC alternativas de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. La Figura 10a muestra una versión que tienen su parte posterior con una curva convexa, la Figura 10b muestra una versión con su parte posterior inclinada, 10c una versión con la parte posterior cóncava o cuya parte superior sobresale, y la Figura lOd una versión con la parte posterior convexo. Las diferentes versiones de la parte posterior proveen para satisfacer los requerimientos de diferentes olas y lugares. Las diversas opciones de la parte posterior actúan modificando el flujo de la ola de retorno y por lo tanto se pueden utilizar para maximizar la eficiencia de la WEC para una determinada aplicación y localización.

Las Figuras lia a lid muestran secciones a través de formas de WEC alternativas y que incluyen por lo menos una opción de conjunto de válvulas de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención.

La Figura lia muestra aberturas o conductos dobles o gemelos. Se proveen un conducto de salida o suministro 64 y un conducto de admisión o retorno 66. El volumen de la celda 22 se comunica con los conductos a través de una o más aberturas hacia el volumen de la celda y conjunto de válvulas 68 o desde los mismos. El conjunto de válvulas que se muestra en la Figura 11b tiene unas válvulas unidireccionales 70,72 alternativas. Las válvulas superiores 70 suministran fluido desde el volumen de la celda hacia el conducto de suministro. Las válvulas inferiores 72 retornan fluido al volumen de la celda desde el conducto de retorno. En las Figuras 11c y lid se muestran respectivamente las secciones A-A y B-B. Las mismas muestran la(s) abertura(s) de salida 74 desde la celda y la(s) abertura(s) de admisión 76 hacia el volumen de la celda.

Las Figuras 12a y 12b muestran una opción alternativa del conjunto de válvulas para un WEC de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En una única abertura 82 se provee una turbina bidireccional 80.

La Figura 12b muestra una vista hacia el interior de la abertura y la turbina desde el volumen de la celda.

Las Figuras 13a y 13b muestra una celda WEC múltiple y posiciones de la membrana de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Se provee un banco o matriz de celdas WEC formando una única unidad. Un único cuerpo 18 aloja múltiples celdas. Se apreciará que cada celda puede estar formada o fundida como un único cuerpo, o puede haber porciones del cuerpo de la celda hechas por separado y luego conectadas entre sí para formar el único cuerpo. Los conductos de suministro y de retorno 64, 66 pueden formar una sola pieza con la(s) porción(es) de cuerpo o pueden ser externos al WEC, con conductos individuales en la forma de caños.

La Figura 13b muestra parte de la sección A-A de la Figura 13a, con la membrana hacia la izquierda parcialmente comprimida, la membrana central completamente inflada y la membrana hacia la derecha completamente desinflada.

Las Figuras 14a a 14c muestran a un WEC en forma de un banco longitudinal de una única celda de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La única celda carece claramente de paredes divisorias.

Las Figuras 15a a 15c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con paredes divisorias flexibles integradas 84 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Las paredes divisorias entre las celdas se comparten entre celdas adyacentes, es decir una pared de celda entre cada par de celdas adyacentes.

Las Figuras 16a a 16c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con diafragmas divisores de celdas de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Por lo tanto, cada celda es un objeto separado con sus propias paredes y membrana. Las Figuras 17a a 17c muestran una forma de WEC de un banco longitudinal de múltiples celdas con paredes divisorias fijas, preferiblemente rígidas, entre celdas adyacentes separadas, cada una de las cuales tiene su propia membrana, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 18 muestra una sección a través de un WEC donde se muestran una abertura y la disposición de un conjunto de válvulas de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El WEC 10 incluye una porción de cuerpo 18 con conductos integrados 64, 66 para los respectivos flujos de suministro y de retorno de fluido. El flujo proveniente del volumen de la celda 22 atraviesa una abertura de salida 74 a través del conjunto de válvulas 68 para entrar al conducto de suministro 64. El flujo de retorno proviene del conducto de retorno 66 pasando por el conjunto de válvulas 68 hacia el interior del volumen de la celda 22. El conjunto de válvulas incluye válvulas unidireccionales separadas de salida y retorno. El conjunto de válvulas se puede proveer como un componente en forma de cartucho que se puede reemplazar. Preferiblemente se puede acceder al conjunto de válvulas retirando una tapa de la abertura de acceso en la parte posterior del WEC 10 y preferiblemente alineada con el eje del conjunto de válvulas 68. El conjunto de válvulas 68 se libera y luego se retira hacia atrás y hacia arriba. Luego se inserta el reemplazo del conjunto de válvulas con un desplazamiento hacia abajo y adelante, luego se traba en su lugar y se vuelve a colocar la tapa de la abertura de acceso. La cara y/o la membrana puede sellarse al cuerpo de manera hermética o de una manera cercana a una manera hermética suficiente para permitir una operación eficiente del WEC con mínimas filtraciones hacia el interior o el exterior de los conductos.

La cuña con forma de perfil del WEC 10 hace que la ola se eleve al aproximarse al WEC y que luego pase sobre el WEC con mínimas perturbaciones a la vez que se maximiza la conversión del desplazamiento horizontal de la ola a la oscilación vertical de la ola maximizando de esa manera la conversión de energía undimotriz a medida que se comprime la membrana.

La Figura 19 muestra una configuración en forma de V de dos matrices lineales o bancos de múltiples celdas que forma una disposición de WEC combinada de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Se puede establecer un ángulo g entre los dos miembros (brazos) 10a,10b del WEC en un valor deseado, de manera tal que los brazos formen un ángulo entre sí para adecuarse a las necesidades que impone la localización y la ola predominante. El ángulo puede ser variable, como por ejemplo mediante un ajuste mecánico o manual entre los dos miembros. El equipo para la generación de energía y/o el bombeo y/o el equipo para el ajuste del ángulo se puede proveer en la unión 90 entre los dos miembros.

La Figura 20 es una vista en perspectiva de una configuración en forma de V de dos matrices lineales o bancos de múltiples celdas que forman una disposición de WEC combinada de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 21 a 22 muestran secuencias del desplazamiento de la membrana de la celda con respecto a una ola entrante de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. El gráfico superior A de cada Figura representa la altura de la ola y su presión. El gráfico inferior B de cada Figura representa el desplazamiento vertical de la membrana de cada celda. Cada Figura también muestra una representación del patrón de desplazamiento real de la membrana de la celda para cada secuencia a través del miembro WEC 10a.

La Figura 24 muestra a una instalación cercana a la costa con el vértice mirando hacia el océano y con los miembros apuntando hacia la costa. La Figura 25 muestra una instalación cercana a la costa, con el vértice mirando hacia la costa y con los miembros del WEC apuntando hacia aguas abiertas .

La Figura 26 muestra una versión del WEC cercana a la costa con un único miembro o columna vertebral.

Las Figuras 27 a 29 muestran diversas formas de matrices lineales y no lineales o de bancos correspondiente a las respectivas disposiciones que se muestran en las Figuras 24 a 26.

Las Figuras 30 y 31 muestran aplicaciones para aguas profundas del WEC 10 de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. En la Figura 30, la matriz anular 90 de celdas 22 del WEC 10 permite una eficiente conversión de la energía undimotriz proveniente de cualquier dirección. Por lo tanto, se puede promediar durante un período de tiempo la conversión de energía undimotriz de olas de diferentes direcciones. La Sección A-A (Figura 30a) de la Figura 30 muestra una sección transversal de una disposición general de las celdas.

La Figura 31 muestra una modalidad alternativa de la versión de WEC para aguas profundas con algunas celdas mirando hacia el interior de la abertura a través del anillo y otras celdas mirando hacia el exterior de la abertura. La Sección B-B (Figura 31a) muestra una sección transversal de una disposición general de las celdas.

Las modalidades de WEC de las Figuras 30 y 31 extraen energía de las olas que inciden primero por un lado del anillo y también extraen energía de la ola cuando esta pasa a través del anillo e incide en la cara interior del anillo. Las aplicaciones para aguas profundas pueden ser aplicaciones flotantes amarradas ya sea en la superficie de la olas o con flotación neutra por debajo de la superficie de la olas, o se pueden montar rígidamente en un pilar, en una torre de turbina eólica en alta mar, una plataforma petrolera o de gas u otro dispositivo similar en el océano o en aguas profundas.

Las Figuras 30a y 30b muestran aplicaciones alternativas para aguas profundas de WECs de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. La Figura 30a muestra una turbina eólica 114 integrada con un WEC flotante similar al que se muestra en la Figura 30, pero con un soporte central (en forma de cruz) 110 para el mástil 112 de una turbina eólica 114. Se pueden proveer otras formas de soporte para la turbina eólica, u otros dispositivos, como por ejemplo un único poste central, una plataforma sólida o de malla, o un andamiaje. El WEC se amarra 116 al lecho marino, permitiendo que el WEC flote pero sin que derive. La electricidad generada por la turbina eólica se puede utilizar para energizar equipos eléctricos, como por ejemplo bombas y sistemas de control y sistemas de seguridad relacionados con el WEC.

La Figura 30b muestra un versión alternativa que provee un WEC sumergida 120 montado sobre el lecho/fondo marino con un mástil de una turbina eólica 122 que se proyecta hacia arriba desde el mismo. El WEC está montado sobre soportes 124 que se introducen en el lecho/fondo marino 126. El WEC puede desplazarse hacia arriba y abajo con respecto al lecho/fondo marino para adaptarse a los cambios de profundidad del agua y a las condiciones del mar, lo que permite optimizar el WEC para las condiciones predominantes del mar o del clima, o se puede bajar al lecho/fondo marino en la eventualidad de condiciones de mar gruesa o clima severo. Un soporte en forma de cruz 110 sostiene el mástil, que en sí mismo puede estar apuntalado por unos soportes laterales 126.

Las Figuras 30c y 30d muestran una aplicación de un WEC para aguas profundas de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El WEC 10 está montado al mástil 112a de la turbina eólica 114a. En particular, la Figura 30d muestra una sección vertical E-E a través del WEC 10 y el mástil 112a de la turbina eólica 114a. El mástil está insertado en el lecho/fondo marino 12. El WEC puede rotar alrededor del mástil. El control de la rotación se puede realizar mediante un malacate 190 conectado a cada extremo del WEC por uno o más amarres 192,194. Puede haber un único amarre continuo (amarre continuo 192+194) que pase alrededor de la polea del malacate 190, o se pueden proveer amarres separados 192, 194, cada uno de los cuales se controla para alargarse o acortarse eficazmente para hacer rotar el WEC. Esto permite inclinar el WEC para enfrentarlo a la dirección predominante con que inciden las olas, para maximizar la conversión de energía undimotriz, o para formar un ángulo que permita controlar la magnitud del efecto que tengan la olas sobre el WEC es decir, para limitar la conversión de energía, lo que puede ser especialmente útil en condiciones de marea gruesa cuando la eficiencia que se obtiene al enfrentarse por completo a las olas puede ser menor debido a la frecuencia, amplitud o a la fuerza de las olas. Para adaptarse a los cambios de profundidad del agua y/o altura de la ola con respecto al mástil, el WEC puede desplazarse hacia arriba y abajo con respecto al mástil. Se pueden proveer una o más guías, como por ejemplo carriles, ruedas de guía, rodillos etc., 198 en el mástil, en el WEC o en ambos. Los mismos permiten al WEC desplazarse libremente hacia arriba y abajo o de una manera controlada, para conservar una posición o profundidad requerida .

Las Figuras 32 a 34 muestran aplicaciones de WECs en rompeolas de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. El WEC 10 se provee como una matriz lineal o un banco de celdas posicionado cerca de la costa y que forma un borde de una escollera 96 que se extiende adentrándose en las aguas 14. La escollera puede ser un rompeolas sólido o casi sólido.

La Figura 33 muestra una sección transversal C-C a través de un rompeolas y el WEC 10.

Se puede proveer un WEC 10 adaptado para condiciones adversas, como se muestra en la Figura 34. El WEC incluye una o múltiples celdas 22 con respectivas una o más membranas 16. Una única abertura 98 lleva a una turbina bidireccional 100 y al interior de un único conducto o cámara superior de suministro y de retorno 102. Una cámara inferior 104 se puede rellenar con lastre, como por ejemplo agua o concreto o cascajo para obtener un peso adicional para evitar que el WEC se desplace en condiciones de mar gruesa o fuertes flujos de marea. Se apreciará que se pueden proveer conductos de suministro y de retorno separados, con un conjunto asociado de válvulas de retención .

Como se muestra a manera de ejemplo en las Figuras 38 a 40, la pared de la parte posterior del convertidor de energía undimotriz 10 puede tener formas alternativas para dirigir el flujo de retorno 142 de agua. Por ejemplo, en la Figura 38 se muestra una parte posterior 130 con forma de doble curva o 'S', mientras que en la Figura 39 se muestra una parte posterior cóncava 132, y en la Figura 40 una parte posterior 134 de forma recta (o de cuña o 'triangular' cuando se hace referencia a la forma general del cuerpo del WEC 10). Las formas alternativas de la parte posterior se pueden emplear cuando una parte posterior con una curva convexa pueda dar como resultado corrientes turbulentas inmediatamente en la base de la parte posterior adyacente el lecho/fondo marino. Las corrientes turbulentas 140 debidas al flujo de retorno 142 potencialmente podrían causar erosión en el fondo marino 14 adyacente a la parte posterior del WEC, como se muestra en la Figura 41.

En la Figura 42 se da un ejemplo de un WEC con una parte posterior convexa 136 y que está elevado, separado del fondo marino por una distancia 'd' para permitir que parte del flujo de retorno pase por debajo del WEC y para evitar de esa manera la erosión causada por las corrientes turbulentas .

Las Figuras 43 a 46 muestra disposiciones alternativas de procesos y diagramas de instrumentación (P&ID) de los circuitos para dirigir a la energía undimotriz convertida mediante un fluido secundario a través de una o más turbinas. En particular, la Figura 43 muestra un banco de celdas de doble diafragma 144,146 con múltiples en común 148, 150 y una única turbina 152 (compartida) . La disposición se puede utilizar en una configuración de banco en forma de V con un doble circuito neumático cerrado (flujo rectificado) y una única turbina axial acoplada a un generador eléctrico.

La Figura 44 muestra un banco de celdas de doble diafragma 154,156 pero con múltiples de flujo cruzado 158, 160, cada uno de los cuales está conectado a una respectiva turbina de un par de turbinas 162, 164. Esto también se denomina una configuración de bancos de celdas en forma de V, con doble circuito neumático cerrado (flujo rectificado) y turbinas axiales dobles acopladas a generadores eléctricos .

La Figura 45 provee una disposición de WEC con bancos de celdas con un único diafragma 166, 168 con múltiples de flujo cruzado 170, 172 y turbinas dobles 174, 176. Esta disposición de banco único tiene un doble circuito neumático cerrado de flujos cruzados (flujo rectificado) y turbinas axiales dobles acopladas a generadores eléctricos.

La Figura 46 muestra un banco de celdas con un único diafragma 178 con único múltiple 180 y turbinas bidireccionales 182. Esto provee conductos de circuito abierto (que se puede aplicar a todas las configuraciones). Hay una turbina rectificadora y un generador montados en la abertura entre la celda del diafragma y múltiples de transferencia en común. También es posible proveer múltiples turbinas por cada celda del diafragma.

Se apreciará que el rendimiento de la(s) celda(s) y/o el sistema del convertidor de energía undimotriz se pueden controlar u optimizar para adecuarse a las condiciones del mar predominantes o prelas o para que correspondan a un nivel de rendimiento o una demanda requeridos.

La presión del fluido en el interior de una o más de las celdas, o en el interior del sistema que incluye a la(s) celda(s), se puede incrementar o reducir según sea necesario. Por ejemplo, la presión del fluido en el interior de un(os) conducto(s) de baja o de alta presión y/o los múltiples del sistema se puede variar.

Preferiblemente, la presión del fluido se incrementa o reduce con relación a por lo menos un valor de presión de referencia. La presión del fluido se puede determinar realizando lecturas de uno o más sensores de presión en el interior de la(s) celda(s) y/o conductos y/o los múltiples del sistema. Los sensores de presión pueden proveer señales relacionadas con la presión a un procesador para determinar los valores de presión requeridos, y luego se pueden utilizar como un factor para controlar u optimizar la presión del fluido.

El valor de la presión de referencia o cada uno de los valores puede ser un promedio de la presión del fluido determinada en el interior de la celda o de cada una de las respectivas celdas y/o en el interior del (de los) conducto (s) de baja y/o alta presión y/o los múltiples del sistema .

El promedio de las presiones se puede determinar, por lo menos en parte, promediando diversas presiones en el interior de una celda o a través de varias celdas en un momento en particular (promedio simultáneo de presiones) o a través de una o más celdas durante el transcurso del tiempo (promedio durante el transcurso de un tiempo).

Preferiblemente el método incluye controlar u optimizar la presión en el interior de la(s) celda(s) para conservar la presión óptima en la celda como una función de los cambios de la profundidad del agua con las mareas u otros efectos a más largo plazo, y preferiblemente dependiendo de las condiciones óptimas para el estado predominante o actual del mar. Por lo tanto, a medida que la profundidad eficaz del agua se incrementa sobre la(s) celda(s), la presión en el interior de la(s) celda(s) se puede incrementar para equilibrar la mayor presión externa debida al agua, y a medida que se reduce la profundidad del agua, la presión en el interior de la(s) celda(s) se puede reducir para equilibrar la menor presión debida al agua. De esta manera, el rendimiento y salida de la(s) celda(s) y/o el sistema se puede optimizar para una salida requerida o demanda sobre el sistema.

Además, en la eventualidad de un deterioro presente o preel de las condiciones del mar, la presión en el interior de la(s) celda(s) se puede reducir para prevenir daños a la membrana. De ser necesario, la presión se puede reducir a cero o hasta la presión atmosférica de manera tal que la(s) membrana (s) es(son) empujada(s) por la presión del agua hasta aplanarlas, dejando de funcionar hasta que se vuelvan a inflar la(s) celda(s) al presurizarla(s).

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un convertidor de energía undimotriz (WEC), caracterizado porque incluye una porción de cuerpo y por lo menos una membrana flexible que limita por lo menos parte de un volumen de un fluido, una porción sustancial de la por lo menos una membrana inclinada respecto de la vertical que provee una vía que facilita el flujo para que la energía de la ola pase sobre el wec a la vez que deforma la por lo menos una membrana hacia el cuerpo para comprimir el fluido, donde la inclinación de la por lo menos una membrana contribuye a convertir la energía potencial y cinética de la ola en presión dentro del fluido.

2. Un convertidor de energía undimotriz (WEC), caracterizado porque incluye una porción de cuerpo y por lo menos una membrana flexible que forma por lo menos parte de por lo menos un volumen de la celda para el fluido presurizado, donde la por lo menos una membrana está inclinada desde una porción inferior hacia una porción superior de la misma para permitir que la ola incida sobre el WEC para fluir sobre la por lo menos una membrana y para que las fuerzas debidas al desplazamiento horizontal y a la oscilación vertical de la ola deformen la por lo menos una membrana hacia el cuerpo para comprimir el fluido que hay dentro del por lo menos un volumen.

3. Un WEC de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque incluye por lo menos una abertura, donde, cuando la presión de la ola es mayor que la presión de fluido en el interior de un volumen de la celda incide contra la membrana causa la deformación de la membrana, forzando al fluido presurizado a salir de la celda a través de la por lo menos una abertura.

4. Un WEC de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la por lo menos una abertura está en una porción superior posterior de la respectiva celda o adyacente a la misma.

5. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo incluye por lo menos una cara respectiva que se opone a la respectiva por lo menos una membrana y hacia donde la membrana es deformada por la fuerza de la ola.

6. Un WEC de conformidad con la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque la porción inferior está hacia adelante y la porción superior está hacia atrás.

7. Un WEC de conformidad con la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque la porción de cuerpo y la por lo menos una membrana está inclinada hacia arriba y hacia atrás desde la porción inferior hasta la porción superior.

8. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido presurizado en el interior de la celda es aire u otro fluido gaseoso.

9. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye una pluralidad de las celdas.

10. Un WEC de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las celdas están unidas rígidamente entre sí para formar una celda WEC múltiple.

11. Un WEC de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque una o más de la por lo menos una cara está hecha en fundición o por moldeo como parte del cuerpo o se conforma como un miembro rígido o semirrígido de cara para unirse al cuerpo para formar un perfil de la cara que se desea.

12. Un WEC de conformidad con la reivindicación 5 u 11, caracterizado porque la membrana se puede unir al miembro de cara como parte de una unidad que se puede montar en el convertidor.

13. Un WEC de conformidad con la reivindicación 5 u 11, caracterizado porque la por lo menos una cara se hace por colada con el cuerpo.

14. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la por lo menos una membrana está unida al cuerpo de manera que se pueda desmontar.

15. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la membrana o cada una de ellas toma una forma convexa una vez inflada por una presión interior suficiente en el interior de la celda respectiva que supera la presión exterior.

16. Un WEC de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la forma convexa se inclina con un ángulo respecto de la horizontal y la vertical.

17. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una porción que se encuentra más adelante de la celda respectiva está debajo de una porción que se encuentra más hacia atrás de la celda de manera tal que la celda se inclina hacia arriba desde el frente hacia la parte posterior de la misma.

18. Un WEC de conformidad con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la por lo menos una celda está inclinada entre 0o y 90° respecto de la horizontal.

19. Un WEC de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la por lo menos una celda está inclinada entre 20° y 60° respecto de la horizontal.

20. Un WECD de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el convertidor incluye un anclaje o unión al lecho marino.

21. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se provee como un WEC neumático del tipo de atenuación, sumergido cerca de la costa o como un WEC en alta mar, sumergido, sobre aguas profundas, o como un rompeolas con WEC.

22. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además incluye una parte posterior del convertidor que incluye una porción exterior para el control del flujo de fluido, recta, curva o redondeada.

23. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque hay una pluralidad de las celdas dispuesta como una o más matrices lineales.

24. Un WEC de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque hay dos matrices lineales conectadas para formar una disposición en forma de V.

25. Un WEC de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque un vértice de la "V" está orientado, durante el uso, hacia la dirección de las olas incidentes o hacia mar abierto o el océano o enfrentándolas y donde los brazos o patas de la "V" se extienden desde el vértice hacia la costa de manera tal que la olas se aproximan primero al vértice de la "V" y a cada brazo de manera oblicua.

26. Un WEC de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el vértice de la disposición en forma de "v" apunta hacia la costa y en dirección opuesta a las olas, de manera tal que los brazos o patas de la "V" se proyectan en dirección opuesta al vértice hacia aguas abiertas.

27. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 25 o 26, caracterizado porque el ángulo interior de la "v" es sustancial o aproximadamente de entre 45° y 175°.

28. Un WEC de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el ángulo interior es de entre 60° y 120°.

29. Un WEC de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque se configura como una curva abierta o arco dispuesto para orientarse ya sea con un lado abierto hacia la costa o con el lado abierto hacia aguas abiertas.

30. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se configura como un WEC sumergible.

31. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye una configuración circular o anular de las celdas para aceptar un espectro de olas omnidireccionales.

32. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la membrana se forma un perfil intermedio con forma de S alargada cuando se lo observa en perfil lateral durante la compresión inicial de la membrana que se da durante el uso a medida que la presión de la ola oprime en primer lugar la porción anterior inferior de la membrana que presiona al fluido en el interior del volumen de la celda hacia la por lo menos una abertura de la celda que se encuentra en una posición a mayor altura.

33. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ancho eficaz de la membrana se corresponde con el ancho eficaz de la cara de la celda.

34. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque por lo menos una abertura asociada con cada celda está situada adyacente a una porción superior de la celda para comunicar el fluido desde la celda hacia por lo menos una válvula de retención o turbina bidireccional permitiendo de esa manera maximizar el barrido del volumen de la celda por compresión de la membrana debido a la presión que ejerce la ola al desinflarla.

35. Un WEC de conformidad con la reivindicación 23, 24 o 25, caracterizado porque la extensión longitudinal de cada matriz lineal es igual a la longitud de onda promedio de las olas predominantes que proveen la energía en un lugar en particular.

36. Un WEC de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la matriz lineal o cada una de ellas mide entre 40m y 80m de longitud.

37. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 23, 24, 25, 35 o 36, caracterizado porque la matriz se dispone de manera tal que cuando una celda se encuentra bajo la presión del pico de una ola y bombea fluido hacia afuera desde la celda a través de la por lo menos una abertura, otra celda está sometido a la mínima presión de una ola y acepta el retorno de fluido proveniente de un reservorio o un múltiple de baja presión a través de la por lo menos una abertura de la celda.

38. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además incluye un sistema de control dispuesto de manera de elevar o reducir la presión promedio en cada una de las celdas y/o en el interior de un múltiple de baja presión o de alta presión del sistema.

39. Un WEC de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el sistema de control incluye un sistema neumático para conservar una presión óptima en la celda ante los cambios de la profundidad del agua con las mareas u otros efectos a más largo plazo y dependiendo de las condiciones óptimas para el estado predominante o actual del mar.

40. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además incluye una o más turbinas impulsadas por el flujo presurizado proveniente de la(s) celda(s), donde las una o más turbinas impulsan uno o más generadores eléctricos.

41. Un WEC de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque, al disponer una pluralidad de las celdas en forma de V, la(s) turbina(s) y generador(es) eléctrico(s) se montan adyacentes a un vértice de la "V" o en el mismo de manera tal de combinar el flujo de las corrientes de aire provenientes de cada brazo.

42. Un WEC de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque, al disponer una pluralidad de las celdas en forma de V, la(s) turbina(s) y generador(es) eléctrico(s) se montan hacia el extremo de cada pata/brazo de la misma o en el extremo o en cualquier lugar a lo largo de la longitud de la pata/brazo.

43. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el convertidor incluye por lo menos una bomba impulsada por una o más turbinas impulsadas por el flujo de fluido presurizado proveniente de la(s) celda(s).

44. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se provee como un conjunto de elementos formado por diversas partes.

45. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo se hace de concreto prefabricado.

46. Un WEC de conformidad con la reivindicación 43 o 44 o 45, caracterizado porque por lo menos una porción de la celda respectiva se hace formado una sola pieza con el cuerpo.

47. Un WEC de conformidad con la reivindicación 5 u 11, caracterizado porque una o más de las caras incluye una abertura para recibir por lo menos una válvula o turbina bidireccional reemplazable.

48. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la forma de la parte o cara posterior tiene múltiples curvas, es convexa, cóncava o recta.

49. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye por lo menos una de las celdas en lados opuestos, donde hay por lo menos una de las celdas en un primer lado para extraer energía de una ola, y por lo menos una más de las celda para extraer energía de una ola de retorno.

50. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la membrana está unida a las porciones superior e inferior del cuerpo del convertidor o es adyacente a las mismas.

51. Un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la membrana forma en uno o más extremos del WEC respectivamente una curva, un semicírculo, un arco o una forma curva irregular.

52. Un WEC de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque la membrana en el extremo respectivo ya sea utiliza propiedades elastoméricas o bien tiene una forma geométrica tal que se reduce la deformación / tensión elastomérica.

53. Un sistema para la conversión de energía undimotriz caracterizado porque incluye un WEC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 52, y un equipo para la generación de energía eléctrica montado en el mismo o adyacente al mismo.

54. Un método para controlar u optimizar la presión del fluido en el interior de un sistema convertidor de energía undimotriz (WEC), caracterizado porque incluye incrementar o reducir la presión del fluido en el interior de por lo menos una celda y/o en el interior de un (os) conducto(s) de baja o de alta presión y/o en el interior de por lo menos un múltiple del sistema.

55. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque incluye incrementar o reducir la presión del fluido con relación a por lo menos un valor de presión de referencia.

56. El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque el valor de presión de referencia o cada uno de ellos es un promedio de la presión del fluido determinada en el interior de la celda o de cada una de las respectivas celdas y/o en el interior del(de los) conducto(s) de baja y/o alta presión y/o los múltiples del sistema.

57. El método de conformidad con la reivindicación 56, caracterizado porque el promedio de presiones se determina, por lo menos en parte, promediando diversas presiones en el interior de una celda o a través de varias celdas del sistema WEC en un momento en particular o a través de una o más celdas durante el transcurso del tiempo.

58. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque incluye controlar u optimizar la presión del fluido en el interior de la(s) celda(s) para conservar una presión óptima en la celda del fluido en función de los cambios de la profundidad del agua debidos a las mareas u otros efectos.

59. El método de conformidad con la reivindicación 58, caracterizado porque se incrementa la presión del fluido en el interior de la(s) celda(s) al aumentar la profundidad del agua para equilibrar la mayor presión externa debida al agua, y donde a medida que se reduce la profundidad del agua, también disminuye la presión del fluido en el interior de la(s) celda(s) para equilibrar la disminución de la presión debida al agua.

60. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque ante la eventualidad de un deterioro de las condiciones del mar presente o preel, reduciendo la presión del fluido en el interior de la(s) celda(s) para prevenir daños en la membrana.