ES2397033B1 - Sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones. - Google Patents

Abstract

Sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones.#Comprende disponer una construcción con una fachada barlovento (7) orientada al viento predominante de la zona, de forma que al menos en una de sus plantas (6) la fachada barlovento (7) así como la fachada sotavento (8) opuesta, están al menos parcialmente abiertas para permitir el paso del aire, y en cuyo forjado (3) se disponen aerogeneradores de eje vertical alineados paralelamente a la fachada barlovento (7) y separados entre sí por tabiques (5) que determinan tubos de corriente que atraviesan las plantas (6) impulsando los aerogeneradores. Estos tabiques están configurados e implementados con materiales de alta absorción acústica.#Las aberturas al menos parciales de las fachadas (7, 8) son cerramientos en celosía, verja, malla metálica o similar que permiten el paso del viento e impiden el paso de objetos de un determinado tamaño.

Description

Sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema para la integración en construcciones, de una o varias plantas, de varios aerogeneradores de eje vertical que permitan la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento.

Es un objeto de la invención introducir mejoras para conseguir un aprovechamiento máximo de dicha energía, evitando interferencias entre la operación de los distintos aerogeneradores.

También es objeto de la invención el minimizar el ruido generado por la operación de los aerogeneradores, facilitando por tanto su utilización en un entorno urbano, así como aumentar la seguridad en el caso de roturas.

La invención es aplicable en cualquier tipo de construcción y más particularmente en edificios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Frente a los grandes parques eólicos, ubicados en zonas con fuertes vientos (elevaciones del terreno, parques marinos,...) pero alejados de los centros de consumo y equipados con grandes máquinas de potencia del orden de los MW, la ubicación de aerogeneradores cercanos a los centros de consumo como las ciudades permite generar la energía allí donde se necesita, minimizando las pérdidas por su transporte y simplificando la infraestructura necesaria.

Con este fin se conocen diferentes propuestas para conseguir la integración arquitectónica de aerogeneradores de potencia y tamaño reducidos, ubicados en la mayoría de los casos en número variable sobre las cubiertas de los edificios. Otras configuraciones menos convencionales han sido llevadas a cabo, como por ejemplo la solución adoptada en el World Trade Center de Bahrein, en el que las turbinas están ubicadas sobre puentes que unen dos edificios. Otras, como los conceptos de rascacielos giratorios de David Fisher, implican la inserción entre dos plantas giratorias de un aerogenerador de eje vertical, pero requieren que el aerogenerador (y el propio edificio) sean de un diseño muy especial y adaptado en cada caso a la geometría del edificio.

En todos los casos, se plantean tres inconvenientes que, aunque afectan a todos los aerogeneradores en mayor o menor grado, resultan de la mayor importancia cuando se piensa en su utilización en entornos urbanos. El primero es la seguridad de bienes y personas. Los aerogeneradores son máquinas rotativas con partes móviles de gran tamaño que por necesidades de funcionamiento quedan expuestas. Aunque por su ubicación se garantice su inaccesibilidad en condiciones normales, siempre está latente el riesgo de una rotura de las palas cuyos fragmentos podrían caer a la vía pública o salir volando sin control. En segundo lugar, está el problema del ruido generado en su operación y que viene a añadirse a las ya numerosas fuentes existentes en las ciudades. Finalmente, los rotores constituyen una amenaza para las aves, que pueden ser víctimas de impactos de las palas al tiempo que estas resultar dañadas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para resolver los inconvenientes citados, la invención está prevista para permitir la instalación, sobre una o más plantas de una construcción, de conjuntos de aerogeneradores de eje vertical. La invención se aplica preferentemente en plantas altas e intermedias de edificios.

El sistema de la invención comprende disponer una construcción con una fachada orientada al viento predominante de la zona, que en la invención se denomina fachada barlovento, y la fachada opuesta se denomina fachada sotavento. Al menos en una de las plantas de la construcción, su fachada barlovento así como su fachada sotavento, están abiertas al menos parcialmente para permitir el paso del viento, y en su forjado se fijan aerogeneradores de eje vertical alineados en una fila paralela a la fachada barlovento, y separados entre sí por tabiques separadores del flujo del viento que determinan tubos de corriente entre la fachada barlovento y la fachada sotavento, que encauzan el aire a su alrededor, de manera que el viento que atraviesa la planta impulsa los rotores de los aerogeneradores de eje vertical, al mismo tiempo que evitan que las turbulencias generadas por la operación de cada aerogenerador influyan en los aerogeneradores adyacentes. Los aerogeneradores de eje vertical pueden ser tanto del tipo de arrastre (Savonius o similares) como de sustentación (Darrieus o similares).

Las aberturas al menos parciales de la fachada barlovento y de la fachada sotavento, están materializas mediante un cerramiento como puede ser una celosía, verja, una rejilla, malla metálica (deployé) o similar que eviten tanto la caída de piezas a la vía pública en caso de rotura del rotor como el acceso de aves al área barrida por este. Dicho cerramiento permite asimismo salvaguardar la estética del edificio ocultando la visión de los aerogeneradores

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desde la calle, y también permiten el paso del viento a través de la planta. Cabe señalar que la malla metálica deployé está formada de una sola pieza, sin costura ni soldadura alguna, y se obtiene realizando cortes en la pieza y a continuación se estira para obtener unas aberturas de diferentes dimensiones y formas.

Dichos tabiques separadores pueden incorporar en su constitución materiales absorbentes que proporcionen aislamiento acústico, y estar configurados de manera que minimicen la transmisión al exterior y al resto del edificio del ruido generado por la operación de los aerogeneradores.

En al menos una de las fachadas, especialmente en la barlovento, se fija o conforma sobre el borde del forjado un deflector aerodinámico de forma que éste dirija la fracción de flujo de aire que en su ausencia circularía sin aprovechamiento energético a través de la zona donde se encuentran el alternador, transmisión y engranajes hacia las palas del aerogenerador. Por tanto los deflectores aceleran y dirigen dicho flujo hacia las palas para conseguir un mayor aprovechamiento de energía.

Por tanto la configuración descrita de la presente invención resuelve los problemas del estado de la técnica que permite:

1.

La instalación de aerogeneradores de eje vertical y diseño estándar en edificios de manera no limitada a su cubierta, sino en plantas total o parcialmente dedicadas a este fin, aumentando la potencia disponible, e incluso abriendo la posibilidad a la realización de edificios dedicados en exclusiva a la generación de energía eléctrica de origen eólico.

2.

Su operación segura al encontrarse dichos aerogeneradores instalados en el interior del edificio, cuya envolvente protege de la posible proyección de fragmentos al exterior, en caso de accidente.

3.

La protección de la avifauna, gracias a la envolvente anteriormente citada.

4.

Su operación eficiente, al definir un sistema de canalización del flujo de aire a cada generador, evitando interferencias entre ellos.

5.

Su operación silenciosa, al poder utilizar la propia envolvente del edificio y las canalizaciones como apantallamiento/absorbedores acústicos.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS

Figura 1.-Muestra una sección transversal de un alzado de una planta del edificio, con uno de los aerogeneradores de eje vertical, los deflectores del flujo de aire en la parte inferior del mismo y unidos al forjado y un cerramiento de fachadas en deployé.

Figura 2.-Muestra una vista en alzado de una planta del edificio, con los aerogeneradores compartimentados mediante los tabiques separadores de flujo, estos últimos implementados con materiales con alto grado de absorción acústica, y los cerramientos de fachadas en deployé.

Figura 3.-Muestra una vista en planta de la figura anterior.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.

La invención comprende una construcción que en el ejemplo de realización es un edificio de varias plantas

(6) de las que una o más plantas se utilizan para alojar un conjunto de aerogeneradores de eje vertical (1) que proporcionan energía eléctrica. Estos aerogeneradores pueden estar conectados a la red eléctrica a través de una serie de convertidores electrónicos de potencia, como por ejemplo un inversor, o trabajar aislados de la red y con el apoyo de baterías.

El edificio se dispone con una de sus fachadas orientada al viento predominante. Esta fachada se denomina fachada barlovento (7). Los aerogeneradores (1) se ubican en cada planta (6) alineados entre sí de manera paralela a la fachada barlovento (7) del edificio. Tanto esta fachada barlovento (7) como la opuesta, fachada sotavento (8), no disponen de cerramiento, o en todo caso disponen de un cerramiento (4) que está implementado con una rejilla, celosía o deployé que permite la circulación del viento a través de cada planta (6) desde la fachada barlovento (7) a

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la fachada sotavento (8) y atravesando el área barrida por las palas de los aerogeneradores (1), de forma que se transfiere la energía cinética del viento a las mismas.

Cada aerogenerador (1) de cada planta (6) va alojado en el interior de un corredor de sección rectangular, cuyas superficies inferior y superior están determinadas por los forjados (3) de las distintas plantas y cuyos laterales 5 los forman unos tabiques separadores de flujo (5), que en el ejemplo de realización son mamparas (5). Los corredores así constituidos permiten la canalización óptima del flujo de aire entre las fachadas barlovento (7) y sotavento (8) y eliminan los efectos de interferencias y turbulencias que se producirían al girar los rotores de los aerogeneradores (1) vecinos. Estas mamparas (5) se implementan con materiales con buenas características de aislamiento acústico, y están configurados de manera que se limita el nivel de ruido transmitido al exterior de la

10 planta.

Se da la circunstancia de que una parte del flujo de viento que incide sobre la fachada barlovento (7) pasa por debajo de las palas del aerogenerador (1), zona en la que se encuentran instalados el alternador, transmisión y engranajes; de modo que este flujo no se aprovecha. Para evitar este inconveniente se fijan unos deflectores (2) en el forjado (3) de la fachada barlovento (7) o también en la fachada sotavento (8) (si se prevé circulación alternativa

15 del viento en ambos sentidos), que dirigen el flujo hacia los rotores evitando la existencia de "by-passes" indeseables y aumentando el rendimiento de la instalación.

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Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1.-SISTEMA DE INTEGRACIÓN DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL EN CONSTRUCCIONES, caracterizado por disponer de una construcción con una fachada barlovento (7) orientada al viento predominante de la zona, en la que al menos una de sus plantas (6), su fachada barlovento (7) así como su fachada sotavento (8) opuesta, están abiertas al menos parcialmente, y en cuyo forjado (3) se disponen aerogeneradores de eje vertical (1) alineados paralelos a la fachada barlovento (7), y separados entre sí por tabiques separadores del flujo del viento (5) que determinan tubos de corriente entre la fachada barlovento (7) y la fachada sotavento (8), impulsando el viento que atraviesa la planta (6) los rotores de los aerogeneradores de eje vertical (1).
2. 2.-SISTEMA DE INTEGRACIÓN DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL EN CONSTRUCCIONES, según reivindicación 1, caracterizado por que en la fachada barlovento (7) y en la fachada sotavento (8) las aberturas al menos parciales están determinadas por un cerramiento seleccionado entre una celosía, verja, malla metálica y una rejilla que permiten el paso del viento pero no el de objetos mayores de un determinado tamaño.
3. 3.-SISTEMA DE INTEGRACIÓN DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL EN CONSTRUCCIONES, según reivindicación 1, caracterizado por que los tabiques separadores del flujo del viento (5) están constituidos por mamparas.
4. 4.-SISTEMA DE INTEGRACIÓN DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL EN CONSTRUCCIONES, según reivindicación 3, caracterizado por que las mamparas están implementadas al menos parcialmente con materiales de alta absorción acústica y configuradas para minimizar la transmisión al exterior y al resto del edificio del ruido generado.
5. 5.-SISTEMA DE INTEGRACIÓN DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL EN CONSTRUCCIONES, según reivindicación 1, caracterizado por que el borde del forjado sobre el que se disponen los aerogeneradores está equipado con deflectores (2) de direccionamiento del flujo de aire incidente sobre la parte inferior de la planta hacia el área barrida por las palas del aerogenerador (1).

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   OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

   N.º solicitud: 201130930

   ESPAÑA

   Fecha de presentación de la solicitud: 06.06.2011

   Fecha de prioridad:

   INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

   51 Int. Cl. : F03D3/02 (2006.01) F03D3/04 (2006.01)

   DOCUMENTOS RELEVANTES

   Categoría

   56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

   X

   US 2010219635 A1 (EVANS JR ROBERT W) 02.09.2010, párrafos [0036-0041,0060-0062]; figuras 1-3,5,16. 1-5

   X

   US 2010257795 A1 (PAGLIASOTTI ROBERT R) 14.10.2010, párrafos [0034-0039]; figuras 1-4. 1,3,4

   A

   FR 2541383 A1 (SCHWEIZER OTTO) 24.08.1984, todo el documento. 1-5

   A

   GB 2396888 A (MACKINNON CALUM) 07.07.2004, página 1, párrafo [1] – página 10, párrafos [1,3]; figuras 3,6. 1,2,5

   A

   ES 288046U U (BELTRAN LINARES MIGUEL) 16.11.1985, página 1, líneas 1-24; figura 1. 1,5

   A

   US 5696361 A (CHEN CHIA-HSIEN) 09.12.1997, columna 2, líneas 18-37; figuras 3,5. 3,4

   Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

   El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

   Fecha de realización del informe 11.02.2013

   Examinador S. Fernández de Miguel Página 1/4

   INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

   Nº de solicitud: 201130930

   Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D, E04F Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

   búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

   Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

   OPINIÓN ESCRITA

   Nº de solicitud: 201130930

   Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 11.02.2013

   Declaración

   Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

   Reivindicaciones Reivindicaciones 3-5 1,2 SI NO

   Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

   Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

   Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

   Base de la Opinión.-

   La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

   Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

   OPINIÓN ESCRITA

   Nº de solicitud: 201130930

   1. Documentos considerados.-

   A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

   Documento

   Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

   D01

   US 2010219635 A1 (EVANS JR ROBERT W) 02.09.2010

   D02

   US 2010257795 A1 (PAGLIASOTTI ROBERT R) 14.10.2010

   D03

   FR 2541383 A1 (SCHWEIZER OTTO) 24.08.1984

   D04

   GB 2396888 A (MACKINNON CALUM) 07.07.2004

   D05

   ES 288046U U (BELTRAN LINARES MIGUEL) 16.11.1985

   D06

   US 5696361 A (CHEN CHIA-HSIEN) 09.12.1997

6. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

   El objeto de la presente invención es un sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones.

   El documento D01 puede considerarse el más cercano del estado de la técnica anterior, anticipando las características técnicas descritas en la reivindicación 1 de la solicitud. El documento D01 divulga un sistema de integración de aerogeneradores de eje vertical en construcciones. La construcción (22) dispone de una planta en la que tanto su fachada orientada al viento predominante y como su fachada opuesta están abiertas (ver figuras 1, 3 y 5). En el forjado de dicha planta se disponen aerogeneradores de eje vertical (38) alineados paralelos a dichas fachadas y separados entre sí por tabiques (26) separadores del flujo del viento que determinan tubos de corriente entre ambas fachadas, impulsando el viento que atraviesa la planta los rotores de los aerogeneradores.

   El documento D02 presenta similares características. Este documento muestra un edificio (10) que dispone de plantas con aberturas en sus fachadas barlovento y sotavento (20, 22) (ver párrafo [0034]), determinándose tubos de corriente (12) entre ambas fachadas, impulsando el viento que atraviesa la planta los rotores de los aerogeneradores de eje vertical dispuestos en la misma (ver figura 3).

   La reivindicación 2 está, así mismo, anticipada por el documento D01 cuyas fachadas presentan aberturas que disponen de cerramientos (210, 216) a modo de celosías (ver figura 16).

   A la vista del documento D01 las reivindicaciones 1 y 2 se encuentran comprendidas en el estado de la técnica anterior y por tanto no son nuevas ni implican actividad inventiva (Art. 6.1 y Art. 8.1 de la LP 11/1986).

   En relación con las reivindicaciones 3 y 4, el documento D01 no especifica el tipo de tabique empleado. Sin embargo, el empleo de tabiques separadores, entre tubos de corriente, constituidos por mamparas realizadas con materiales de alta absorción acústica se considera una de las varias posibilidades evidentes que un experto en la materia seleccionaría, sin ejercicio de actividad inventiva alguna, para resolver posibles problemas de transmisión del ruido. A título de ejemplo, se cita el documento D06 que describe unos medios, para eliminar el ruido producido por un conjunto de tubos por los que circula aire, consistentes en separar dichos tubos entre sí con materiales de alta absorción acústica.

   En relación con la reivindicación 5, el documento D01 presenta deflectores, situados en el forjado sobre el que se disponen los aerogeneradores, que dirigen el flujo de aire hacia el área barrida por sus palas (ver párrafo (0038)). Por otra parte, la utilización de deflectores para el direccionamiento del flujo del aire incidente sobre el borde de una superficie hacia el área batida por las palas de un aerogenerador, situadas a una altura superior, es ampliamente conocida en el estado de la técnica (ver documentos D04 y D05).

   Por tanto, se considera que la invención definida en las reivindicaciones 3-5 deriva del estado de la técnica de una manera evidente para un experto en la materia y no implica actividad inventiva (Ley 11/1986, Art. 8.1).

   Informe del Estado de la Técnica Página 4/4