NO772854L - Anordning for utvinning av energi fra vaeskeboelger - Google Patents

Description

Anordning for utvinning av energi fra

balger på en væskeoverflate

Foreliggende^ oppfinnelse angår anordninger for utvinning av

effekt fra bølge-energi og særlig, men ikke utelukkende, bølge-

energi fra sjøbølger.

En kjent innretning for utnyttelse .av bølge-energi er oppfunnet

av Yoshio Masuda og beskrevet i britisk patentskrift nr. l..ol4.196, bringes en arbeidsgass i et kammer til å strømme gjennom en.turbin anbragt på oversiden av kammeret under påvirkning av en vannsøyles svingninger i vedkommende kammer, som er utformet som en bøye-innretning. Sådanne anordninger har hittil bare vært anvendt•for å avgi relativt liten effekt, og foreliggende oppfinnelse gjelder særlig anvendelser hvor det er påkrevet å utvinne^relativt store vektmengder fra bølge-energi.

På denne bakgrunn .gjelder foreliggende oppfinnelse en anordning for utvinning av energi fra.bølger på en væskeoverflate hvorpå anordningen er innrettet for å flyte, idet anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at den omfatter et antall kamre som hver er innrettet for samtrykking og utstøting av en arbeidsgass under påvirkning av en væskesøyle som er anordnet for å bringes i svingning av bølgebevegelsene, utstyr for oppsamling av nevnte sammentrykte arbeidsgass fra kamrene samt mekaniske organer, som den opptatte arbeidsgass overføres til for utvinning av energi fra den sammentrykte arbeidsgass og dermed fra nevnte bølger.' Nevnte, kamre kan være sammenkoblet i serie, således at kamrene også omfatter nevnte utstyr for samlet overføring av deri sammentrykte arbeidsgass til de mekaniske organer, idet.sammentrykkét arbeidsgass overføres fra kammer.til kammer langs seriekoblingen. Alternativt kan den sammentrykte gass overføres gjennom en felles strømningskanal som står i forbindelse med vedkommende kamre i parallell-kobling,'

idet hvert kammer er anordnet for å avgi sin sammentrykte arbeidsgass til nevnte strømningskanal som fortrinnsvis er utstyrt méd organer for påføring av et utjevningstrykk på arbeidsgåssen', for derved å utjevne trykkfluktuåsjoner i nevnte arbeidsgass.

Noen av kamrene kan også være anordnet i serie<v>mens andre er parallell-koblet, idet nevnte serie- og parallell-koblinger er anordnet for innbyrdes sammenkobling.

Oppfinnelsens anordning kan være utført for å arbeide som en

generator som anvender luft som arbeidsgass, mens sjøvann utgjør den væske.hvorfra bølge-energien utvinnes og nevnte mekaniske organer kan • omfatte en turbininnretning anordnet for å drive en elektrisk generatorinnretning. Alternativt kan oppfinnelsens anordning være innrettet for å'fungere som en bølgebryter, men de mekaniske organer omfatter en innløpsåpning.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelse-eksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

- Fig. 1 viser i snitt og sett fra siden en skjematisk skisse

av en anordning i form av én generatorkonstruksjon med kamre anordnet i parallell og på linje vinkelrett på forplantnings-retningen for de innkommende bølger; - Fig. la viser skjematisk et snitt langs linjen I -li fig. 1;

- Fig. 2 viser en generator konstruksjon av samme art som i

fig. 1; - Fig. 3 viser i snitt og sett fra siden en'skjematisk generator konstruksjon med kamre anordnet i serie vinkelrett på de innkommende bølger;

- Fig. 3a viser skjematisk et snitt langs linjen III-TII i fig.-3,

og v

- Fig. 4 viser delvis i snitt en planskisse sett i retning av

pilen D i fig. 3.

I de ovenfor angitte figurer har tilsvarende delér samme

nummeriske betegnelse.

I figurene i og la er den viste flytende generator konstruksjon beregnet på å utvinne effekt fra sjøbølger og omfatter etantall kamre 1 for en arbeidsgass (f.eks. luft) på tvers av for-plantningsretningen for innkommende bølger angitt ved pilen A i fig. 1, samt avgrenset av en hovedsakelig trekant-formet flytetank 2 og en hovedsakelig rektangel-formet flytetank 3, som begge har avrundet nedre ende og strekker seg langs hele generator konstruksjonens lengdeutstrekning for å holde konstruksjonen flytende på sjøens overflate. Oversiden av kammeret 1 dannes av et tak 5, mens en ytre avgrensning 7 i avstand fra taket 5 og den bakre flytetank 3 mellom taket og avgrensningen danner et felles overliggende kanalrom 8, som strekker seg langs hele konstruksjonens.lengdeutstrekning. Den nedre ende 9 av kanalen 8 strekker seg til et nivå under sjøens overflate og er åpen for å danne et innløp for det sjøvann som den nedre ende 9 munner ut i.

En enveis-utløpsventil 12 i 'taket 5 tillater luft å slippe ut

fra kammeret 1 til det overliggende kanalrom 8. En innløpskanal 13 av rørform strekker seg fra akterenden av avgrensningen 7 til taket 5 for å danne et innløp for luft fra utsiden av avgrensningen 7 til kammeret 1, idet en enveis-ventil 14 i innløpskanalen 13 hindrer tilbakestrømning av luft ut fra kammeret 1, mens en hette 15 beskytter ytterenden av innløpskanalen 13 i avgrensningen 7 mot sjøsprøyt.

I sideretningen er kamrene avgrenset av sidevegger 16 og ende-vegger 19, slik som vist i fig. la. Et mekanisk organ i form av en luftturbin 17 er sammenkoblet med en elektrisk generator (ikke vist) og anbragt i en utløpskanal 18 som strekker seg oppover fra en åpning ia i avgrensningen 7, for derved å kunne motta trykkluft fra

kanalrommet 8 for drift av nevnte éléktriske generator.

I drift vil nivået av sjøvann i hvert kammer 1 svinge med

generator konstruksjonens bevegelse samt sjøvannets bølge-bevegelse, og,er i fig. 1 vist ved sitt midlere nederste nivå,

mens det midlere øverste vanri-nivå er vist ved den stiplede linje x - x. Det svingende sjøvann vil derfor vir e på .samme måte som en stempelinnretning i kammeret 1 og derved bevirke innsugning av luft gjennom innløpskanalen 13 til kammeret 1

når sjøvannets nivå synker, samt utstøtning av luft gjennom ut-løpsventilen 12 i det felles' kanalrom 8 når sjøvannets nivå

stiger, således at den oppsamlede luftmengde i kanalrommet 8

samlet kan overføres til turbinen -17. Trykkluften i det overliggende kanalrom 8 vil virke på sjøvannets overflate i den nedre kanalende 9, således at vann-nivået trykkes nedover- og derved danner en tilbakestillingskraft som fra den nedre kanalende 9 sørger for trykkutjevning av luften i det overliggende kanalrom 8, hvorved trykkfluktuasjoner i dette rom reduseres.

Det vil forstås at det i foreliggende tilfelle foreligger et

større luftvolum tilgjengelig for kontinuerlig drift av turbinen 17, enn det som vil være mulig ved den mer intermitterende drift

av turbinen i den anordning som er beskrevet i nevnte britiske patentskrift nr. l.ol4.196. Skjønt generator konstruksjonen i fig. 1 og la er blitt beskrevet i forbindelse med anvendelse av en enkelt turbin 17, er det ingenting i veien for at flere turbiner 17 kan være anordnet for mottagelse av trykkluft fra et enkelt kanalrom 8.

Som et alternativ til en generator konstruksjon hvori luften i kanalrommet 8 trykkutjevnes av sjøvann i den nedre del av rommet 8, kan det anvendes et alternativt arrangement f.eks. som vist i fig. 2 som nå vil bli nærmere beskrevet.

Den generator konstruksjon.som er vist i snitt i fig. 2, er av samme art som den viste konstruksjon i fig.' 1<p>g la bortsett fra at kanalrommet 8 nå bare strekker seg langs taket av trykk-kamrene og ikke aktenfor den bakre flytetank '3V Luften i kanalrommet 8 trykkutjevnes ved hjelp av en tett tilpasset vekt-hette 20 som er glidbart anordnet i en kanal 21 med relativt stor diameter og som strekker seg oppover fra avgrensningen 7, mens en O-ring tetning 22 strekker seg i et ringformet spor 23 rundt hetten 2o, således at utslipp av luft fra kanalrommet 8 forhindres. I drift vil hetten 2o utøve en konstant.trykkutjevningskraft på luften i det overliggende kanalrom 8, således at turbinen 17 kan drives ved hovedsakelig konstant trykk-kraft fra trykkluften i rommet 8'. Hvis så ønskes, kan det trykk som utøves av hetten 2o økes ved hjelp av elastiske organer (ikke vist).

Som et alternativ til den parallelle anordning åv kamrene som er vist i fig. 1, la og 2, kan kamrene 1 være anordnet i rettlinjet seriekobling som vist i fig. 3, som det nå vil bli henvist til. -

I fig. 3 er det vist en flytende generator konstruksjon med et

antall kamre 1-ln. Kammeret' la ved den ene ende av konstruksjonen er utstyrt med en enveis-innløpsventil 14 for å suge. inn luft fra atmosfæren, mens kammeret ln ved den annen ende av konstruksjonen haren oppoverrettet utløpskanal 18 hvori en luft turbin 17 er anordnet for drift av en elektrisk generator (ikke vist). Kamrene

la - ln er innbyrdes adskilt ved hjelp av skillevegger 16 samt plenum-kamre 4oa - 4on, som er utstyrt med enveis-innløpsventiler42a- 42n samt enveis utløpsventiler 43b - 43n for å tillate luft å strømme gjennom konstruksjonen i serie fra kammeret la til kammeret ln. Hvert plenum-kammer 4oa - 4on er på baksiden forbundet med en plenum kanal 5o, som i sin tur strekker seg akter-over og nedover til et nivå under sjøens overflate, for derved å . opprettholde et utjevningstrykk, samtidig som vedkommende kanal også strekker seg langs konstruksjonens lengderetning for forbindelse med turbinkanalen 18, slik som vist i fig. 3a<p>g 4. Avstengningsventiler 51 er anordnet langs plenum kanalen 5o i stilling mellom hvert par av tilstøtende kamre lb,- ln. Den konstruksjon som er vist i fig. 3, ér forøvrig lik den som er vist i fig. 1 i det forhold-at den er utstyrt med flytetanker 2 og 3 på henholdsvis■forsiden og aktersidenl

I drift med avstengningsventilene 51 lukket og de innkommende

bølger i retning av pilen B i fig. 3a, vil sjøvann-nivået i kamrene la - ln svinge med generator konstruksjonens bevegelse og bølge-bevegelsene på sjøoverflaten, og i fig. 3 er det midlere vann-

nivå vist i hver av kamrene la - ln. Når vann-nivået synker, vil det trekkes inn luft i kammeret la gjennom innløpsventilen 14.

Når så nivået atter stiger, vil luft bli støtt ut under trykk '

fra kammeret la gjennom innløpsventilen 42a i >plenum-kammeret 4oa og det avsnitt av plenum-kanaleh 5o mellom lukkede avstengningsventiler 51 som nevnte plenum-kammer 4oa er forbundet med. Når sjø-vann-nivået atter faller, og suger inn ny luft i kammeret la, vil luften under trykk i plenum-kammeret 4oa strømme inn i kammeret lb gjennom utløpsventilen 43b, idet trykktilstånden av denne luft presser ned det midlere vann-nivå i kammeret lb under nivået i kammeret la. Rekkefølgen av samlet 'overføring av luft fra et kammer til et annet gjennom mellomliggende plenum-kamre 4oa - 4on fortsetter langs hele rekken av seriekoblede kamre la - ln med økning av luft-trykket langs seriekoblingen, inntil trykkluften fra kammeret ln støtes ut i plenum-kammeret 4on og derfra inn i plenums-kanalen 5o samt gjennom turbinen 17 ved et høyere luftrykk enn det som kan oppnås ved parallell-koblede kamre.

Den seriekobling som er vist i fig. 3, er særlig fordelaktig når

den innkommende bølge-effekt synker under et nivå som innebærer at den luft turbin 17 som anvendes i forbindelse med den viste parallell kobling i fig. 1 og la vil arbeide utenfor sitt mest effektive arbeidsområde. Den viste seriekobling kan omformes til en parallell kobling av samme art som beskrevet i forbindelse med fig. 1 og la ved åpning av ventilene 51 og lukking av ventilene 43b - 43n ved anvendelse av passende omkoblingsutstyr (ikke vist). Ved et sådant serie/parallell arrangement 'kan parallell koblingen av kamrene la - ln anvendes ved høyt effektnivå for de innkommende bølger,

men kobles om av nevnte omkoblingsutstyr til en seriekobling av kamrene la - ln ved lavt effektnivå for de innkommende bølger. Kombinasjoner av delvis seriekobling og delvis parallell kobling gjennom foreliggende konstruksjon kan også oppnås ved hensiktsmessig valg av ventiler 51 og 43b - 43n for åpning, eller lukking av omkoblingsutstyret.

Skjønt foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i for-

bindelse med drift av en enkelt luft turbin, kan flere turbiner anvendes i samsvar med mengde og trykk av den luft som avgis av konstruksjonen. Andre arbeidsgasser kan også anvendes, f.eks.

i det tilfelle vedkommende gass skal bibeholdes i lukket strømnings-krets, idet utløpsgass fra turbinen overføres til kamrenes inn-løpskanal. Alternative utformninger av flytetankene 2 og 3 kan anvendes for tilpasning til spesielle utførelser.

De konstruksjoner som er vist i fig. 1-4,'kan f.eks. utføres

i metall eller armert betong, som f.eks. er forsterket av armerings-jern eller glassfibre.

i

Den forreste flytetank 2 som er vist i fig. 1,2,3a og 4, er konstruert slik at dens forside, som de innkommende bølger faller inn mot, skråner nedover og utover bort fra den flytende generator-konstruksjons fribord i en retning mot de innkommende bølger,

idet det er funnet at en sådan skråstilling av konstruksjonens forside nedsetter de bølgekrefter som virker på konstruksjonen.

Det vil forstås at anordninger i henhold til oppfinnelsen vanlig-vis vil bli holdt på plass ved hjelp av fortøyningsinnretninger (ikke vist).

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med utvinning av elektrisk energi fra bølgekraft, kan luft turbinen 17 også anvendes for drift av en mekanisk innretning, f.eks. en pumpe, med det formål å utlede hydraulisk eller pneumatisk effekt fra bølgekraft, eller den kan erstattes med annet hensiktsmessig mekanisk utstyr, slik som for éksempel en resiproserende luft-maskin for utvinning av effekt fra den tilførte arbeidsgass under trykk. Alternativt kan foreliggende anordning utføres for å virke som bølgebryter, ved å utelate turbinen 17 samt turbinkanalen 18

i fig. 1-4 samt å velge dimensjonene av åpningen lo slik at det oppnås størst mulig energitap for den gass som strømmer ut gjennom åpningen, hvorved en del av den opptatte bølge-energi forbrukes.

I en bølgebryter med parallell koblede kamre 1 er det f. eks.

hensiktsmessig med et forhold mellom åpningstverrsnittet Og summen av kamrenes tverrsnitt på mellom — og —

loo 2oo<*>

Claims (6)

1. Anordning for utvinning av energi fra bølger på en væskeoverflate hvorpå anordningen ér innrettet for å flyte, karakterisert ved at anordningen omfatter et antall kamre (1, la ln) som hver er innrettet for sammentrykning og utstøting av en arbeidsgass under påvirkning av en væskesøyle som er anordnet for å bringes i svingning av bølgebevegelsene; utstyr (8) for oppsamling av nevnte sammentrykte arbeidsgass fra kamrene (1, la ln) samt mekaniske organer (lo, 17) som den opptatte arbeidsgass overføres til for utvinning av energi fra den sammentrykte arbeidsgass og dermed fra nevnte bølger.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at kamrene '(la ln) er anordnet for sammenkobling i serie, såle'des at nevnte kamre også utgjør utstyr for oppsamling av den sammentrykte arbeidsgass og overføring av nevnte gass under trykk til mekaniske organer (lo, 17), idet kamrene er anordnet slik at sammentrykt gass fra hvert kammer (la ln) videreføres til et inntil-liggende kammer langs nevnte seriekobling av kammeret.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte oppsamlingsutstyr (8) omfatter en felles kanal (8) hvori hvert kammer (1) er anordnet for å avgi sammentrykt arbeidsgass, og nevnte kanal (8) kobler sammen kamrene (1) i en parallell kobling.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at kanalen (8) er utstyrt med organer (9, 2o) for påføring av en utjévningskraft på den sammentrykte arbeidsgass, f6r derved å oppnå utjevning av trykk-fluktuasjoner■i nevnte sammentrykte arbeidsgass.

5. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at forenden (2) av anordningen har en flate anordnet skråstilt mot innkommende bølger, idet nevnte flate er utført for skråning nedover og utover bort fra anordningens fribord i en retning mot de innkommende bølger, således at bølgenes kjede-og senkekraft på anordningen reduseres.

6. Anordning som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at anordningen omfatter en bølgebryter og nevnte mekaniske-organer (lo) er utstyrt med minst en åpning (lo) valgt slik at energitapet av den sammentrykte arbeidsgass som strømmer ut gjennom nevnte åpning for-bruker noe av den mottatte bølge-energi.