FI108126B - Laitteisto veden siirtämiseksi - Google Patents

Description

LAITTEISTO VEDEN SIIRTÄMISEKSI 108126 5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen vesialueella, kuten esim. järvessä tai meressä sijaitseva aaltovoimalla toimiva vedensiirtolaitteisto suolapitoisuuden ja/tai lämpötilan perusteella kerrostuneen veden siirtämiseksi, erityisesti happikatoon alttiin alaveden D siirtämiseksi vesialueen hapekkaampiin kerroksiin A-C.

10 Tämän keksinnön yhteydessä pohjan E läheisyydessä olevasta happikatoon alttiista alakerroksesta käytetään tunnusta D, happirikkaasta pintakerroksesta eli tuotantokerroksesta tunnusta A, tuotantokerroksella tarkoitetaan sellaista vesikerrosta, jossa auringonvalon vaikutuksesta tapahtuva yhteyttäminen on mahdollista ja 15 tuotantokerroksen alarajaa tunnuksella B, C:llä tarkoitetaan tuotantokerroksen alarajan B alapuolella olevaa hapekasta välikerrosta, joka rajoittuu pohjaa kohti mentäessä hapettomuuteen alttiiseen alakerrokseen D.

Tähän laitteistoon kuuluu kelluke, kuten pönttööni, vedensiirtoputki ja yksi yksisuuntais-20 venttiili, kuten läppäventtiili, sekä yläelementti, johon kuuluu kelluke.

• · <

Tunnetaan ratkaisuja, joissa aaltovoiman avulla siirretään vesialueen pinnan lähellä olevaa vettä vesialueen pohjan läheisyyteen. On tunnettua, että aaltovoimalla toimivissa vesialueen hapetuslaitteistoissa vesi siirretään pohjalle yhden vaiheen pumppauksella ja että 25 pumppauslaitteisto sijaitsee lähellä pintaa. Perinteinen tapa kiinnittää aaltovoimaan perus-• tuvia laitteistoja paikoilleen, on ankkuroida kyseinen laitteisto suoraan pohjaan kiinni.

Eräs tällainen ratkaisu on esitetty patenttijulkaisussa SE 455 418. Tässä ratkaisussa ei itse kelluketta ole suoraan kiinnitetty vesialueen pohjaan, vaan koko laitteisto on kiinnitetty vedensiirtoputken alaosastaan pohja-ankkuriin. Tässä ratkaisussa vedensiirtoputken on 30 oltava jäykkä, sillä se ei saa pullistua sisällään kulkevan, vesialueen pohjalle pumpattavan veden vaikutuksesta. Siirtoputkeen sitoutuu tällöin, sen jäykkyydestä johtuen myös yli- 2 108196 määräistä massaa, joka vaikuttaa kellukkeen kelluntaominaisuuksiin ja siten samalla rajoittaa sen kykyä välittää aaltoenergiaa itse veden pumppaukseen. Eräitä muita tapoja pumpata vettä aaltovoiman avulla on esitetty esim. patenttijulkaisuissa US 4,326,840 ja US 5,329,497. Julkaisussa US 4,326,840 esitetty ratkaisu perustuu aaltoliikkeen ja jousi-5 voiman vuorottaiseen vaikutukseen. Tässä ratkaisussa pumppauslaitteiston alaosan muodostaa pituussuunnassaan jousimaisesti käyttäytyvä putki, jonka sisällä vesi virtaa. Tähän laitteistoon, sen yläosaan kuuluva mäntä pysyy pumppaustapahtuman aikana paikoillaan.

Patenttijulkaisussa US 5,329,497 on esitetty ratkaisu, joka myös perustuu joustavaan 10 pumppauselementtiin. Näissä molemmissa US-julkaisuissa esitetyt ratkaisut perustuvat siten kellukkeen ja jonkin elastisen pumppauselimen vuorovaikutukseen. Sellaiset tunnetut hapetuslaitteistot, jotka ovat sähkökäyttöisiä, joudutaan puolestaan tähän käyttövoimaan liittyvistä rajoituksista johtuen sijoittamaan joko pieniin vesialueisiin tai muuten lähelle rantaa; kuitenkin varsin rajallisen matkan päähän lähimmästä sähköpisteestä.

15

Keksintömme tarkoituksena on aikaansaada ratkaisu, jonka avulla voidaan välttää tunnettuun tekniikkaan liittyviä epäkohtia ja samalla aikaansaada parannettu laitteisto veden siirtämiseksi aaltovoiman avulla vesialueen alakerroksesta D ylöspäin. Keksintömme tarkoituksena on aikaansaada myös ratkaisu, joka on täysin uudentyyppinen ja tarjoaa taloudelli-20 sesti ja teknisesti aiempaa paremman tavan siirtää vettä aaltovoiman avulla vesialueen ala-.. kerroksesta D yl öspäin.

Nämä päämäärät saavutetaan niiden keksinnön tunnusomaisten piirteiden avulla, jotka käyvät pääasiassa ilmi oheisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosista.

25 .. Keksintömme mukaisen ratkaisun perusperiaatteena on siirtää vesialueella, kuten järven tai merialueen pohjan läheisyydessä olevaa hapettomuuteen altista vettä ylöspäin kohti hapekkaampia vesikerroksia. Purkautuminen vapaaseen vesitilavuuteen tapahtuu jossakin alakerroksen D yläpuolella olevassa kerroksessa. Edullisesti tämä purkautuminen 30 tapahtuu tuotantokerroksen alarajan B alapuolella olevassa vesitilassa.

3 108126

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa alapumppauselementti on jäykkä ja kiinteästi pohjaan sijoitettu.

Pohjan läheisyydestä ylöspäin suuntautuva vedensiirtoputki on vaakasuorassa suunnassa 5 joustava, mutta ei kuitenkaan olennaisesti kokoonpainuva. Keksintömme mukainen laitteisto voidaan konstruoida kevytrakenteiseksi, jolloin se saadaan toimimaan myös silloin, kun aallonväli (= aallonhuippujen väli) on pieni. Keksintömme mukainen laitteisto toimii siten hyvin myös pienillä vesialueilla, kuten lammikoissa ja pienissä järvissä, joissa aallonväli on usein pieni. Sähköllä toimiviin hapetuslaitteistoihin nähden keksintömme mu-10 kaiseen laitteistoon ei liity sen sijaintipaikkaa rajoittavia tekijöitä. Se voidaan sijoittaa näin ollen niin rantojen läheisyyteen kuin vaikkapa avovesialueelle, kuten suurten järvien selille tai avomerelle.

Seuraavassa keksintömme mukaista laitteistoa hapettomuuteen alttiin alakerroksessa D 15 olevan veden siirtämiseksi aaltovoiman avulla ylöspäin selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jotka kuvaavat eräitä keksinnön mukaisia ratkaisuja, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa. Tässä kuvattuja ratkaisuja voidaan käyttää edullisesti esim. merialueilla tai sisävesillä.

20 Kuviossa 1 on esitetty eräs keksintömme mukainen sovellus, jossa on käytetty kartiomais-··;' ta poikkileikkaukseltaan ympyrän, nelikulmion tai vastaavan monikulmion muotoista kel luketta ja kuvioissa 2a ja 2b on puolestaan esitetty eräs toinen keksintömme mukainen ratkaisu, jossa kelluke on muodoltaan pitkänomainen.

25 · .Oheisessa kuviossa 1 on esitetty poikkileikkauskuva eräästä keksinnön mukaisesta laitteistosta.

Yläelementtiin 10 kuuluu kelluke 11, jonka yhteyteen on sovitettu tarvittaessa pyörin-30 tänivel 13. Kelluke 11 voidaan suunnitella siten, että se voidaan täyttää osittain vedellä ja laskea talveksi jäiden tieltä pohjaan ja keväällä vastaavasti nostaa ja tyhjentää vedestä.

108126 4

Riippuen kellukkeen 11 muodosta, on sen alaosan yhteyteen tai pyörintänivelen 13 alapuolelle sovitettu ankkuroinnin sivuttaiskiinnitysköydet 52, joiden toinen pää on kiinnitetty ankkurointipoijuihin 51. Ankkurointipoijuja on edullisesti vähintään kolme kappaletta.

5 Ankkurointielementti 50 koostuu paitsi edellä mainituista sivuttaiskiinnitysköysistä 52 ja ankkurointipoijuista 51, niin lisäksi pohja-ankkuriköysistä 53 ja pohja-ankkurista 54, joiden avulla laitteisto pidetään halutussa asemassaan veden virtaus- ja sääolosuhteista huolimatta. Keksintömme mukaisessa ratkaisussa on olennaisen tärkeää, että yläelementin 10 ja alapumppauselementin 30 muodostaman kokonaisuuden vapaata pystysuoraa liikkumis-10 ta rajoitettaisiin ja vaimennettaisiin mahdollisimman vähän. Perinteinen tapa ankkuroida tällainen kelluva laitteisto suoraan kellukkeesta pohjaan kiinni vaimentaa ja rajoittaa erityisesti aaltoenergiaan perustuvan laitteiston liikkumisvapautta ja -herkkyyttä pystysuorassa suunnassa olennaisesti. Tämän vuoksi syntyi idea kiinnittää keksintömme mukainen laitteisto pystysuunnassa joustavasti yläpäästään eli yläelementistä 10 kiinni ankku-15 rointielementtiin 50. Tällaisella järjestelyllä tietyn vaakasuoran liikkumavapauden omaavan yläelementin 10 sijainti kiinteästi paikoillaan olevaan alapumppauselementin 30 suhteen päällekkäin tai lähes päällekkäin saadaan varmistettua mahdollisimman hyvin.

Laitteistoon kuuluu lisäksi alapumppauselementti 30, johon kuuluu pohjaan E sijoitettava 20 jalusta 33, jonka yhteyteen on kiinteästi sovitettu runko 34, jossa rungossa on imuaukko .. 31, sekä rungon suhteen liikutettavissa oleva mäntä 36, jonka männän yhteyteen on sovitettu yksisuuntaisventtiili 39 sekä lisäksi joustava alasiirtoputki 40, jonka alasiirtoputken yläosaan on sovitettu yläpurkausaukko 43.

25 Männän 36 poikkipinta ja siten sen kokonaismassa ja tarvittava kellukkeen 11 nostevoima voidaan optimoida kulloisenkin käyttökohteen olosuhteiden mukaan, jolloin haluttu siirrettävän veden maksimitilavuusvirta saavutetaan.

Kartiomaista kelluketta 11 käyttämällä saadaan aikaiseksi yläelementin 10 herkempi aal-30 lokon pinnan seuraaminen verrattuna lieriömäiseen tai suorakulmaisesta särmiöstä valmistettuun kellukkeeseen. Tällä järjestelyllä, ts. kartiomaista kelluketta käyttämällä saavute- 5 108126 taan siten suurempi voiman muutos (noste) suhteessa vedenpinnan korkeuden muutoksiin verrattuna pystysuorassa suunnassa lieriömäiseen kellukkeeseen.

Perinteinen tapa kiinnittää aaltovoimaan perustuvia laitteistoja paikoilleen, on ankkuroida 5 kyseinen laitteisto suoraan pohjaan kiinni. Eräs tällainen tapa on esitetty patenttijulkaisussa SE 455 418. Tässä ratkaisussa ei itse kelluketta ole suoraan kiinnitetty vesialueen pohjaan, vaan koko laitteisto on kiinnitetty vedensiirtoputken alaosastaan pohja-ankkuriin. Muissa tunnetuissa kelluvissa pohjaveden hapetuslaitteistoissa on itse kelluke yleensä ankkuroitu suoraan ankkurivaijereiden avulla pohjaan kiinni. Tällöin veden siirtämiseksi 10 tarkoitettu laitteisto on konstruoitu itse kellukkeen päälle ja vedensiirtämisessä käytetty putki on konstruoitu jäykäksi. Tällaisten laitteistojen tarkoitus on pysyä mahdollisimman hyvin paikoillaan ja veden siirtämiseksi tarvittava voima saadaan aikaiseksi muulla tavalla kuin aaltövoiman avulla, esim. sähkömoottorin tai tuulienergian avulla. Näissä em. tunnetuissa ratkaisuissa laitteiston ja vedensiirtoputken pystysuora liikkuminen voi olla tällöin 15 jopa haitallista.

Alapumppauselementin 30 rungon 34 pystyosa ja mäntä 36 mitoitetaan käyttöpaikan maksimi aallonkorkeusvaihtelun ja vedenkorkeusvaihtelujen mukaan sopivaksi. Kelluke 11 on edullisesti muodoltaan sellainen, että sen vaakasuorassa suunnassa olevan '·-20 poikkileikkauksen pinta-ala olennaisesti kasvaa alhaalta ylöspäin tultaessa ainakin siltä .. osuudelta, mikä laitteiston normaalissa toiminnassa joutuu vedenpinnan alapuolelle.

Edullisesti kelluke on kartion tai katkaistun kartion muotoinen, jolloin sen terävämpi pää on suunnattu alaspäin. Kellukkeen 11 koko ja sen muoto, esim. kartiokkuus on sovitettu sellaisiksi, että ääritapauksissa, joissa koko kelluke 11 painuu kokonaan veden alle, ei 25 kellukkeen 11 noste silti riitä siirtämään alapumppauselementtiä 30 pois paikoiltaan.

·» t

Keksinnön mukaisen laitteiston toimintaa veden siirtämiseksi aaltovoiman avulla vesialueen pohjalta ylöspäin voidaan tehostaa muotoilemalla kelluke sopivasti, esim. kuvioiden 2a ja 2b mukaisesti pitkänomaiseksi siten, että sen pituus vedenpinnalla (kuvio 2a) on 30 olennaisesti suurempi kuin sen leveys (kuvio 2b), ts. se on muodoltaan edullisesti esim. veden pinnalla kelluvan puomin kaltainen. Itse kellukkeen poikkileikkaus noudattaa edul- c 108126 lisesti kuitenkin edellä mainittua kartiomaiseri kellukeratkaisun yhteydessä mainittua periaatetta, jonka mukaan kellukkeen vaakasuorassa suunnassa olevan poikkileikkauksen pinta-ala olennaisesti kasvaa alhaalta ylöspäin tultaessa ainakin siltä osuudelta, mikä laitteiston normaalissa toiminnassa joutuu vedenpinnan alapuolelle. Tällaisen pitkänomaisen kel-5 lukkeen leveys on edullisesti olennaisesti pienempi kuin kellukkeen sijoituspaikalla vaikuttavien aaltojen keskimääräinen väli ja edullisesti kellukkeen leveys on enintään n. puolet tästä keskimääräisestä aaltojen välistä. Tällöin vältytään siltä vaikutukselta, että liian leveä kelluke ei liikkuisikaan aaltojen liikkeen mukana ylös ja alas vaan aallot puskisivat sen lävitse, jolloin haluttua kellukkeen liikettä ei saataisi aikaan. Kelluke 11 on edullisesti 10 liitetty pyörintänivelen 13 välityksellä joustavaan välityselimeen 20. Pyörintänivel 13 on sovitettu edullisesti pitkänomaisen kellukkeen 11 pituussuuntaisen keskikohdan yhteyteen. Näin sovitettu pyörintänivel 13 sallii tällöin kellukkeen 11 vapaan liikkumisen tämän kiinnityskohdan suhteen. Kellukkeen 11 pituussuunta kääntyy siten helposti aaltojen suuntaiseksi ja asettuu tuulen suuntaan nähden kohtisuoraan suuntaan, jolloin se tehokkaasti 15 nousee ja laskee aaltojen liikkeen mukaisesti. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on tällaiseen pitkänomaiseen kellukkeeseen edullisesti liitetty kuvion 2a ja 2b mukainen tuulenoh-jain 12, joka pitää huolen siitä, että kellukkeen 11 pituussuunta asettuu aaltojen suuntaisesti ja samalla siis kohtisuoraan tuulen suuntaan nähden.

20 Apukellukkeisiin 51 voidaan haluttaessa sovittaa lisäenergialähteitä, kuten esim. aurinko-... paneeleja, joiden avulla esim. merenkulun turvallisuuden kannalta vaadittavat varoitusva lot saadaan pidettyä valaistuina.

Kuvioissa 2 on esitetty eräs toinen keksinnön mukainen ratkaisu. Tässä ratkaisussa 25 liikkeenvälityselimeen 20 kuuluu yläsiirtoputki 24, jonka sisällä on yksisuuntaisventtiili 23, sekä yläsiirtoputken alapäässä 29 purkausaukko 27, sekä yläsiirtoputken yläpäässä 28 imuaukko 22 ja että yläsiirtoputki on kiinnitettävissä yläpäästään 28 kellukkeen 11 yhteyteen ja alapäästään 29 alasiirtoputken yläpään 47 yhteyteen ja että yläsiirtoputken 24 alapään 29 ja alasiirtoputken yläpään 47 väliin on sovitettu virtauksen suuntauskappale 30 42, jonka virtauksen suuntauskappaleen avulla sekä yläsiirtoputkessa että alasiirtoputkessa virtaava vesi ovat suunnattavissa olennaisesti sivullepäin. Yläsiirtoputken 24 yhteyteen on 108126 7 sovitettu edullisesti ainakin yksi kannatinköysi 25. Tällaisella jäijestelyllä saadaan aaltovoimalla toimivan vedensiirtolaitteiston vaikutusta parannettua. Tällöin alakerroksesta D ylöspäin siirrettävän veden sekaan saadaan johdettua happirikasta vettä pintakerroksesta A. Nämä toisiinsa sekoitetut vesimassat johdetaan sitten välikerrokseen 5 C.

Kaikki imu- ja purkausaukot on edullisesti peitetty verkolla tai vastaavalla haitallisten esineiden, kuten roskien pitämiseksi poissa vedensiirtolaitteistosta.

10 Keksintöämme on selostettu edellä vain sen erään edullisena pidetyn toteutusmuodon avulla. Tällä ei ole luonnollisestikaan haluttu rajata esillä olevaa keksintöä ja kuten alan ammattimiehelle on selvää monet vaihtoehtoiset ja valinnaiset rakenne- ja muunnosvaihtoehdot ovat mahdollisia oheisten suojavaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa 15 >« ♦ ♦

Claims (12)

1. Vesialueella, kuten esim. järvessä tai meressä sijaitseva aaltovoimalla toimiva vedensiirtolaitteisto suolapitoisuuden ja/tai lämpötilan perusteella kerrostuneen veden siirtämiseksi, erityisesti happikatoon alttiin alaveden D siirtämiseksi vesialueen hapekkaampiin kerroksiin A - C, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu - yläelementti (10), j ohon kuuluu kelluke (11) j a 10. liikkeenvälityselementti (20), joka välittää aaltojen synnyttämän pystyliikkeen yläelementistä (10) alapumppauselementtiin (30) ja - ankkurointielementti (50), joka liittää kelluke-elementin (10) pohjaan (E) ja johon kuuluu ankkurointipoijut (51), sivuttaiskiinnitysköydet (52), pohja-ankkuriköysi (53) ja pohja-ankkuri (54), sekä 15. alapumppauselementti (30), johon kuuluu pohjaan (E) sijoitettava jalusta (33), jonka yhteyteen on kiinteästi sovitettu runko (34), jossa rungossa on imuaukko (31), sekä rungon suhteen liikutettavissa oleva mäntä (36), jonka männän yhteyteen on sovitettu yksisuuntaisventtiili (39) sekä lisäksi joustava alasiirtoputki (40), jonka läpi alapumppauselementin (30) pumppaama happikatoon alttiin alakerroksen (D) vesi nousee 20 alasiirtoputken yläosaan on sovitetun yläpurkausaukon (43) kautta ylempiin vesikerroksiin (A - C), edullisesti kerrokseen C.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedensiirtolaitteisto, tunnettu siitä, että 25 alapumppauselementtiin (30) kuuluu lisäksi edullisesti virtausohjain (32), sekä rungon (34) vierintärullat (35), männän (36) vierintärullat (37) ja männän (36) liikerajoitinelimet ·, (45,46).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vedensiirtolaitteisto, tunnettu siitä, että 30 alapumppauselementtiin (30) kuuluu lisäksi alasiirtoputken (40) yläosan yhteyteen sovitettu ripustuskappale (44), joka pitää joustavan alasiirtoputken (40) muodossaan. '08126 9

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vedensiirtolaitteisto, tunnettu siitä, että ripustuskappaleen (44) yhteyteen on edullisesti sovitettu alasiirtoputkessa (40) virtaavan veden virtauksen suuntaava suuntauskappale (42). 5

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen vedensiirtolaitteisto, tunnettu siitä, että alasiirtoputken (40) yhteyteen, alapumppauselementin (30) ja ripustuskappaleen (44) väliin on sovitettu edullisesti ainakin yksi kannatinköysi (41) kannattamaan alapumppauselementtiä (30).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kelluke (11) on muodoltaan sellainen, että sen vaakasuorassa suunnassa olevan poikkileikkauksen pinta-ala olennaisesti kasvaa alhaalta ylöspäin tultaessa ainakin siltä osuudelta, mikä laitteiston normaalissa toiminnassa joutuu vedenpinnan alapuolelle. 15

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kellukkeen (11) leveys on olennaisesti pienempi kuin kellukkeen (11) sijoituspaikalla vaikuttavien aaltojen keskimääräinen aaltojenvälin etäisyys, edullisesti kellukkeen leveys on enintään n. puolet tästä keskimääräisestä aaltojenvälin etäisyydestä. 20

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kellukkeen (11) pituus on olennaisesti suurempi kuin sen leveys ja että liikkeenvälityselimen (20) yhteyteen on sovitettu pyörintänivel (13).

8 108126

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kellukkeeseen (11) kuuluu lisäksi tuulenohjain (12), jonka avulla pitkänomaisen kellukkeen (11) suunta < voidaan helposti saattaa olennaisesti aaltojen suuntaiseksi.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 30 liikkeenvälityselin (20) on edullisesti köysi, kettinki, vaijeri tai jostakin sopivasta materiaalista oleva jäykkä tanko. 108126 ίο

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että t liikkeenvälityselimeen (20) kuuluu yläsiirtoputki (24), jonka sisällä on yksisuuntaisventtiili (23), sekä yläsiirtoputken alapäässä (29) purkausaukko (27), sekä 5 yläsiirtoputken yläpäässä (28) imuaukko (22) ja että yläsiirtoputki (24) on kiinnitettävissä yläpäästään (28) kellukkeen (11) yhteyteen ja alapäästään (29) alasiirtoputken (40) yläpään (47) yhteyteen ja että yläsiirtoputken (24) alapään (29) ja alasiirtoputken (40) yläpään (47) väliin on sovitettu virtauksen suuntauskappale (42), jonka virtauksen suuntauskappaleen avulla sekä yläsiirtoputkessa (24) että alasiirtoputkessa (40) virtaava 10 vesi ovat suunnattavissa olennaisesti sivullepäin

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen vedensiirtolaitteisto, tunnettu siitä, että yläsiirtoputken (24) yhteyteen on sovitettu edullisesti ainakin yksi kannatinköysi (25). n 108 ITS