FI128179B - Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi - Google Patents

Abstract

Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi, joka laitteisto käsittää ainakin yhden tai useamman nesteeseen sijoitetun liikkujan (2), energiantuotantolaitteiston (3) ja niihin yhdistetyn voimanvälityselimen (12). Energiaa tuotetaan liikuttamalla liikkujia (2) olennaisesti pystysuunnassa säätämällä liikkujien nostetta.

Description

MENETELMÄ JA LAITTEISTO ENERGIAN TUOTTAMISEKSI

KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitetty menetelmä ja patenttivaatimuksen 7 johdanto-osassa 5 esitetty laitteisto energian tuottamiseksi. Keksinnön mukaisesta menetelmästä ja laitteistosta käytetään jatkossa tässä hakemuksessa myös yhteisnimitystä keksinnön mukainen ratkaisu. Ratkaisussa hyödynnetään kaasun/ilman tilavuuden muutosta ja siitä johtuvaa noste-eroa nesteessä/vedessä.

KEKSINNÖN TAUSTA JA TUNNETUN TEKNIIKAN ONGELMAT

Nykyisen elintapamme/-tasomme on mahdollistanut energian halpa hinta ja saatavuus, mutta halpojen energiaratkaisujen ongelmana on aina luonnon eriasteinen hyväksikäyttö ja luonnon saas15 tuminen. Kivihiili kaivetaan maasta suurista kaivoksista, joiden vaikutus ympäristöön on merkittävä. Kivihiilen poltto tuottaa merkittäviä hiilidioksidipäästöjä, joiden on todettu olevan syyllinen ilmastonmuutokseen. Öljyn poraaminen merestä on lisääntynyt, kun on jouduttu etsimään uusia esiintymiä en20 tisten ehtyessä. Merenpohjasta poraamalla tuotettu öljy on kallista ja siinä prosessissa on myös suuri ympäristökatastrofin uhka. Fossiilisten energialähteiden huonoihin puoliin kuuluu niiden rajallinen saatavuus, ympäristön tuhoutuminen ja ilman saastuminen. Siksi on luonnollista hakea uusia, vähemmän 25 saastuttavia ja uusiutuvia ratkaisuja energian tuotantoon.

Tällaisia vähemmän saastuttavia ja uusiutuvia ratkaisuja ovat tunnetusti esimerkiksi tuulivoima ja aurinkovoima. Näissä molemmissa on kuitenkin se ongelma, että ne ovat riippuvaisia 30 sääolosuhteista. Tuulivoimala vaatii toimiakseen tuulta ja aurinkovoimala auringonvaloa. Tästä johtuen voimaloita ei voida käyttää jatkuvasti täydellä teholla. Lisäksi tuulivoimalat ja aurinkovoimalat vaativat runsaasti maapinta-alaa. Tuulivoimaloita ei voida myöskään sijoittaa kovin lähelle asutusta, koska niiden aiheuttama ääni häiritsee ihmisiä.

Yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 2006/017292 AI on esitetty ratkaisu, jossa energiaa tuotetaan kahden nesteeseen sijoitetun liikkujan avulla säätämällä liikkujien nostetta. Tämä ratkaisu on kuitenkin paljon monimutkaisempi kuin keksinnön mukainen ratkaisu.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laitteisto, joiden avulla voidaan tuottaa puhdasta ja uusiutuvaa energiaa riippumatta olosuhteista, kuten sääolosuh15 teista, tilanrajoituksista, auringonpaisteesta, vuorokaudenajasta tai muista muuttujista. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Vastaavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patentti20 vaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön muille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa .

20185983 prh 16 -07- 2019

KEKSINNÖN SELOSTUS

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tuotetaan energiaa nesteessä, kuten esimerkiksi merialueella vedessä kahden toisiinsa kiinnitetyn vedenalaisen, pystysuuntaan (vertikaalisesti) toimivan liikkujan avulla. Liikkujat on kytketty toisiinsa jonkinlaisella voimanvälityselimellä, kuten esimerkiksi vaijerin kaltai30 sella punoksella, köydellä, liinalla tai jollain muulla tarkoitukseen sopivalla elimellä. Voimanvälityselimen tehtävänä on välittää liikkujien liike-energia liikkujien väliin kytketylle energiantuotantolaitteistolle. Liikkujat pääsääntöisesti liikkuvat vastavaiheisesti toisiinsa nähden voimanvälityselimen rajoittamana ja siksi ne nousevat ja laskevat vuorotellen nosteen ja painovoiman vaikutuksesta. Liikkujien nousua ja laskua oh5 jataan liikkujien nostetta muuttamalla niissä olevien venttiilien kautta virtaavien kaasun ja nesteen, kuten esimerkiksi ilman ja veden määrää säätämällä.

KEKSINNÖN EDUT

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on se, että sillä pystytään tuottamaan energiaa ympäristöystävällisesti. Etuna on lisäksi se, että ratkaisu ei ole riippuvainen sääolosuhteista, kuten tuulesta tai auringonvalosta. Etuna on myös se, että energiaa tuottava laitteisto voidaan sijoittaa veden alle, esimerkiksi 15 mereen kauas rannasta, jolloin se ei vie maapinta-alaa eikä häiritse rannikon lähellä olevaa vesialuetta. Tällöin laitteisto ei myöskään aiheuta ihmisiä häiritseviä ääniä eikä muutenkaan häiritse ihmisiä, esimerkiksi visuaalisesti. Etuna on myös se, että keksinnön mukainen laitteisto voidaan sijoittaa 20 myös kuivalle maalle, vanhaan nesteellä täytettyyn kaivokseen tms .

20185983 prh 16 -07- 2019

KUVIOLUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti yhden sovellutusesimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio esittää kaaviomaisesti keksinnön suunnanvaihtotilassa ja mukaista laitteistoa kuvio esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista laitteistoa energiantuotantotilassa.

20185983 prh 16 -07- 2019

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen laitteisto suunnanvaihtotilassa. Laitteistoon 1 kuuluu kaksi liikkujaa 2, jotka 5 on yhdistetty toisiinsa voimanvälityselimellä 12, kuten köydellä, punoksella, liinalla tai muulla tarkoitukseen sopivalla elimellä. Voimanvälityselin 12 on järjestetty välittämään liikkujien 2 liike-energia energiantuotantolaitteistolle 3, joka on esimerkiksi sähkögeneraattori. Energiantuotantolait10 teistoon 3 on liitetty kompressori 4 ja reservipainesäiliö 4A.

Reservipainesäiliö 4A on järjestetty täytettäväksi kompressorilla 4, joka saa käyttövoimansa energiantuotantolaitteistolta

3. Kompressori 4 voi saada käyttövoimansa tai osan siitä myös joltain muulta energialähteeltä. Kompressori 4 on järjestetty täyttämään reservipainesäiliötä 4A myös silloin, kun liikkujat 2 eivät ole yläkuolokohdissaan. Kompressori 4 on järjestetty toimimaan niin jatkuvasti kuin mahdollista täyttäen reservipainesäiliötä 4A.

Liikkujat 2 ovat tässä sovellutusesimerkissä suorakulmaisen särmiön kaltaisia säiliöitä, jotka on valmistettu esimerkiksi standardinmukaisista merikonteista. Liikkujat 2 käsittävät paineensäätöventtiileillä 10 varustetut painesäiliöt 5 liikkujien sisätilat eli nosteensäätötilat 8 ja niihin liittyvät nosteen25 säätöventtiilit 6, 7.

Liikkujat 2 on kiinnitetty tukirakenteeseen 11, johon kuuluu olennaisen pystysuorat johteet 11A, jotka on järjestetty ohjaamaan liikkujia, kun ne kulkevat pystysuunnassa ylös ja alas.

Liikkujat 2 ovat vuoroin suunnanvaihtotilassa ja energiantuotantotilassa. Kuvion 1 tilanteessa liikkujat ovat suunnanvaihtotilassa ja ensimmäinen liikkuja on alakuolokohdassaan ja toinen liikkuja on yläkuolokohdassaan. Ensimmäisen liikkujan

20185983 prh 16 -07- 2019 nosteensäätötila 8 on vedellä täytettynä ja paineensäätöventtiili 10 on suljettuna. Suunnanvaihtotilassa liikkujat 2 ovat olennaisesti paikoillaan sen aikaa, kun yläkuolokohdassa olevan liikkujan painesäiliötä täytetään. Suunnanvaihtotilasta ensimmäinen liikkuja siirtyy energiantuotantotilaan, kun paineensäätöventtiilin 10 kautta päästetty kaasu syrjäyttää nesteen nosteensäätötilassa 8 ja siten aiheuttaa liikkujalle riittävän suuren nosteen ja siten ylöspäin suuntautuvan liikkeen. Toisen liikkujan venttiilit 6, 7 ovat suljettuina ja reservipainesäiliö 4A on liitettynä painesäiliöön 5, joka on järjestetty täytettäväksi reservipainesäiliöstä 4A paineistetulla kaasulla, kuten paineilmalla. Painesäiliö 5 on järjestetty täytettäväksi sellaisella määrällä kaasua, joka on riittävä nostamaan liikkuja 2 alakuolokohdastaan yläkuolokohtaansa. Tätä varten laitteistossa on mittaus- ja ohjausvälineet painesäiliön 5 kaasun paineen mittaamiseksi ja täyttömäärän kontrolloimiseksi. Kun painesäiliö 5 on täytetty haluttuun paineeseen, laitteisto on järjestetty siirtymään energiantuotantotilaan, jolloin liikkujan 2 venttiilit 6, 7 on järjestetty avautumaan ja siten vähentämään liikkujan 2 nostetta päästämällä nosteensäätötilasta 8 kaasua venttiilin 7 kautta ulos ja sitä korvaavaa nestettä nosteensäätötilaan 8 venttiilin 6 kautta. Ensimmäisen liikkujan siirtyminen energiantuotantotilaan alakuolokohdassaan on järjestetty siten, että nosteensäätötila 8 on järjestetty lisäämään liikkujan nostetta siten, että paineensäätöventtiilin 10 kautta päästetään painesäiliöstä kaasua nosteensäätötilaan 8 ja nestettä ulos nosteensäätötilasta 8 venttiilin 6 kautta.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista laitteistoa energiantuotan30 totilassa. Kuvion 2 tilanteessa ensimmäinen liikkuja liikkuu ylöspäin ja toinen liikkuja alaspäin. Liikkujien 2 noste on järjestetty säädettäväksi nosteensäätötiloissa 8 olevan kaasun ja veden määrällä. Kuvion 2 tilanteessa ensimmäisen liikkujan pohjassa olevan venttiilin 6 kautta poistuu nestettä, kun

20185983 prh 16 -07- 2019 painesäiliö 5 syöttää nosteensäätötilaan 8 kaasua avatun painesäiliöventtiilin 10 kautta. Tällöin liikkujan 2 nosteensäätötilassa 8 olevan kaasun tilavuus kasvaa, jolloin myös noste kasvaa.

Toinen liikkuja menettää nostettaan, kun siinä olevat venttiilit 6 ja 7 on avattu ja nosteensäätötilaan 8 virtaa nestettä venttiilin 6 kautta ja kaasua virtaa ulos nosteensäätötilasta venttiilin 7 kautta. Liikkujien liikkuessa voimanvälityselin 10 12 välittää liikkujien liike-energian energiantuotantolaitteistolle 3, joka on esimerkiksi sähkögeneraattori, hydraulipumppu, kompressori tai joku muu tarkoitukseen sopiva laitteisto. Energiantuotantotilaan siirryttäessä alaspäin liikkumaan lähtevän toisen liikkujan nosteensäätötila 8 on järjes15 tetty täytettäväksi nesteellä niin nopeasti kuin mahdollista.

Keksinnön mukaisella menetelmällä tuotetaan energiaa siten, että liikkujien 2 nostetta muutetaan nosteensäätötilan sisällä olevalla kaasun ja nesteen määrällä, jolloin liikkujat liik20 kuvat nesteessä pystysuunnassa ja tästä liikkeestä syntynyttä liike-energiaa otetaan talteen energiantuotantolaitteiston avulla. Menetelmässä on kaksi jatkuvasti vuorotellen tapahtuvaa toimintatilaa, suunnanvaihtotila, jossa liikkuja voi olla yläkuolokohdassa tai alakuolokohdassa, ja energiantuotanto25 tila, jossa liikkuja on liikkeessä joko ylös tai alas. Liikkujat voivat kuitenkin pysähtyä suunnanvaihtotilan ja energianvaihtotilan vaihtuessa.

Suunnanvaihtotilassa liikkujan 2 ollessa yläkuolokohdassaan 30 sen painesäiliöön 5 syötetään kaasumäärä, joka on riittävä täyttämään nosteensäätötila 8 kaasulla, kun liikkuja 2 on yläkuolokohdassaan. Kaasu syötetään painesäiliöön 5 kompressorin 4 avulla tai reservipainesäiliöstä 4A. Siirtyminen energiantuotantoinaan yläkuolokohdassa tapahtuu avaamalla venttiilit 6 ja 7 liikkujan 2 nosteen pienentämiseksi ja siten täyttämällä nosteensäätötila 8 nesteellä, kuten vedellä. Kaasun poistuessa nosteensäätötilasta 8 liikkujan noste pienenee ja liikkuja vajoaa alaspäin ja siihen liitetty voimanvälityselin 12 välittää 5 liikkujan 2 vajoamisesta syntyvän liike-energian energiantuotantolaitteistolle 3. Saavutettuaan alakuolokohtansa liikkuja 2 siirtyy takaisin suunnanvaihtotilaan, jossa venttiili 7 suljetaan. Suunnanvaihtotilasta takaisin energiantuotantotilaan liikkuja 2 siirretään lisäämällä liikkujan 2 nostetta poista10 maila nestettä nosteensäätötilasta 8. Nosteensäätötilasta 8 poistuu nestettä venttiilin 6 kautta, kun painesäiliö 5 syöttää venttiilin 10 kautta kaasua poistuvan nesteen tilalle. Kaasun kasvanut tilavuus nosteensäätötilassa 8 lisää liikkujan 2 nostetta ja aiheuttaa liikkujan 2 liikkeen ylöspäin, kohti ylä15 kuolokohtaa. Yläkuolokohdassaan liikkujan prosessi alkaa uudestaan alusta ja liikkujan painesäiliö 5 täytetään jälleen riittävällä kaasumäärällä kompressorilla 4 tai reservipainesäiliöstä 4A.

20185983 prh 16 -07- 2019

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa liikkujat toimivat itsenäisesti, mutta voimanvälityselimen asettamien rajojen puitteissa. Keksinnön mukainen laitteisto voi käsittää lisäksi myös kiristysvälineet, joiden avulla voimanvälityselin pidetään tarpeeksi kireällä. Kiristysvälineet voivat perustua esi25 merkiksi jonkinlaiseen punnusratkaisuun tai jousiratkaisuun.

Edullisesti ratkaisussa käytettävä neste on vettä ja kaasu ilmaa ja laitteisto on sijoitettu mereen tai johonkin muuhun vesistöön.

Energiantuotantolaitteiston 3 avulla voidaan ohjata alaspäin liikkuvan liikkujan nopeutta. Esimerkiksi liikkujan lähestyessä alakuolokohtaa nopeutta hidastetaan, jotta liikkujan pysähtyminen alakuolokohtaan tapahtuu hallitusti, jolloin laitteiston rakenteet eivät rasitu tai vahingoitu.

Alan ammattimiehelle on selvää, ettei keksintö rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voi vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä 5 esimerkiksi jotkin rakenneratkaisut voivat olla erilaisiakin kuin edellä on esitetty. Esimerkiksi liikkujan pohja voi olla avoin eikä siinä esitettyä venttiiliä tarvita tai reservipainesäiliö voi olla korvattu kompressorin ajoittaisella käytöllä.

Alan ammattimiehelle on myös selvää, että liikkuja voi olla erilainenkin kuin suorakulmaisen särmiön kaltainen säiliö.

Edullisesti liikkuja on virtaviivaisen muotoinen, jotta liikkuja ei muodosta haitallisia virtauksia nesteessä.

Alan ammattimiehelle on lisäksi selvä, että laitteisto voidaan rakentaa muuallekin kuin vesistöön. Laitteisto voidaan rakentaa esimerkiksi maan päälle tai kaivokseen, kunhan keksinnön mukaiset rakenteet ja vaatimukset täyttyvät.

Claims (13)

1. PATENTTIVAATIMUKSET

   1. Menetelmä energian tuottamiseksi, joka menetelmä käsittää ainakin yhden tai useamman nesteeseen sijoitetun nosteensää-

   5 tötilalla (8) varustetun liikkujan (2), energiantuotantolaitteiston (3) ja niihin yhdistetyn voimanvälityselimen (12), ja jossa menetelmässä liikkujien (2) nostetta säädetään kaasun ja nesteen avulla liikkujien (2) liikuttamiseksi yläkuolokohdan ja alakuolokohdan välillä, ja kunkin liikkujan (2) nos10 teensäätötilan (8) kaasun ja nesteen määrää säädetään nosteensäätötilan (8) yhteyteen sovitetun painesäiliön (5) avulla, ja että energiaa tuotetaan liikuttamalla liikkujia (2) Pystysuunnassa säätämällä liikkujien nostetta tunnettu siitä, että suunnanvaihtotilassa yläkuolokohdassa olevan liikkujan

   15 painesäiliötä (5) täytetään kaasulla.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikkujat (2) toimivat itsenäisesti ja voimanvälityselimen (12) asettamien rajojen puitteissa.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voimanvälityselimen (12) kireyttä säädetään kiristysvälineiden avulla.

   25
4. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään kahta liikkujaa, jotka ovat vuoroin energiantuotantotilassa ja suunnanvaihtotilassa, ja että energiantuotantotilassa liikkujat liikkuvat pystysuunnassa tuottaen energiaa ja suunnanvaihtotilassa liikkujat

   30 ovat paikallaan joko yläkuolokohdassa tai alakuolokohdassa.
5. 5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yläkuolokohdassa oleva liikkuja (2) saatetaan suunnanvaihtotilasta energiantuotantotilaan, eli liikkumaan alaspäin, alkamalla täyttää nosteensäätötilaa (8) nesteellä.
6. 6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetel-

   5 mä, tunnettu siitä, että alakuolokohdassa oleva liikkuja (2) saatetaan suunnanvaihtotilasta energiantuotantotilaan, eli liikkumaan ylöspäin, alkamalla täyttää nosteensäätötilaa (8) kaasulla.

   20185983 prh 03 -07- 2019

   10
7. 7. Laitteisto energian tuottamiseksi, joka laitteisto (1) käsittää ainakin yhden nesteeseen sijoitetun liikkujan (2), energiantuotantolaitteiston (3) ja niihin yhdistetyn voimanvälityselimen (12), ja liikkujan (2) yhteyteen on sovitettu painesäiliö (5), nosteensäätötila (8) ja niiden väliin lii15 tetty venttiili (10), jonka avulla kaasun ja nesteen määrä nosteensäätötilassa (8) on järjestetty muutettavaksi, tunnettu siitä, että laitteistoon (1) kuuluu kompressori (4), joka on järjestetty tuottamaan paineistettua kaasua liikkujaan (2) sovitettua painesäiliötä (5) varten.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kompressori (4) on järjestetty täyttämään liikkujaan (2) sovitettua painesäiliötä (5) kaasulla.

   25
9. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kompressori (4) on järjestetty täyttämään liikkujaan (2) sovitettua painesäiliötä (5) liikkujan (2) ollessa yläkuolokohdassaan.

   30 10. Patenttivaatimuksen 7, 8 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nosteensäätötilan (8) yläosan yhteyteen on sovitettu venttiili (7), jonka avulla nosteensäätötila (8) on järjestetty tyhjennettäväksi kaasusta, ja että nosteensäätötila (8) on järjestetty täytettäväksi nesteellä liikkujan (2) alaosaan sovitetun venttiilin (6) kautta tai liikkujan (2) avoimen pohjan kautta.

   11. Patenttivaatimuksen 7-10 mukainen laitteisto, tunnettu

   5 siitä, että laitteisto käsittää olennaisen pystysuorat johteet (11A), jotka on järjestetty ohjaamaan liikkujia (2), kun ne kulkevat pystysuunnassa ylös ja alas.

   12. Patenttivaatimuksen 7-11 mukainen laitteisto, tunnettu
10. 10 siitä, että laitteisto käsittää kiristysvälineet voimanvälityselimen (12) kireyden säätämiseksi.
11. 13. Patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon (1) kuuluu reservipainesäiliö (4A) ,
12. 15 jota kompressori (4) on järjestetty täyttämään, ja että painesäiliö (5) on järjestetty täytettäväksi reservipainesäiliöstä (4A) paineistetulla kaasulla.