FI20185134A1 - Method and apparatus for wave energy recovery - Google Patents
Method and apparatus for wave energy recovery Download PDFInfo
- Publication number
- FI20185134A1 FI20185134A1 FI20185134A FI20185134A FI20185134A1 FI 20185134 A1 FI20185134 A1 FI 20185134A1 FI 20185134 A FI20185134 A FI 20185134A FI 20185134 A FI20185134 A FI 20185134A FI 20185134 A1 FI20185134 A1 FI 20185134A1
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- energy
- transmission shaft
- transmission
- counterweight
- transfer member
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
- F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
- F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
- F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
- F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
- F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Abstract
Uppfinningen avser en lösning för återvinning av vågenergi, vilken lösning innefattar åtminstone ett energiöverföringsorgan (9a, 9b) innefattande en flottör (12) och en hävarm (2) för att flytta upp och ner med vågorna och en ekanism som innefattar en kraftöverföringsaxelns (4), en växellåda (15) och en generator (17) för att omvandla vågsenergin till elektrisk energi och i vilken lösning vågornas rörelseenergi överförs till kraftöverföringsaxelns (4) medelst energiöverföringsorganen (9a, 9b). Masscentrumet för energiöverföringsorganets (9a, 9b) förskjuts i kraftöverföringsaxelns (4) riktning.The invention relates to a wave energy recovery solution comprising at least one energy transfer means (9a, 9b) comprising a float (12) and a lever (2) for moving up and down with the waves and a mechanism comprising a power transmission shaft (4) , a gearbox (15) and a generator (17) for converting the wave energy into electrical energy and in which solution the motion energy of the waves is transmitted to the power transmission shaft (4) by means of the energy transfer means (9a, 9b). The center of mass of the energy transfer means (9a, 9b) is displaced in the direction of the power transmission shaft (4).
Description
MENETELMÄ JA LAITTEISTO AALTOENERGIAN TALTEEN OTTAMISEKSIMETHOD AND APPARATUS FOR RECOVERY OF WAVE ENERGY
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä aaltoenergian talteen ottamiseksi, sekä patenttivaatimuksen 7 johdanto-osassa määritelty laitteisto aaltoenergian talteen ottamiseksi.The invention relates to a method for recovering wave energy as defined in the preamble of claim 1, and to an apparatus for recovering wave energy as defined in the preamble of claim 7.
Keksinnön mukainen menetelmä sekä laitteisto aaltoenergian talteen ottamiseksi, jatkossa keksinnön mukainen ratkaisu, sopii erittäin hyvin käytettäväksi merten ranta-alueilla, missä muodostuu jatkuvaa tasaista aallokkoa. Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu korvaamaan erityisesti tuulivoimaratkaisuja hyvän hyötysuhteen, yksinkertaisen ja pienen rakenteen sekä helpon ja turvallisen ylläpidettävyyden ansiosta.The method according to the invention as well as the apparatus for recovering wave energy, hereinafter the solution according to the invention, are very well suited for use in coastal areas of the sea where a continuous flat wave is formed. The solution according to the invention is particularly suitable for replacing wind power solutions due to its good efficiency, simple and small structure and easy and safe maintenance.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa aaltojen liike-energia muunnetaan pyörimisliikkeeksi energiansiirtoelimillä, joissa olevat kellukkeet nousevat ja laskevat aaltojen mukana. Tämä liike välitetään koneiston voimansiirtoakselille pyörimisliikkeeksi kellukkeisiin liitettyjen vipuvarsien avulla. Vaihteiston avulla voimansiirtoakselin pyörimisliikettä nopeutetaan generaattorille ja generaattorissa pyörimisenergia muutetaan sähköksi, joka johdetaan muuntajaan ja edelleen sähköverkkoon. Generaattori on esimerkiksi varustettu kestomagneetilla, jonka ansiosta ne tuottavat edullisesti latausta jo erittäin alhaisissa voimansiirtoakselin pyörimisnopeuksissa.In the solution according to the invention, the kinetic energy of the waves is converted into a rotational motion by energy transfer members, in which the floats rise and fall with the waves. This movement is transmitted to the drive shaft of the machine as a rotational movement by means of lever arms connected to the floats. By means of the gearbox, the rotational movement of the transmission shaft is accelerated to the generator, and in the generator the rotational energy is converted into electricity, which is fed to the transformer and further to the electrical network. For example, the generator is equipped with a permanent magnet, thanks to which they advantageously produce a charge even at very low speeds of rotation of the transmission shaft.
Vaihtoehtoisilla energiamuodoilla, kuten aurinko-, kuulija aaltovoimalla voidaan vähentää energiatuotannon hiilidioksidipäästöjä. Yksi megawattitunti sähköä hiilellä tuotettuna aiheuttaa noin yhden tonnin hiilidioksidipäästöt. Aaltovoima lasketaan uusiutuviin luonnonvaroihin. Aaltosähkön tuotannossa ei synny hiilidioksidi- eikä muitakaan päästöjä, kuten rikkiä, typpeä tai pienhiukkasia. Aaltovoima onkin merkittävä vaihtoehto uusiutuvien energialähteiden joukossa .Alternative forms of energy, such as solar, listener wave power, can reduce CO2 emissions from energy production. One megawatt hour of electricity produced by coal emits about one tonne of carbon dioxide. Wave power is calculated for renewable resources. The production of corrugated electricity does not emit carbon dioxide or other emissions, such as sulfur, nitrogen or small particles. Wave power is therefore a significant alternative among renewable energy sources.
Merestä voidaan ottaa energiaa talteen vuorovesienergiana ja aaltoenergiana. Vuorovesi on kuun ja auringon vetovoiman aiheuttama ilmiö. Vuorovesienergiaa voidaan valjastaa hyötykäyttöön alueilla, missä vuoroveden liikkeet ovat voimakkaita. Vuoroveden liikkeet muutetaan sähköksi rakentamalla pato rannalle ja käyttämällä hyväksi nousu- ja laskuveden korkeuseroa. Vuorovettä voidaan valjastaa myös hyödyntämällä voimakkaita virtauksia turbiinien ja roottorien avulla. Aaltoenergiaa syntyy, kun ilmavirtaukset siirtyvät veteen. Energiaa voidaan tuottaa sekä meren pinta-aalloista sekä pohja-aalloista. Veden aaltoliike sisältää runsaasti energiaa, mutta sen hyödyntäminen on haastavaa. Pinta-aaltojen energia muunnetaan useimmiten sähköksi aaltojen mukana ylös ja alas liikkuvien poijujen avulla.Energy can be recovered from the sea as tidal energy and wave energy. Tides are a phenomenon caused by the attraction of the moon and sun. Tidal energy can be harnessed for utilization in areas where tidal movements are strong. Tidal movements are converted to electricity by building a dam on the shore and taking advantage of the difference in tide and tide height. The tide can also be harnessed by utilizing strong currents through turbines and rotors. Wave energy is generated when air currents transfer to water. Energy can be produced from both sea surface waves and bottom waves. The wave motion of water contains a lot of energy, but its utilization is challenging. The energy of surface waves is most often converted into electricity by buoys moving up and down with the waves.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Teknologioista kehittynein on owc-tyyppinen laitos (oscillating water column), jossa aalto tunkeutuu meren rantaan rakennetun laitoksen kammioon. Kammiossa oleva ilma liikkuu tällöin eteenpäin ja aallon palatessa taas taaksepäin. Laitosta varten on suunniteltu erityinen Wellsin turbiini, joka hyödyntää kaksisuuntaista ilmavirtausta tuottaen vain yhdensuuntaista pyörimisliikettä.The most advanced of the technologies is the owc-type plant (oscillating water column), where a wave penetrates the chamber of a plant built by the sea. The air in the chamber then moves forward and backwards when the wave returns. A special Wells turbine has been designed for the plant, which utilizes bidirectional airflow, producing only parallel rotational motion.
Hieman uudempaa teknologiaa edustaa Pelamis-niminen meren pinnalla kelluva moniosainen merikäärme, jossa sylinterin muotoiset, halkaisijaltaan 3,5 metrin rakenneosat ovat toisissaan kiinni saranoiduilla liitoksilla. Aallot saavat liitososat liikkeeseen siirtäen energian hydrauliseen järjestelmään, joka tuottaa rakenteen sisässä olevilla geneA slightly newer technology is represented by a multi-part sea snake called Pelamis floating on the surface of the sea, in which cylindrical, 3.5-meter-diameter structural parts are attached to each other by hinged joints. The waves move the joints, transferring energy to a hydraulic system that produces genes within the structure.
20185134 PRH 15 -02- 2018 raattoreilla sähköä. Pitkät, jopa 150 metrin pituiset sylinterit ovat etuosastaan kiinni pohjassa ja siirtävät sähköä kaapelia pitkin rannikolle.20185134 PRH 15 -02- 2018 with radiators electricity. The long cylinders, up to 150 meters long, are attached to the bottom at the front and transmit electricity along the cable to the coast.
Suomalainen yritys on kehitellyt laitteen, joka asennetaan rannikkoveteen meren pohjaan. Laitteella valjastetaan merien pohja-aaltoja, joiden voimakkuus vaihtelee vuoden mittaan huomattavasti pinta-aaltoja vähemmän. Vettä kevyemmän levyn edestakainen liike muuntaa aaltojen energian männän liikkeeksi, joka siirretään hydraulijärjestelmällä generaattorille .The Finnish company has developed a device that will be installed in coastal water on the seabed. The device harnesses the bottom waves of the seas, the intensity of which varies considerably less than the surface waves during the year. The reciprocating motion of the lighter plate converts the energy of the waves into the motion of the piston, which is transmitted by a hydraulic system to the generator.
Eräs aaltovoimalatekniikka perustuu niin sanottuihin lineaarigeneraattoreihin. Ne on kiinnitetty merenpohjaan ja yhdistetty köysin merenpinnalla oleviin aaltoenergiaa näppääviin poijuihin. Voimalayksikön läpi kulkee noin 15 aaltoa minuutissa. Yksiköt on kytketty toisiinsa vedenalaisverkossa. Sähkö mantereen sähköverkkoon kulkee merikaapelia pitkin .One wave power technology is based on so-called linear generators. They are attached to the seabed and connected by ropes to buoys on the sea surface that picks up wave energy. About 15 waves per minute pass through the power unit. The units are connected to each other in an underwater network. Electricity to the mainland's electricity grid runs along a submarine cable.
Patenttijulkaisussa KR20100060059(A) on esitetty eräs laitteisto aaltoenergian talteen ottamiseksi, missä laitteistossa on käytetty vapaakytkintä aaltoenergian ylös-alas liikkeen muuntamiseksi voimansiirtoakselin yhdensuuntaiseksi pyörimisliikkeeksi. Kyseisessä keksinnössä ei kuitenkaan siirretä massakeskipistettä voimansiirtoakselin suuntaan esimerkiksi vastapainon avulla, minkä vuoksi kellukkeen kohdalla vipuvarren päässä oleva massa on suuri ja kellukerakenne on mitoitettava myös suureksi, jotta aalto pystyisi nostamaan raskaan rakenteen täysimääräisesti ylöspäin.Patent publication KR20100060059 (A) discloses an apparatus for recovering wave energy, in which apparatus a free switch is used to convert the up-down movement of the wave energy into a parallel rotational movement of the transmission shaft. However, the present invention does not shift the center of mass in the direction of the transmission shaft, for example by means of a counterweight, so that the mass at the end of the lever arm at the float is large and the float structure must also be dimensioned so that the wave can lift the heavy structure upwards.
Ongelmana nykyisin käytettyjen vaihtoehtoisissa energiantuottamistavoissa on vielä tekniikoiden kehittymättömyys, kalliit alkuinvestoinnit ja kallis vai vaikea järjestelmienThe problem with the alternative energy production methods currently used is still the lack of technological development, expensive initial investment and expensive or difficult systems.
20185134 PRH 15 -02- 2018 ylläpito sekä uudet ympäristölliset haasteet. Yhtenä suurimpana esteenä näiden energiantuottomenetelmien nopealle yleistymiselle on ollut valmiin energiansiirtoinfrastruktuurin puuttuminen ympäristöissä, mihin energiantuottolaitteet soveltuvat.20185134 PRH 15 -02- 2018 maintenance and new environmental challenges. One of the main obstacles to the rapid spread of these energy production methods has been the lack of a ready-made energy transmission infrastructure in the environments for which energy production equipment is suitable.
Tuulivoimaloiden asentaminen ja ylläpito on laitteistojen suuren koon vuoksi haastavaa ja kallista. Lisäksi työskentely korkealla maan pinnasta on erittäin vaarallista ja tarvitsee kalliita erityisjärjestelyltä. Tuulivoiman merkittäviin haittapuoliin paikallisille yhteisölle lukeutuvat maankäyttö- tai maisemavaikutukset, eliöstöhaitat, tuulivoimaloiden suuri koko, meluhaitat, valoilmiöt sekä näistä johtuvat elämänlaadun ja jopa terveyden vaarantuminen. Lisäksi etenkin laajat tuulipuistot aiheuttavat toimintavaikeuksia tutkajärjestelmille, sotilaalliselle tutkailmavalvonnalle ja säätutkille. Siksi kyseisiä järjestelmiä on parannettava tuulipuistojen vaikutusalueella, mistä aiheutuu suuria kustannuksia, mikä lisää tuulivoiman investointikulu ja.The installation and maintenance of wind turbines is challenging and expensive due to the large size of the equipment. In addition, working high above the ground is very dangerous and requires expensive special arrangement. Significant disadvantages of wind power for the local community include land use or landscape impacts, biota impacts, large size of wind farms, noise nuisances, light phenomena, and consequent endangerment of quality of life and even health. In addition, large wind farms in particular cause operational difficulties for radar systems, military radar surveillance and weather radars. Therefore, these systems need to be improved in the area affected by wind farms, which entails high costs, which increases the investment cost of wind power and.
Aaltovoimaloiden kehitystyön haasteina on ollut suuri tilantarve varsinkin rannikoilla, mutta myös rikkoutuminen haastavissa luonnonoloissa ja myrskyissä. Aaltovoimaloiden rakenteita koettelevat myös korroosio ja meressä ajelehtivat vieraat esineet. Energian tuotannon kannalta parhaat alueet ovat usein myös hankalimpia voimaloiden rakentamiselle, muun muassa jyrkkien ja rosoisten rantakallioiden ja karikkoisten vesien vuoksi. Sähkön siirtäminen merikaapeleilla on kallista ja siksi merienergialaitokset halutaan tyypillisesti sijoittaa lähellä rannikkoa.The challenges in the development of wave power plants have been the great need for space, especially on the coasts, but also the breakdown in challenging natural conditions and storms. The structures of wave power plants are also plagued by corrosion and foreign objects floating in the sea. In terms of energy production, the best areas are often also the most difficult for power plant construction, due to, among other things, steep and rugged cliffs and barren waters. Transmission of electricity by submarine cables is expensive and therefore marine power plants are typically desired to be located close to the coast.
Vuorovesivoimalatekniikkaa ei voida käyttää monissa paikoissa merivesivoiman lähteinä, koska vuoroveteen perustu via voimaloita voidaan soveltaa vain siellä, missä on merkittävä vuorovesi ilmiö. Meren pohjaan asennettavissa laitteistossa haastavaa on laitteiden suuri koko sekä asentaminen ja ylläpito veden alla, meren pohjassa. Owc-tyyppinen laitoksissa tekninen rakenne on hyvin monimutkainen ja generaattoreiden lisäksi tarvitaan hydraulijärjestelmät energian tuottamiseksi, mikä lisää laitteiston kompleksisuutta ja ylläpitotarvetta. Samoin Veden pinnalle asennetut sylinterit Pelamis-järjestelmässä ovat teknisesti hyvin kompleksisia ja erittäin myös suuri kokoisia, varaten meren pinnalta suuren pinta-alan. Myös lineaarigeneraattoreihin perustuva ratkaisu vaatii meren pinnalta käyttöönsä suuren pinta-alan. Lisäksi tässä teknologiassa joudutaan käyttämään satoja yksittäisiä kalliita generaattoreita, joiden hyötysuhde on varsin pieni, koska yksittäisistä aalloista ei voida ottaa energiaa talteen monivaiheisesti, kuten keksintömme mukaisessa ratkaisussa.Tidal power technology cannot be used in many places as a source of marine hydropower, as tidal power plants can only be applied where there is a significant tidal phenomenon. In a seabed installation, the large size of the equipment as well as its installation and maintenance underwater, on the seabed, is challenging. In Owc-type plants, the technical structure is very complex and, in addition to generators, hydraulic systems are needed to produce energy, which increases the complexity and need for maintenance of the equipment. Similarly, the cylinders mounted on the surface of the water in the Pelamis system are technically very complex and also very large in size, reserving a large surface area above the sea surface. The solution based on linear generators also requires a large surface area at sea level. In addition, this technology has to use hundreds of individual expensive generators with a very low efficiency, because it is not possible to recover energy from individual waves in several stages, as in the solution according to our invention.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat sekä aikaansaada edullinen, yksinkertainen ja luotettava ratkaisu aaltoenergian talteen ottamiseksi.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to provide an inexpensive, simple and reliable solution for recovering wave energy.
Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Vastaavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön muille sovellusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.The method according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1. Correspondingly, the apparatus according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 7. Other embodiments of the invention are characterized by what is set out in the other claims.
Keksinnön kohteena on ratkaisu aaltoenergian talteen ottamiseksi, jossa ratkaisussa on ainakin yksi energiansiirtoelin, joka käsittää aaltojen mukana ylös-alas liikettä tekevän kellukkeen ja vipuvarren sekä koneisto, joka käsittää voimansiirtoakselin, vaihteiston ja generaattorin aalThe invention relates to a solution for recovering wave energy, which solution comprises at least one energy transmission member comprising a float and a lever arm moving up and down with the waves, and a mechanism comprising a transmission shaft, a gearbox and a generator.
20185134 PRH 15 -02- 2018 toenergian muuttamiseksi sähköenergiaksi ja jossa ratkaisussa aaltojen liike-energia välitetään voimansiirtoakselille energiansiirtoelimen avulla. Energiansiirtoelimen massakeskipistettä siirretään voimansiirtoakselin suuntaan .20185134 PRH 15 -02- 2018 for converting energy into electrical energy and in which solution the kinetic energy of the waves is transmitted to the transmission shaft by means of an energy transmission element. The center of mass of the energy transmission member is moved in the direction of the transmission axis.
Keksinnön mukaisessa aaltoenergian talteenottoratkaisussa on ainakin yksi energiansiirtoelin, joka käsittää aaltojen mukana ylös-alas liikettä tekevän kellukkeen ja vipuvarren sekä koneisto, joka käsittää voimansiirtoakselin, vaihteiston ja generaattorin aaltoenergian muuttamiseksi sähköenergiaksi, ja jossa menetelmässä aaltojen liike-energia välitetään pääakselille energiansiirtoelimen avulla. Energiansiirtoelimeen kuuluvalla vapaakytkimellä pyöritetään voimansiirtoakselia vain yhteen suuntaan.The wave energy recovery solution according to the invention has at least one energy transfer member comprising a float and a lever arm moving up and down with the waves and a mechanism comprising a transmission shaft, a gearbox and a generator for converting wave energy into electrical energy. The freewheel belonging to the energy transmission element rotates the transmission shaft in only one direction.
Keksinnön mukaisen ratkaisun tarkoituksena on puhtaan, saasteettoman energian luominen tehokkaasti ja hyvällä hyötysuhteella luonnonvaroja säästäen. Ratkaisun suurimpana etuna on laitteiston yksinkertaisuus, edullisuus, pieni tilantarve ja helppo skaalautuvuus, jolloin eri tarpeisiin voidaan tehdä eri kokoisia energiantuotantolaitoksia.The purpose of the solution according to the invention is to create clean, pollution-free energy efficiently and with good efficiency while saving natural resources. The biggest advantages of the solution are the simplicity, affordability, small space requirements and easy scalability of the equipment, which means that power plants of different sizes can be made for different needs.
Lisäksi etuna on se, että ratkaisussa energiasiirtoelimen massakeskipistettä voidaan säätää vastapainon avulla, mikä keventää tehokkaasti kellukkeen ja vipuvarren vastusta veden päällä aallon nostaessa energiansiirtoelintä, jolla saadaan huomattavasti suurempi hyötysuhde ja energiantuottokapasiteetti toteutettua. Vastapainon käyttö lisäksi mahdollistaa pienemmän ja kevyemmän ja edullisemman kellukkeen käyttämistä ratkaisussa.In addition, the advantage is that in the solution the center of mass of the energy transfer member can be adjusted by means of a counterweight, which effectively relieves the resistance of the float and lever arm on the water when the wave raises the energy transfer member, achieving significantly higher efficiency and energy production capacity. The use of a counterweight also allows a smaller and lighter and cheaper float to be used in the solution.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Yhtenä keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on vielä se, että energiantuotantolaitokset on rakennettavissa rannikoille olemassa olevan sähkönsiirtoinfrastruktuurin lähistölle, sillä keksinnön mukainen aaltoenergian tuotantolaitteisto soveltuu käytettäväksi hyvin asutuilla seuduilla, koska se ei aseta toimintaympäristölle erikoisvaatimuksia, eikä aiheuta ympäristölle erityisiä haittoja, kuten meteliä.Another advantage of the solution according to the invention is that energy production plants can be built on the coast in the vicinity of the existing electricity transmission infrastructure, as the wave energy production plant according to the invention is suitable for use in well-populated areas because it does not impose special requirements on the environment.
Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin yksinkertaistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytettyä vapaakytkintä, kiilavapaakytkintä, leikkauskuvana ja voimansiirtoakselin keskiakselin suunnasta katsottuna, kuvio 2 esittää yksinkertaistettuna ja sivusta katsottuna keksinnön mukaisen ratkaisun energiansiirtoelimiä, kuvio 3 esittää sivusta katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaisen ratkaisun energiansiirtoelimiä, aallon eri vaiheessa, kuvio 4 esittää päältä katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaista aaltoenergian talteenottomenetelmää ja talteenottolaitteistoa ja kuvio 5 esittää meren suunnasta katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaista aaltoenergian talteenottomenetelmää ja talteenottolaitteistoa.The invention will now be described in more detail by means of application examples with reference to the accompanying simplified drawings, in which Figure 1 shows a freewheel, wedge-free clutch used in the solution according to the invention, Figure 4 shows a top view and a simplified view of a wave energy recovery method and recovery apparatus according to the invention, and Figure 5 shows a seaward view and a simplified wave energy recovery method and recovery apparatus according to the invention.
Vapaakytkimet ovat kone-elimiä, joiden käyttävä ja käytetty puoli siirtävät vääntömomentin tiettyyn, kitkalla lukittuun pyörimissuuntaan. Vastakkaiseen suuntaan momentin välitys lakkaa eli ne pyörivät vapaasti. Edestakaisen liikkeen jakFreewheel clutches are machine members whose drive and driven sides transmit torque in a specific, friction-locked direction of rotation. In the opposite direction, the torque transmission ceases, ie they rotate freely. Reciprocating motion share
20185134 PRH 15 -02- 2018 sottaiseksi pyörimisliikkeeksi muuntavaa vapaakytkintä nimitetään indeksikytkimeksi. Tässä sovellutusesimerkissä esitetty kiilarullavapaakytkin soveltuu pienille vapaapyörintänopeuksille ja indeksikytkimeksi.20185134 PRH 15 -02- 2018 A freewheel that converts into a military rotational motion is called an index switch. The wedge roller free switch shown in this application example is suitable for low freewheel speeds and as an index switch.
Kuviossa 1 on esitetty keksinnössä käytettyä vapaakytkintä 1, kiilarullavapaakytkintä, leikkauskuvana voimansiirtoakselin 4 suunnasta katsottuna. Oleellisesti välyksetön vapaakytkin 1 muuntaa vipuvarren 2 ylös-alas suuntaisen liikkeen voimansiirtoakselin 4 yhdensuuntaiseksi pyörimisliikkeeksi. Vipuvarsi 2 ja vastapainovarsi 3 ovat liitetty vapaakytkimen 1 ulkokehälle 5 kiinteästi kiinni. Vipuvarsi 2 ja vastapainovarsi 3 ovat liitetty vapaakytkimen 1 ulkokehään 5 siten, että ne sijaitsevat vapaakytkimen 1 sisälle jäävän voimansiirtoakselin 4 eri puolilla voimansiirtoakselin 4 pituusakselin suunnasta katsottuna ja edullisesti vapaakytkimen 1 ulkokehän 5 vastakkaisille puolille.Figure 1 shows a freewheel 1 used in the invention, a wedge roller freewheel, in a sectional view as seen from the direction of the transmission shaft 4. The substantially backlash-free freewheel 1 converts the up-and-down movement of the lever arm 2 into a parallel rotational movement of the transmission shaft 4. The lever arm 2 and the counterweight arm 3 are fixedly connected to the outer circumference 5 of the freewheel 1. The lever arm 2 and the counterweight arm 3 are connected to the outer circumference 5 of the freewheel 1 so as to be located on different sides of the transmission shaft 4 inside the freewheel 1 as seen from the longitudinal axis of the transmission shaft 4 and preferably on opposite sides of the freewheel 1 outer circumference 5.
Vapaakytkimen 1 sisällä oleva sisäkehä 6 on kiinnitetty voimansiirtoakselin 4 ympärille kiilapalan 8 avulla. Vipuvarren 2 noustessa ylöspäin vapaakytkimen 1 ulkokehä 5 pyörii myötäpäivään, jolloin jousitapit 7b painavat kiilarullat 7a tiukasti ulkokehän 5 sisäpintaa vasten ja tällöin kiilarullat 7a tukeutuvat sisäkehän 6 muotoiltuun pintaan saaden sisäkehän 6 myös pyörimään ulkokehän 5 suuntaisesti myötäpäivään. Sisäkehään kiinnitetty voimansiirtoakseli 4 pyörii siten myös ulkokehän 5 suuntaisesti myötäpäivään. Vipuvarren 2 laskiessa alaspäin vapaakytkimen 1 ulkokehä 5 pyörii vastapäivään ja kiilarulliin 7a kohdistuva voima hellittää, eivätkä ne pyöritä sisäkehää 6 vastapäivään, jolloin voimansiirtoakseli 4 ei pyöri vastapäivään.The inner ring 6 inside the freewheel 1 is fastened around the transmission shaft 4 by means of a wedge piece 8. As the lever arm 2 rises, the outer circumference 5 of the freewheel 1 rotates clockwise, whereby the spring pins 7b press the wedge rollers 7a firmly against the inner surface of the outer circumference 5 and then the wedge rollers 7a abut the shaped surface of the inner circumference 6 The transmission shaft 4 fixed to the inner circumference thus also rotates clockwise in the direction of the outer circumference 5. When the lever arm 2 is lowered, the outer circumference 5 of the freewheel 1 rotates counterclockwise and the force on the wedge rollers 7a loosens, and they do not rotate the inner circumference 6 counterclockwise, whereby the transmission shaft 4 does not rotate counterclockwise.
Edelle esitetty vapaakytkin 1 on yksi esimerkki vapaakytkimestä, joka soveltuu käytettäväksi keksinnön mukaisessaThe above freewheel 1 is one example of a freewheel suitable for use in the present invention
20185134 PRH 15 -02- 2018 aaltoenergian talteenottoratkaisussa. Edellä esitetty vapaakytkimen toimintaperiaate on ennestään tunnettua tekniikkaa .20185134 PRH 15 -02- 2018 in the wave energy recovery solution. The operating principle of the overrunning switch described above is prior art.
Kuviossa 2 on esitetty yksinkertaistettuna ja sivusta katsottuna keksinnön mukaisen ratkaisun energiansiirtoelimiä 9a ja 9b. Energiansiirtoelin 9a, 9b käsittää vapaakytkimen 1, vipuvarren 2, kellukkeen 12 ja kellukkeen kiinnitinelimen 12a, vastapainovarren 3 sekä vastapainoelin 13 ja vastapainoelimen kiinnityselimen 13a. Vipuvarren 2 ensimmäisen pään läheisyyteen on kiinnitetty kelluke 12 kellukkeen kiinnitinelimen 12a avulla. Toisesta päästään vipuvarsi 2 on kiinnitetty vapaakytkimeen 1. Vastapainovarren 3 ensimmäisen pään läheisyyteen on kiinnitetty vastapainoelin 13 vastapainoelimen kiinnityselimen 13a avulla. Toisesta päästään vastapainovarsi 3 on kiinnitetty vapaakytkimeen 1.Figure 2 shows a simplified and side view of the energy transfer elements 9a and 9b of the solution according to the invention. The energy transfer member 9a, 9b comprises a freewheel 1, a lever arm 2, a float 12 and a float mounting member 12a, a counterweight arm 3, and a counterweight member 13 and a counterweight member mounting member 13a. A float 12 is attached to the first end of the lever arm 2 by means of a float fastening member 12a. At one end, the lever arm 2 is attached to the freewheel 1. In the vicinity of the first end of the counterweight arm 3, a counterweight member 13 is attached by means of the attachment member 13a of the counterweight member. At one end, the counterweight arm 3 is attached to the freewheel 1.
Vipuvarressa 2 Kellukkeiden 12 etäisyyttä voimansiirtoakselista 4 voi muuttaa ja vastaavasti vastapainovarressa 3 vastapainoelimen 13 etäisyyttä voimansiirtoakselista 4 voi muuttaa. Kellukkeen 12 ja vastapainoelimen 13 etäisyys voimansiirtoakselista valitaan sopivasti siten, että painovoima painaa vipuvartta 2 ja kelluketta 12 alaspäin kohti veden pintaa. Voimansiirtoakselin 4 vastapuolella vastapainoakseliin 3 kiinnitetty vastapainoelin 13 siirtää sopivasti vipuvarren 2 massakeskipistettä voimansiirtoakselin 4 suuntaan. Tämä vastapainoelimen 13 vipuvarteen 2 ja kellukkeeseen 12 tuottama keventävä vaikutus mahdollistaa pienempien kellukkeiden 12 käyttämisen energiansiirtoelimissä 9a ja 9b.In the lever arm 2 the distance of the floats 12 from the transmission shaft 4 can be changed and correspondingly in the counterweight arm 3 the distance of the counterweight member 13 from the transmission shaft 4 can be changed. The distance of the float 12 and the counterweight member 13 from the transmission shaft is suitably selected so that gravity pushes the lever arm 2 and the float 12 downwards towards the surface of the water. On the opposite side of the transmission shaft 4, the counterweight member 13 attached to the counterweight shaft 3 suitably moves the center of mass of the lever arm 2 in the direction of the transmission shaft 4. This lightening effect produced by the counterweight member 13 on the lever arm 2 and the float 12 allows the use of smaller floats 12 in the energy transfer members 9a and 9b.
Sovellutusesimerkissä käytetään kahta energiansiirtoelintä 9a ja 9b. Energiansiirtoelimen 9b vipuvarsi 2 ja vastapainovarsi 3 ovat lyhyemmät kuin energiansiirtoelimessä 9a.In the application example, two energy transfer members 9a and 9b are used. The lever arm 2 and the counterweight arm 3 of the energy transfer member 9b are shorter than in the energy transfer member 9a.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Myös energiansiirtoelimen 9b kelluke 12 ja vastapainoelin 13 ovat lähempänä vapaakytkintä 1 ja voimansiirtoakselia 4 kuin vastaavat elimet energiansiirtoelimessä 9a. Kellukkeiden 12 keskinäinen etäisyys toisistaan vipuvarsien 2 pituussuunnassa mitattuna säädetään vipuvarsissa 2 siten, että etäisyys on mahdollisimman lähelle vallitsevan aallonpituuden puolikasta. Tällöin toisen kellukkeen 12 ollessa aallon harjalla 11a, toinen kelluke 12 on silloin aallon pohjalla 11b. Näin ollen aaltojen liikkuessa meressä 11 nuolen 11c suuntaan eli kohti alustaa 10, kuten rantatörmää, yksi kellukkeista 12 on oleellisesti aina liikkeessä ylöspäin ja toinen kellukkeista 12 on oleellisesti aina liikkeessä alaspäin. Siten myös energiansiirtoelimien 9a, 9b vapaakytkimet 1 aikaansaavat voimansiirtoakselille 4 jatkuvan yhdensuuntaisen pyörimisliikkeen. Kellukkeen 12 ja vastapainoelimen 13 etäisyyden säätöön voimansiirtoakselista 4 voidaan myös toteuttaa automaattinen ratkaisu, jolloin näitä kellukkeiden 12 etäisyyksiä toisiinsa nähden aallon liikkumissuunnassa voidaan muuttaa aktiivisesti esimerkiksi asennuspaikan vallitsevaan aallonpituuteen sopivaksi.The float 12 and the counterweight member 13 of the energy transmission member 9b are also closer to the freewheel 1 and the transmission shaft 4 than the corresponding members in the energy transmission member 9a. The mutual distance of the floats 12 from each other, measured in the longitudinal direction of the lever arms 2, is adjusted in the lever arms 2 so that the distance is as close as possible to half of the prevailing wavelength. Then, when the second float 12 is on the wave ridge 11a, the second float 12 is then on the wave bottom 11b. Thus, the ocean waves moving in the direction of 11 arrow 11c that is, toward the substrate 10, such as beach collide, one floats 12 are substantially always moving upwards and the second floats 12 are substantially always moving downward. Thus, the free switches 1 of the energy transmission members 9a, 9b also provide a continuous parallel rotational movement on the transmission shaft 4. An automatic solution for adjusting the distance of the float 12 and the counterweight member 13 from the transmission shaft 4 can also be implemented, whereby these distances of the floats 12 relative to each other in the direction of wave movement can be actively changed to suit the prevailing wavelength of the installation site.
Kuviossa 3 on esitetty sivusta katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaisen ratkaisun energiansiirtoelimiä 9a ja 9b, aallon eri vaiheessa. Aalto on liikkunut puoli aallonpituutta alustaa 10 kohti ja energiansiirtoelimen 9a kelluke 12 on laskeutunut aallon harjalta 11a aallon pohjalle 11b. Vapaakytkimen 1 ansiosta tämä alaspäin-liike ei ole pyörittänyt voimansiirtoakselia 4 vastapäivään. Energiansiirtoelimen 9b kelluke 12 on noussut aallon pohjalta 11b aallon harjalle 11a. Vapaakytkimen 1 ansiosta tämä ylöspäin-liike on pyörittänyt voimansiirtoakselia 4 myötäpäivään .Figure 3 shows a side view and a simplified view of the energy transfer elements 9a and 9b of the solution according to the invention, at different stages of the wave. The wave has moved half a wavelength towards the substrate 10 and the float 12 of the energy transfer member 9a has descended from the crest of the wave 11a to the bottom 11b of the wave. Thanks to the freewheel 1, this downward movement has not rotated the transmission shaft 4 counterclockwise. The float 12 of the energy transfer member 9b has risen from the wave bottom 11b to the wave ridge 11a. Thanks to the freewheel 1, this upward movement has rotated the transmission shaft 4 clockwise.
20185134 PRH 15 -02- 201820185134 PRH 15 -02- 2018
Kuviossa 4 on esitetty päältä katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaista aaltoenergian talteenottomenetelmää ja talteenottolaitteistoa ja kuviossa 5 on esitetty meren 11 suunnasta katsottuna ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaista aaltoenergian talteenotto-menetelmää ja talteenottolaitteistoa.Figure 4 shows a top view and a simplified view of a wave energy recovery method and recovery apparatus according to the invention, and Figure 5 shows a view and a simplified view of a wave energy recovery method and recovery apparatus according to the invention from the direction of the sea 11.
Päätytuki 14 tukee voimansiirtoakselia 4 vapaasta päästään. Energiansiirtoelimet 9a ja 9b ovat kiinnitetty vapaakytkimistään 1 voimansiirtoakselille 4. Pienellä pyörimisnopeudella pyörivä voimansiirtoakseli 4 liittyy vaihteistoon 15. Vaihteisto 15 välittää voimansiirtoakselin 4 pienen, mutta suuren vääntövoiman sisältävän, pyörimisnopeuden suureksi pyörimisnopeudeksi suurinopeusakselille 16. Nykyisille kestomagnetisoiduille generaattoreille riittävät jo 50 - 150 rpm kierrosnopeudet energian tuottamiseen kannattavasti. Generaattori 17 tuottaa suurinopeusakselin 16 pyörimisenergian sähköksi, joka siirretään kaapelilla 18 taajuusmuuttajaan ja edelleen sähköverkostoon.The end support 14 supports the transmission shaft 4 at its free end. The power transmission members 9a and 9b are mounted on their transmission shafts 1 on the transmission shaft 4. The low speed rotary transmission shaft 4 is connected to a gearbox 15. The gearbox 15 transmits profitably. The generator 17 generates the rotational energy of the high speed shaft 16 for electricity, which is transmitted by a cable 18 to the frequency converter and further to the electrical network.
Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu ainoastaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Olennaista on, että keksinnön mukaisessa ratkaisussa aaltoenergian talteen ottamiseksi käytetään vapaakytkintä ja vastapainoa keventämään kellukkeen käsittävää vipuvartta. Niinpä esimerkiksi pääkomponenttien muodot, koko sekä suhteet toisiinsa voivat olla erilaisia, kuin mitä sovellutusesimerkeissä on kuvattuna .It will be apparent to those skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the examples set forth above, but may vary within the scope of the claims set forth below. It is essential that in the solution according to the invention, in order to recover the wave energy, a freewheel and a counterweight are used to lighten the lever arm comprising the float. Thus, for example, the shapes, size and relationships of the main components may be different from those described in the application examples.
Alan ammattimiehelle on myös selvää, että keksinnön mukainen ratkaisu voi käsittää myös enemmän kuin kaksi energiansiirtoelintä. Niinpä ratkaisussa voidaan käyttää esimerkik si neljää tai kuutta energiansiirtoelintä välittämän voimaa voimansiirtoakselille, jolloin voimansiirtoakselin vääntövoima kasvaa.It is also clear to a person skilled in the art that the solution according to the invention may also comprise more than two energy transfer members. Thus, for example, four or six energy transmission elements can be used in the solution to transmit a force to the transmission shaft, whereby the torque of the transmission shaft increases.
Alan ammattimiehelle on myös selvää, että keksinnön mukainen ratkaisun toisessa sovellutusmuodossa voidaan energiansiirtoelimiä kytkeä voimansiirtoakselille siten, että voimansiirtoakselin kellukkeet sijoittuvat voimansiirtoakselin pituussuuntaisen keskilinjan molemmille eli vastakkaisille puolille, jolloin voimansiirtoakselin vastakkaiselle puolelle asennetuissa energiansiirtoelimissä käytetään toisin päin toimivia vapaakytkimiä. Niinpä kyseisessä ratkaisussa jalusta on asennettu merenpohjaan ja jokaisesta aallosta saadaan energia talteen kahteen otteeseen.It is also clear to a person skilled in the art that in another embodiment of the solution according to the invention the energy transmission members can be connected to the transmission shaft so that the transmission shaft floats are located on both sides of the transmission axis Thus, in that solution, the pedestal is mounted on the seabed and energy is recovered twice from each wave.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20185134A FI20185134A1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method and apparatus for wave energy recovery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20185134A FI20185134A1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method and apparatus for wave energy recovery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20185134A1 true FI20185134A1 (en) | 2019-08-16 |
Family
ID=68206099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20185134A FI20185134A1 (en) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | Method and apparatus for wave energy recovery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI20185134A1 (en) |
-
2018
- 2018-02-15 FI FI20185134A patent/FI20185134A1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7525214B2 (en) | Wave-power system and method for generating energy at constant rotational speed at variable significant wave heights and periods | |
| Lagoun et al. | Ocean wave converters: State of the art and current status | |
| US20160333858A1 (en) | System and method for generating electricity using grid of wind and water energy capture devices | |
| CN102261302B (en) | Wave energy power generation unit and system based on sea-surface wave layer and deep sea stable region | |
| CN114033618B (en) | Deep-open-sea floating wind-wave-current combined power generation device | |
| JP2014522933A5 (en) | ||
| KR101392282B1 (en) | Sea wave-power generatng apparatus) | |
| US7786609B2 (en) | Ocean energy system and method | |
| CN102384017B (en) | Vertical shaft waterflow generating system | |
| CN213450664U (en) | Wave power generation device | |
| Røkke et al. | Marine Current Turbines and Generator preference. A technology review | |
| KR101334584B1 (en) | The transfer method of the offshore wind turbine by the ＂marine transportation system＂ | |
| WO2012131705A2 (en) | A device for generating electrical energy using ocean waves | |
| CN104018980A (en) | Pile type wave energy capturing device utilizing plurality of floating bodies | |
| JP2019515193A (en) | Tidal generator | |
| CN109469578B (en) | Wind power/ocean energy complementary power generation wave-absorbing device | |
| CN202250580U (en) | Vertical-shaft waterflow electricity generation system | |
| CN115419544A (en) | Device and method for offshore wind generating set base combined with float type hydrodynamic power generation | |
| KR101056933B1 (en) | Tidal current power plant | |
| FI20185134A1 (en) | Method and apparatus for wave energy recovery | |
| KR20090055947A (en) | Offshore power generation equipment device | |
| CN104389722A (en) | Umbrella-shaped wave energy power generating device using gearbox | |
| CN104234921A (en) | Vibration float type wave energy device | |
| WO2010122566A2 (en) | Movable water turbine for power generation from sea waves/flowing water | |
| RU2775945C1 (en) | Wave unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |