FI71393B - Energialstrande anordning som faor sin drivkraft av under vaogor skeende vattenroerelse - Google Patents

Description

71 393 1 Energiaa kehittävä laite, joka saa käyttövoimansa aaltojen alla tapahtuvasta veden liikkeestä Energialstrande anordning som far sin drivkraft av under vigor skeende vattenrörelse 5

Keksinnön kohteena on laite energian talteenottamiseksi aaltojen alla tapahtuvasta veden liikkeestä tietyssä vesimassassa, johon laitteeseen kuuluu tehonkehityselin, jota vesi pystyy liikuttamaan, kannatinelin 10 kannatellen mainittua tehonkehityselintä mainitussa vesimassassa ainakin oleelliselta osaltaan aaltojen pinnan alapuolella siten, että veden liike aaltojen pinnan alapuolella voi liikuttaa mainittua tehonkehityselintä edestakaisin vuorottelevasti, ensimmäiset kytkentävälineet mainitun tehonkehityselimen kytkemiseksi toiminnallisesti energianmuunninlait-15 teeseen mainitun tehonkehityselimen talteenottaman energian siirtämiseksi mainitulle energianmuunninlaitteelle. Tämä keksintö kohdistuu yleisesti energiaa kehittävään laitteeseen, joka saa käyttövoimansa veden liikkeestä aaltojen alapuolella.

20 On sinänsä tunnettua, että on olemassa energiaa veden liikkeessä, jonka pinnan yli liikkuva tuuli aikaansaa. Pinnalla tapahtuvia muutoksia nimitetään aalloiksi, ja on suunniteltu erilaisia kelluketyyppisiä laitteita tämän energian talteenottamiseksi ilman ja veden väliseltä rajapinnalta. Tällä alueella käyttöön otettavissa oleva energia on ainoastaan murto-25 osa käytettävissä olevasta kokonaisenergiasta vesihiukkasten liikkuessa huomattavan syvälle saakka, kuten tulee käymään ilmi alempana olevasta selityksestä.

Veden yli liikkuva tuuli siirtää energiaansa veteen saattamalla veden 30 liikkeeseen. Tämä veden liike on oleellisesti harmoonista liikettä aina meren pohjalle saakka. Syvässä meressä vesihiukkasten liikkeen suuruus syvyydellä, mikä on puolet aallon pituudesta (aallon pituus L on etäisyys tietyltä aallon harjalta seuraavalle) on vain neljä prosenttia hiukkasen liikemäärästä pinnalla. Koska energia on verrannollinen vesihiukkas-35 ten liikkeen neliöön, on yli 99,8 % kokonaisenergiasta puolet aallonpituuden syvyyden sisällä pinnalta lukien. Tuulen energian määrä varastoituna liikkuvaan veteen aaltojen alla riippuu ensisijaisesti tuulen nopeudesta 2 71393 ^ ja siitä kestoajasta ja matkasta, minkä tuuli on puhaltanut, koska aaltojen korkeus ja aaltojen pituus määräytyy näistä tekijöistä.

Kelluketyyppiset laitteet, jotka ovat yhteistoiminnassa veden pinnan 5 kanssa, ovat suhteellisen tehottomia, koska ne eivät käytä hyväkseen sitä suurta energiamäärää, mikä on varastoituneena liikkuvaan veteen aallon profiilin alapuolella. Veteen varastoituneen energian kokonaismäärä on kahdessa muodossa, kineettisenä ja potentiaalisena energiana. Eräs tämän keksinnön tärkeä kohde on aikaansaada laite, joka pystyy käyttä-10 mään hyväkseen molempia energian muotoja suurella hyötysuhteella ollen yhteistoiminnassa aaltojen alla olevan veden kanssa aina tarpeelliselle syvyydelle saakka.

Keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite energian 15 talteenottamiseksi käsittää toisioelimen, tuen, joka tukee mainittua toisioelintä mainitussa vesimassassa tapahtuvassa edestakaisessa liikkeessä ainakin olennaisen osan siitä olleessa aaltojen pinnan alla mainitun tehonkehityselimen läheisyydessä ja siitä erillään aaltoliikkeen suunnassa toimien yhdessä mainitun tehonkehityselimen kanssa; toiset kytken-20 tävälineet kytkien toiminnallisesti mainitun toisioelimen toiseen energi-anmuunninlaitteeseen, mainitulla toisioelimellä vastaanotetun energian siirtämiseksi toiseen muunninlaitteeseen; ja takaisinkytkentäohjaimen voimien muuttamiseksi, jotka on suunnattu mainittuihin tehonkehityselimiin ja mainittuihin toisioelimiin mainituilla liitännöillä.

25 Tämän keksinnön erään erityisen suoritusmuodon mukaisesti, mitä tullaan kuvaamaan yksityiskohtaisemmin alla, on energiaa kehittävä osa kannatettuna vedessä siten, että se liikkuu edestakaisin heilahdusliikkeen tavoin veden liikkeen avulla aaltojen alla. Tätä osaa kutsutaan alempana "pur-30 jeeksi" ja edullisimmin, vaikkakaan ei välttämättä, se on valmistettu siten, että se muuttaa profiilimuotoaan kunkin veden liikkeen suunnanmuutoksen kera. Veden liikkeen aaltojen pinnan alapuolella matemaattinen kuvaus on löydettävissä kirjasta "Theoretical Hydrodynamics" kirjoittanut Milne-Thompson (Yhdysvaltain Kongressin kirjaston numero 60-13815, 35 sivut 388-404) sekä kirjasta "Estuary and Coastline Hydrodynamics" julkaissut McGraw Hill (Kongressin kirjaston numero 65-27677, sivut 24-54). Tietyt yhtälöt näistä julkaisuista, mitkä ovat tarpeen sen veden liik- 3 71393 1 keen selittämiseksi, mikä tapahtuu aaltojen alla tullaan esittämään myöhemmin tässä selityksessä.

Tämän keksinnön eräiden muiden ominaisuuksien mukaisesti käytetään sopi-5 vaa toissijaista komponenttia (purjetta) ensisijaisen eli tehopurjeen yhteydessä, jotta kokonaistehokkuutta voitaisiin parantaa. Täten toissijaista purjetta voidaan käyttää erilaisin tavoin, jotka tullaan kuvaamaan myöhemmin.

10 Lukuisia tämän keksinnön tarkoituksen mukaisia laitteita voidaan ryhmitellä yhteen "laitoksiksi" mereen tai mihin tahansa muuhun suureen vesialueeseen, jotta voitaisiin kehittää riittävästi sähköenergiaa kokonaisten yhteiskuntien tarpeiden tyydyttämiseksi. Muistaen aina veden luonnollinen liike sen energian lähteenä, mistä tämä energiamäärä saadaan tämä 15 systeemi ei saastuta eikä se tuhoa mitään luonnollisista resursseista.

Nämä ja muut tämän keksinnön tarkoitukset tulevat käymään selvemmin ilmi keksinnön edistyessä erityisesti, kun asiaa tarkastellaan oheisten piirustusten yhteydessä, jossa: 20

Kuvio 1 on kaaviokuvanto havainnollistaen vesihiukkasten liikettä aaltojen alapuolella erilaisilla syvyyksillä ja eri kohdissa aaltoprofiilin alueella syvässä vedessä, jolloin aaltoja teoriassa voidaan kutsua liikkuvaksi aalloksi.

25

Kuvio 2 on kaaviokuvanto, mikä on kuvion 1 kaltainen havainnollistaen vesihiukkasten liikettä keskisyvyisessä vedessä.

Kuvio 3 on kaaviokuvanto, joka on kuvion 1 kaltainen havainnollistaen 30 vesihiukkasten liikettä matalassa vedessä (ei oikeassa mittakaavassa).

Kuvio 4 on kaaviokuvanto purjeesta sijoitettuna pystyyn veteen useisiin erilaisiin kohtiin liikkuvaan aaltoon verrattuna keskisyvyisessä vedessä.

35 Kuvio 5 on kuvion 4 kaltainen kuvanto havainnollistaen muunnetun rakenteen mukaista purjetta useissa erilaisissa kohdissa syvässä vedessä liikkuvaan aaltoon nähden.

a 71393 1 Kuvio 6 on kaaviokuvanto havainnollistaen niitä hydrostaattisia voimia, mitkä vaikuttavat purjeeseen eri hetkinä aaltoprofiilin liikkeen tähän purjeeseen verrattuna kuluessa.

5 Kuvio 7 on perspektiivikuvanio laitteesta, jolla saadaan sekä kineettinen että potentiaalinen energia talteen veden liikkeestä aaltojen alapuolella, tämän laitteen ollessa valmistettu tämän keksinnön mukaisesti.

Kuvio 8 on kuvanto laitteen purjeosuudesta otettuna pitkin viivaa 8-8 10 kuviossa 7.

Kuvio 9 on kuvion 8 kaltainen kuvanto, mutta se esittää muunnosta, missä on usean purjeen rakenne.

15 Kuvio 10 on yläkuvanto kuviossa 9 esitetystä rakenteesta.

Kuvio 11 on kuvanto otettuna pitkin viivaa 11-11 kuviossa 7 katsoen rakenteeseen alaspäin.

20 Kuvio 12 on leikkauskuvanto otettuna pitkin viivaa 12-12 kuviossa 11.

Kuvio 13 on leikkauskuvanto otettuna pitkin viivaa 13-13 kuviossa 11.

Kuvio IA on kaaviokuvanto generaattorista, mitä voidaan käyttää kuvion 7 25 laitteella.

Kuvio 15 on perspektiivikuvanto osasta laitetta, millä on muunnettu rakenne, jotta tällä voitaisiin saada talteen kineettinen ja potentiaalinen energia aaltojen alla tapahtuvasta veden liikkeestä.

30

Kuvio 16 havainnollistaa kaavamaisesti, että tietty määrä alueen aalto-energiasta joutuu hukkaan tehonkehityslaitetta käytettäessä heijastuneena ja läpikulkeneena energiana.

35 Kuvio 17 kuvaa kaavamaisesti energian heijastinta, mitä käytetään tehon-kehityslaitteen yhteydessä.

5 71393 1 Kuvio 18 havainnollistaa tyypillistä seisovaa aaltoa ja tarkastelee vesihiukkasten liikettä tässä.

Kuvio 19 havainnollistaa tehonkehityksen ja heijastimen laitteita ja 5 esittää liikkuvan aallon liikkeen tuulen puolella tehonkehityslaitetta, tällaisen liikkeen siirtyessä kohden seisovan aallon liikettä laitteiden välissä mikä on "samavaiheisessa riippuvuustilanteessa".

Kuvio 20 on kuvion 19 kaltainen kuvanto, mutta se esittää 180° eri vai-10 heistä riippuvuustilannetta liikkuvan aallon tehonkehityslaitteen tuulen puolella ja laitteiden välissä olevan aaltoliikkeen kesken välillä.

Kuvio 21 esittää yksinkertaista mekaanista systeemiä millä aikaansaadaan 180° vaiheen siirto kulkevan aallon ja heijastuneen aallon välille.

15

Kuvio 22 esittää laitteistoa, millä säädetään heijastinlaitteen tai purjeen asentoa tehonkehityslaitteen tai purjeen asentoon verrattuna.

Kuvio 23 esittää kokonaissysteemiä mitä tietokone ohjaa anturin muodos-20 tamien merkkien perusteella. Asennon sijaintimerkit ohjaavat siirtovau-nun edullisena pidettyyn asentoon tehonkehityksen purjeeseen verrattuna, kun taas aallon muodon tietoa käytetään joko muuttamaan generaattorin herätekäämityksen voimakkuutta tai ohjaamaan moottoria, mikä on kytketty toissijaiseen purjeeseen riippuen käytetystä toimintatavasta.

25

Viitaten nyt erityisesti näihin piirustuksiin sekä aivan erityisesti kuvioihin 1-3 on esitetty kaavamaisia kuvantoja aaltoliikkeestä vesimassassa, kuten meressä tai järvessä, kuten myöskin vesihiukkasten P liikkeestä aaltojen alapuolella syvässä vedessä (kuvio 1), keskisyvässä 30 vedessä (kuvio 2) sekä matalassa vedessä (kuvio 3). Kaikissa kuvioissa on "tuulen" suunta osoitettu (toisin sanoen tuulen yläpuolella ja tuulen alapuolella olevat suunnat). Vaikkakin vesihiukkasen liike on yleisesti ottaen suoraa seurausta tuulesta, saattaa olla olemassa merkityksellinen ero paikallisen tuulen suunnan ja primäärisen aaltorintaman 35 suunnan välillä. Tämän johdosta oheisissa kuvioissa ja selityksessä sanonnat tuuli, tuulen puoli ja tuulen alapuoli ovat käytössä kaavamaisina termeinä havainnollistaen ensisijaisen aaltoenergian etenemisen 6 71393 1 suuntaa, eivätkä ne välttämättä tarkoita paikallisen tuulen olosuhteita. Aaltojen liike liikkuvassa aallossa aikaansaa vedelle ulkonäön sen liikkumisesta tasaisella nopeudella tiettyyn suuntaan. Itse asiassa pelkästään aaltorintama näyttää liikkuvan tällä tavoin. Aaltojen alapuolella ole-5 valla vedellä on oleellisesti harmooninen liike, missä vesimolekyylit eli hiukkaset P liikkuvat kehäreittejä tai virtausviivoja pitkin. Vesihiuk-kasten P kehäliikkeen radat vaihtelevilla etäisyyksillä pinnan a alapuolella on esitetty kuviossa 1 syvässä vedessä, kuviossa 2 keskisyvässä vedessä ja kuviossa 3 matalassa vedessä (kuvio 3 ei ole piirretty oike-10 aan mittakaavaan).

Kun aaltorintama liikkuu syvästä merestä rantaa kohden, on jaksoaika (T), toisin sanoen nousu ja alaspainuminen aallon harjalta aallon pohjalle ja takaisin aallon harjalle, vakinainen. Yleinen riippuvaisuustilanne on 15

^ tanh 2*h L = 2 T L

20 missä L on etäisyys toiselta aallon harjalta toiselle ja missä g on maan vetovoiman kiihtyvyys. Tämän yhtälön mukaisesti tulee aallon pituudesta lyhyempi, kun vesi mataloituu. Matalassa vedessä L = VrglT' T ja syvässä 2 vedessä L * 5,12 T , jolloin saadaan vain muutaman prosentin virhe. Nämä 25 riippuvaisuudet vastaavat havaintoja pitkistä mainingeista avoimella merellä ja paljon lyhyemmistä aallonpituuksista, joita nähdään lähellä rantaa.

Syvässä vedessä, se tahtoo sanoa missä veden syvyys h (mitattuna meren 30 pohjalta tai pohjatasanteelta tiettyyn pisteeseen puolivälissä aallonharjan ja aallon pohjan väliä) on suurempi kuin puoli aallonpituudesta L (h/L > 1/2), ovat kulkuradat lähes ympyrämäisiä, kuten nähdään kuviosta 1. Matalassa vedessä, toisin sanoen missä veden syvyys h on vähemmän kuin 1/20 aallon pituudesta (h/L < 1/20), litistyvät vesihiukkasten kulkukehät 35 saaden ellipsimäisen muodon, kuten on esitettynä kuviossa 3. Keskisyvässä vedessä, eli milloin syvyys h on suurempi kuin 1/20 mutta pienempi kuin 1/2 aallon pituudesta (1/2 > h/L > 1/20), vesihiukkasten liikeradat ovat i 71393 1 ellipsin muotoisia, kuten on esitettynä kuviossa 2. Nämä ellipsin muotoiset kulkuradat keskisyvässä vedessä ovat litistyneitä, mutta ei niin paljon kuin matalassa vedessä.

5 Minkä tahansa vesihiukkasen kehänmuotoinen kulkurata, kuten hiukkasen P' kuviossa 1 rata aaltoprofiilin alapuolella voidaan saada riippuvaisuus- 2 2 2 2 lausekkeesta S /A + £ /B =1, mikä on yleinen yhtälö ellipsinmuotois- ta rataa varten, missä 3 ja 6 ovat vastaavasti hiukkasen vaakasuuntainen ja pystysuuntainen siirtymämäärä, ja kertoimet A ja B kuvaavat kyseisen 10 ellipsin litteyttä, kuten tämä on esitettynä kuvioissa 1, 2 ja 3. Kun a on suuruudeltaan puolet aallon korkeudesta (kuvio 1) ja kun 2 7l /L = k yksinkertaistuksen vuoksi, ovat lausekkeet suureille A ja B A = [a cosh k (h + z)7 / sinh kh, kun taas puolestaan B = /a sinh k (h + z)J / sinh kh missä x ja z ovat vaakasuuntainen ja pystysuuntainen koordinaatti mitat- 15 tuna lähtökohdasta 0, mikä on esitettynä kuviossa 1. Kun sallitaan yhden

Icz tai kahden prosentin virhe, on A = B = ae syvässä vedessä ja kehärei-teistä tulee ympyrämäisiä. Näiden kehäreittien säde pienentyy pinnalta pohjaa kohden ja tämä on negatiivinen z suunta, kuten on esitettynä kuvioissa 1-3. Matalaa vettä varten pätee pienellä virheellä A = a/kh ja B = 20 a(l + z/h). Arvojen sijoittelu tähän tapaukseen osoittaa, että edestakaisin liike pitkin vaakasuuntaista suuntaa on suurempi kuin a ja että ellipsin pystysuuntainen mitta pienentyy sitä mukaa, kun lähestytään pohjaa. Suuremman edestakaisen liikkeen tärkeys matalassa ja keskisyvässä vedessä tulee käymään ilmi selvästi myöhemmin.

25

Kuviot yhdestä kolmeen havainnollistavat erilaisia asentoja vesihiukka-sille P niiden kulkureiteillä eri pisteissä pitkin aaltoprofiilia. On ymmärrettävä, että lukemattomia vesihiukkasia liikkuu tällä samalla tavoin, vaikkakin kuvassa esitetään vain muutamia. Missä tahansa tietyssä 30 pisteessä pitkin aaltoprofiilia kaikki sen alapuolella pystysuunnassa olevat hiukkaset sijaitsevat samassa suhteellisessa asennossa liikeradallaan. Täten aallon harjalla, mikä on esitettynä äärimmäisellä vasemmassa päässä kuvioita 1-3, missä x = 0 ja vastaavasti z = +a, kaikki vesihiukkasista välittömästi sen alapuolella ovat liikeratojensa huippu-35 kohdassa. Nämä hiukkaset liikkuvat vaakasuuntaan oikealla päin aallon liikkeen suunnassa, kuten on osoitettuna nuolilla. Näitten nuolien pituus on mitta-arvo siitä nopeudesta, millä nämä hiukkaset liikkuvat. Aallon pohjalla kuvioiden yhdestä kolmeen keskustassa, missä x = 1/2 L, kaikki 8 71393 1 vesihiukkasista välittömästi tämän kohdan alla ovat kulkuratojensa poh-jakohdalla ja ne liikkuvat vaakasuunnassa vasemmalle päin. Vesihiukkaset niissä asennoissa, missä x = 1/4 L, liikkuvat pystysuunnassa ylöspäin ja vesihiukkaset niissä asennoissa, missä x = 3/4 L liikkuvat pystysuun-5 nassa alaspäin. Kunkin näistä hiukkasista yhteydessä on liittyneenä tietty massa ja tietty nopeusvektori ja täten kineettistä energiaa, mikä voidaan ottaa talteen ja muuntaa käyttötehoksi.

Kuvio 4 havainnollistaa kaavamaisesti purjetta S sijoitettuna pystyyn 10 veteen useille erilaisille kohdille, mitä tulee aaltoon, mikä liikkuu oikealle päin. Vaikkakin tämä purje on edullisimmin sijoitettu pystysuuntaan, se saattaa silti olla myös sijoitettu muihin kulmiin, mikäli niin halutaan. Kuvio 4 esittää myös erästä vesihiukkasista P kussakin purjeen sijaintikohdassa. Toisistaan erillään yhdensuuntaiset kiskot TR 15 kiinnitettynä vesimassan pohjaan verrattuna kiinteästi kulkevat aaltojen liikkeen suuntaan ja pitävät purjetta S pystyssä kannattaen sitä sallien edestakaisen liikkeen. Tämä purje saattaa muodostua sivuttaissuunnassa erilleen toisistaan sijoitetuista pystyistä osista UP, joissa on näiden välillä purjepinta SH, mikä saattaa olla joustavaa.

20

Purje asennossa t = 0 (missä t edustaa aikaa muuttujana) esitetään tietyn aallon harjanteen kohdalla ja se on havainnollistettu keskiasennos-saan 0 kulkukiskoilla yhtyen tämä oordinaattaan AO. Vesihiukkaset tässä aaltoprofiilin kohdassa ovat liikeratojensa huippukohdassa ja ne liikku-25 vat oikealle päin täten pakottaen purjetta oikealle päin saaden sen pullistumaan tähän suuntaan. Yhden neljänneksen jaksonajasta myöhemmin sijaintikohdassa t = 1/4 T purje on pisteessä N kulkukiskojaan pitkin. Vesihiukkaset tässä aaltoprofiilin kohdassa liikkuvat alaspäin niin, että purje on löysänä. Yhden neljänneksen jaksonsajasta myöhemmin sijain-30 tikohdassa t = 1/2 T aallon pohjalla purje on siirtynyt takaisin pisteeseen 0 ja se on siirtynyt tähän asentoon vesihiukkasten vasemmalle päin tapahtuvan liikkeen vaikutuksesta. Tulee todeta, että purjetta nyt siirretään vasemmalle päin. Yhden neljänneksen jaksonajasta myöhemmin sijaintikohdassa t = 3/4 T purje on siirretty vasemmalle päin pisteeseen M 35 pitkin kulkukiskojaan ja tässä kohdassa aaltoprofiililla vesihiukkaset liikkuvat pystysuuntaan ylöspäin niin, että purje on jälleen kerran löysänä. Yhden neljänneksen jaksonajasta vielä myöhemmin sijaintikoh- 9 71393 1 dassa t * T, kun seuraava aallonharja saavuttaa purjeen, on tämä purje jälleen kohdassa 0, mikä on identtinen sijaintikohdalle t * 0. Purje jatkaa edestakaista liikettään tällä tavoin veden aaltojen alla tapahtuvan liikkeen vaikutuksen alaisena.

5

Vaakasuuntainen nopeuskomponentti on u » - ja pystysuuntainen komponentti on v = , missä ψ on nopeuden potentiaalifunktio ja se lausutaan suureena -f *» [ ag cosh k (h + z) H /.cos (kx-£t)7 / (£cosh kh), mikä tyydyttää Bernoullin yhtälön (yleisesti hyväksytty nestedyna-10 miikan periaate) tässä yhteydessä tarkasteltaville tapauksille. Kaikki lausekkeista on jo aikaisemmin määritelty paitsi £ , mikä on suuruudeltaan & - iTffT. Ylläoleva lauseke on tärkeä siinä suhteessa, että se ei pelkästään määrittele hiukkasten liikkeen suuntaa kulkuradallaan, vaan se kuvaa myös aallon profiilin. Tulee huomata, että 'f on myös ajan suhteen 15 harmooninen hyväksyttyjen periaatteiden mukaisesti, joilla määritellään harmooninen liike, toisin sanoen ajallisesti jaksottainen.

Kuvio 5 on samankaltainen kuin kuvio 4 siinä suhteessa, että se esittää kaavamaisesti purjeen S' sijoitettuna yleisesti ottaen pystyyn ve-20 teen useisiin erilaisiin sijaintikohtiin aaltoon verrattuna, mikä liikkuu oikealle päin, mutta tässä tapauksessa purje on kannatettuna sallien kääntyvän liikkeen. Kuten on esitetty, on purjeen pohjaosa saranoitu kohdasta V kantaosaan B, mikä on kiinteänä vesimäärän pohjaan verrattuna sallien kääntyvän liikkeen edestakaisen aaltojen liikkeen 25 suunnassa. Eräs vesihiukkasista P on esitetty kussakin eri asennoista.

Purje Sf liikkuu edestakaisin sarana-akselinsa ympäri ja se on neutraalissa pystysuuntaisessa asennossaan aallon harjanteen kohdalla (asennot t * 0 ja t = T) ja samoin aallon pohjan kohdalla (asento t = 1/2 T).

30 Välissä olevissa asennoissa t = 1/4 T ja t * 3/4 T purje on esitetty kääntyneenä määrän verran vastakkaisiin suuntiin eroon neutraalista asennosta. Täten purjeen S' liike kuviossa 5 on verrattavissa purjeen S liikkeeseen kuviossa 4 paitsi, että se liikkuu tietyn saranan ympäri.

Kuvio 5 havainnollistaa jonkin verran erilaista purjeen rakennetta. Ku-35 vion 5 purje on "kuunaritakiloitua" tyyppiä ja siinä on osat SH' järjestettynä toinen toisensa yläpuolelle ja kiinnitettynä kehikkoon pitkin pääasiallisesti ottaen vaakasuuntaista ylä- ja pohjareunaansa. On 10 71 393 1 ymmärretävä, että "kuunaritakiloitu" purje saattaa myös olla käytössä kuvion 4 rakenteessa, ja että kuvion 4 yksinkertaista purjetta voidaan käyttää myös kuviossa 5.

5 Kuvio 6 on esitys siitä, kuinka purje ottaa talteen potentiaalista energiaa edestakaisesta liikkeestä. Aikaisemmin käytetyt yhtälöt voidaan järjestää ja sitten integroida tietyn aallon pituuden ja syvyyden yli, jotta määriteltäisiin käytettävissä olevan energian kokonaismäärä. Energian kokonaismäärä muodostuu kahdesta komponentista, kineettisestä 10 energiasta ja potentiaalienergiasta. Ensimmäinen liittyy veden liikkeeseen, toisin sanoen sen massaan ja nopeuteen ja toinen liittyy vesimassan kykyyn tietyn matkan putoamiseen painovoiman vaikutuksesta. Vaikkakin matematiikka tässä on monimutkaista, on tulos yksinkertainen. Kum- 2 pikin energiamääristä on suuruudeltaan Wa L/4, missä W on vesitilavuus- 2 15 määrän paino. Kokonaismäärä on täten Wa L/2. Padon takana olevalla vedellä on potentiaalienergiaa, toisin sanoen kyky tehdä työtä. Kuviossa 6 tulee havainnollistaa kahta pääkohtaa potentiaalienergian suhteen, koska potentiaalienergiaa yleisesti ottaen saadaan aalloista kellukkeilla, mitkä nousevat ja laskevat. Ensinnäkin vesihiukkasten suhteellinen no-20 peus purjeeseen nähden kohtisuorasti on nollan suuruinen, koska purje on edullisimmin huokoseton. Tämä periaate huomioonottaen eroitus veden korkeudessa kummallakin puolella purjetta voidaan tulkita samaan tapaan kuin vesi padon takana. Analyyttisesti ottaen, koska esiintyy tietty nettovoima liikkeen suunnassa, on potentiaalienergia muunnettavissa käyt-25 tökelpoiseksi energiaksi. Toisekseen ideaalisessa tilanteessa tämä laite kehittää ja ottaa talteen kaiken energian sisääntulevasta aallosta ja vesi laitteen rannan puolella on tyyntä, toisin sanoen se ei sisällä kumpaakaan energian muotoa.

30 Kuvio 6 esittää oikealle päin liikkuvan aallon, missä on tyyntä vettä sen oikealla puolella. Hetkenä t * 0 aallon harja on tietyssä korkeammassa sijaintikohdassa, kuin mitä vesi on oikealla puolella ja vasemmalla puolella esiintyy maksimisuuruinen hydrostaattinen paine suuruudeltaan W(a * h) tietylle voimalle oikealle päin suuruudeltaan (W/2) 35 (a + h) . Oikealla puolella laitetta on maksimipaine suuruudeltaan Wh, mikä vaikuttaa vasemmalle päin pinta-alalle h. Laitteelle oletetaan yksikköleveys. Nettovoima oikealle päin on tällöin (W/2) (a + 2 ah).

Kun t = 1/4 T on aallon profiili siirtynyt siihen asentoon, mikä on n 71393 1 kuvassa esitetty ja voimat kummallakin puolella laitetta ovat keskenään yhtä suuria. Kun t = 1/2 T, on aallon profiili kuten on esitetty ja maksi-mipaine oikealla puolella on suuruudeltaan Wh, kun taas paine vasemmalla puolella laitetta on maksimisuuruinen W (h - a). Kun suoritetaan kerto-5 lasku vastaavilla pinta-aloilla, saadaan nettovoimaksi vasemmalle päin suure, mikä on samavaiheinen kineettisen energian kanssa, mikä imeytyy laitteeseen, kun hiukkaset siirtyvät vasemmalle päin. Kun on hetki t = 3/4 T, profiili on esitetyllä tavalla ja voimat kummallakin puolella sitä ovat tasapainoitettuna. Hetkellä t = T on jakso suoritettu loppuun 10 ja palattu alkuperäiseen asentoon. Asentoa t = T ei ole esitetty, mutta se on identtinen asennolle t = 0.

Vettä pidetään yleisesti kokoonpuristumattomana, ja tämän johdosta jäykkä purjerakenne, mikä on esitetty kuviossa 6, on muunnettavissa korvaamalla 15 sen sijaan joustava purje, mikä saattaa muodostua houkuttelevaksi ratkaisuksi, koska se ei pelkästään ota talteen käytettävissä olevaa kineettistä ja potentiaalista energiaa aallosta, vaan myöskin pullistuva pinta aikaansaa alhaisen kitkaprofiilin rannan puoleiselle osalle tätä (siirtyessään kohden rantaa), mikä merkitsee, että se aikaansaa minimisuuruiset 20 häiriöt, toisin sanoen ainoastaan hyvin pienen amplitudin aaltoprofiilin rannan puolelle laitetta sisääntulevan aallon amplitudiin verrattuna.

Kuvio 7 on kaavamainen esitys yksinkertaisesta purjeen tapaisesta laitteesta, jolla otetaan talteen energiaa aaltojen alapuolella tapah-25 tuvasta veden liikkeestä. Purje 1 on edullisimmin kannatettuna vedessä pystysuunnassa käyttäen pystykannattimia 2A kehikossa 2. Kuten yläpuolella on todettu, voitaisiin purje, mikäli niin halutaan, sijoittaa tiettyyn kulmaan pystysuuntan verrattuna. Kehikkoa ohjataan valssi-teloilla 3, mitkä kulkevat kiskoilla 4 tai muilla keinoilla, mitkä 30 sijaitsevat kohtisuorassa suunnassa aaltorintamaan nähden ja joita voidaan kannattaa meren pohjan tasolla tai sen yläpuolella. Kun aallon osaset liikkuvat oikealle päin, purje pullistuu, kuten on esitetty. Tämä purje saattaa olla jäykän tai joustavan aineksen levy, minkä kokonais-leveys on jonkin verran suurempi, kuin mitä on etäisyys pystyosien 2a 35 välillä, joihin sen reunat on kiinnitetty. Tanko 5 on kiinnitetty kehikkoon ristikappaleeseen 6 siirtäen energian purjeesta ja kehikosta soveliaaseen tehonmuodostuslaitteeseen, jollaisena saattaa olla esim.

12 71393 1 pumppu, mutta mikä tässä yhteydessä on havainnollistettu generaattorina 7. Tangon vasemmanpuoleinen osa on lineaarinen vaihteisto tai hammastenko 8, mikä on tartunnassa hammaspyöriin 10 ja 11, joiden toiminnat tullaan selittämään myöhemmin. On olemassa useita mekaanisia keinoja 5 lineaarisen liikkeen muuttamiseksi pyörintäliikkeeksi, mutta on huomattava, että meren tilanne tai aaltojen korkeus vaihtelee ja täten vesihiuk-kasten liike ja tämän johdosta tangon suorittama isku vaihtelee. Tehokkuuden aikaansaamiseksi on toivottavaa, että generaattorin käämitys akseleineen 12 pyörii ainoastaan tiettyyn suuntaan. Pienten pyörien 10 13 tarkoitus, mitkä on kiinnitetty hammastangon 8 ohjaimeen 14, on halu tun suhteellisen asennon ylläpitäminen purjeen liikkeelle, mikä on tarpeen tietyllä laitteella, mikä on alttiina vuorovesille ja virtauksille. Näitten toiminta tullaan selostamaan myöhemmin.

15 Generaattori 7 on kiinnitetty asennusosaan 15 ja kannattavaan levyyn 16 ja täten pystykannattimeen 17. Osat 18 ja 19 kiinnitettynä jäykästi kiskoihin 4 täydentävät tämän kannattavan rakenteen. Generaattorissa on käämitys 72 (kuvio 14).

20 Viitaten nyt kuvioihin 11-14 on generaattorin käämityksellä 72 akseli 12, joka kulkee lineaarisen vaihteiston eli hammastangon 8 yli. Hatnmas-tus 11 tässä akselivarressa on tartunnassa hammastangon 8 hampaiden kanssa. Tämä hammastus 11 on muodoltaan rengas (kuvio 13) asennettuna pyöritettäväksi levylle 78, mikä on kiinnitetty generaattoriakseliin 12.

25 Yksisuuntainen kytkin 79 rakenteeltaan tavanomaisena on järjestetty levyn ja hammastusrenkaan välille niin, että hammastusrengas pyörittää generaattorin akselia, kun sitä pyöritetään toiseen suuntaan, mutta ei toiseen suuntaan pyöritettäessä. Tämä kytkin saattaa sisältää jousikuor-mitteisen pallon 81 kiilattuna kaventuvien pintojen väliin tässä hammas- 30 renkaassa ja levyssä. Kuten nähdään kuviosta 13, pyörii hammaspyörä 11 vastapäivään, kun hammastanko 8 liikkuu nuolen suuntaan oikealle päin ja se pyörittää generaattorin akselia samaan suuntaan tämän yksisuuntaisen kytkimen avulla. Toiselta puolen vaihteiston päinvastainen liike hammastangon 8 liikkuessa vasemmalle päin saa kytkimen 79 aukenemaan.

Toinen vaihteistorengas 10 tartunnassa hammastangon 8 kanssa on kannatettuna pyöritettävänä levyllä 82, mikä puolestaan on asennettu pyöritettä- 35 i3 71 393 1 väksi akselille 84, mikä on asennettu kannattimelle 16 korvakkeelle 86 (kuvio 11). Kuten parhaiten nähdään kuviosta 13, on levyssä 82 hammastettu osa 83 tartunnassa hammaspyörän 88 kanssa, mikä on kiinnitetty generaattoriakseliin 12. On myös olemassa toinen yksisuuntainen kytkimen 5 liitäntä 79 vaihteistorenkaan 10 ja levyn 82 välillä niin, että vaih-teistorenkaan pyöriminen toiseen suuntaan käyttää levyä 82, mutta sen pyöriminen päinvastaiseen suuntaan sallii vaihteistorenkaan pyörivän vapaasti tällä levyllä. Kuten nähdään kuviosta 13, lukittuu kytkin 79 vaihteistorenkaan 10 ja levyn 82 välillä, kun hammastanko 8 liikkuu 10 vasemmalle päin siirtäen levyä 82 myötäpäivään. Levyn 82 hammastettu osa 83 käyttää vaihteistoa 88 ja generaattoriakselia 12 vastapäivään, mikä on sama suunta pyörimiselle, mikä aikaansaadaan oikeaan suuntaan tapahtuvalla hammastangon liikkeellä vaihteistorenkaan 11 välityksellä. Tämän johdosta generaattorin akselia pyöritetään samaan suuntaan molemmilla 15 hammastangon liikkeiden suunnilla. Generaattori 7 on esitetty kuviossa 7 ja siinä on kaapeli 25 minkä avulla muodostettu sähkövoima voidaan siirtää tehonjakelukeskukseen tai suoraan sähkömoottoriin tai muuhun laitteeseen kyseisen laitteen käyttämiseksi.

20 Kun kuvion 7 laitteisto sijoitetaan veteen ja suunnataan kiskojen 4 sijaitessa yhdensuuntaisena aaltojen alapuolella tapahtuvalle veden liikkeelle, siirtyy purje 1 edestakaisin veden vaikutuksesta. Kun vesihiukkaset liikkuvat oikealle päin, ne työntävät purjetta oikealle. Kun ne siirtyvät vasemmalle päin, ne työntävät purjetta vasemmalle päin. Tanko 5 siirtyy 25 vastaavalla tavalla oikealle ja vasemmalle päin pyörittäen generaattorin roottoria samaan pyörimisen suuntaan sekä ensimmäisen että toisen liikkeistä aikana tässä hammastangossa järjestetyn laitteiston avulla. Generaattori saattaa olla rakenteeltaan tavanomainen toimien kentässä, mikä aikaansaadaan kestomagneetilla 90 (kuvio 14) täten kehittäen sähkö-30 voimaa.

Pystysuuntainen korkeus levyosassa purjetta saattaa olla sellainen, että se ulottuu aaltojen harjan yläpuolelle ja alas riittävän syvälle ottaakseen talteen suurimman osan, ellei lähes kaikkea, liikkuvan veden energiasta.

35 Kuvio 8 havainnollistaa purjeen ylempää osaa, mikä työntyy esiin veden pinnan yläpuolelle. Hammastangon ja generaattorin rakenne voidaan sijoittaa vedenpinnan yläpuolelle ja pois vedestä, vaikkakin tämä rakenne voi ja 1 pystyy toimimaan tehokkaasti veden alla, mikäli se on suunniteltu tätä ympäristöä varten, toisin sanoen on suljettu hermeettisesti.

,λ 71393 14

Kuvion 7 esittämää laitteistoa voidaan kannattaa kiskoilla kiinteässä 5 asennossa, tai se on voitu nivelöidä tai kannattaa siten, että sallitaan purjeen suuntaamisen muuttaminen sitä mukaa kun veden liikkeen suunta vaihtuu. Kuvio 7 esittää katkoviivoilla erästä keinoa kuvion 7 mukaisen laitteiston suuntauksen muuttamiseksi, vaikkakin muita mekaanisia ja/tai elektronisia laitteita voidaankin suunnitella. Kuten on esitetty, on levy 10 20 kiinnitettynä kiskoihin 4 ja se kannattaa niitä, kun taas puolestaan pilari 21 ankkuroituna meren pohjaan tai sen yläpuolelle kannattaa käänty-vasti levyä 20 sallien liikkeen tietyn pystyakselin ympäri. Pystysuuntainen peräsin 22 kiinnitettynä kiskoihin 4 korvakkeella 23 sijaitsee yhdensuuntaisena kiskoille 4 ja saa laitteen kääntymään pilarilla 21 15 automaattisesti seurauksena muutoksista veden liikkeen suunnassa niin, että laitteiston kiskot 4 sijaitsevat kaikissa tilanteissa yhdensuuntaisena aaltojen alaopuolella tapahtuvalle veden liikkeen suunnalle ja pitävät purjeen kohtisuorassa tälle liikkeelle. Nyt on ymmärrettävä, että soveliaita elektronisia ja/tai mekaanisia laitteita voidaan käyttää suuntaamaan 20 jo aikaisemmin kuvattuja rakennelmia näissä tilanteissa.

Vaikkakin purjerakenteen liike edestakaisin tapahtuu yleisesti ottaen liikkeen samojen rajojen sisällä, omaa purjeen keskikohta (keskimääräinen asento) ajanmittaan taipumuksen siirtyä poispäin kohdaltaan joko rantaa 25 kohden tai merelle päin riippuen vesimassan yleisestä kokonaisliikkeestä, mitä saattaa esiintyä seurauksena vuorovesi-ilmiöstä tai virtauksesta vain esimerkkejä mainiten. Myöskin esiintyy luonnollisestikin vaihteluja aaltojen korkeudessa tietystä aallosta seuraavaan erona. Tämän johdosta on järjestetty keinot niin, että purjeella on lähes sama keskiasento 30 kutakin jaksoa kohden, vaikkakin purjeen liike saattaa olla suurempi kumpaan tahansa suuntaan tietystä jaksosta toiseen siirryttäessä. Nyt kyseessä olevassa tapauksessa tämä toiminta toteutetaan lisäämällä generaattorin käämejä sen kentän lisäämiseksi, kun purjerakenne siirtyy hyväksyttävissä olevien rajojen ulkopuolelle. Yleisesti ottaen laitteet 35 tämän toiminnan toteuttamiseksi voidaan luokitella asentoservosystee-meiksi.

is 71393 1 Viitaten nyt kuvioon 14, mikä on kaaviokuvanto riippuvaisuudesta ham- maetangon ja generaattorin välillä, on generaattorin käämitys 72 esitetty kääntymässä kestomagneetin rakenteella 90 aikaansaadussa kentässä. Tämä kenttä, vaikkakin se on tarpeen sähkövoiman kehittämiseksi, aikaansaa 5 kaikesta huolimatta tietyn vastuksen käämityksen kyvylle pyöriä. Tätä vastusta voidaan lisätä vlrroittamalla yksi tai useampia käämeistä 102,104,106,108,110 tai 112 riippuen keskimääräisen liikkeen määrästä ja suunnasta poispäin neutraallasennosta. Kuviossa 14 on esitetty kolme tällaista käämiä vasemmalla puolella kuvaa ja kolme samankaltaista kää-10 miä, vaikkakaan niitä ei ole havainnollistettu kokonaan, on järjestetty oikealle puolelle tätä. Kunkin käämin piiri kuviossa 14 sisältää koske-tinvalssin 13. Kuten nähdään kuviosta 13, on kukin valssi 13 asennettuna pyöritettäväksi akselille 116, mutta jännitetty kierrejousella 118 saattamaan sen eristetty kosketin 120 kosketuksiin kosketlnvarren 122 kanssa, 15 mikä on jäykkä ja työntyy säteettäisesti esiin akselista 116. Valssissa on napa 124 sen tietyllä kehän suuntaan eristetystä osasta erillään sijaitsevassa kohdassa. Kuviosta 13 voidaan todeta, että siinä hammas-tangon liike ja ohjaimen pyörintä tapahtuu päinvastaisena kuvion 14 tapaukselle, mutta periaate on kuitenkin sama.

20

Tarkastellen jälleen kerran kuviota 14, kun purjerakenteen asento siirtyy lilan pitkälle vasemmalle päin keskellä olevaan asentoon verrattuna, se saa pitkänomaisen ohjaimen 130 tarttumaan kitkan avulla kehäosaan ensimmäisestä valsslkoskettlmesta 13. Tätä valssikosketinta käännetään 25 vastapäivään saattaen sen kytkinnavan 124 kosketuksiin varren 122 kanssa, mikä täten sulkee käämin 102 piirin akselivarren 116, varren 122, kytkin-kohdan 124, valssin 13 ja maadoitetun hammastanko-ohjaimen 130 avulla. Hammastangon 8 jatkuva liike vasemmalle päin sallii valssin liukuvan ohjaimella ja ylläpitävän sähköistä kosketusta, mikä sulkee piirin tähän 30 käämiin. Kun kuitenkin hammastenko vaihtaa liikesuuntaa ja liikkuu oikealle päin, kääntää kltkakosketus ohjaimen kanssa valssia 13 myötäpäivään kosketuksiin eristetyn navan 120 kanssa katkaisten piirin. Valssi 13 liikkuu edelleen ohjaimella, kunnes ohjain liikkuu pois tartunnasta sen kanssa. Sinä aikana, jolloin käämi 102 on virroitettuna, tuodaan ylimää-35 räistä kentän virtaa vastustamaan käämityksen 72 pyörimistä ja täten lisäämään purjeen liikettä vastustavaa voimaa ja rajoittamaan purjeraken-teen maksimisiirtymää. Tämä käämi ei kuitenkaan enää saa virtaa purjera- I, 71393 1 kenteen liikkeen vaihtuessa toiseksi. Mikäli purjerakenne jatkaa liikettään vasemmalle päin huolimatta kentän virran lisääntyneestä vastuksesta käämissä 102, voidaan ylimääräiset käämit 104 ja 106 järjestää lisäämään vielä enemmän kentän virtaa rajoittamaan tämän purjeen siirtymämäärää.

5

Kuten on todettu yllä, on samanlaiset käämit sisältäen valssikoskettimet 13 jne. järjestetty rajoittamaan purjeen liikettä myös päinvastaiseen suuntaan.

10 Mukavuussyistä, ja mikäli niin halutaan, voidaan valssit 13 jaella molemmille puolille hammastankoa 8, missä tapauksessa ohjaimet 130 valssien käyttämiseksi on järjestetty molemmille puolille tätä hammastankoa.

Nyt on ymmärrettävä, että sähkökentän voiman lisääminen lisää generaatto-15 rin sähkötehon ulostulomäärää. Tällä keksinnöllä saadaan täten talteen maksimimäärä energiasta, mikä on käytettävissä vedessä vaihtelevissa olosuhteissa.

Vaikkakin kuvio 5 havainnollistaa syvän veden tapausta, missä purje väräh-20 telee tietyn vaakasuuntaisen kääntymäakselin ympäri tämän purjeen pohjalla, voitaisiin tätä myös käyttää keskisyvässä vedessä tai matalassa vedessä, mikäli niin halutaan. Luonto itse voi aikaansaada yksinkertaisen siirtymä-arvon seuraavan toteutusmuodon avulla. Mastot eli kehysosat, mitkä on esitetty kannattamassa purjetta, saattavat olla onttoja ja suljettuja ja 25 täten kelluvia. Tässä rakenteessa vaikuttaa nettomääräinen kelluttava voima aina pystysuuntaan tähän mastoon. Tämä voima, koska se on aina pystysuuntainen, aikaansaa palauttavan vääntömomentin pystysuuntaan nähden, mikäli purje kallistuu vasemmalle tai oikealle päin. Tämä vääntömo-mentti on fysiikan mielessä konservatiivinen, toisin sanoen se on tehoa 30 kuluttamaton eikä se täten pienennä generaattoriin käytettävissä olevaa tehomäärää. Mikäli halutaan suurta vääntömomenttia, se voidaan aikaansaada kiinnittämällä jäykästi virtaviivainen kelluva osa mastoon sellaiseen pisteeseen, missä sen upoksissa oleminen on taattua, mutta missä saavutetaan korkea vääntömomentti.

35 l7 71 393 1 Kuviot 9 ja 10 esittävät muunnosta purjerakenteesta. Verrattaessa kuviota 8 ja 9 voidaan nähdä, että kuvion 9 purjeen rakenne poikkeaa kuvion 8 rakenteesta oleellisesti ainoastaan siinä, että on järjestetty mukaan ylimääräisiä purjelevyjä sivuttain vierekkäin. On esitetty kaksi 5 ylimääräistä purjelevyä la kuvioissa 9 ja 10 kannatettuna molemmilla puolilla keskellä olevaa purjerakennetta käyttäen sivuttaissuuntaisia jatkeita 38 ja 40 ylemmästä ja alemmasta runko-osasta sekä ylimääräisiä pystysuuntaisia kehysosia 36. Ilmeisestikin mikä tahansa lukumäärä ylimääräisiä purjeen levyjä voidaan järjestää mukaan. Ylimääräisten purje-10 levyjen järjestely sallii purjerakenteen olevan yhteistoiminnassa suuremman määrän liikkuvaa vettä kanssa ja täten se voi käyttää hyväksi suuremman prosenttiosuuden siitä energiasta, mikä aaltojen liikkeessä on mukana. Kuvioiden 9 ja 10 laitteisto voidaan tehdä itsensä suuntaavaksi, mikäli niin halutaan, samaan tapaan kuin kuvion 7 laitteistokin.

15

Kuvio 15 esittää vielä erään suoritusmuodon, missä purjerakenne on asennettuna pystyssä olevalle pilarille 200, mikä on ankkuroitu meren pohjalle tai sen yläpuolelle. Kehysrakenteessa on vaakasuuntaiset ja pystysuorat kehysosat 202 ja 203, jolloin vaakasuuntaiset osat on kytketty 20 renkaisiin 205, mitkä on nivelöity pilariin 200 niin, että kehysrakenne pystyy kääntymään tämän pilarin akselin ympäri. Mitä tahansa lukumäärää tämmöisiä levyjä voidaan käyttää ja tässä tapauksessa on järjestetty kaksi purjelevyä Ib vierekkäin sivuttain pystyyn asentoon, näiden sitten toimiessa veden liikkeen perusteella samaan tapaan kuin mitä aikaisemmin 25 on kuvattu. Kehysrakenteessa on varsi 204, joka alkaa pilarista 200 lävistäjän suunnasta vastakkaiselta puolelta pilaria 200 tästä purje-rakenteesta lukien, mutta on kiinnitetty siihen jäykästi niin, että se kääntyy yhtenä yksikkönä sen kanssa. Tämä varsi 204 on yhdistetty tankoon 64 puikolla 208 tangossa 64, joka on raossa 210 varren 204 päässä. 30 Tämä tanko 64 on yhdistetty hammastankoon 62, mikä saattaa olla identtinen hammastangolle 8 kuviossa 7 ja saattaa toimia ja omata saman riippu-vaisuustilanteen generaattorirakenteeseen 7 nähden, mikä on esitetty kuviossa 7, vaikkakaan sitä ei ole enää enempää havainnollistettu kuviossa 15. Puikon ja raon kytkentäliitos 208 ja 210 on tarpeen estämään 35 hirttäytyminen, mikä muutoin saattaisi olla tuloksena sen tosiasian johdosta, että hammastankoa 62 ohjataan suorittamaan suoraviivaista edestakaista liikettä. On tärkeätä todeta, että keskusasema kuviota 15 18 71 3 93 1 varten voidaan muuttaa ottamaan huomioon muutokset veden liikkeen suunnassa. Tietyissä rajoissa kuvion 15 laite on itsensä suuntaava. Tämä takaa maksimisuuruisen energian talteenoton ja siirron määrän.

5 Kuten on jo aikaisemmin todettu laitteet energian talteenottamiseksi, mitkä ovat sellaisia tyyppejä, mitä jo aikaisemmin on kuvattu, voidaan ryhmitellä keskenään yhteen monilukuisiksi joukoiksi järjestettyinä ’’laitoksiksi" kehittämään tehoa megawattimäärissä riittävästi tyydyttämään kokonaisen kaupungin tarpeita. Tästä esimerkkinä aikaisemmin JO esitettyjen yhtälöiden mukaisesti on kutakin valtameren aaltorintaman suoraviivaista mailia kohden, missä on 2,4 m aallonharjalta aallonpohjaan suuruiset aallot ja missä jaksonaika on kymmenen sekuntia, satakah-deksankymmentäseitsemän megawattia käytettävissä olevaa tehoa. Edelleen tulisi huomata, että aallot sekä matalassa että keskisyvässä vedessä 15 lähellä rantaa sisältävät saman määrän energiaa kuin myös syvän meren vedessä, mikäli aaltojen korkeus ja jakso on sama kaikissa paikoissa. Ilmeisestikin aineskustannus ja rakentamishinta (eli pääoman investoin-tikulut) olisivat pienempiä kilowattia kohden, mikäli energian kehittä-mislaitteisto sijaitsee lähellä rantaa. On myös ymmärrettävä, että millä 20 tahansa kuvatuista laitteista kehitetty sähkövoima voidaan siirtää kaapelia pitkin tehonjakelukeskukseen tai se voidaan siirtää suoraan sähkö-moottoriin tai muuhun laitteeseen tämän käyttämiseksi.

Edellä kuvatut ja havainnollistetut laitteet ovat esimerkkejä yksinker-25 täisistä laitteista, mitkä soveltuvat ottamaan talteen niitä kahta energian muotoa, mitkä ovat käytettävissä veden liikkeessä aaltojen alapuolella, nimittäin kineettistä ja potentiaalienergiaa. Nämä energian talteenoton laitteet toimivat yhden tai useamman liikuteltavissa olevan yksikön periaatteella, joissa on osia eli purjeita kytkettynä sähkötehon 30 kehittämissysteemiin. Alempana kuvattavat laitteet on kehitetty parantamaan kokonaistehokkuutta tuomalla mukaan toissijainen komponentti (purje) sekä ylimääräisiä servosilmukoita, ja nämä ovat jälleen kerran sovellettavissa sekä matalan, keskisyvän että syvän veden sijaintipaikoissa.

Sekä tehonkehittämisen purje että toissijainen purje tämän jälkeen kuvattavissa laitteissa suorittavat kääntyvää liikettä, mutta tulisi ymmärtää, että toissijaisen purjeen periaate on yhtä hyvin sovellettavissa 35 i9 71 39 3 1 laitteisiin, joissa purjeet suorittavat suoraviivaista liikettä.

Teoria pitää vettä kokoonpuristumattomana, mikä on kohtuullinen olettamus ja sallii matemaattiset ratkaisut suljetussa muodossa. Veden kokoon-5 puristumattomuus on tekijä, joka suosii purjetta mikä on joustava niin, että se pystyy muuttamaan muotoaan vesihiukkasten liikkeen mukaisesti ja täten saattamaan minimiinsä veden häiriöt tämän purjeen suojan puolella.

Veden häiriöt suojan puolella edustavat systeemin suhteen hukkaan joutu-j0 nutta, käytettävissä olevaa energiaa. Kuviossa 16 tämä on esitetty kaavamaisesti, missä talteenottolaite saattaa olla tehonkehitysosa tai purje jo aikaisemmin kuvattua tyyppiä. Koska talteenoton laitteen täytyy liikkua, jotta tehoa voitaisiin kehittää ja koska veden oletetaan olevan kokoonpuristumatonta, täytyy veden liikettä suojan puolella välttämättä 15 tapahtua ellei laite ole täydellinen energian absorboija. Jotta voitaisiin huomioida tämä todellisuus, on nyt ehdotettu useita purjeita järjestettynä laitoksiksi, toisin sanoen toista talteenottolaitetta suojan puolella ensimmäistä telteenottolaitetta, mikä ottaisi talteen sitä energiaa, mikä ei ensimmäisessä talteenoton laitteessa ole muunnettu 20 käyttökelpoiseksi jne. Jotta voitaisiin lähestyä 100 % hyötysuhdetasoa, tarvittaisiin n. (se on 1,2,3---n) purjetta ja materiaalikustannukset olisi vat liiallisen korkeita. Eräs yksinkertainen vaihtoehtoinen menetelmä täyden tehokkuuden lähestymiseksi tulee käymään ilmi allaolevasta.

25 Kuten on jo aikaisemmin kuvattu, on liikkuvassa aallossa oleva purje yhteistoiminnassa vesihiukkasten kanssa, mitkä suorittavat luonnollista kehäliikettään. Luonnossa sisääntulevan aallon hiukkasliike (tuulen suuntaan) on ensisijaisesti kehämuotoista. Luonnossa on myös olemassa toinen ilmiö, mitä kutsutaan "seisovaksi aalloksi". Veden liike pitkin 30 pystysuuntaista aallonmurtajan seinää on tunnettu esimerkki seisovasta aallosta. Teoriassa aallonmurtajan seinämä heijastaa oleellisesti kaiken energiasta takaisin merelle. Hiukkasliike, mikä liittyy seisovaan aaltoon on täysin erilainen siitä, mikä liittyy kulkevaan aaltorintamaan, ja se on kuvattuna kuviossa 18. Näkyvä pinnan ääriviiva näyttää samalta 35 kuin kulkevassa aallossakin ja on se esitetty umpiviivalla ja myös katkoviivalla puoli jaksoa myöhemmin. Nuolet osoittavat veden hiukkasen liikettä. Pystysuuntaiset pistekatkoviivat 200 ja 202 osoittavat vastaa- 20 71 393 1 vasti solmukohtia ja kupukohtia, mitä tullaan kuvaamaan tarkemmin tässä myöhemmin.

Kuvio 17 kuvaa energian siirtymisen ja heijastumisen periaatetta. Tässä 5 kuvassa on käytössä tehonkehityslaite, mikä, kuten on todettu yllä, saattaa olla jo aikaisemmin kuvattua tyyppiä oleva purje ja tietty toissijainen laite, mikä myös saattaa olla purje, on sijoitettu eroon tehon-kehityslaitteesta suojan puolelle tätä. Koska toissijainen laite saattaa toimia (kuten tullaan todistamaan myöhemmin) useilla eri toimitavoilla, 10 mitkä kaikki on suunniteltu palauttamaan energiaa jollain tavoin takaisin, voidaan tätä laitetta kutsua yleisesti ottaen heijastinlaitteeksi. Ideaalinen tilanne olisi, että tehonkehityslaite liikkuisi siten, että se vastaanottaa sisääntulevan kulkevan aallon energian aikaansaaden minimisuuruisen heijastuman, mutta kokoonpuristumattomuusolosuhteitten 15 vaikutuksesta (sen oma liike) sen täytyy kehittää ja siirtää jonkin verran energiaa heijastinlaitteeseen. Tämä heijastinlaite palauttaa vastaanottamansa energian takaisin tehonkehityslaitteeseen, missä, mikäli tämä sijainniltaan on vaiheitettu oikein, tämä heijastunut energia lisää tämän tehonkehityslaitteen ulossaatavan tehon määrää.

20

Oikea vaiheistus on ajallisesti vaihtuva raja-arvo-ongelma, ja tarkka ratkaisu tälle on epätodennäköinen, koska hiukkasten liike näiden kahden laitteen välillä suorittaa asteettaisen siirtymän kehänmuotöisestä (tehonkehityslaitteen läheisyydessä) käyräviivaiseen (heijastinlaitteen 25 läheisyydessä) tapaukseen, kuten voidaan nähdä litistyneistä ympyröistä 209 ja 211 ja lopulta nuolista 213 (edustaen käyräviivaista liikettä) kuviossa 19, mihin tullaan täydellisemmin viittaamaan myöhemmin.

Viitaten edelleen kuvioon 19 liikkuvat vesihiukkaset tehonkehityslait-30 teen (purjeen) 210 tuulen puolella kehänmuotoisesti (eli liikkuvan aallon tapaan) ja vastaavasti suojan puolella tehonkehityksen purjeen 210 ja heijastimen laitteen (purjeen) 212 välissä siirtyvät kohden seisovan aallon liikettä, mikä on kuviossa 18 esitettyä tyyppiä. Heijastimen purje on sijoitettu suojan puolelle tehonkehityslaitetta etäisyydelle L/2 35 siitä lukien, vaikkakin se olisi voitu sijoittaa etäisyydelle nL/2, missä n « 1,2,3---. Syy tähän on ilmeinen, kun tarkastellaan hiukkasten liikettä puhtaassa seisovassa aallossa (kuvio 18). Pystysuuntainen liike 21 7139 3 1 solmukohdissa on nollan suuruinen ja liike on täysin vaakasuuntaista. Täten mikäli heijastin tarkoitetaan sijoitettavaksi solmukohtaan, se joutuisi maksimisuuruisen vaakasuuntaisen hiukkasliikkeen sijaintikoh-taan seisovan aallon tilannetta ajatellen eikä se täten voisi tyydyttää 5 heijastimen suojan puolen tilannetta nollaliikettä vaatien, nämä solmukohdat esiintyvät kohdissa L/4, 3/4 L jne. Vastaavasti kupukohdissa nL/2 on sivuttaissuuntainen liike nollan suuruinen täydelliselle heijastimelle, mikä aikaisemmin on todettu vaatimukseksi, ettei tapahdu mitään veden liikettä tämän heijastimen suojan puolelta.

10

Kuvio 19 esittää "samavaiheista" tilannetta, missä näennäisesti seisova aalto purjeiden välillä on samavaiheisena sisääntulevan eli kulkevan aallon kanssa tehonmuodostuksen purjeen tuulen puolella (huomaa näiden aaltojen pinnan ääriviiva), ja veden liike tässä näennäisesti seisovassa 15 aallossa vahvistaa tehonkehityksen purjeen liikettä heijastamalla siirtyneen energian takaisin ja samavaiheisena tehonkehityksen purjeen liikkeen kanssa. Saattaa olla edullista herättää tai siirtää heijas-tinpurjetta erivaiheisesti tehonkehityksen purjeen kanssa, jotta voitaisiin aikaansaada näennäisesti resonanssissa oleva tilanne. Vaikkakin 20 tämä tilanne, mikä on esitetty kuviossa 20, on luonnolle vastainen, on selvää, että mikäli näennäisesti seisova aalto tehonkehityksen purjeen 204 ja heijastuvan purjeen 206 välillä on siirrettynä 180° erivaiheiseksi kulkevan aallon kanssa, on tehonkehityksen purje alttiina maksimi-suuruisille hydrostaattisille voimille ja kehittää maksimisuuruisen 25 tehoulostulon. Tulee luonnollisestikin välttämättömäksi siirtää heijas-tinpurjetta, jotta voitaisiin toteuttaa tämä epäluonnollinen tilanne. Tämä heijastinpurjeen tällainen liike on amplitudiltaan edullisimmin pientä, koska mikä tahansa heijastimen purjeen liike aikaansaa aaltojen liikettä sen suojan puolella, mikä edustaa läpikulkenutta tai hukkaan 30 joutunutta energiaa.

Johtuen monimutkaisesta siirtymästä kulkevasta aallosta näennäisesti seisovaan aaltoon viskoosin vaimennuksen ja päätyilmiöiden läsnäollessa tätä systeemiä mitä todennäköisimmin ei voida optimaalisesti "virittää" 35 siirtymäarvoilla, mitkä olisivat täsmälleen yhtä suuria kuin nL/2 eikä myöskään vaihesiirtoja toteuttaa täsmälleen 180° suuruisina. Jotta voitaisiin sallia tämä vaihtelevaisuus ja jotta pyrittäisiin toteuttamaan 22 71 393 1 resonanssissa oleva tilanne, sallitaan heijastavan purjeen liikkuvan (joko saranoituneena tai suoraviivaisesti kuten halutaan) ja sitä siirretään vastaten joko tehonkehityksen purjeen liikettä suoraan tai merkin perusteella paineanturista saatuna (mikä tullaan kuvaamaan myöhemmin).

5 Näitten laitteistojen ja systeemien selitys seuraa alla.

Servolaitteistossa on mahdollista ottaa tietty pieni määrä energiaa pri-määrisysteemlstä ja käyttää sitä tarkoituksena asetella tai ohjata toista systeemiä, jotta täten tehostettaisiin primäärisysteemistä ulostu-10 levää tehomäärää takaisinkytkentäsilmukan avulla.

Kuvio 21 esittää esimerkkiä yksinkertaisesta, täysin mekaanisesta systeemistä, millä aikaansaadaan 180° vaihesiirto tehonkehityksen purjeen aallon ja heijastuvan aallon välille. Säteettäisvarret rl ja r2 alkavat 15 levyn 221 akselilta (mikä on asennettuna sopivaan tapaan pyörimään kiinteällä akselilla) ja on ne kulmaltaan sijoitettu 180° eroon toinen toisistaan pyöritysakselin ympärille. Tanko 224 on nivelöity päistään varteen rl ja tehonkehityksen purjeeseen 226, ja tanko 228 on nivelöity päistään varteen r2 ja heijastavaan purjeeseen 232. Tehonkehityksen 20 purje on luonollisestikin toiminnaltaan yhdistetty tehonkehityksen ulos-tulolaitteeseen kuten generaattoriin tai pumppuun. Molemmat purjeet saattavat olla, mikäli niin halutaan, joko kiinteän tai joustavan levyn tyyppiä, mitä jo aikaisemmin on kuvattu ja ne on sijoitettu poikittaissuun-taan liikkuvan aallon liikesuuntaan nähden. Tämä järjestely aikaansaa 25 mekaanisen takaisinkytkentäsilmukan, millä tehonkehityksen purje 226, saranoituna alemmasta päästään kohdasta 234 niin, että se heilahtelee edestakaisin liikkuvan aallon liikkeen perusteella, nyt saattaa heijastavan purjeen 232, mikä on saranoitu alemmasta päästään kohdasta 236 yhdensuuntaiselle sarana-akselille liikkumaan. Heijastavan purjeen liike 30 on kuitenkin 180° erivaiheista tehonkehityksen purjeen liikkeeseen verrattuna. Koska varren r2 pituus määrittelee aaltojen amplitudin heijas-tinpurjeen suojan puolella, tulisi sen olla niin pieni kuin mahdollista. Eräs tärkeä piirre tästä keksinnöstä on suhteen nL/2 valinta, mitä tulee etäisyyteen tehonkehityksen purjeen 226 ja heijastuksen purjeen 232 35 välillä. Mikäli takaisinkytkentäsilmukka perustuu resonanssitilantee- seen, saattaa heijastavan purjeen liikkeen amplitudi olla hyvin pieni, ja täten joutuu vain vähän energiaa hukkaan tämän suojan puolelle ja vastaa- 23 71 393 1 vasti se saattaa maksimiinsa tehonkehityksen purjeeseen heijastuneen energian määrän. Toisekseen heijastavan purjeen liike sallii tarpeellisen säädön tason, mikä on tarpeen vaihesiirron säätämiseksi. On tärkeätä, kuten jo yllä on mainittu, että aallon pituus (L) ja aallon jakson- 5 aika (T), mikä on taajuuden käänteisluku, ovat toisistaan yksikäsittei- 2 sesti riippuvaisia, esim. L = 5,12 T käytettäessä syvän veden sovellutuksia.

On tärkeätä ymmärtää, että veden massa tehonkehityksen ja heijastuksen 10 purjeen välillä merkitsee viskoottista energian hukkaanjoutumista ja vaikkakin asettelutilanne nL/2 onkin mahdollinen, niin mitä suurempi on "n" sitä suurempi on energian häviö tässä suunnassa, tämän johdosta arvoa L/2 on pidettävä edullisimpana arvona, mutta muita arvoja voidaan hyväksyä, mikäli geometriset asiat, sijaintipaikka tai sijoittaminen 15 veteen on kriitillinen kustannustekijä. Toisekseen on viskoottisessa systeemissä todellinen resonanssitaajuus aina pienempi kuin mitä se on vaimentamattomalle systeemille ja resonanssitaajuus määräytyy vaimennus-kertoimesta, mikä tässä tapauksessa on teoreettisesti monimutkainen. Täten käytännössä purjeiden todellinen välys on epätarkka eikä se vält-20 tamättä ole suuruudeltaan nL/2. Samoin sisältää teoria useita ajallisesti muuttuvia raja-arvoehtoja, mitkä saattavat vaatia suuren mittakaavan tietokoneneanalyysiä optimointia varten, mikä jälleen vaatisi suhteen nL/2 muuntamista, kun asiaa sovelletaan käytäntöön. Tässä yhteydessä esitetyt opit on tarkoitettu osoittamaan edullisena pidettyä arvoa 25 purj eiden väliselle etäisyydelle, mutta ei rajoittamaan sitä täsmälleen tähän kyseiseen arvoon.

Luonnossa sekä jaksonaika että aallon pituus liikkuvassa aallossa vaih-televat. Nämä vaihtelut saattavat olla tulosta muuttuvista tuulen olo-30 suhteista ja merellä vaikuttavista myrskyistä, mitkä esiintyvät joko paikallisesti tai jonkin matkan päässäkin. Kuvion 21 tyyppisiä laitteita voidaan esim. suunnitella kehittämään resonanssissa oleva taajuus tietylle määrätylle sijaintipaikalle, mikä taajuus määräytyy historiallisista muistiinpanoista (mikä saattaa tehdä tarpeelliseksi jonkin verran 35 poikkeamaa teoreettisesta nL/2 välyksestä purjeen välissä), mutta ne toimivat tällöin optimia pienemmällä hyötysuhteella aaltojen pituuden ja jaksonajan muuttuessa. Tämän johdosta on toivottavaa aikaansaada keinot, » 71393 1 jotta voitaisiin muuttaa välystä tehonkehityksen ja heijastavan purjeen välillä, jotta voitaisiin aina ylläpitää resonanssitilannetta riippumatta muutoksista aaltojen jaksonajassa ja pituudessa. Oletetaan esim. merelle myrsky, mikä kehittää pitemmän jaksonajan aaltoja energian kehi-5 tyksen laitteen sijaintipaikalle. Myrskyn energia siirrettynä liikkuvilla aalloilla saavuttaa asteettain energiakehityksen laitteet sijaintipaikallaan ja lisää paikallista aallon jaksonaikaa. Tämä vaatii yleensä aikavälin (päiviä), mikä on paljon pitempi kuin mitä on aaltojen jaksonaika (sekunteja). Täten aallon jaksonaikaa voidaan tarkastella 10 hitaasti muuttuvana funktiona ja täten on käytettävissä riittävästi aikaa etäisyyden säätämiseksi tehonkehityksen ja heijastavan purjeen välillä resonanssin ylläpitämiseksi.

Asentoservo, mitä säädetään sisääntuloilla anturista, mikä mittaa pai-15 kallisen jaksonajan, saattaa olla käytössä ylläpitämään resonanssitilannetta säätämällä etäisyyttä purjeiden välissä. Tämän etäisyyden säätäminen voidaan toteuttaa standardeja mekaanisia asettelukelnoja, kuten vaakasuuntaista siirtoruuvia tai vastaavaa matovaihteistolaittelstoa käyttämällä tapauksissa, missä toista purjeista ohjataan suorittamaan 20 liike kohden ja poispäin toisesta. Muita tyypillisiä asettelulaitteita, kuten hydraulisia asettelupistimiä, voidaan myös käyttää. Asettelulai-tetta voidaan käyttää käyttämällä pieni prosenttiosuus siitä tehosta, mikä muodostetaan primäärillä purjeella.

25 Melko yksinkertainen asettelun laite, mikä toimii luonnossa esiintyvien voimien mukaan ja muodostaa osan tästä keksinnöstä, on esitettynä kuviossa 22. Pieni kuljetinvaunu 250 kannattaa heijastavaa purjetta 251. Sarana 252 on esitetty purjetta kannattamassa, mutta tämä purje saattaa olla jäykkä kyseisessä vaunussa. Vaunua ohjataan sopivin laittein, kuten 30 kiekolla 253. Kiinnikkeet C ja D on saranoitu vaunuun 250 ja pidetään niitä normaalisti tartunnassa, kuten esim. klerrejousien avulla näissä saranoissa hammastankojen A ja B kanssa, mitkä sijaitsevat yhdensuuntaisena kiskolle 253 estäen tätä vaunua liikkumasta. Mikäli sisääntulevan liikkuvan aallon jaksonaika (aallon liikkuessa vasemmalta oikealle kuvi-35 ossa 22) alkaa muuttumaan tietyn kohtuullisen ajan (minuutteja) puitteissa, on toivottavaa siirtää vaunua oikealle päin edellyttäen, että jakso kasvaa ja tehonkehityksen purje sijaitsee vasemmalle heijastavasta 71393 1 purjeesta. Vastaavasti heijastinta tulisi siirtää vasemmalle päin, kun jaksonaika pienentyy. Kuvio 22 esittää laitteen kahdessa sitä havainnollistavassa tilanteessa, aallon harjalla (t = 0) ja aallon pohjalla (t = T/2). Kuvion 22 perusteella tulisi olla helposti ilmeistä, että 5 aikavälin hetkestä t = 0 (aallon harja) hetkeen t = T/4 (keskimääräinen taso) aikana litteä levy 255 saranan 252 alla vastaanottaa suuremman paineen sen vasemmalle puolelle kuin mitä sen oikealle puolelle. Mikäli kiinnikkeet nostetaan ylöspäin aikavälin t = -T/4 ja t = T/4 välillä (koko aallonharjan kestoaika), vaunu siirtyy oikealle päin, jolloin 10 kiinnikkeet voidaan saattaa uudestaan kiinni ja sivuttaissuuntainen välys kahden purjeen välillä on lisääntynyt niin, että jatketaan haluttua resonanssissa olevaa tilannetta vedelle purjeiden välissä. Vastaavasti, mikäli kiinnikkeet kohotetaan paikaltaan aikavälillä T/4 < t < 3T/4 (koko aallonpohjan kestoaika), siirtyy heijastava purje vasemmalle päin.

15 Koska aallon liike on jaksottaista amplitudista riippumatta, ovat nämä voimat toistuvia, ja kysymyksessä on pelkästään kiinnikkeiden nostaminen ylös tai laskeminen alas asiaankuuluvalla hetkellä.

Useita keinoja kiinnikkeiden nostamiseksi ylös ja laskemiseksi alas 20 asiaankuuluvina hetkinä on jo alalla olemassa. Eräs ehdotettu keino on esitettynä kuviossa 22, missä on moottori 260 yhdistettynä kiinnikkeisiin C ja D liittimillä 261 ja 263 ja mitä käytetään esim. asentoservon avulla, mitä säätää anturi, mikä mittaa paikalliset jaksonajat, moottorin kohotessa nyt kiinnikkeitä asiaankuuluvan aikavälin ajaksi. Tulisi 25 todeta, että sivuttaissuuntainen asennon siirtymä, mitä halutaan, ei ehkä vaadi kiinnikkeiden kohottamista koko puolijakson ajaksi, vaan ainoastaan murto-osaksi tätä aikaa.

Kuten on sinänsä tunnettua, muuttuu keskimääräinen veden syvyys hitaasti 30 ajan mukana vuorovesi-ilmiöiden vaikutuksesta. Tämä on suhteellisen vähämerkityksellistä syvän veden tapauksessa, mutta omaa tiettyä merkitystä keskisyvän ja matalan veden tapauksessa, koska on L = g T2/2 ϋί tan h(2 yT h/L)

Kun tarkastellaan tätä yhtälöä, voidaan havaita, että vakinaista jakson-aikaa varten riippuu aallon pituus (L) syvyydestä (h). Esimerkiksi saat- 35 26 7 1 3 9 3 1 taa aaltoenergian laite sijaita vedessä syvyydeltään 10 metriä, missä vuorovesi on suuruudeltaan + 1 metriä, ja täten parannettua tehokkuutta varten etäisyyden tehonkehityksen ja heijastavan purjeen välissä tulisi olla säädettävissä tai viritettävissä syvyyden vaihtelujen mukaan sitä 5 mukaa, kun jaksonaika muuttuu. Tämä virittäminen voidaan toteuttaa paikallisella paineanturilla, mikä lähettää tietoa mikrotietokoneeseen, mikä käsittelee tiedon ei pelkästään jaksonajan perusteella, vaan laskee myös hitaasti muuttuvan keskimääräisen syvyyden. Tämä mikrotietokone laskee sitten asiaankuuluvan arvon L ja arvon nL/2 ratkaisemalla edellä 10 esitetyn yhtälön, mitä on muunnettu niin, että se sopii yhteen sen todellisuuden kanssa, mikä on saavutettu käytännön sovellutuksilla.

Nykyaikainen tekniikka sallii erään toisen ainutlaatuisen ominaisuuden tässä keksinnössä huomioonottamisen, jotta huomioitaisiin se tosiasia, 15 että luonnossa aaltomuodot ovat monimutkaisempia, kuin mitä on yksinkertainen, sinimäinen teorian antama muoto. Teoria muodostaa erinomaisen perustan ensimmäisen kertaluokan (monokromaattisille) selityksille.

Meren aallot ovat kuitenkin monimutkainen yhdistelmä useista eri jaksonajan aaltomuodoista. Fyysikot ja matemaatikot tietävät hyvin, että moni-20 mutkaisia jaksottaisia aaltomuotoja voidaan havainnollistaa Fourier sarjalla ja että on käytettävissä kaupallisia tietokoneita (sekä mikro-että minitietokoneita), mitkä pystyvät suorittamaan spektrianalyysiä, mistä Fourier sarjan analyysi on vain eräs esimerkki. Aallot ovat luonteeltaan jaksottaisia, mutta pinnan profiili muuttuu aallosta toiseen.

25 Paineanturi, mikä sijaitsee sopivan matkan päässä tuulen puolella tehonkehityksen purjeesta, pystyy määrittelemään pinnan profiilin (sisääntu-levan aaltomuodon), mitä voidaan sitten käyttää määrittelemään käytettävissä oleva teho aallon muodon muuttuessa.

30 Kuvio 23 esittää erästä ainutlaatuista järjestelyä ennakoivalle tai takai s inky tkentäsäädety lie servosysteemille, millä toteutetaan tämä haluttu toiminta. Merkityksellistä on se tosiasia, että sisääntulevan liikkuvan aallon nopeus on paljon pienempi, kuin mitä on se nopeus, millä sahkömerkit etenevät. Tämän johdosta paineanturi kuviossa 23 vastaanot-35 taa tietonsa paljon ennen, kuin todellinen aaltomuoto (minkä anturi ilmaisee) saapuu tehonkehityksen purjeeseen saakka. Yleisissä tapauksissa voi-manulostulolaite (ulosotto) sisältää eräänlaisen takaisinkytkentäsäätö- 27 7 1 3 9 3 1 systeemin muuttaen siirtyviä (vaimentaen ja vahvistaen) voimia automaattisesti hetkellisten aaltomuodon taajuuden ja amplitudin vaihtelujen kompensoimiseksi. Täten on käytettävissä riittävästi aikaa spektri-, syvyys- ja jaksonaika-analyysiä varten, mikä on tarpeen laskemisen optimoimiseksi.

5 Yleisesti ottaen laskeminen tapahtuu hyvin nopeasti ja on tarpeen ottaa aikaviiveen yksikköjä servosiImukkaan.

Kuviossa 23 on tehonkehityksen purje 260 asennettuna kiinteelle saranalle 262 kääntymään poikittaisen akselin ympäri, mikä edullisimmin on 10 suorassa kulmassa liikkuvan aallon kulkusuuntaan verrattuna. Heijastuva purje 264 on saranoituna vaunuun 266 akselille, mikä on yhdensuuntainen tehonkehityksen purjeen akseliin nähden. Vaunu on kannatettuna suojan puolella tehonkehityksen purjetta 260 kiskolla 267 sallien suoraviivaisen liikkeen kohden ja poispäin tehonkehityksen purjeesta. Mikä tahansa 15 sovelias keino, kuten moottorikäyttöinen ruuvisiirrin 268, on voitu järjestää tämän vaunun siirtämiseen. Välys purjeiden välillä on luonnollisestikin likimäärin nL/2 säädettynä paikallisolosuhteiden mukaan, mikä määräytyy paineanturin ja analysaattorin perusteella, mikä tullaan kuvaamaan. Paineanturi 270 sijaitsee sopivan välimatkan päässä tuulen 20 puolella tehonkehityksen purjetta järjestettynä määrittelemään pinnan profiili ja syöttämään tieto spektrianalysaattoriin 272, syvyysanaly-saattoriin 274 sekä jaksonajan analysaattoriin 276. Nämä analysaattorit syöttävät tietonsa tietokoneelle 278, mistä saadaan merkki moottorikäyttöiselle ruuvikiristimelle 268 aikaviiveyksikön 269 kautta siirtäen 25 vaunua 266 poispäin tehonkehityksen purjeesta 260, kun liikkuvan aallon jaksonaika (pituus) lisääntyy tai siirtäen vaunua tehonkehityksen purjetta kohden, kun liikkuvan aallon jaksonaika (pituus) pienentyy.

Kuviossa 23 sekä tehonkehityksen että toissijainen purje saattavat olla 30 varustetut tehonkehityksen ulostulolaitteilla kuten generaattoreilla tai pumpuilla tai vastaavilla näihin liittyneenä kehittäen tehoulostulon, mikä on tulosta näiden purjeiden liikkeestä. Nyt kyseessä olevassa tapauksessa on järjestetty generaattorit, joiden kenttäkäämitykset on esitetty kaavamaisesti kohdissa 280 ja 281. Anturin merkit analysaatto-35 reillä käsiteltyinä siirretään tietokoneista muuttamaan kenttäkäämitys-ten voimakkuuksia näissä generaattoreissa aikaviiveyksiköiden 282 ja 284 kautta, jotta kehitettäisiin maksimimäärä energiaa.

28 71 393 "I Kuviossa 23 yksinkertainen mekaaninen vaiheensiirrin kuviosta 21 on korvattu toisella ja vaiheensiirtymä voidaan toteutua siirtämällä heijastavaa purjetta moottorilla 281, mikä sijaitsee heijastavan purjeen yksikössä .

5 Tässä mielessä on myös ajateltu, että toissijaisella purjeella saattaisi olla moottori, mikä liittyy siihen generaattorin sijaan. Tämän moottorin tarkoitus olisi heijastavan purjeen siirtäminen edestakaisin niin, että aikaansaataisiin 180° vaihteensiirto veteen purjeiden välillä, ja täten 10 aikaansaataisiin resonanssissa oleva tilanne. Tällä moottorilla on kent-täkäämitys 281. Anturin merkit käsiteltynä analysaattoreilla ja tietokoneella siirretään kenttäkaämitykseen 281 tämän moottorin käyttämiseksi ja heijastavan purjeen siirtämiseksi värähdellen edestakaisin tarpeen mukaan aikaansaamaan haluttu vaiheensiirtymä.

15

Kuvion 23 rakenne sallii toiminnalle kolme toimintatapaa ja se pyrkii saattamaan optimiinsa sen energiamäärän, mikä saadaan talteen sisnän-tulevasta aallosta. Ensinnäkin normaalisti käyttäytyvällä merellä (oleellisesti monokromaattinen) moottorikäyttöinen ruuvisiirrin tai 20 vastaava laite asettelee heijastavan purjeen anturin ja analysaattorin systeemistä saatavan merkin perusteella kiinteän optimoituun paikkaan lähellä kohtaa nL/2. Heijastava purje saattaisi olla jäykkä vaunuunsa verrattuna liikuteltavissa olevan sijaan. Tämä edustaa yksinkertaistettua tapausta ja simuloi jäykkää aallonmurtajaheijastinta. Toisessa 25 tapauksessa käytetään geueraattoiisysteemi2 heijastavan purjeen luona, ja jälleen sijoitetaan tämä purje lähelle tai tarkoin optimoituun nL/2 sijaintipaikkaan tämän systeemin toimiessa kahden peräkkäin eli tandemiksi asetetun tehonkehityslaitteen tapaan, missä molempien sai 1itaar liikkuvan saranoituna (tai suoraviivaisella) liikkeessään. Tämä edustaa 30 "passiivin säädön" ratkaisua, kenttäkäämityksen voimakkuudet molemmissa generaattoreissa voitaisiin kuitenkin optimoida tietokoneella, jotta saadaan kehitettyä maksimimäärä energiaa, Kolmanneksi käytetään mootto-risysteemiä heijastavaa purjetta varten, ja jälleen sijoitellaan tämä purje lähelle tai tarkoin nL/2 sijaintikohtan, heijastavaa purjetta 35 käytettäisiin moottorilla suorittaen kääntyvä (tai suoraviivainen) liike anturin merkkien perusteella, mitkä on käsitelty analysaattoreilla, jotta täten aikaansaataisiin 180° vaihesi.irto ja resonanssissa oleva 29 71 393 1 tilanne. Tämä edustaa "aktiivin säädön" tilannetta, mikä teoreettisesti saattaa maksimiinsa ulossantavan energian määrän ja on erityisen tehokas satunnaisen tai hajanaisen aaltotilanteen yhteydessä muihin kahteen toimitapaan verrattuna. Kenttäkäämityksen voimakkuus tehonkehityksen pur-5 jeen generaattorissa voisi kaikissa vaiheissa olla tietokoneella optimoitu, jotta voitaisiin käyttää maksimimäärää energiaa sisääntulevasta ja heijastavasta purjeesta heijastuneesta aallosta. Toinen aktiivin säädön toimitapa voidaan toteuttaa kuvion 23 mukaan, missä merkki 285 verrannollisena tehonkehityksen purjeen liikkeeseen saadaan siinä kehi-10 tetystä tehomäärästä, ja tämä ohjataan tietokoneen kautta käsiteltäväksi (se on vahvistusta, vaimennusta, vaiheensiirtoa jne. varten). Tämä merkki syötetään sitten takaisin asiaankuuluvan aikaviiveen yksikön 284 kautta aikaansaamaan ohjaus toissijaiselle purjeelle, mikä on suorassa takaisinkytkennässä tehonkehityksen purjeen liikkeeseen nähden.

15

Vaikkakin nämä kuviot esittävä meren pohjaa vaakasuuntaisena, ei tämä tilanne välttämättä liity tähän keksintöön. Itse asiassa on nousevalla rinteellä (tuulen tai suojan suuntaan) tiettyjä etuja, koska se vaatii lyhyemmän etäisyyden nL/2, kuin mitä on vaakasuuntaisella pinnalla ja 20 johtaa täten pienempään materiaalikäyttöön.

Lopuksi, vaikkakin nyt on kuvattu vain yksinkertainen yksikkö, on ilmeistä, että moninkertaiset yksiköt järjestettynä laitoksiksi ovat looginen laajennus asiasta. Tulisi myös olla ilmeistä, että tehonkehi-25 tyksen purje esitettynä toissijaisten purjeiden yhteydessä kuvioissa 16-23 on havainnollistettu kaavamaisesti ja se saattaa olla mitä tahansa soveliasta rakennetta, kuten on esitettynä missä tahansa edeltävistä kuvioista.

30 Kuvatut ja havainnollistetut laitteistot ovat vain esimerkkejä yksinkertaisista laitteista, mitkä soveltuvat ottamaan talteen sekä kineettistä että potentiaalista energiaa aaltojen alapuolella tapahtuvasta veden liikkeestä. Muita toimintatapoja tämän keksinnön periaatteiden soveltamiseksi voidaan käyttää edellyttäen, että missä tahansa alla 35 olevissa patenttivaatimuksissa olevia piirteitä tai näille ekvivalentteja ominaisuuksia tällöin käytetään hyväksi.

Claims (5)

713 9 3

1. Laite energian talteerottamiseksi aaltojen alla tapahtuvasta veden liikkeestä tietyssä vesimassassa, johon laitteeseen kuuluu tehonkehi- 5 tyselin (260), jota vesi pystyy liikuttamaan, kannatinelin (262) kannatellen mainittua tehonkehityselintä (260) mainitussa vesimassassa ainakin oleelliselta osaltaan aaltojen pinnan alapuolella siten, että veden liike aaltojen pinnan alapuolella voi liikuttaa mainittua tehonkehityselintä (260) edestakaisin vuorottelevasti, ensimmäiset kytken-Ί0 tävälineet mainitun tehonkehityselimen (260) kytkemiseksi toiminnallisesti energianmuunninlaitteeseen (280) mainitun tehonkehityselimen (260) talteenottaman energian siirtämiseksi mainitulle energianmuunninlait-teelle (280), tunnettu siitä, että laite energian talteenot-tamiseksi käsittää toisioelimen (264), tuen (266), joka tukee mainittua 15 toisioelintä (264) mainitussa vesimassa tapahtuvassa edestakaisessa liikkeessä ainakin olennaisen osan siitä ollessa aaltojen pinnan alla mainitun tehonkehityselimen (260) läheisyydessä ja siitä erillään aaltoliikkeen suunnassa toimien yhdessä mainitun tehonkehityselimen (260) kanssa; toiset kytkentävälineet kytkien toiminnallisesti mainitun toisio-20 elimen toiseen energianmuunninlaitteeseen (281), mainitulla toisioeli- mellä (264) vastaanotetun energian siirtämiseksi toiseen muunninlaittee-seen (281); ja takaisinkytkentäohjaimen (278) voimien muuttamiseksi, jotka on suunnattu mainittuihin tehonkehityselimiin (260) ja mainittuihin toisioelimiin (264) mainituilla liitännöillä. 25

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu signaalilaite (270) aaltomuodon määräämiseksi mainitun tehonkehityselimen (260) ja toisioelimen (264) läheisyydessä, ja laite (272, 274, 276) mainittuun määritykseen perustuvan signaalin tuotta- 30 miseksi, muokkaamiseksi ja kuljettamiseksi takaisinkytkentäsäädön suorittamiseksi .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu asennointiyksikkö (268) yhden tuen asennoimiseksi suh- 35 teessä toiseen perusvälimatkan muuttamiseksi tehonkehityselimen (260) ja toisioelimen (264) välillä. 31 713 9 3 Ί

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu signaalilaite (270) aallonvaiheen, ja keskimääräisen veden-syvyyden määräämiseksi ja laite (272, 274, 276) signaalin tuottamiseksi, käsittelemiseksi ja siirtämiseksi, joka signaali perustuu mainittuun 5 määritykseen, mainitulle asennointiyksikftlle (268) sen käyttämiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu siirtolaite mainitun toisioelimen (264) liikuttamiseksi edestakaisin veden liikkeen suunnassa; servomekanismin takaisinkytkentä-10 järjestelmä, jota ohjataan signaalilla, joka on peräisin mainitun tehon-kehityselimen (260) liikkeestä. 15 20 25 30 35 71 393