NO156503B - Anordning til aa trekke energi ut av vannets bevegelse under boelger i en vannmasse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en.anordning til å trekke energi ut av vannets bevegelse under bølger i en vannmasse

Det er vel kjent at der er energi i bevegelsen av vann frembragt, ved vind som beveger seg over overflaten. Overflate-profilene betegnes bølger og forskjellige flottørlignende innretninger har vært konstruert for å ta ut energi fra overgan-gen mellom luft og vann. Den energi som er tilgjengelig i dette område, er bare endel av den samlede energi som er tilgjengelig, idet vannpartiklene er i bevegelse ned til en betydelig dybde, hvilket fremgår av et senere avsnitt i foreliggende beskrivelse.

Vind som beveger seg over. vann, overfører sin energi til vannet ved å sette dette i bevegelse. Denne bevegelse av vannet er en hovedsakelig harmonisk bevegelse ned til havbunnen. I dype hav er den distanse som vannpartikler vandrer ved en dybde tilsvarende en halv bølgelengde (bølgelengde(L) er avstanden fra en bølgetopp til den neste) fire prosent av partikkelens vandrede distanse på overflaten. Fordi energi står i forhold til kvadratet av bevegelsen av vannpartiklene, er 99,8% av den samlede energi innenfor en dybde på halv bølge-lengde fra overflaten. Mengden av vindens energi lagret i

det bevegede vann under bølgene avhenger primært av vindens hastighet, tidsrommet og den avstand over hvilken vinden

har blåst, fordi bølgehøyden og bølgelengden bestemmes av disse betingelser.

Innretninger av flottørtypen som påvirker hverandre gjensidig ved. vannflaten, er forholdsvis ueffektive fordi de ikke utnytter den store energimengde som er lagret i det bevegede vann under bølgeprofilen. Den totale energimengde tigret i vann har to former, kinetisk og potensiell. Et viktig formål med foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie en innretning som vil ekstrahere begge energiformer med høy virkningsgrad ved gjensidig påvirkning med vannet under bølgene

ed til nødvendig dybde.

Fra SE uti. skrift nr. 401 719 er kjent en innretning som nedsenket og understøttet i en vannmasse kan beveges frem og tilbake i takt med bevegelsen av det vann som befinner seg under vannbølger på overflaten, og hvor innretningen omfatter organer som virksomt forbinder et kraftelement med andre kraftinnretninger i form av pumpesylindrer for overføring av den energi som trekkes ut av elementene. Den kjente innretning har kamre med deformerbare vegger som derved frembringer en pumpevirkning som overfører energi til de energiabsorberende pumpesylindre. Dette benyttede kraftelement har imidlertid ulempen med å ha en lav virkningsgrad for energiutvinning, hovedsakelig grunnet mangel på en til-bakekopling i energiutvinningssystemet.

På bakgrunn av denne kjente teknikk er det oppfinnelsens hensikt å skaffe tilveie en forbedret anordning til å trekke energi ut av vannets bevegelse under bølger i en vannmasse, og den lave virkningsgrad som er kjent fra teknikkens stand forbedres her betydelig ved at det benyttes en sekundær komponent i form av et seil sammen med en primær komponent (et kraftseil), og derved forbedres den totale virkningsgrad betydelig.

Et slikt seil kan være anordnet slik at det forandrer sin fasong med hver endring av retningen i samsvar med vannets bevegelse. Den matematiske beskrivelse av vannbeveg-elsen under overflaten av en vannmasse med bølger kan finnes <1> "Theoretical Hydrodynamics" av Milne-Thompson (Library of Congress 60-1.3815, s. 388-404), og "Estuary and Coastline Hydrodynamics", utgitt av McGraw Hill (Library of Congress 65-27677, s. 24-54). Utvalgte formler fra disse tekster nødvendig for å forklare vannets bevegelse under bølg-ene er presentert i senere avsnitt av denne beskrivelse.

Det er således skaffet tilveie en anordning av den type som fremgår av den innledende dél av det etterfølgende krav 1, og anordningen er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av dette kravs karakteriserende del.

Tallrike innretninger av den angjeldende type ifølge oppfinnelsen kan være samlet i grupper på havet eller en hvilken som helst stor vannmengde for å generere tilstrekkelig elektrisk energi til å tjene behovet for hele samfunn. Når man tar i betraktning at det er den naturlige bevegelse av vannet som er den kilde, fra hvilken denne avgitte effekt tas, er systemet ikke forurensende og tapper ikke noen av våre naturlige ressurser.

Disse og andre formål med oppfinnelsen vil forstås bedre ut fra den etterfølgende beskrivelse særlig i forbindelse med de ledsagende tegninger, hvor fig. 1 er et skjematisk riss som viser vannpartiklenes bevegelse under bølgene ved forskjellige dybder og i forskjellige punkter langs bølge-profilen på dypt vann, idet bølgen teoretisk kalles en vandrende bølge, fig. 2 er et skjematisk riss i likhet med fig.

1 og viser bevegelsen av vannpartiklene i vann med midlere dybde, fig. 3 er et skjematisk riss i likhet med fig. 1 og viser bevegelsen av vannpartiklene i grunt vann (ikke i målestokk) , fig. 4 er et skjematisk riss av et seil anbragt rett opp og ned i vannet i noen forskjellige stillinger i forhold til en vandrende bølge i vann med middels dybde, fig. 5 er et skjematisk riss i likhet med fig.4 og viser et seil med en modifisert konstruksjon i flere forskjellige posisjoner i forhold til en vandrende bølge på dypt vann, fig. 6 er et skjematisk riss som viser de hydrostatiske krefter som virker på et seil til forskjellige tider under bevegelsen av bølge-profilen i forhold til seilet, fig. 7 er et perspektivriss av en innretning for ekstrahering av både kinetisk og potensiell energi fra vannets bevegelse under bølger og konstruert i samsvar med oppfinnelsen, fig. 8 er et riss av innretnin-gens seildel etter linjen 8-8 på fig. 7, fig. 9 er et riss '

i likhet med fig. 8 men viser en modifikasjon med flere seil-konstruksjoner, fig. 10 er et planriss sett ovenfra av konstruksjonen vist på fig. 9, fig. 11 er et riss etter linjen 11-11 på fig. 7 sett ovenfra ned på konstruksjonen, fig. 12 er et snitt etter linjen 12-12 på fig. 11, fig. 13 er et snitt etter linjen 13-13 på fig. 11, fig. 14 er et skjematisk riss av en generator som kan drives ved hjelp av innretningen på fig. 7, fig. 15 er et perspektivriss av en del av innretningen med modifisert konstruksjon for å ta ut kinetisk og potensiell energi fra bevegelsen av vannet under bølger, fig. 16 illustrerer skjematisk at noe av den innfallende bølgeenergi går tapt ved bruken av kraftinnretningen som over-ført og reflektert energi, fig. 17 viser skjematisk en energi-reflektor anvendt i forbindelse med kraftinnretningen, fig.

18 illustrerer en typisk stående bølge og tilhørende vann-partikkelbevegelse, fig. 19 illustrerer kraft- og reflektor-innretninger og viser den vandrende bølgebevegelse på lovart side av kraftinnretningen, idet slik bevegelse går over i stående bølgebevegelse mellom innretningene i et "fasefor-hold", fig. 20 tilsvarer fig. 19, men viser en 180° faseforskyvning mellom vandrebølgen på lovart side av kraftinnretningen og bølgebevegelsen mellom innretningene, fig.21 viser et enkelt mekanisk system for å oppnå en 180° faseforskyvning mellom vandrebølgen og den reflekterte bølge, fig. 22 viser en mekanisme for justering av posisjonen for reflektorinnretningen eller seilet i forhold til kraftinnretningen eller seilet, og fig. 23 viser hele systemet betjent av en regnemaskin i samsvar med transduktorsignaler. Posisjons-signaler driver vognen til en foretrukket stilling i forhold til kraftseilet, mens bølgeformopplysninger benyttes til enten å variere strømmen i en generators feltvikling eller å drive en motor forbundet med sekundærseilet avhengig av den anvendte betjeningsmetode.

Med nærmere bestemt henvisning til tegningene og særlig til fig. 1 - 3 er det her vist skjematiske riss av bølgebevegelse i en mengde vann, såsom et hav eller en inn-sjø, såvel som bevegelsen av vannpartikler P under bølgene på dypt vann (fig. 1), i vann med midlere dybde (fig. 2) og på grunt vann (fig. 3). På alle figurer er retningen av "vinden" indikert (eller lovart, le som retninger). Enn-skjønt vannpartiklenes bevegelse generelt oppstår som et direkte resultat av vinden, kan der være en betydelig dif-feranse mellom den lokale vindretning og retningen av den primære bølgefront. Derfor er i teksten og på figurene uttrykkene vind, lovart og le benyttet rent skjematisk for å antyde forplantningsretningen for hoveddelen av bølge-energien, og denne retning sammenfaller ikke nødvendigvis med de lokale vindretninger.

Bølgebevegelsen i en vandrende bølge gir utseendet av at vannet beveger seg med en jevn hastighet i én retning. I virkeligheten er det bare bølgeprofilen som synes å bevege seg på denne måte. Vannet under bølgene har en hovedsakelig harmonisk bevegelse, hvor vannmolekylene eller partiklene P beveger seg i sirklende baner eller strømlinjer. De sirklende baner for vannpartiklene P ved varierende av-stander under vannflaten er vist på dypt vann på fig. 1, i vann med midlere dybde på fig. 2 og i grunt vann på fig. 3 (fig. 3 er ikke i målestokk).

Når bølgeprofilen beveger seg fra dypt vann mot land er perioden (T), dvs. stigning og fall fra en bølgetopp til en bølgedal og så til neste bølgetopp, konstant. Den generelle formel er

hvor L er avstanden fra en bølgetopp til den neste og hvor "g" er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften. I samsvar med denne ligning vil bølgelengden bli kortere når vannet avtar i dybde. For grunt vann:L = vgh T og for dypt vann: L = 5.12T o gir bare noen få prosent feil. Disse forhold svarer til observasjoner av lange dønninger i åpent hav og de meget kortere bølgelengder iaktatt nær kysten. På dypt vann, dvs. hvor vanndybden h (målt fra havbunnen til et punkt halvveis mellom bølgetoppen og bølge-dalen) er større enn 1/2 bølgelengde L: (^ > -|) vil sirklingsbanene være nesten sirkulære, noe som kan betraktes på fig. 1. På grunt vann, dvs. hvor vanndybden h er mindre enn 1/20 av bølgelengden: 1/20) , vil sirklingsbanene for vannpartiklene ha en avflatet eller elliptisk form som vist på fig. 3. I vann med midlere dybde, dvs. hvor dybden h er større enn 1/20,men mindre enn 1/2 av bølgelengden (l/2>=- >l/20) , vil sirklingsbanene for vannpartiklene være elliptiske som vist på fig. 2. De elliptiske baner ved midlere dybde er avflatet, men ikke så meget som ved grunt vann. Sirklingsbanen for en hvilken som helst vannpartikkel, såsom partikkelen P' på fig. 1, under bølgeprofilen kan bestemmes ved formelen

hvilket er den generelle ligning for en elliptisk sirklings-bane, hvor £ , e er henholdsvis de horisontale og vertikale partikkelforskyvninger og koeffisientene A og B beskriver ellipsens avflatning som vist på figurene 1, 2 og 3.

Med "a" lik en halv bølgehøyde (fig. 1) og ved å benytte

—- = k for enkelhets skyld, er uttrykkene for A og B

som følger: A = a[cosh k(h+z)] /sinh kh og

B =<i[sinh k(h + z) ] /sinh kh, hvor x og z

er horisontale og vertikale koordinater målt fra origo "0" som vist på fig. 1. Med én eller to prosent feil er A = B

= ae kz for dypt vann og sirklingsbanene blir sirkulære. Radius for sirklingsbanene vil avta fra overflaten mot bunnen fordi dette er den negative z-retning som vist på fig. 1-3. For grunt vann , med liten feil: A = a/kh og B =

a(l + z/h). Innsetning av verdier for denne betingelse eller tilstand vil vise at bevegelsen frem og tilbake langs hori-sontalen er større enn "a" og at den vertikale dimensjon av ellipsen vil avta etter hvert som man nærmer seg bunnen. Betydningen av den større bevegelse til og fra på grunt og midlere dypt vann vil fremgå senere.

Fig. 1 - 3 illustrer de forskjellige posisjoner av vannpartiklene P i deres sirklingsbaner i forskjellige punkter langs bølgeprofilen. Det vil forstås at der er utallige vannpartikler som beveger seg på denne samme måte, selv om

bare noen få er vist. I et hvilket som helst spesielt punkt langs bølgeprofilen vil alle partikler vertikalt under denne være i samme relative posisjon i sine sirklingsbaner. Ved bølgetoppen vist ytterst til venstre på fig. 1-3, hvor x = 0, og z=+a, er alle vannpartiklene direkte under denne på toppen av sine sirklingsbaner. Disse partikler beveger seg horisontalt mot høyre i retning av bølgebevegelsen som

antydet med pilene. Lengden av pilene er et mål for den hastighet hvormed partiklene beveger seg. I bølgedalen på mid-ten av fig. 1-3, hvor x = 1/2 L, er alle vannpartiklene som ligger rett under denne ved bunnen av sine sirklingsbaner og

beveger seg horisontalt mot venstre. Vannpartiklene i posisjonen hvor x = 1/4 L, beveger seg vertikalt oppover og vannpartiklene i posisjonen hvor x=3/4 L, beveger seg vertikalt nedover. Til hver av disse partikler hører der en masse og en hastighetsvektor og følgelig kinetisk energi som kan trekkes ut og omdannes til kraft.

Fig. 4 viser skjematisk et seil S anbragt oppreist

i vannet i noen forskjellige posisjoner i forhold til en bølge som beveger seg mot høyre. Mens seilet fortrinnsvis er anbragt vertikalt, kan det være anbragt i andre vinkler hvis ønsket. Fig. 4 viser også én av vannpartiklene P i hver seil-posisjon. Adskilte parallelle skinner TR festet i forhold til bunnen av vannmengden strekker seg i bølgebevegelsesretning og holder seilet S rett opp og ned mens det støttes under sin bevegelse frem og tilbake. Seilet kan bestå av i sideretning adskilte opprettstående elementer UP som har en seilduk SH mellom seg som kan være fleksibel.

Seilet i posisjon t = 0 (hvor t representerer tiden som en variabel) er vist ved toppen av en bølge og er frem-stilt i det sentrale punkt 0 på skinnene og faller sammen med ordinaten AO. Vannpartiklene på dette punkt i bølgeprofilen er ved toppene av sine sirklingsbaner og beveger seg mot høyre, og påvirker således seilet mot høyre og gjør at det buler ut i den retningen. En fjerdedel av en periode senere/

i posisjon t = 1/4 T, vil seilet være i punktet N langs skinnene. Vannpartiklene i dette punkt i bølgeprofilen beveger seg nedover slik at seilet er slakt. En fjerdedels periode senere,i posisjon t = 1/2 T ved bølgedalen, er seilet tilbake igjen ved punktet 0, idet det er blitt beveget til denne posisjon av vannpartiklenes bevegelse mot venstre. Legg merke til at seilet nå er beveget mot venstre. En fjerdedels periode senere,i posisjon t =3/4 T, er seilet blitt beveget mot venstre til punktet M langs skinnene og i dette punkt i bølge-profilen beveger vannpartiklene seg vertikalt oppover slik at seilet igjen er slakt. Nok en fjerdedels periode senere,

i posisjon t = T, når den neste bølgetopp når seilet, vil seilet være i punktet 0 som er identisk med posisjonen t = 0. Seilet vil fortsette å bevege seg bakover og fremover på denne måte under innflytelsen av bevegelsen av vannet under bølgene.

Den horisontale hastighetskomponent er u = - dip/d^

og den vertikale komponent er v = - dp/ bfr hvor f er kalt has-tighetspotensialfunksjonen og uttrykkes som

( p= [ag cosh k(h + z)] • {_cos (kx- <rt)3 / j^crcosh kh] hvilket tilfredsstiller Bernoulli's ligninger (de vanlig god-tatte prinsipper for væskedynamikk) for de tilfeller det gjel-der her. Alle uttrykk er tidligere definert med unntagelse av a hvilken er = 2 n /T. Det ovennevnte uttrykk er viktig fordi det ikke bare definerer retningen av partikkelbevegelsen på banen, men beskriver også bølgeprof ilen. Bemerk at <p også er harmonisk i tid i samsvar med godtatt praksis for de-finering av harmonisk bevegelse, dvs. periodisk i tid.

Fig. 5 tilsvarer fig. 4 ved at den viser skjematisk et seil S' anbragt hovedsakelig opprettstående i vannet i noen forskjellige stillinger i forhold til en bølge som beveger seg mot høyre, men i dette tilfelle understøttes seilet for svingebevegelse. Som vist er bunnen av seilet svingbart festet ved V på en bunndel B ubevegelig festet i forhold til bunnen av vannmengden for svingebevegelse tilbake og frem i retning av bølgens bevegelse. En av vannpartiklene P er vist i hver posisjon.

Seilet S' beveger seg tilbake og frem om sin svingeakse og er i sin nøytrale vertikale opprettstående posisjon ved bølgetoppen (posisjonen t= 0 og t = T), og ved bølgedalen (posisjon t = 1/2T). I de mellomliggende posisjoner t = 1/4 T og t = 3/4 T, er seilet vist svinget en verdi 9 i motsatte retninger bort fra den nøytrale stilling. Således kan bevegelsen av seilet S' på fig. 5 sammenlignes med den for seilet S på fig. 4 med unntagelse av at det beveger seg om en svingeakse. Fig. 5 viser en noe avvikende seilkonstruksjon. Seilet på fig. 5 er av en form som kalles "skværrigger" med felter SH' anordnet over hverandre og festet til rammen langs deres generelle horisontale topp- og bunnkanter. Det vil forstås at et "skværrigger"-seil kan anvendes i konstruksjonen på fig. 4 og at det glatte seil på fig. 4 kan anvendes i konstruksjonen på fig. 5.

Fig. 6 er en beskrivelse av hvordan seilet trekker

ut potensiell energi av bevegelsen frem og tilbake. Dé tidligere anvendte ligninger kan innrettes og deretter integreres over en bølgelengde og dybde for å bestemme den totale energimengde som er disponibel. Den totale energimengde består av to komponenter, den kinetiske energi og den potensielle energi. Den første er knyttet til vannets bevegelse, dvs. masse og hastighet, den andre hører til egenskapen hos en mengde vann til å falle en distanse på grunn av tyngekraften, Selv om ut-regningene er kompliserte, er resultatene enkle. Hver a.v en-ergiene er lik Wa 2L/4, hvor W er vekten av en volumenhet vann. Den totale energi er da Wa 2L/2. Vannet bak en demning har potensiell energi, dvs. evnen til å produsere arbeide. To hovedpunkter skal vises på fig. 6 med hensyn til potensiell energi fordi potensiell energi vanligvis trekkes ut fra bølg-ene ved hjelp av flottører som stiger og faller. Først er den relative hastighet av vannpartiklene loddrett på seilet lik null fordi seilet fortrinnsvis er ikke-porøst. Med dette utgangspunkt kan differansen i vannhøyde på hver side av seilet forstås på samme måte som vann bak en demning. Analytisk, da det opptrer en nettokraft i retning av bevegelsen, vil den potensielle energi bli omdannet til nytte-energi. For det annet vil innretningen i en ideell situasjon trekke ut all energi fra en innkommende bølge og vannet på kystsiden vil være rolig, dvs. inneholde hverken den ene eller den annen energiform.

Fig. 6 beskriver en bølge som beveger seg mot høyre med rolig vann på den høyre side. Ved t = 0 er bølgetoppen på et høyere plan enn vannet på den høyre side, den venstre side vil se det maksimale hydrostatiske trykk lik W(a. = h)

for en kraft mot høyre på (W/2)(a+h)<2>. Den høyre side vil ha et maksimalt trykk lik Wh som virker til venstre på flaten h.

Det er antatt en bredde-enhet på 30 cm . Nettokraften på høyre

2

side vil være (W/2)(a + 2 ah). Ved t = 1/4 T, vil bølge-profilen ha beveget seg til den viste posisjon og kreftene på hver side vil være like. Ved t = 1/2 T, vil bølgeprofilen være som vist, det maksimale trykk på høyre side vil være lik Wh mens trykket på venstre side vil ha et maksimum på

W (h - a). Multiplikasjon for de respektive områder gir en nettokraft på venstre side som er i fase med kinetisk energi som absorberes når partiklene beveger seg mot venstre. Ved t = 3/4 T, er profilen som vist og kreftene på hver side er i balanse. Ved t = T er syklusen komplett med en retur til den opprinnelige posisjon. Posisjon t = T er ikke vist men er identisk med posisjonen t = 0.

Vann er vanligvis ansett for å være ikke sammentrykkbart og derfor kan den stive seilkonstruksjon som vist på

fig. 6 modifiseres ved å erstatte den med et fleksibelt seil som kan bli attraktivt fordi det ikke bare trekker ut den tilgjengelige kinetiske og potensielle energi fra bølgen, men den bølgede overflate byr en profil med liten motstand på siden som vender mot kysten (ved bevegelse i retning av kysten) , hvilket betyr at den vil bevirke et minimum av forstyr-relser, dvs. bare en bølgeprofil med liten amplitude på den side som vender mot kysten sammenlignet med amplituden av den innkommende bølge.

Fig. 7 er en skjematisk illustrasjon av en enkel innretning av seiltypen for å trekke ut energi fra bevegelsen av vann under bølger. Et seil 1 er fortrinnsvis understøttet vertikalt i vannet ved hjelp av vertikale stolper 2a i en ram-me 2. Som nevnt ovenfor kunne seilet hvis ønsket være anbragt i en vinkel i forhold til vertikalen. Rammen er styrt f.eks. ved hjelp av ruller 3 som løper på skinner 4 eller andre organer som strekker seg i en retning vinkelrett på bølgefronten og kan være båret på eller over havbunnen. Når bølgepartiklene beveger seg mot høyre vil seilet bules ut som vist. Seilet kan være et flak av stivt eller bøyelig materi-ale hvis samlede bredde er noe større enn avstanden mellom stolpene 2a, hvortil dets kanter er festet. En stang 5 er festet til rammens tverrstykke 6 for å overføre energien fra seilet og rammen til en eventuell egnet kraftinnretning som f.eks. kunne, være en pumpe, men her er illustrert som en generator 7. Den venstre del av stangen er et rettlinjet tannhjul eller en tannstang'8 som har inngrep med tannhjul 10 og 11, hvis funksjoner vil bli forklart senere. Der foreligger mange mekaniske organer for omdannelse av lineær bevegelse til dreiebevegelse, men det vil forstås at havets tilstand eller bølgehøyden vil variere og således vil bevegelsen av vannpartiklene og derfor stangens slagbevegelse variere. Av effektivitetsgrunner er det ønskelig at generatorens anker med akselen 12 dreier seg i bare en retning. Formålet med de små hjul 13 festet til styringen 14 for tannstangen 8 er å opprettholde en ønsket relativ posisjon for bevegelse av seilet som er nødvendig for en innretning som er utsatt for tidevann og strømmer. Deres virkning vil bli forklart i det etterfølgende.

Generatoren 7 er festet til underlaget 15 og bære-platen 16 og således til den vertikale støtte 17. Elementer 18 og 19 som er stivt festet til skinnene 4 fullfører bære-konstruksjonen. Generatoren har et anker 72 (se fig. 14).

Med henvisning til fig. 11 - 14 vil det fremgå at generatorankeret 72 har en aksel 12 som strekker seg over toppen av tannstangen 8. Et tannhjul 11 på akselen står i inngrep med tannstangens 8 tenner. Dette tannhjul 11 er i form av en ring (fig. 13) dreibart montert på en skive 78 festet med kile til generatorakselen 12. En enveiskobling 79 av konvensjonell konstruksjon er anordnet mellom skiven og tann-hjulsringen eller tannkransen slik at denne vil drive generatorakselen når den dreies i den ene retning/men ikke i den andre. Denne kobling kan omfatte en fjærpåvirket kule 81 som kiles inn mellom avsmalnende flater på tannkransen og på skiven. Som det vil fremgå av fig. 13, når tannstangen 8 beveger seg i pilens retning mot høyre, dreies tannhjulet 11 mot urviserens retning og driver generatorakselen i en tilsvarende retning gjennom enveiskoblingen. På den annen side vil motsatt dreining av tannhjulet når tannstangen 8 beveger seg mot venstre bevirke at koblingen 79 løser ut.

En annen tannkrans 10 i inngrep med tannstangen 8 bæres dreibart på en skive 82 som på sin side er dreibart festet på en aksel 84 festet til holderen 16 ved hjelp av braketter 86 (fig. 11). Som det best fremgår av fig. 13, har skiven 82 en fortannet del 83 i inngrep med et tannhjul 88 festet med kile til generatorakselen 12. En andre enveiskoblings-forbindelse 79 foreligger mellom tannkransen 10 og skiven 82 slik at dreining av tannkransen i en retning vil drive skiven 82, mens dreiningen i den motsatte retning vil tillate tannkransen å dreie seg fritt på skiven. Som fig. 13 viser, når tannstangen 8 beveger seg mot venstre, vil koblingen 79 mellom tannkransen 10 og skiven 82 sperre og drive skiven 82 med urviserens retning. Den fortannede del 83 av skiven 82 driver tannhjulet 88 og generatorakselen 12 mot urviserens retning hvilket er den samme dreieretning som frembringes ved bevegelse av tannstangen mot høyre over tannkransen 11. Derfor dreies generatorakselen i samme retning ved begge retninger av tannstangens bevegelse. Generatoren 7 er vist på fig. 7 forsynt med en kabel 25 ved hjelp av hvilken elektrisitet som genereres av denne, kan overføres til et kraftfordelingssenter eller direkte til en elektrisk motor eller annen innretning for å drive denne.

Når apparatet på fig. 7 anbringes i vann og orienter-es med skinnene 4 parallelle med retningen av vannets bevegelse under bølgene, vil seilet 1 bli beveget frem og tilbake av vannet. Når vannpartiklene beveger seg mot høyre, skyver de seilet mot høyre. Når de beveger seg mot venstre skyver de seilet mot venstre. Stangen 5 blir på lignende måte beveget mot høyre og venstre og driver generatorens rotor i samme retning under både inn- og ut-bevegelsen av tannstangen gjennom den anordnede tannhjulsoverføring. Generatoren kan være av standardkonstruksjon som arbeider i et felt anordnet ved hjelp av en permanent magnet 90 (fig. 14) for å generere elektrisitet.

Den vertikale høyde av seilets duk kan være slik at den strekker seg over toppen av bølgene og nedover tilstrekkelig langt til å ta ut meget, om ikke det meste/ av energien i det bevegende vann. Fig. 8 viser den øvre del av seilet stikkende opp over vannflaten. Tannstangen og generatorkonstruksjonen kan være anbragt over vannflaten og klar av vannet selv om denne konstruksjon kan og vil arbeide effektivt under vann når den er konstruert for omgivelsene, dvs. herme-tisk tett.

Apparatet på fig. 7 kan være understøttet med skinnene i ubevegelig stilling eller det kan være svingbart festet eller slik understøttet at det tillater at orienteringen av seilet forandres når retningen av vannets bevegelse forandrer seg. Fig. 7 viser med brutte linjer én innretning for forandring av apparatets orientering på fig. 7 selv om andre mekaniske og/eller elektroniske innretninger kan konstrueres. Som vist er en plate 20 festet til og bærer skinnene 4 og en stolpe 21 forankret på eller over havbunnen bærer svingbart platen 20 for bevegelse om en vertikal akse. Det opprettstående ror 22 festet til skinnene 4 ved hjelp av avstivere 23 strekker seg parallelt med skinnene 4 og bevirker at innretningen dreier seg på stolpen 21 automatisk som følge av forandringer i retningen av vannets bevegelse, slik at skinnene 4 for apparatet til enhver tid vil være parallelle med vannets bevegelsesretning under bølgene og apparatets seil vinkelrett på samme. Det vil forstås at egnede elektroniske og/ eller mekaniske innretninger kan anvendes for orientering av de i det foregående beskrevne utformninger av nevnte kon-struksjoner .

Ennskjønt bevegelsen av seilkonstruksjonen frem og tilbake finner sted hovedsakelig innenfor de samme bevegel-sesgrenser, vil seilets midtpunkt (midlere posisjon) til tider ha en tendens til å bevege seg bort enten i retning mot kysten eller ut mot havet avhengig av den generelle bevegelse av hele vannmengden som kan opptre som et resultat av tide-vannet eller strømmen f.eks. Variasjoner vil selvsagt også opptre i bølgehøyden fra en bølge til den neste. Derfor er der anordnet organer slik at seilet vil ha tilnærmet samme midtstilling for hver syklus selv om bevegelsen av seilet kan være større i den ene eller den annen retning fra en syklus til den neste. I det foreliggende tilfelle utføres denne funksjon ved å tilføye generatorviklinger for å øke feltet når seilkonstruksjonen beveger seg utenfor godtagbare grenser. Generelt betegnes organer for oppnåelse av denne funksjon som posisjons-servosystemer.

Med henvisning til fig. 14 som er et skjematisk riss av forholdet mellom tannstangen og generatoren, er generatorankeret 72 er vist mens det dreier seg i et felt frembragt ved hjelp av de permanente magneter 90. For generering av elektrisitet vil magnetfeltet yte en viss motstand mot ankerets dreiende bevegelse.

Denne motstand kan økes ved energisering av en eller flere av spolene 102, 104, 106, 108, 110 eller 112 avhengig av størrelsen og retningen av den midlere bevegelse fra den nøy-trale stilling. Tre slike spoler er vist til venstre på fig. 14 og tre tilsvarende spoler om enn ikke fullstendig vist, er anordnet på høyre side. Kretsen for hver spole på fig. 14 inkluderer en kontaktrulle 13. Som det fremgår av fig. 13,

er hver rulle 13 dreibart festet på en aksel 116, men for-spent av en torsjonsfjær 118 for å bringe dens isolerte stang 120 til kontakt med kontaktarmen 122 som er stivt forbundet med og rager radialt ut fra akselen 116. Rullen har en klemme 124 med avstand rundt omkretsen fra den isolerte stang. Det skal bemerkes at fig. 13 er en omvendt fremstilling ved at tannhjulsstangen og kamrotasjonen er motsatt den på fig. 14, men prinsippet er det samme.

Ved ny betraktning av fig.14 vil det sees at når seil-konstruks jonens posisjon beveger seg for langt mot venstre i forhold til den midtre posisjon, bevirker den at den lang-strakte kam 130 får friksjonskontakt med omkretsen av den første rullekontakt 13. Rullekontakten dreies mot urviserens retning for å bringe sin klemme 124 til kontakt med armen 122 og derved slutte kretsen for spolen 102 gjennom akselen 116, armen 122, kontaktklemmen 124, rullen 13 og den jordede tannstang 130. Fortsatt bevegelse av tannstangen 8 mot venstre tillater rullen å gli på kammen og bibeholde den elektriske kontakt som lukker spolens krets. Når imidlertid tannstangen beveger seg motsatt og mot høyre, vil friksjonskon-takten med kammen dreie rullen 13 med urviserens retning til kontakt med den isolerte klemme 120 for å bryte kretsen. Bul-len 13 glir på kammen til kammen beveger seg ut av inngrep med denne. Under den tid spolen 102 er energisert, blir ytterligere feltstrøm påtrykt for å motvirke dreining av ank-eret 72 og derved øke seilets motarbeidende kraft og begrense den maksimale forskyvning av seilkonstruksjonen. Spolen blir imidlertid avenergisert ved reversering av seilkonstruksjonen.

Hvis seilkonstruksjonen skulle fortsette mot venstre til tross for den økte motstand fra feltstrømmen i spolen 102, kan det være anordnet tilleggsspoler 104 og 106 for å tilføre ennå mer feltstrøm for å begrense forskyvningen av seilet.

Som angitt ovenfor er tilsvarende viklinger inklu-sive rullekontakter. 13 osv. anordnet for å begrense bevegelsen av seilet i den motsatte retning.

Av bekvemmelighetshensyn og hvis ønsket kan rullene 13 være fordelt på begge sider av tannstangen 8, i hvilket tilfelle kammer 130 for betjening av rullene er anordnet på begge sider av tannstangen.

Det vil forstås at økning av den elektriske felt-styrke øker den elektriske ydelse av generatoren. Denne oppfinnelse vil således oppfange en maksimal mengde energi tilgjengelig i vann i forskjellige tilstander av sjøen.

Selv om fig. 5 viser tilfellet på dypt vann, hvor seilet svinger om en horisontal svingeakse ved bunnen av seilet, kunne dette også anvendes ved midlere eller små dybder hvis det er ønskelig. Naturen kan gi en enkel forskyv-ningsservo ved bruk av den følgende utførelse. Mastene eller rammeelementene vist på tegningene og som bærer seilet, kan være hule og tettet og således ha oppdrift. I denne ut-formning vil en netto oppdriftskraft til enhver tid virke vertikalt på masten. Denne kraft vil fordi den alltid er vertikal, frembringe et tilbakeføringsmoment til vertikalen enten seilet vippes mot venstre eller mot høyre. Momentet er bevarende i fysikalsk forstand, dvs. at det ikke oppløses og således ikke minsker den kraft som er disponibel for generatoren. Hvis et større moment skulle være ønskelig, kan det fås ved stiv forbindelse av et strømlinjet flytelegeme med masten i et punkt hvor neddykking er sikret, men et høyt moment oppnås. Fig. 9 og 10 viser en modifikasjon av seilkonstruksjonen. Ved sammenligning av fig. 8 og 9 vil det sees at seil-konstruks jonen på fig. 9 avviker fra den på fig. 8 hovedsakelig bare ved anordningen av ytterligere seilfelter ved siden av hverandre. To tilleggsseil 1a er vist på fig. 9 og 10 understøttet på hver side av den midtre seilkonstruksjon ved hjelp av siderettede forlengelser 38 og 40 av de øvre og nedre rammeelementer og ved ytterligere vertikale rammeelementer 36. Selvsagt kunne et hvilket som helst antall ytterligere seilflak være anordnet. Anordningen av ytterligere seilflak gjør det mulig for seilkonstruksjonen å samvirke med mere. av det bevegende vann og således trekke fordelen av en høyere prosent av den energi som foreligger i bølgebevegelsen. Apparatet på fig. 9 og 10 kan lages selvorienterende hvis ønsket, på samme måte som apparatet på fig. 7. Fig. 15 viser en ytterligere utførelse, hvor seil-konstruks jonen er montert på en opprettstående stolpe 200 forankret på eller over havbunnen. Rammekonstruksjonen har horisontale og vertikale rammelementer 202 og 203, hvor de horisontale elementer er forbundet med ringer 205 svingbart festet til stolpen 200, slik at rammekonstruksjonen kan dreie seg om stolpens akse. Et hvilket som helst antall av nevnte seilflak kan anvendes og i dette tilfelle er to seilflak 1b anordnet ved siden av hverandre i oppreist stilling, hvilke vil være følsomme for bevegelsen av vannet på en tilsvarende måte som den allerede beskrevet i det foregående. Rammekonstruksjonen har en arm 204 som strekker seg fra stolpen 200 på den diametralt motsatte side av stolpen 200 fra seilkonstruksjonen, men er stivt festet til denne for å dreie seg som en enhet med den. Denne arm 204 er forbundet med stangen

264 ved hjelp, av tapper 208 på stangen 64 i spor 210 i enden av armen 204. Stangen. 64 er forbundet med en tannstang 62 som kan være identisk med tannstangen 8 på fig. 7 og kan funksjonere og ha det samme forhold til generatorkonstruksjonen 7 vist på fig. 7 selv om den ikke er nærmere vist på fig. 15. Forbindelsen mellom tappen 208 og sporet 210 er nødvendig

for å hindre binding som ellers kunne oppstå på grunn av det faktum at tannstangen 62 er ført for rettlinjet bevegelse frem og tilbake. Det er viktig å bemerke at en sentral posisjon for fig. 15 kan varieres for å ta hensyn til forandringer i retningen av vannets bevegelse. Innenfor grenser er innretningen på fig. 15 selvorienterende. Dette sikrer maksimalt opptak og overføring av energi.

Som angitt tidligere kan innretninger for uttrekk

av energi av den ovenfor beskrevne type være gruppert sammen i større antall anordnet i grupper for å skaffe megawatt av energi tilstrekkelig til å dekke behovene for en hel by. Som et eksempel og ifølge de tidligere oppgitte ligninger har en havbølgefront på en nautisk mil med bølger på 2,5 m fra topp til dal og med en periode på 10 sek. en disponibel kraft på 187 megawatt. Det skal videre bemerkes at bølger i både grunt vann og midlere dypt vann nær kysten inneholder den samme energimengde som de på dypt havvann hvis bølgehøyden og perioden er den samme på alle steder. Selvsagt ville ma-terial- og konstruksjonsomkostningene (eller kapitalinvester-ingsomkostningene) være mindre for hver kilowatt hvis energi-uttrekningsapparatet befinner seg nær kysten. Det vil også forstås at elektrisitet som genereres av en hvilken som helst av de beskrevne innretninger, kunne overføres ved hjelp av kabel til et kraftfordelingssenter eller kunne overføres direkte til en elektrisk motor eller annen innretning for å drive denne. De ovenfor beskrevne og i dokumentene viste apparater er eksempler på enkle innretninger tilpasset for å trekke ut de to former av tilgjengelig energi fra bevegelsen av vann under bølger, nemlig kinetisk og potensiell energi. Disse innretninger for uttrekk av energi arbeider etter prinsippet med enkle eller flerdobbelte bevegelige enheter med elementer eller seil forbundet med et elektrisk kraftgener-

eringssystem. De i det følgende beskrevne innretninger er ut-viklet for å forbedre den totale virkningsgrad ved å føre inn en sekundær komponent (seil) og ytterligere servosløyfer og vil igjen kunne anvendes på grunt vann, midlere dypt vann og på dypt vann.

Både kraftseilet og det sekundære seil i de innretninger som skal beskrives har en svingebevegelse, men det skal forstås at ideen med det sekundære seil like godt kan anvendes på innretninger hvor seilene har en rettlinjet bevegelse .

Teorien betrakter vann som ikke sammentrykkbart, hvilket er en rimelig antagelse og tillater matematiske løs-ninger i en lukket form. Vannets manglende kompressibilitet er en faktor som begunstiger et seil som er fleksibelt slik at det kan forandre form i samsvar med vannpartiklenes bevegelse og således redusere til et minimum forstyrrelsen av vannet på le side av seilet.

Forstyrrelse av vannet på le side. representerer tilgjengelig energi som er tapt for systemet. På fig. 16 er dette vist skjematisk, hvor uttreJcksinnretningen kan være et kraftelement eller seil av en ovenfor beskrevet type. Da uttrekks-innretningen må bevege seg for å trekke ut kraft og da vannet antas å være ikke- sammentrykkbart, må vannbevegelse på le side opptre med mindre innretningen er en perfekt energiabsorberende innretning. For å ordne med denne realitet har oppfinneren foreslått et flertall seil anordnet i grupper, dvs. en andre uttrekksinnretning på le side av den første uttrekksinnretning som ville omdanne energi som ikke var omdannet av den første uttrekksinnretning osv. For å nærme seg 100% virkningsgrad, ville et meget stort antall (n) seil være påkrevet og materialomkostningene ville bli umulige. En enkel alternativ fremgangsmåte for å nærme seg perfekt virkningsgrad vil fremgå av følgende.

Som allerede beskrevet i det foregående samvirker seilet i en bevegende bølge med vannpartikler som beveger seg i en naturlig sirklende bevegelse. I naturen vil den innkommende bølgepartikkelbevegelse (i vindens retning) primært være sirklende. I naturen forekommer et annet fenomen og dette beskrives som en "stående bølge". Vannets bevegelse langs en vertikal molo- eller bølgebrytervegg er et alminne-lig eksempel på en stående bølge. I teorien reflekterer en molovegg hovedsakelig all energi mot sjøen. Partikkelbevegelsen som følger med en stående bølge er temmelig forskjel-lig fra den som følger med en vandrende bølge og er illustrert på fig. 18. Den synlige overflatekontur synes å være den samme som for en vandrende bølge og er vist med heltrukket linje og likeledes med brutt linje en halv periode senere. Pilene antyder vannpartikkelbevegelsen. De vertikale brutte linjer 200 og 202 indikerer henholdsvis knutepunkter og anti-noder som skal beskrives nærmere senere.

Fig. 17 viser skjema for energioverføring og refleksjon. På denne figur er der en kraftinnretning som i likhet med hva som er beskrevet tidligere, kan være et seil av den allerede beskrevne type, og en sekundær innretning som også kan være et seil, i en avstand fra kraftinnretningen på dennes le-side. Da den sekundære innretning kan funksjonere (som beskrevet senere) på forskjellige måter hvorav alle er konstruert for å gi tilbake energi på en eller annen måte, kan innretningen prinsipielt betegnes en reflektorinnretning.

Den ideelle situasjon ville være at kraftinnretningen beveget seg slik at den tar imot den innkommende vandrende bølge-energi med minimal refleksjon, men på grunn av betingelsene med inkompressibilitet (sin egen bevegelse), må den sende noe energi til reflektorinnretningen. Reflektorinnretningen sender den mottatte energi tilbake til kraftinnretningen, hvor, hvis den er korrekt i fase, den reflekterte energi øker kraftutgangen fra kraftinnretningen.

Korrekt faseregulering er et tidsvarierende grense-tilstandsproblem og en eksakt løsning lar seg ikke finne fordi partikkelbevegelsen mellom de to innretninger gjør en gradvis overgang fra sirkling (i nærheten av kraftinnretningen) til krumlinjet bevegelse (nær reflektorinnretningen) som vist ved de avflatede sirkler 209, 211 og endelig piler 213 (som representerer krumlinjet bevegelse) på fig. 19 som mer fullstendig beskrevet senere.

Fortsatt med henvisning til fig. 19 har vannpartiklene på lovartside av kraftinnretningen (seilet)210 sirklende (eller vandrebølge-) bevegelse og de på le-siden mellom kraftseilet 210 og ref lektor innretningen (seilet)212 overgang mot stående bølgebevegelse av den type som er vist på fig. 18. Reflektorseilet er anbragt på le-siden av kraftseilet i en avstand fra dette lik L/2, ennskjønt det kunne vært anbragt ved nL/2 med n=1, 2, 3 . Grunnen til dette er innlysende når man undersøker partikkelbevegelsen i en ren stående bølge.

(Fig. 18). Den vertikale bevegelse ved knutepunktene er null og bevegelsen er helt ut horisontal. Hvis derfor en reflektor er beregnet på anbringelse i et knutepunkt, ville det bli i posisjonen med maksimal horisontal partikkelbevegelse for en tilstand med stående bølge og kunne således ikke tilfreds-stille reflektorens le-sidebetingelse med null-bevegelse. Disse knutepunkter opptrer ved L/4, 3L/4 osv. Omvendt, ved antinodene nL/2, er den siderettede bevegelse null for en perfekt reflektor, antydet tidligere som en betingelse for ingen bevegelse av vann på le-siden av reflektoren.

Fig. 19 illustrerer tilstanden "i fase", hvor den kvasistående bølge mellom seilene er i fase med den innfallende eller vandrende bølge på lovartside av kraftseilet (bemerk overflatekonturen av disse bølger), og bevegelsen av vannet i den kvasistående bølge ville forsterke bevegelsen av kraftseilet ved reflektering av den overførte energi tilbake til og i fase med bevegelsen av kraftseilet. Det kan bli fordelaktig å eksitere eller bevege reflektorseilet ut av fase med kraftseilet for å opprette en pseudoresonansbeting-else. Selv om denne tilstand, vist på fig. 20, er i motset-ning til naturen, er det klart at hvis den kvasistående bølge mellom kraftseilet 204 og reflektorseilet 206 er forskjøvet 180° ut av fase med den vandrende bølge, vil kraftseilet være utsatt for maksimale hydrostatiske krefter og vil gi maksimal utgående effekt. Det vil selvsagt bli nødvendig å bevege reflektorseilet for å oppnå denne unaturlige tilstand. Slik bevegelse av reflektorseilet vil ønskelig være av liten amplitude fordi eventuell bevegelse av reflektorseilet vil generere bølgebevegelse på dettes le-side;som representerer utsendt eller tapt energi.

På grunn av den komplekse overgang fra vandrebølge til kvasistående bølge i nærvær av viskøs dempning og slutt-effekter, vil systemet mest sannsynlig ikke være optimalt "avstemt" ved. forskyvninger nøyaktig lik nL/2 eller ved fase-forskyvninger nøyaktig lik 180°. For å ta hensyn til denne mulighet, for variasjon og for å forsøke å oppnå en resonanstilstand vil reflektorseilet tillates å bevege seg (enten svingbart eller rettlinjet etter ønske) og vil bli drevet i konsonans med enten bevegelsen av kraftseilet umiddelbart eller ved et signal fra en trykktransduktor (skal beskrives nærmere senere). Beskrivelsen av disse mekanismer og systemer vil følge.

I servomekanismer er det mulig å ta en liten mengde energi fra et primært system og benytte det for det formål å innstille eller drive et annet system for å forstørre kraftutgangen fra det primære system over en tilbakekoblingssløyfe.

Fig. 21 illustrerer et eksempel på et enkelt, rent mekanisk system for oppnåelse av en 180° faseforskyvning mellom kraftseilbølgen og reflektorbølgen. Radiusarmer r^ og rS, strekker seg fra aksen for en skive 221 (festet på egnet måte for dreiebevegelse på en fast aksel) og har en vinkelavstand på 180° fra hverandre om rotasjonsaksen. En stang 224 er svingbart festet ved sine ender til armen r1 og kraftseilet 226 og en stang 228 er svingbart festet ved sine ender til armen r^ og reflektorseilet 232. Kraftseilet er selvsagt virksomt forbundet med en innretning for utgangseffekt, såsom en generator eller pumpe. Begge seil kan hvis ønsket være av den stive eller fleksible type som er beskrevet i det foregående, og er anbragt på tvers av bevegelsesretningen for vandrebølgen. Denne anordning gir en mekanisk tilbakekob-lingssløyfe, hvorved kraftseilet 226 som er svingbart festet ved sin nedre ende ved 234 slik at det kan svinge frem og tilbake ved bevegelsen av vandrebølgen, vil svinge reflektorseilet 232 som er svingbart festet ved sin nedre ende ved 236 på en parallell svingeakse. Reflektorseilets bevegelse er imidlertid 180° ute av fase med den for kraftseilet.

Etter som lengden av armen r2 vil bestemme amplituden for bølgene på le-siden av reflektorseilet, bør den være så liten som mulig. Et viktig trekk ved denne oppfinnelse er valget av nL/2 som avstanden mellom kraftseilet 226 og reflektorseilet 232. Hvis tilbakekoblingssløyfen er basert på en resonanstilstand, kan amplituden for bevegelsen av reflektorseilet være meget liten og således vil lite energi være tapt på le-siden og omvendt vil den reflekterte energi til kraftseilet være maksimal. For det annet vil bevegelsen av reflektorseilet ta hensyn til den nødvendige grad av styring som er påkrevet for justering av faseforskyvningen. Det er viktig å bemerke, som nevnt i det foregående, at bølgelengden (L) og bølgeperioden (T), som er det omvendte av frekvens, er enty-dig sammenbundet, f.eks. L=5.12T , ved anvendelse på dypt vann .

Det er viktig å forstå at massen av vann mellom kraftseilet og reflektorseilet vil medføre viskøs spredning av energi, og om enn avstanden nL/2 er mulig, vil større "n" gi stadig større energitap i denne retninq. Derfor fore-

trekkes L/2, men andre verdier kan godtas hvis geometrien, stedet, eller anbringelsen i vannet er en kritisk omkostnings-faktor. Dernest, for viskøse systemer, er den virkelige resonansfrekvens alltid mindre enn den for et udempet system og resonansfrekvensen styres ved dempningsfaktoren som i dette tilfellet er teoretisk meget kompleks. I praksis vil således den faktiske avstand mellom seilene variere og er ikke nødvendigvis nL/2. Teorien innebærer også forskjellige tidsvarierende grensebetingelser som kan kreve computerana-lyse i stor målestokk for optimalisering som igjen ville kreve ytterligere modifisering av avstanden i forhold til nL/2 for praktisk bruk. Hensikten er her kun å indikere en foretrukket verdi for avstanden mellom seilene, og ikke å begrense den akkurat til denne verdi.

I naturen vil både perioden og bølgelengden for en vandrebølge variere. Disse variasjoner kan være et resultat av varierende vindbetingelser og stormer til sjøs, som opptrer enten lokalt eller i en viss avstand. Innretninger av den type som er vist på fig. 21 >kan være konstruert for å gi en resonansfrekvens for et bestemt sted som fastlagt ved historiske opptegnelser (hvilket kan nødvendiggjøre en viss avvikelse fra den teoretiske verdi nL/2 for avstanden mellom seilene), men deretter arbeide med mindre enn optimal virkningsgrad når bølgelengden og perioden forandrer seg. Det er således ønskelig å skaffe tilveie en innretning for å forandre avstanden mellom kraft- og reflektorseilene for å bibeholde en resonanstilstand til tross, for forandringer i bølgeperioden og bølgelengden. Hvis man f,eks. antar at en storm på havet danner bølger med en lengre periode enn på stedet for en energi-innretning , vil den stormenergi som over-føres ved vandrebølger gradvis nå energi-innretningen på det nevnte sted og øke den lokale bølgeperiode. Dette tar vanligvis et tidsintervall (dager) som er meget lengre enn bølgeperioden (sekunder). Således kan bølgeperioden betraktes som en langsomt varierende funksjon og derfor er tilstrekkelig tid disponibel til å justere avstanden mellom kraft- og reflektorseilene for å bibeholde resonansen.

En posisjonsservo styrt ved tilførte verdier fra en føler som måler den lokale periode, kan anvendes for å bibeholde en resonanstilstand ved justering av avstanden mellom seilene. Justeringen av denne avstand kan gjennomføres ved hjelp av vanlige mekaniske innstillingsorganer, såsom en horisontal skruejekk eller lignende snekkeskrueinnretning i tilfeller hvor et av seilene er ført for bevegelse mot eller bort fra de andre. Andre typiske innstillingsorganer, såsom en hydraulisk innstillingssylinder kan anvendes. Innstillings-innretningen vil være betjent ved bruken av en liten prosent av den kraft som genereres ved hjelp av det primære seil.

En temmelig enkel innstillingsinnretning som arbeider med de naturlig forekommende krefter og danner en del av denne oppfinnelse, er vist på fig. 22. En liten vogn 250 bærer reflektorseilet 251. En svingetapp 252 er vist som under-støttelse for seilet, men seilet kan være stivt festet til vognen. Vognen er ført ved hjelp av organer såsom skinner 253. Sperrehaker C og D er svingbart festet på vognen 250 og holdes normalt i inngrep ved hjelp av f.eks. torsjonsfjærer på deres svingetapper, med tannstenger A og B som strekker seg parallelt med skinnen 253 for å hindre at vognen beveger seg. Skulle perioden av den innkommende vandrebølge (som beveger seg fra venstre mot høyre på fig. 22) begynne å forandre seg over en rimelig tid (minutter), er det ønskelig å bevege vognen mot høyre forutsatt at perioden øker og kraftseilet er til venstre for reflektorseilet. På lignende måte skulle reflektoren beveges mot venstre når perioden avtar. Fig. 22 viser innretningen på to representative tidspunkter, bølgetoppen (t=0) og bølgebunnen (t=T/2). Det skulle uten videre fremgå av fig. 22 at under tidsintervallet fra t=0 (bølgetopp) til t=T/4 (midlere høyde) vil en flat plate 255 under svingetappen 252 utsettes for et større trykk på venstre side enn på høyre side. Hvis sperre~hakene løftes i løpet av tidsintervallet t= - T/4 til t= T/4, (hele varigheten av toppen) vil vognen bevege seg mot høyre på hvilket tidspunkt sperrehakene kan gripe inn pånytt,og den siderettede adskil-lelse mellom de to seil vil bli økt for å fortsette den ønskede resonanstilstand for vannet mellom seilene. På lignende måte, hvis sperrehakene løftes under tidsintervallet T 3T

— <t < — (hele varigheten av bølgedalen) vil det reflekter-

4 4

ende seil bevege seg mot venstre. Da bølgebevegelsen er periodisk uavhengig av amplituden, er kreftene, repeterende og det er bare spørsmål om å løfte eller senke sperrehakene på passende tidspunkter.

Innenfor teknikkens stand skulle det foreligge mange organer for å løfte og senke sperrehakene på passende tidspunkter. En foreslått innretning er vist på fig. 22, hvor en motor 260 forbundet med sperrehakene C og D ved hjelp av ledd 261 og 263 drives f.eks. ved hjelp av en posisjonsservo styrt ved hjelp av en føler som måler lokale perioder, vil løfte sperrehakene for et passende tidsintervall. Det må bemerkes at den siderettede posisjonsforskyvning som er ønskelig, eventuelt ikke krever at sperrehakene løftes i en hel halvperiode, men bare for en brøkdel av denne tid.

Som det er vel kjent, forandrer den midlere vanndybde seg sakte med tiden på grunn av tidevannsvirkningen. Dette er forholdsvis uviktig for tilfeller på dypt vann, men av en viss betydning for mellomliggende og små dybder fordi

Ved undersøkelse av denne ligning kan man iaktta at for en konstant periode er bølgelengden (L) avhengig av dybden (h). F.eks. kan en bølgeenergi-innretning være anbragt i vann på en dybde av 10 m hvor tidevannsbevegelsene er <±> 1 m og således for forbedret virkningsgrad skulle avstanden mellom kraft- <p>g reflektorseilene være justert eller innstilt for dybdevariasjon såvel som periodeforandring. Denne innstil- . ^ ling kan oppnås ved en lokal trykkføler som sender informasjoner til en mikrocomputer som behandler opplysningene ikke bare for perioder, men også beregner den langsomt forandrende midlere dybde. Mikrocomputeren vil deretter beregne den passende L og nL ved å løse den ovennevnte ligning modifisert

2

for å passe til realiteten funnet ved erfaring med anvendelsen.

Dagens teknologi tar hensyn til betraktningen av

et annet enestående trekk ved foreliggende oppfinnelse som har

å gjøre med det faktum at i naturen er bølgeformer mer sammen-satte enn den enkle sinusform som de har fått teoretisk. Teorien danner et utmerket grunnlag for forklaringer av den første orden (monokromatiske). Imidlertid er bølger på det

åpne hav en kompleks kombinasjon av et stort antall period-

iske bølgeformer. Det er velkjent av fysikere og matematik-.

ere at komplekse periodiske bølgeformer kan være representert ved Fourier-rekker, og at kommersielle computere (mikro- og minityper) er tilgjengelige og er istand til å utføre spektrumr analyse, hvorav Fburier-rekke —analyse er et eksempel. Bølger er periodiske av natur, men overflateprofilen vil variere fra bølge til bølge. En trykktransduktor som er anbragt i en passende avstand på lovart side av kraftseilet, kan bestemme overflateprofilen (innfallende bølgeform) som deretter kan benyttes til å bestemme den kraft som er tilgjengelig under øk-ninger av bølgeformen.

Fig. 23 viser en anordning for et forover- eller til-bakekoblet servosystemsom kan utføre denne ønskede funksjon. Av betydning er det faktum at hastigheten av den innkommende vandre-bølge er meget mindre enn den hastighet hvormed de elektriske signaler sendes ut. Derfor vil trykktransduktoren på fig. 23

ha mottatt sin informasjon lenge før den virkelige bølgeform (synlig for transduktoren) ankommer ved kraftseilet. Således

vil det være tilgjengelig tilstrekkelig tid for spektrum-dybde- og periode-analyse som er nødvendig for optimalisering av beregningen. Vanligvis vil beregningene være meget hurtige

og tidsforsinkelsesenheter vil være nødvendige i servosløyfen.

På fig. 23 er kraftseilet 206 montert på en fast svingeaksel 262 'for å svinge om en tverrgående akse som fortrinnsvis danner en rett vinkel med retningen av vandrebøl-gens bevegelse. Reflektorseilet 264 er svingbart festet til vognen 266 om en akse parallell med kraftseilets svingeakse. Vognen er båret på le-siden av kraftseilet 260 på skinner

267 for rettlinjet bevegelse mot og bort fra kraftseilet. Eventuelle egnede organer, såsom en motordrevet skruejekk 268 kan være anordnet for å bevege vognen. Avstanden mellom seilene vil selvsagt være tilnærmet nL/2 justert for lokale betingelser som fastlagt ved trykktransduktoren og analyseorganene som skal beskrives. En trykktransduktor 270 anordnet i en passende avstand på lovart side av kraftseilet er anordnet for å bestemme overflateprofilen og mate opplysninger til spektrum-analysatoren 272, dybdeanalysatoren 274 og periodeanalysatoren 276. Disse analysatorer mater informasjoner til computeren 278, hvorfra et signal til den motordrevne skruejekk 268 gjennom en tidsforsinkelseenhet 269 arbeider, for å bevege vognen 266 bort fra kraftseilet 260 når vandrebølgeperioden (lengden) er økende eller å bevege vognen mot kraftseilet når vandre-bølgeperioden (lengden) avtar.

På fig. 2 3 kan både kraft- og de sekundære seil ha kraftutgangsinnretninger såsom generatorer eller pumper eller lignende som hører til for å generere kraftutgangen som er et resultat av bevegelsen av seilene. I det generelle tilfelle vil kraftutgangsinnretningen omfatte en eller annen form for tilbakekoblingssystem for å variere tilkoblingskreftene (dempning og gjenvinning) automatisk for å kompensere for variasjoner i frekvens og amplitude for den innkommende bølgeform. I det foreliggende tilfelle er anordnet generatorer, hvis feltviklinger er skjematisk vist ved 280 og 281. Transduktorsignaler behandlet av analysatorene overføres ved hjelp av computerene for å forandre feltviklingsstrpmmene for disse generatorer gjennom tidsforsinkelsesenheter 282 og 284 for å trekke ut maksimal energi.

På fig. 23 er den enkle mekaniske faseveksler på fig.

21 erstattet og faseveksling kan oppnås ved å drive reflektorseilet med en motor 281 anbragt i reflektorseilenheten.

I denne forstand er det også tatt med i betraktning at det sekundære seil kunne ha en tilhørende motor i stedet for en generator. Hensikten med motoren ville være å svinge reflektorseilet for å oppnå en 180° faseveksling i vannet mellom seilene og derved frembringe en resonanstilstand. Denne motor vil få feltviklingen 281. Transduktorsignaler behandlet av analysatorene og computeren ville bli overført til feltviklingen 281 for å drive motoren og svinge reflektorseilet etter behov for å gi den ønskede faseforskyvning.

Konstruksjonen på fig. 23 tillater tre fremgangs-måter i et forsøk på å optimalisere den energi som trekkes ut fra den innkommende bølge. For det første, ved rolig sjø

(hovedsakelig monokromatisk), ville den motordrevne skruejekk e.l. innretning innstille reflektorseilet som svar på et signal fra transduktor/analysatorsystemet på en ubevegelig optimalisert posisjon ved eller nær nL/2. Reflektorseilet kunne være stivt festet til vognen i stedet for bevegelig. Dette utgjør et forenklet tilfelle og simulerer en stiv molo-reflektor. For det annet vil anvendelsen av et generatorsystem ved ref lektorseilet og ved å innstille seilet ved eller nær

den optimaliserte nL/2-posisjon, systemet virke som to tandem-kraftinnretninger som begge tillates å bevege seg med svingebevegelse (eller rettlinjet bevegelse). Dette representerer en løsning med "passiv styring", imidlertid kunne feltstrøm-styrkene i begge generatorer være computer-optimalisert for å trekke ut maksimal energi. For det tredje vil anvendelsen

av et motorsystem for reflektorseilet og ved å innstille seilet ved eller nær nL/2-posisjonen, reflektorseilet være drevet av motoren med svingebevegelse Celler rettlinjet bevegelse) i samsvar med transduktorsignaler behandlet av analysatorene for å frembringe en 180° faseforskyvning og en resonanstilstand. Dette representerer løsningen med "aktiv styring" , hvilken teoretisk ville maksimaliseré " den energi som trekkes ut og være spesielt effektiv ved vilkårlig eller rotet sjø sammenlignet med de to andre metoder. Feltviklingsstrømmen i kraft-seilgeneratoren kunne til enhver tid være computeroptimalisert for å trekke ut den maksimale mengde energi fra den innkom-

mende bølge og reflektert fra reflektorseilet. En annen metode for aktiv styring kan utledes fra fig. 23, hvor et signal 285 proporsjonalt med bevegelsen av kraftseilet trekkes ut fra den genererte kraft fra samme og sendes gjennom computeren for behandling (f.eks. forsterkning, svekning, fase-innstilling osv.). Dette signal mates deretter tilbake gjennom en passende tidsforsinkelsesenhet 284 for å styre driften av sekundær seilet, hvilket er en direkte tilbakekobling fra bevegelsen av kraftseilet.

Selv om figurene illustrerer havbunnen som horisontal, er denne betingelse ikke nødvendig for utførelse av oppfinnelsen. I virkeligheten har en oppadrettet helning (fra lovart mot le) visse fordeler fordi det ville kreve en kortere nL/2 enn den for en horisontal flate og således føre til mindre materialforbruk.

Endelig skal bemerkes at selv om det er beskrevet

en enkelt enhet er det klart at flerdobbelte enheter anordnet i grupper er en logisk utvidelse. Det skal også være klart at kraftseilene vist i forbindelse med de sekundære seil på fig. 16 til 21 er rent skjematiske og kan ha en hvilken som helst egnet konstruksjon såsom den vist i hvilke som helst av de foregående figurer.

De beskrevne og viste apparater er eksempler på enkle innretninger tilpasset for å trekke ut både kinetisk og potensiell energi fra bevegelsen av vannet under bølgene. Andre metoder for anvendelse av oppfinnelsens prinsipper kan benyttes forutsatt at trekkene angitt i hvilke som helst av de etterfølgende krav eller ekvivalente til disse anvendes.

Claims (5)

1. Anordning til å trekke energi ut av vannets bevegelse under bølger i en vannmasse, omfattende et kraftelement (260) som kan beveges i vannet, et lager (262) til å under-støtte dette element med i det minste en vesentlig del av elementets vekt i nevnte vannmasse under overflaten av bøl-gene på en slik måte at elementet (260) kan beveges frem og tilbake ved bevegelsen av vannet under bølgene, en første forbindelse som forbinder kraftelementet (260) virksomt med en første energiomdannende innretning (280) eller pumpe for å overføre energi uttrukket av kraftelementet (260) til den energiomdannende innretning (280), karakterisert ved et sekundærelement (264), et lager (266) for understøt-telse av i det minste en vesentlig del av dette element (264) under dets bevegelse frem og tilbake i vannmassen, under overflaten av bølgene i nærheten av kraftelementet (260) og i en .vis* avstand fra dette sett i bølgebevegelsens retning for å arbeide i samvirke med dette kraftelement (260), en andre forbindelse som forbinder sekundærelementet (264) virksomt med en andre energiomdannende innretning (281) for å overføre energi uttrukket av sekundærelementet (264) til denne andre energiomdannende innretning (281), og en tilbake-koblingsenhet (278) som via tilbakekobling styrer de krefter som påtrykkes kraftelementet (260) og sekundærelementet (264) via forbindelsene.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en signalinnretning (270) for å bestemme bølgeformen i nærheten av kraftelementet (260) og sekundærelementet (264) og en innretning (272, 274, 276) for frembringelse, behandling og overføring av et signal basert på nevnte bestemmelse for å styre tilbakekoblingen.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en innstillingsenhet (268) for innstilling av ett av lagrene (262, 266) i forhold til det andre for å variere basisavstanden mellom kraftelementet (260) og sekundærelementet (264).

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved en signalinnretning (270) for bestemmelse av bølgeperioden og midlere vanndybde, og en innretning (272, 274, 276) for frembringelse, behandling og overføring av et signal basert på nevnte bestemmelse til innstillingsenheten (268) for styring av denne.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre energiomdannende innretning (281) for bevegelse av sekundærelementet (264) frem og tilbake i vannbevegelsens retning omfatter et servo-styrt tilbakekoblingssystem som drives av et signal avledet av kraftelementets (260) bevegelse.