NO310041B1 - Anordning for å utnytte energi i bölger - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved bølgekraftanlegg, omfattende et sjaktformet bølgekammer hvis nedre ende er innrettet til å kommunisere med sjøen utenfor kammeret, for opprettelse av en første vannsøyle med et første væskespeil, som kan beveges i takt med sjøens bølgebevegelser, og et separat kammer som via en kanal er strømningsforbundet med bølgekammeret. Hvor det separate kammeret er innrettet til å romme en væske dannende en andre væskesøyle med et andre væskespeil, for derved å opprette et isolert gassvolum mellom de to væskespeilene via forbindelseskanalen, samt at det separate kammer omfatter et første hhv andre kammer. Kammernes nedre endeseksjoner er strømningsforbundet med en forbindelsesanal, og det første hhv det andre kammer omfatter stempelstenger, som rager ut av sine respektive kammere, med en første ende koblet til respektive flottører.

Ved den foreliggende anordning befinner det seg en gasslomme over vannspeilet og trykket i lommen øker og synker (fluktuerer) i takt med den bevegelige vannsøyle. Dette fluktuerende trykk kan, ifølge de kjente innret-ninger, benyttes for eksempel til å drive et frem- og tilbakegående stempel, for videre drift av en pumpe til å lede vann til et høyereliggende vannreservoar, eller til drift av en generator til fremstilling av strøm. Det kan også tenkes andre utnyttelser.

Med den foreliggende oppfinnelse tar man spesielt sikte på en ny løsning til å utnytte bevegelsesenergien så-vel ved store bølger som ved forholdsvis mindre bølger.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at en andre utadragende ende er koblet til en kraftuttaksenhet, via en synkroniseringsinnretning, så som en endeløs ledningssløyfe.

De spesielt foretrukne utførelser av anordningen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at bevegelsen av de to flottørene sine innbyrdes oppad- og nedadgående bevegelser i takt med bølgepåvirkningene er synkronisert via en synkroniseringsinnretning hvortil stempelstengene er forbundet. Synkroniseringsinnretningen omfatter en endeløs ledningssløyfe, så som dannet av wire e.l., og som kan beveges medurs eller moturs, og hvortil stempelstengene er forbundet. En kraftuttaksenhet utnytter energien fra de to bevegelige stempelstengene som stort sett synkront beveger seg vekselvis oppad og nedad, ved at stempelstangbevegelsene benyttes for eksempel til å drive en motor så som en pumpe f. eks via inngrep med tannhjul som er tilkoplet til aksling. Synkroniseringsinnretningen omfatter videre en fagverksramme hvori det er montert en wire som er lagt oppstrammet i en endeløs sløyfe om fire dreibare trinsehjul, og hvor sløyfen danner et plan som stort sett er parallelt med stempelstengene. De to stempelstengene er forbundet med wiresløyfen i tilknytning til to vertikale wirestrekk mellom trinsene, og at stempelstengene er fiksert ved hjelp av en festeinnretning til wirestrekkene stort sett midt mellom de to respektive trinsepar.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de medfølgende tegninger som viser et foretrukket utfør-else se ksempel . Figur 1 viser et sidesnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen i en normalstilling, uten bølgepåvirkning. Figur 2 viser et sidesnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen for det tilfellet hvor en bølge har nådd sitt toppunkt. Figur 3 viser et sidesnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen for det tilfellet hvor bølgen har trukket seg tilbake.

Anordningen er oppbygget som følger: Den omfatter et stort sett sylinderformet bølgekammer, i form av et langstrakt sjaktformet rør 10 som er åpen i den ene (nedre) ende 12. Bølgekammeret kan ha en vilkårlig form, for eksempel en mangekantet, rektangulær eller sylindrisk form. Rørets 10 øvre ende 14 er via et stort sett bueformet rørbend 13, fluidforbundet med den øvre ende 15 av et første langstrakt flottørkammer 18 (fortrinnsvis med et sylindrisk tverrsnitt samt at det er stort sett parallelt innrettet med bølgekammeret 10). Den nedre ende 20 av det første flottørkammeret 18 er ved hjelp av et bueformet rørbend 22 (eller et mellomrør) fluidforbundet med den nedre ende 23 av et andre langstrakt flottørkammer 24 som i sin øvre ende 2 6 er stort sett oppad åpent. Flottørkammeret 24 har stort sett samme dimensjoner som kammeret 18. Anordningen ifølge oppfinnelsen har således en slyngeformet

konstruksjon dannende en Z-form.

I hvert av de to flottørkammerne 18,24 er det inn-montert en flottør 28 hhv 30 med hver med sin langstrakte flottør/stempel-stang 32,34 som respektive forløper parallelt med flottørkamrenes 18,24 lengderetning. Flottør-stangen 32 forløper oppad og ut av det første flottørkam-meret 18 i dettes øvre endeseksjon 15 gjennom en fluidum-tettende pakning 36 som muliggjør flottørstangens 32 frie bevegelse oppad og nedad. Pakningen 36 fungerer også som en styring eller en føring for flottørstangen. På tilsvarende måte forløper flottørstangen 34 fra flottøren 30 oppad og ut av det andre flottørkammeret 24 i dettes øvre endeseksjon 17. Som det vil fremgå av det etterfølgende, trenger ikke endeseksjonen 17 avtettes med en pakning mot flottørstangen, fordi den øvre endeseksjon 17 kan være åpen. Men det foretrekkes å montere en flottørstangstyring 38 på tilsvarende måte som for den første flottørstang 32.

Hver flottør 28 hhv 30 er innrettet til å forskyves oppad og nedad mellom øvre og nedre endestillinger i sitt respektive kammer 18,24. På figur 2 og 3 er de respektive flottørenes/stemplenes samlede slaglengde markert med betegnelsen S. Stemplene er hule legemer og fungerer som flottører som flyter på overflaten av den væske som hele rørbendet 22, og deler av kammerne 18,24 er fylt opp med, til nivået 50.

Stemplene har en ytre form som stort sett tilsvarer kammerets indre form. Men en fullstendig tetning mellom flottør og kammervegg er ikke obligatorisk. Dvs at noe kammervæske kan trenge inn i og forbi en spalte mellom flottøryttervegg og kammerinnervegg (og som kan være opptil 2 cm). Dette betyr at flottørenes 28,30 flyter (og beveger seg) i/på de to respektive væskeoverflåtene basert på sin oppdrift i væsken, og vil bevege seg oppad og nedad i takt med væskenivåenes bevegelser. I et eksempel på et fullskala anlegg var flottørenes volum ca 900 liter.

I bruk innstilles anordningen ifølge oppfinnelsen slik det er vist på figuren. Den åpne ende av bølgekam-merets sjakt 10 vender nedad, dvs delvis nedad i det parti av vannet hvor bølgene slår inn, og forløper vertikalt oppad til sjaktens øvre parti 14 som så ved hjelp av bendet 13 avbøyes nedad og forbindes med den øvre del av flottør-kammeret 18 hvis nedre ende videre forløper over i det bueformete rørbend 22 som er avbøyet oppad til bunnen 23 av det andre bølgekammeret 24 som så igjen er oppad åpent.

Anordningen innstilles slik det er omtalt ovenfor og vist på figur 1 og slik at bølgesjaktens 10 ende 12 stikker ned i sjøen. I flottørkammeret 24 ifylles det væske, dvs vann eller en olje med høyere tetthet enn vann slik at rørbendet 22 og flottørkammerne 18,24 fylles og væsken stiger oppad til et passende væskenivå som er anmerket med betegnelsen 50 på figur 1, dvs halvveis opp i kammeret. Flottørene 28,30 monteres i respektive kammere, og som følge av oppdriften i væsken flyter de oppad til et like-vektsnivå når sjøen er stille uten bølger 52.

Figur 2 viser innstillingen til flottørene 28,30 når en bølge 52 slår inn i sjaktens 10 nedre husdel 51 som åpner seg nedad/utad mot den utenforliggende sjø. Dette medfører at en vannsøyle 54 med vannspeil 56 stiger oppad i bølgekammeret 10. Dette medfører igjen en trykkøkning i gass/luftrommet 58 over vannspeilet 56. Trykkøkningen i rommet 58 medfører at væskenivået i flottørkammeret 18 vil synke, og vil tilsvarende stige i flottørkammeret 24. Stemplene 28,30 i kamrene vil synke hhv stige i samme takt. Via stempelstengene 32 hhv 34 kan nå bevegelsen av stemplene utnyttes til å utnytte energi. Energimengden som kan utnyttes via stempelet/stempelstangen 28,32 vil sam-svare med tyngden av stempel+stang. Energimengden som kan utnyttes via stempelet/stempelstangen 30,34 vil avhenge av momentet (tyngde x hastighet) som stangen utøver på den enhet som skal utnytte energien.

Nå trekker bølgen 52 seg tilbake fra toppunktet vist på figur 2. Derved blir det et undertrykk i bølgekammeret 58 slik at væskesøylen i det første flottørkammer 28 dras oppad i kammeret 18, og videre trekker med seg væsken 60 gjennom bendet 22 slik at flottøren 30 synker tilsvarende nedad. Denne endringen skjer helt til bølgen 52 har nådd sitt laveste nivå som vises på figur 3 hvorved væskenivå-et/stemplene har nådd sine motsatte posisjoner i forhold til situasjonen vist på figur 2. Energien som kan oppnås på denne måte kan beregnes på analog måte til det som er omtalt i forrige avsnitt.

Flottørenes 28,30 totale slaglengde i de respektive flottørkammere er antydet ved betegnelsen S på figur 2 og 3.

Når neste bølge 54 slår inn mot anordningen ifølge oppfinnelsen, gjentas den ovenfor beskrevne syklus.

Siden væsken (vann eller olje med høyere tetthet) 60 som fyller rør-sløyfen med bendet 22 mellom flottørene er inkompressibel, vil flottørene følge hverandre i synkron bevegelse i samme takt oppad og nedad. Bølger som slår inn mot inntaket i den nedadåpnende husdel 51, kan ha vari-erende høyde, noe som medfører at trykket i kammeret 58 kan variere tilsvarende. Når bølgehøyden blir stor kan dette tilsvare en større nedadbevegelse (dvs større slaglengde enn S) av flottøren 28 enn det systemet og flottørkamrene er konstruert for. Den øvre del av bølgekammeret 10 eller flottørkammeret 58 omfatter derfor fortrinnsvis et utløp med en ventil 72 som kan reguleres (åpnes) for å utventil-ere for høye overtrykk i bølgekammeret/flottørkammeret 58/18. Et eksempel på et slikt utløp 70 er vist øverst i kammersjakten 10, og hvor ventilen 72 er innrettet til å åpne for trykkavlastning i kammeret når flottøren 26 er tilnærmet ved sin nedre stilling. Før bølgen trekker seg tilbake, stenges ventilen 70, for å skape det nødvendig undertrykk i kammeret 58 slik at væskespeilet og flottøren 28 "trekkes" oppigjen. Når flottøren 28 nærmer seg sin øvre stilling kan ventilen 70 åpnes for på nytt å avlaste trykket i kammeret 58 slik at den oppadgående flottør-bevegelse stanser. Dette betyr at betjeningen av ventilen 72 for å lukke og åpne for gassutløpet styres i avhengighet av stempelets 28 øvre og nedre ytterposisjoner. Instrument-eringen kan omfatte at det er anordnet en første føler nederst i kammeret 18 for å registrere stempelets nedre posisjon, og en andre føler øverst i kammeret 18 for å registrere stempelets øvre posisjon, de to følerne er via ledninger tilkoplet til en styreenhet (en computer) som styrer ventilen 72. Denne oppkoplingen er ikke vist spesielt på figurene. Under kjøringen av anordning må det også legges inn tidsforsinkelser som følge av at gass-volumet 58 er komprimerbart, og at derfor f.eks. åpningen av ventilen for utlufting må skje før stempelet når de respektive ytterstillingen.

ENERGI- UTTAK.

Når anordningen ifølge oppfinnelsen drives på oven-nevnte måte ved at bølger av en gitt størrelse slår inn mot bølgekammerets innløpstrakt, kan den produserte energien hentes ut via de to flottørstengene som stort sett synkront beveger seg vekselvis oppad og nedad.

Flottørstangbevegelsene benyttes på i og for seg kjent måte, for eksempel til å drive en motor såsom en pumpe f.eks via inngrep med tannhjul som er tilkoplet til aksling, men som ikke er nærmere vist her.

For å forbedre, utjevne og synkronisere den innbyrdes sambevegelsen mellom de to flottørene 28,30 kan de også være en forbindelse mellom disse, f.eks. i området utenfor kammrene 18,24. Dette er også vist på figurene 1-3.

Den apparatdel som er beliggende over kammerne 18,24 omfatter en rammedel med en kraft-uttaksenhet 90 og en synkroniseringsinnretning 80. Synkroniseringsinnretningen 8 0 omfatter en fagverksramme hvori det er montert en wire 84 som er lagt oppstrammet i en endeløs sløyfe 88 om 4 dreibare trinsehjul 86a-d. Sløyfen danner et plan som stort sett er parallelt med stempelstengene 32,34. De to stempelstengene 32,34 er forbundet med wiresløyfen i tilknytning til de to vertikale wirestrekkene 87a og 87b mellom trinsene 8 6a og 8 6b hhv 8 6c og 8 6d. Med stemplene i sin midt-stilling som vist på figur 1, er stempelstengene fiksert ved hjelp av en festeinnretning 89a hhv 89b til wirestrekkene stort sett midt mellom de to respektive trinsepar. Når apparatet er i drift og en bølge slår inn og komprimerer luften i kammeret 58, vil wirestrekket vekselvis trekkes medurs og moturs i takt med stempelbevegelsene. Kraftuttaksenheten 90 kan omfatte drivakslingen til en pumpe, og hvor akslingen drives av bølgekraftanlegget via den frem- og tilbakegående wiresløyfe.

Med den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en ny og enkel metode og apparat til å gjennomføre amplitude-styring av en svingende vannsøyle.

Claims (6)

1. Anordning ved bølgekraftanlegg, omfattende et sjaktformet bølgekammer (10) hvis nedre ende er innrettet til å kommunisere med sjøen utenfor kammeret, for opprettelse av en første vannsøyle (54) med et første væskespeil (56), som kan beveges i takt med sjøens bølgebevegelser, og et separat kammer (18) som via en kanal (13) er strøm-ningsf orbundet med bølgekammeret (10), hvor det separate kammeret (18) er innrettet til å romme en væske dannende en andre væskesøyle med et andre væskespeil (50), for derved å opprette et isolert gassvolum mellom de to væskespeilene (50,56) via forbindelseskanalen (13), samt at det separate kammer omfatter et første hhv andre kammer (18,24), og at kammernes nedre endeseksjoner er strømningsforbundet med en forbindelseskanal (22), og at det første hhv det andre kammer omfatter stempelstenger (32,34), som rager ut av sine respektive kammere, med en første ende koblet til respektive flottører (28,30), karakterisert ved at en andre utadragende ende er koblet til en kraftuttaksenhet (90), via en synkroniseringsinnretning (80), så som en endeløs ledningssløyfe (88).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at bevegelsen av de to flottørene (28,30) sine innbyrdes oppad- og nedadgående bevegelser i takt med bølgepåvirkningene er synkronisert via en synkroniseringsinnretning (80) hvortil stempelstengene (32,34) er forbundet.

3. Anordning i samsvar krav 1-2, karakterisert ved at synkroniseringsinnretningen (80) omfatter en endeløs ledningssløyfe (88), så som dannet av wire e.l., og som kan beveges medurs eller moturs, og hvortil stempelstengene (32,34) er forbundet.

4. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kraftuttaksenheten (90) utnytter energien fra de to bevegelige stempelstengene (32,34) som stort sett synkront beveger seg vekselvis oppad og nedad, ved at stempelstangbevegelsene benyttes for eksempel til å drive en motor så som en pumpe f. eks via inngrep med tannhjul som er tilkoplet til aksling.

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at synkroniseringsinnretningen (80) omfatter en fagverksramme hvori det er montert en wire som er lagt oppstrammet i en endeløs sløyfe (88) om fire dreibare trinsehjul (86a-d), og hvor sløyfen danner et plan som stort sett er parallelt med stempelstengene (32,34).

6. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at de to stempelstengene (32,34) er forbundet med wiresløyfen i tilknytning til to vertikale wirestrekk (87a,87b) mellom trinsene (86a,86b; 86c,86d), og at stempelstengene er fiksert ved hjelp av en festeinnretning (89a, 89b) til wirestrekkene stort sett midt mellom de to respektive trinsepar.