NO322235B1 - Flerfaset og flerdimensjonalt virkende bolgekonvertor. - Google Patents

Description

Flerfaset og flerdimensjonalt virkende bølgekonvertor.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et bølgekraftverk, også kalt bølgekonvertor, som omdanner og utnytter mesteparten av energien i bølgene på en effektiv, enkel, rimelig, solid og holdbar måte. Denne fullstendig nye og annerledes måte å trekke ut mye energi fra bølgene på, gir en løsning som gjør det mulig å produsere ren energi på en rimelig og holdbar måte.

Dette gjør oppfinnelsen gjennomførbar, ikke bare teknologisk, men også etter kommersielle krav.

Den er utprøvd i bølger, og beskrivelsen er i samsvar med fysikkens lover.

Det foreligger mange andre patenter på dette feltet, men ingen produserer mye energi på en enkel og rimelig måte.

US patent nr.4,098,084 av Cockerell beskriver en bølgekonvertor som er hengslet sammen av flate fjytelegemer med pumper ved hengslene som produserer energi når de svinger (roterer).

Denne løsningen gir ikke mye energi fordi bølgekonvertorens bevegelse ikke er i samsvar med vannets bevegelse. Kraftvektorene fra sjøen har for det meste en helt annen retning enn det konstruksjonen er laget for at den skulle ha.

Sjøens energi vil la flottørene skyve og trekke i leddene og slite dem i stykker. Denne løsningen gir kort levetid og altfor høy strømpris.

PCT/NO99/00243 beskriver en dobbelfaset vindbølgemotor som utnytter energien fra den relative bevegelsen mellom to ulike faser av bølgen, og videre utnytter både den loddrette og vannrette partikkelbevegelsen i bølgene.

Videre er det en fast konstruksjon som forbinder bøyene i hver av de to gruppene som har samme fase. Den har vist å produsere forholdsvis mye energi. Det er bra, men, løsningen har den begrensingen at den utnytter bare to ulike faser av bølgene i forhold til flere. Videre har den en sammenbindende konstruksjon mellom flyteelementene i de tilhørende faser, slik at den, noen ganger, overfører en del energi som kan gi unødig slitasje.

Her i denne nye oppfinnelsen kan vi utnytte så mange ulike faser vi ønsker, slik at vi utnytter energien mellom den relative bevegelse mellom hver enkelt flytebøye(l) og de to nærmeste. Dette gir både mer energi og en enklere konstruksjon. Her kan vi utelate den konstruksjonen som, i den sist nevnte patentsøknaden, fast forbinder de flyteelementene som tilhører samme gruppe og fase.

Hver flottør kan ha den fase som passer, i forhold til den bølgen den befinner seg i.

Styrken blir bedre fordi det ikke er noe vridningskrefter som sliter på konstruksjonen. Disse fordelene gir lavere kilowatt pris og en sterkere og mer elegant konstruksjon.

Her er en kort beskrivelse av disse tre punktene:

1. Høyere effekt Hvert enkelt flyteelement absorberer energien fra den relative bevegelsen fra sin egen fase og fasen tit de to nærmeste flyteelementene. Her klarer ftyteelementet å absorbere den energien som til enhver tid er i "sin egen" bølge (det vil si den bølgen den flyter i) relativt til de to nærmeste flytebøyene. Dette blir mer merkbart når bølgene varierer i størrelse, over både kort og lang tid. Den vil få høyere effekt også fordi avstanden mellom flottørene kan varieres og tilpasses bølgelengden. 2. Bedre økonomi. Byggekostnadene er mindre ved at det ikke er noe fast sammenbindende konstruksjon mellom flyteelementene. Også den høye energiproduksjonen gir bedre økonomi. Økonomi er her, som normalt, definert som evne til å produsere energi til en lavest mulig salgspris pr. kilowatt. 3. Sterkere konstruksjon. En konstruksjons styrke og holdbarhet er avhengig av en rekke faktorer. En av dem er størrelsen på de kreftene som går gjennom konstruksjonen. Dersom disse kreftene er lave, er konstruksjonen mer holdbar og varer lengre enn om kreftene er store. Disse kreftene og energien er ikke, slik noen tror, lik den energien som er i sjøen. For eksempel vil en fyrstikk ikke knekke flytende ute i havet i sterk orkan. Det er fordi sjøens krefter går forbi selve fyrstikken. Fyrstikken følger med kreftene fordi det er ingen motkraft. Selv fra et hammerslag er denne fyrstikken like hel mens den flyter i vannet Dette viser at det ikke alltid er slik at den sterkeste gjenstanden som er mest holdbar, og det er Newtons 3. lov, vedrørende kraften er lik motkraften, som forklarer dette. Styrke har å gjøre med hvordan en styrer energi.

Denne bølgekonvertoren måte å styre energi på, har et par fysiske likhetstrekk med fyrstikken i dette tenkte eksemplet: Det er ingen fortøyningskrefter mellom den flytende konstruksjonen og dens tilhørende fortøyning!

Det er ingen krefter som går gjennom konstruksjonen som er større enn det den er beregnet for å produsere. Disse kreftene er begrenset av de mengder energi den produserer og hvor på konstruksjonen kreftene er. Det er fordi konstruksjonen har høy effekt, det vil si den absorberer, omdanner og produserer mye energien, at den har god styrke og holdbarhet.

Hvert enkelt flyteelement lar de enorme kreftene i sjøen bevege dem fritt i alle retninger mens den absorberer og utnytter all denne energi uten at noe krefter sliter på konstruksjonen. Energien blir absorbert av mekaniske energiproduserende enheter.

Beskrivelse av konstruksjon og virkemåte.

Vannet skyver hvert enkelt flyteelement rundt i sin egen spesielle fase av bølgen; og energi blir dannet fra kreftene i den relative bevegelse mellom hvert flyteelement og de to neste (eller en på hver side) i kjeden. Flyteelementene beveger seg både vannrett og loddrett, og de beveger seg i sirkulerende, ellipse eller andre kurvebevegelse og den roterer om sine egne akser. Det er faseforskjellen mellom hver enkelt av disse flyteelementenes bevegelse og de andre som danner denne (relative) energien. Og videre for hvert nytt flyteelement som er satt sammen i kjede, er det en ny fase av bølgen den fanger opp energien ifra.

Fordi flere flyteelementer bortover er i ulike faser av bølgen vil den utnytte den relative forskjell av bevegelse mellom bøyene og fange opp bølgenes energi. Bølgekonvertoren kan utnytte energi fra flere bølgespektre fra flere retninger samtidig.

Slik tar bølgekonvertoren opp nærmest all energi i bølgen i sjøen.

Figur 3. som består av åtte tegninger viser bølgekonvertorens bevegelser.

Den skjematiske tegningen viser fire tidspunkt i fig A-B-C-D der hver bokstav viser til tegning som beskriver bølgen en kvart bølgeperiode senere enn den foregående. Fig A ll-B ll-C ll-D II viser det samme som det foregående, men med den forskjell at bølgen er mye større. Vi ser da at både den loddrette og vannrette relative bevegelse er vesentlig i alle ulike bølgestørrelser.

Disse tegningene viser også at bølgekonvertoren kan konstrueres i mindre skala i forhold til bølgen og likevel fungere effektivt. Produksjon av mye kraft i forhold til lav byggepris vil derfor bli god.

En kjede av stenger (2A-2B) (eller rør) og bevegelige ledd (3-4), er koblet sammen på den måten at det i hver ende av hver stang er koblet til bevegelige ledd som videre er koblet til neste stang slik at det danner en sammenhengende kjede.

På annen hvert ledd (4), med start på første ledd, er det koblet ett eller et sett flyteelementer (1) slik de har hvert sitt tyngdepunkt midt i leddene (4).

Videre kan flyteelementene rotere kuleformet om dette punktet i leddene. Denne rotasjonen har en kontrollert motstand, fra en hydraulisk (eller pneumatisk) pumpe (7-8-9) og virker både til å absorbere støt og samtidig til å produsere energi.

Antall flyteelementer er minst tre og er formet bredt utover med en loddrett plate midt under hver.

Disse loddrette platene, som er plassert nedover i vannet, fanger opp energien fra den vannrette bevegelsen av bølgene og følger den noe. Vannet beveger seg frem på toppen av bølgene og går tilbake nederst i bølgene.

Samtidig veksler den høydeforskjell ved å bli løftet opp av sin oppdrift og trukket ned av sin vekt. Den kan fritt følge en sirkulær, ellipseformet eller en fri kurveformet bevegelsesretning.

For å hindre at flyteelementene roterer og tipper rundt når vannet skyver mot de loddrette platene under dem og for å holde disse platene loddrette, er leddene koblet sammen i doble sett stenger på den måten at de fire festepunktene for disse, en i hver ende av hver av de to stengene, er plassert slik at de har parvis like lang avstand mellom seg, slik at disse fire festepunktene danner et parallellogram der vinklene parvis kan varieres.

Alternativt, for å forenkle større konstruksjoner, bygges dette hydraulisk. Da blir den ene av disse to stengene erstattet av en hydraulisk slange (elter rør) som forbinder en rotasjonspumpe på leddet (3) mellom flytelegemet med to rotasjonspumper (4), en på hvert av de nærmeste flyteelementene. Disse hydraulisk slangene (eller rørene) er koblet slik at sylindervolumet følger proporsjonalt det midtre leddets (4) pumpekammer på den ytre vinkelen på dette leddet (figur 6), sammen med de pumpekamrene som følger supplementært disse to leddene som er festet ved hvert flyteelement.

Summen av volumene i disse tre kamrene blir hele tiden værende konstant. Derfor vil summen av tilsvarende vinkler også være konstant, og dermed blir flyteelementenes loddrette flater holdt i loddrett posisjon.

Enhver relativ bevegelse av ett flyteelement i forhold til de to nærmeste flyteelementene, vil forandre vinkelen mellom stengene. Den loddrette relative bevegelsen forandrer vinkelen som har det leddet (4) til toppunkt som flyteren er festet til. Den vannrette bevegelsen forandrer vinkelen mellom de to neste leddene (3).

Som beskrevet vil det enkelte flyteelement rulle sirkulært (eller i en annen kurve) med bølgen, og vekselvis forandre disse to nevnte vinkler, i de to ledd 3 og 4, og derfor blir energiproduksjonen jevn og effektiv ved at pumpene knyttet til ledd 4 arbeider mest mens pumpene knyttet til ledd 3 pumper minst og motsatt. De leverer energi jevnt med tiden.

Energiproduksjonen foretas av energiproduserende enheter som er styrt av denne vinkelforandring. Det kan valgfritt gjøres på mange ulike måter Lineære eller rotasjonspumper, av magnetisk, mekanisk, pneumatisk eller hydraulisk enheter.

Fasestyring for å øke energiopptak blir utført av ventiler som vekselvis bremser og forsinker tidspunkt for den loddrette og vannrette bevegelsen. Dette passer elegant til denne konstruksjonen der vekslingen av disse (loddrett og vannrett) energistrømmene er regelmessig og har en konstant sum i alle tidsrom. Den er jevn i tidenl-

Derfor er det nok å la ventilene være stengt der trykket er under et bestemt nivå, og åpent når nivået overskrides.

Hydrauliske eller pneumatiske pumper kan, dersom det er ønskelig, bygges i lineærpumper, men det gjøres mer elegant, enklere og sterkere ved å bygge pumpen inn i leddet ved å la rotasjonen presse sammen fluiden direkte.

Disse bevegelige leddene, vist detaljert i Fig 4-5-6, er energiproduserende ved at de pumper fluid ved enhver bevegelsesretning og rotasjon fra flyteelementene. Del 6 forbinder flyteelementet (1) med leddet (4), som er nærmest fflyteelementet ved at del 6 er fast forbundet til en kule (13), plassert midt inni dette leddet.

På denne kuleoverflaten er nedfrest to fordypninger (7) med omtrent 90 graders vinkel (vinkelens toppunkt i kulesenter) mellom dem. Når denne kulen roterer inni den omsluttende delen (14), skyver den en eller begge av de to stemplene (8) slik at de pumper fluid (9) i sylindrene.

Samtidig vil trykket i denne fluiden styre denne kulen i konstant vinkel slik at flyteren holdes på plass og stabiliseres.

Denne kulen er omsluttet av en del (14) som er kuleformet på innsiden og sylinderformet på utsiden, videre har den boret ut koniske åpninger slik at stangen (6) får plass til å rotere noe sammen med den innerste kulen (13).

Alternativt kan denne midterste delen (13), som er fastforbundet med flyteelementene, erstattes av en del som er pyramideformet, og som blir klemt på plass av to omsluttende deler. Da kan en eneste av disse to omsluttende delene absorbere all energien fra rotasjon fra to akser på denne midtre delen (6) som er forbundet til flyteelementene.

Til denne mellomste delen (14) er det festet to fjærbelastete pumper (10) som hver er festet til hver av de to par stemplene (11-12) som glir utenpå denne. Denne fjæringen gjør at begge vinklene mellom flyteren og de to tilhørende stengene (2) blir værende omtrent like store og at flyterens vinkel derfor følger vannoverflaten. Disse fjærbelastede pumpene kan også, fra en sentral kontrollenhet, styre vinkelen på flyteren i nøyaktig optimal ønsket posisjon.

På den sylindriske overflaten på utsiden av del 14 glir det to par stempler (11-12) der hvert par er fast forbundet med hver sin stang (2) som går ut fra hver side av leddet.

Når vinkelen mellom disse to stengene forandres, så vil avstanden mellom disse to stempelparene 11 og 12 forandres, slik at de pumper fluid.

De to stemplene 12 er forbundet til et ytre skall (hus) (16) som er festet til stang (2B) med en hengsle (17). Denne hengslen lar leddene med flyterene bevege seg sidelengs, slik at leddene ikke låser seg ved en sidelengs kraft fra vannet; og ved at også denne energien blir absorbert av en energiproduserende pumpe plassert på denne hengslen.

De to stemplene 11 er forbundet til stangen 2A via en skive som de er festet til. Denne skivens flate står normalt på aksen til sylinderen på del 14 og den glir tett utenpå denne. På utsiden glir den tett på innsiden av det ytre hus (16). Stangen, 2A, roterer med denne skiven og de to stemplene 11, og derfor er det en åpen spalte i huset (16) som denne rotasjonen er tilpasset.

Alternativt, som vist i figur 5, kan dette energiproduserende leddet (4) erstattes med en konstruksjon som har alle deler roterende tredimensjonalt ved at glideflatene mellom dem er kuleformet.

Fordelen med dette alternativet er at det hele blir mer enkelt og med færre deler.

Den innerste kulen (13) er lik i begge alternativer. Men figur 5 viser at del 20 som omslutter kulen 13 også er kuleformet på utsiden. Utenpå denne (20) glir to like deler 18 og 19 som er innbyrdes plassert symmetriske om kulenes senter. De er formet med en klaring mellom dem slik at de kan rotere noe kuleformet. Del 18 er festet til stang 2A og del 19 er festet til stang 2B. Når disse to stengene (2A og 2B) roterer innbyrdes slik at vinkelen mellom dem forandres, vil de fire ytre pumpene, som er plassert på de to delene 18 og 19, to på hver, produsere energi. De vil produsere energi fra alle tredimensjonale rotasjoner., som er alle relative rotasjoner mellom disse delene, gjennom aksene som går gjennom senteret av kuleflaten.

Claims (1)

1. Krav 1 Bølgemotor for utnyttelses av energi fra bølger i vann bestående av to eller flere langstrakte flyteelementer (1) som ligger parallelt langsmed bølgekammene i vannet karakterisert ved at flyteelementene (1) er sekvensielt forbundet via stenger (2a, 2b), som er festet til to flytelegemer (1) som ligger ved siden av hverandre i vannet, og hvor stengene (2a, 2b) er plassert vinkelrett på flyteelementenes (1) lengderetning, og at det i hvert flyteelement (1) er anordnet et energiproduserende, fleraksialt, roterbart ledd (4) til hvilket stengene (2a, 2b) er festet og hvor to stenger (2a, 2b), som er festet til to flytelegemer (1) som ligger ved siden av hverandre i vannet, er forbundet ved hjelp av et energiproduserende, roterbart kneledd (3). Krav 2 Bølgemotor for utnyttelse av energi fra bølger i vann Som ifølge krav 1 er karakterisert vedto sett doble, parallelle stenger (2) som forbinder leddene fra hvert flyteelement ved at festepunktene for stengene, danner de fire hjørnene i et parallellogram, slik at hvert flyteelement kan forflytte seg uten å<*> tippe rundt. Krav 3. Bølgemotor for utnyttelse av energi fra bølger i vann Som ifølge krav 1 er karakterisert ved tre pumper som er koblet sammen slik at summen av volumet i dem er konstant, der den ene av disse tre er pl kneleddet (3) som forbinder disse to stengene (2) og de to andre på hvert av disse stengenes fteraksiale roterbare ledd (4) slik at flyteelementene alltid blir værende innbyrdes i samme vinkel slik at de kan forflytte seg uten § tippe rundt. Krav 4. Energiproduserende ledd (4) for utnyttelse av energi i bølger i vann hvor et midtre ledd (13), som er forbundet til et flyteelement (1), er karakterisert ved at det er klemt i spenn, i ett eller to nedfreste spor (7), fra ett eller to energiproduserende elementer (8,9) som produserer energi ved kuleleddets trykk fra dets fleraksiale rotasjon i forhold til dets omsluttende del (14). Krav 5. Bølgemotor for utnyttelse av energi fra bølger i vann karakterisert ved et langt flyteelement som er forbundet med energiproduserende fleraksialt roterbare ledd og to eller flere parallelle like tange stenger, plassert normalt på flyteelementets lengderetning, der de fire festepunktene i hver ende av to stenger danner de fire hjørnene i et parallellogram slik at flyteelementet forflytter seg parallelt i forhold til forbindelsesleddet. Krav 6. Bølgemotor for utnyttelse av energi fra bølger i vann som ifølge krav 1-5 er karakterisert vedenergiproduserende fleraksiale roterbare ledd, festet på hver ende av stangen eller stengene slik at to og to hydrauliske pumper er koblet sammen på hver ende av hver stang, og supplementært sammenkoplet med to akser, som er innbyrdes parallelle, en på hver ende av stangen slik at summen av pumpevolumet av disse to sylindrene er konstant, slik at flyteelementet forflyttes parallelt i alle plan i forhold til forbindelseselementet på den andre siden av leddene.