NO326736B1 - System for multippel utnyttelse og omdannelse av energi fra havbolger - Google Patents

Abstract

Et system for multippel utnyttelse og komplementer! omdannelse av energi fra havbølger, kjennetegnet ved at det innbefatter en struktur med vertikale føringer (12) langs hvilke det sentrale flytende legemet (1) kan bevege seg. Videre innbefatter systemet en neddykket tank med innfanget luft holdt oppe av det nevnte flytende legemet (1). Det flytende legemet (1) og tanken (4) er slik anordnet at den neddykkede tanken (4) sin bevegelse vil være motsatt bevegelsen til det sentrale flytende legemet (1). Bevegelsene til det sentrale flytende legemet (1) og den neddykkede tanken (4) overføres til midler (10, 11) for omforming av bevegelsen til pneumatisk, elektrisk eller hydraulisk energi.

Description

Oppfinnelsen vedrører et system for multippel utnyttelse og omdannelse av energi fra havbølger.

Det er kjent systemer for tilveiebringelse av energi fra havbølger basert på utnyttelsen av oppdriftskrefter som virker på et flytende legeme som er oppankret eller ballastert på havbunnen. Det flytende legemets bevegelser under påvirkning av oppdriftskreftene benyttes for tilveiebringelse av energi.

Slike enkle systemer som utnytter energien ved hjelp av flotasjon, har imidlertid den ulempen at bevegelsene for utnyttelse av energien proporsjonalt reduserer de bevegelser som benyttes for utførelse av arbeidet. Kapasiteten til oppdrifts-generatorer er derfor alltid begrenset av dimensjonene til det flytende legemet, bølgehøyden og bølgefrekvensen pr minutt.

Energiutnyttelsessystemer som bruker oppdriftskrefter er enkle og rene, men representerer systemer som ikke er konkurransedyktige når man tar hensyn til dimensjoner og den lave energiutnyttelsen. Skal slike installasjoner bli økonomiske, må energiutnyttelsen og -omdannelsen bedres.

Det er også kjent systemer av den typen som er beskrevet ovenfor, hvilke systemer innbefatter minst ett flytende legeme som er ballastert eller forankret på havbunnen og midler for konvertering av det flytende legemets vertikale bevegelse til pneumatisk, elektrisk eller hydraulisk energi.

Slike systemer har imidlertid den ulempen at de bare kan utnytte og transformere en del av naturkreftene i bølgene, nemlig de kreftene som skyldes skyvkrefter, også benevnt oppdriftskrefter.

Det er også kjent systemer for tilveiebringelse av energi fra havbølger, hvilke systemer i stedet for oppdriftskrefter utnytter de naturkreftene som tilveiebringes når havbølgene endrer vannsøyler. Slike systemer har imidlertid den ulempen at de bare delvis kan utnytte energien i havbølgene.

Hittil ukjent er systemer for generering av energi fra havbølger, hvilke systemer utnytter fordelene ved så vel oppdriftskrefter som naturkrefter tilveiebrakt ved endring av vannsøyler som påvirkes av havbølger.

Hensikten med oppfinnelsen er å råde bot på de ovenfor nevnte ulempene ved å utvikle et system for multippel utnyttelse og omdannelse av energi fra havbølger, hvilket system i tillegg til at det utnytter oppdriftskrefter også utnytter de kreftene som tilveiebringes når havbølgene endrer vannsøyler.

I samsvar med denne hensikten, er systemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kjennetegnet ved at det innbefatter en struktur med vertikale føringer langs hvilke det sentrale flytende legemet kan beveges, en neddykket tank med innfanget luft, hvilken tank er åpen nederst, holdes oppe av det nevnte flytende legemet og også kan beveges langs strukturen med vertikale føringer, midler for overføring av det flytende legemets bevegelse til den neddykkede tanken, idet legemet og tanken er slik anordnet at bevegelsen til den neddykkede tanken er motsatt den til det sentrale flytende legemet, og bevegelsen til det sentrale flytende legemet og den neddykkede tanken overføres via midler for overføring av bevegelsen til de nevnte bevegelseskonverteringsmidlene for konvertering av bevegelsen til pneumatisk, elektrisk eller hydraulisk energi.

Takket være disse egenskapene, vil systemet ha en høy energiutnyttelsesgrad fordi det med lave kostnader kan utnytte mesteparten av den energien som finnes i en fornybar energikilde så som havbølgeenergien. Det er et system som muliggjør en multippel utnyttelse og omdannelse av energi.

Den multiple utnyttelsen av energien skyldes skyvkraften til bølgene og det trykket som vannsøylen utøver på den innfangede luften i den neddykkede tanken. Omdannelsen til energi skyldes den komplementære samvirkningen mellom det sentrale flytende legemet og den neddykkede tanken.

I samsvar med oppfinnelsen, innbefatter systemet minst ett perifert flytende legeme med en tetthet på 0,5 g/cm<3>, tilknyttet den nevnte strukturen med vertikale føringer, hvilket kompenserer for de masse- og skyvkraftvariasjonene som oscilleringen i systemet medfører. Fordelaktig har det i det minste ene perifere flytende legemet en ringform som omgir den vertikale føringsstrukturen.

Som følge av det nevnte perifere flytende legemet, kan det oppnås en vertikal plassering av føringsstrukturen som er uavhengig av og upåvirket av bølge-bevegelsene, og på en optimal og effektiv måte kan trekke fordel både av oppdriftskreftene til det sentrale flytende legemet så vel som av de kreftene som produseres som følge av trykkvariasjoner som skyldes endringer av vannvolumet som virker på den innfangede luften i den neddykkede tanken.

I samsvar med en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, innbefatter det nevnte sentrale flytende legemet fordelaktig en beholder med trykkluft, minst én pneumatisk aktuator montert inne i den nevnte beholderen, idet aktuatorens øvre kammer er forbundet med den neddykkede tanken og det nedre kammeret som er åpent ved bunnen og påvirkes av trykkluft fra den nevnte beholderen.

Den i det minste ene pneumatiske aktuatoren er fordelaktig en sylinder.

Takket være dette trekket, kan de små vannsøylevariasj onene som oppstår i praksis fra begynnelsen av den nedadgående bevegelsen til det flytende legemet gi opphav til en endring av luftvolumene mellom de øvre kamrene i de pneumatiske aktuatorene eller sylindrene og den neddykkede lufttanken. Disse trykkendringene og luftvolumendringene vil tilveiebringe krefter som komplementerer oppdriftskreftene og virker med maksimal intensitet praktisk talt fra begynnelsen av det flytende legemets arbeidsbevegelse.

Fordelaktig innbefatter de nevnte bevegelsesoverføringsmidlene en rotasjonsomformer, en multiplikator, en hastighetsreguleringsinnretning og et svinghjul.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, innbefatter de nevnte bevegelses-overføringsmidlene videre en tannstang som på hver av sine sider samvirker, med to tannhjul som overfører bevegelsen til det flytende legemet til den nevnte rotasjonsomformeren.

Fordelaktig innbefatter stempelstangen til den i det minste ene pneumatiske sylinderen midler for drivpåvirkning av en bevegbar plattform som er anordnet på det øvre mottaket til det sentrale flytende legemet og traverseres av tannstangen, idet tannhjulene er dreibart montert på plattformen.

Takket være disse trekkene kan de kreftene som tilveiebringes ved utbyttingen av luftvolumer mellom de øvre kamrene i sylinderne og den neddykkende tanken utnyttes av sylinderne til det sentrale flytende legemet for drift av den bevegbare plattformen som traverseres av tannstangen. Driften av plattformen overføres til en endring av overføringsstedet og medfører derfor en forlengelse av arbeids-strekningen til det sentrale flytende legemet slik at energiomdannelsen til systemet blir mer fullstendig.

Fordelaktig innbefatter de nevnte midlene for omdannelse av bevegelse til energi minst én elektrisk generator, en pneumatisk pumpe eller en hydraulisk pumpe.

Fordelaktig innbefatter systemet også teleskopiske rør som opptar i det minste midlene for overføring av bevegelsen til det flytende legemet til den neddykkede tanken og til tannstangen.

Takket være disse teleskopiske rørene, vil de beskrevne gjenstandene som befinner seg inne i dem være beskyttet mot havvannets direkte påvirkning.

I samsvar med oppfinnelsen, innbefatter systemet et antall moduler, idet hver modul har et sentralt flytende legeme og en neddykket lufttank tilknyttet det sentrale flytende legemet.

Denne modulære utformingen muliggjør en oppbygging av et anlegg med flere oppdriftsenheter eller moduler.

Fordelaktig innbefatter hvert slikt anlegg en struktur som ved de øvre endene sammenknytter de vertikale føringsstrukturene i de modulene som utgjør anlegget. Fordelaktig innbefatter den nevnte øvre strukturen vanntette modulære rom som, for hver modul, innbefatter overføringselementer som i sin tur innbefatter tannhjulene og rotasjonsomformeren. Fordelaktig er også tannstangen i hver av modulene tilknyttet plattformen på hver moduls sentrale flytende legeme og har en lengde som er tilstrekkelig til å samvirke med tannhjulene som er anordnet i det korresponderende vanntette rommet i nevnte struktur i rekken. Fordelaktig innbefatter hver rekke eller anlegg en ballast som er felles for samtlige moduler, en enkelt ballastkjede eller -kabel som er forbundet med en svivelmoring på ballasten og en enkelt overføringskabel for overføring av energien til tørt land.

Takket være disse beskrevne egenskapene ved den modulære utførelsen, har den øvre strukturen til hvert anlegg en felles overføringsaksel som mottar de krefter som utnyttes av hver oppdriftsenhet eller modul i anlegget. Denne felles akselen overfører de utnyttede kreftene til en multiplikator, en hastighetsreguleringsinnretning, et svinghjul og avslutningsvis til en enkelt enhet i form av et energiomformingsutstyr, idet samtlige av disse overføringsmidlene og utstyret er plassert på anleggets øvre struktur.

Ifølge en foretrukket utførelsesform, har det nevnte sentrale flytende legemet et hulrom som inneholder innfanget luft.

Som følge av at det sentrale flytende legemet har et luftrom, vil enhver vertikal bevegelse medføre en endring av luftvolumet. Denne endringen overføres til krefter som kommer i tillegg til de kreftene som skyldes utnyttelsen av bølgemassene. Dette skjer ved retningsendringer og fører til en økning av den effektive arbeidsbevegelsen til det sentrale flytende legemet. De kreftene som medfører en økning av volumendringen til den innfangede luften, vil som følge av at de virker i en retning motsatt skyvkraften eller vekten til den neddykkede tanken, bidra til retningsendringen av det sentrale flytende legemet ved slutten av dets bølgebevegelse.

Ifølge en annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, innbefatter systemet videre et antall perifere flytende legemer tilknyttet det nevnte sentrale flytende legemet ved hjelp av vippetilknytningsstrukturer.

Tilstedeværelsen av disse perifere flytende legemene forsterker systemets energiomdannelse som følge av den komplementære virkningen som oppstår mellom det sentrale flytende legemet og de perifere flytende legemene.

Fordelaktig innbefatter de nevnte midlene for omdannelse av bevegelse til energi et antall pneumatiske sylindere som påvirkes av de nevnte vippetilknytningsstrukturene.

Fordelaktig har hvert av de nevnte perifere flytende legemene to perifere pneumatiske sylindere som trykker sammen luften fra en av sylindrene i den sentrale flytende strukturen. Vippestrukturen til hver av de flytende legemesylindrene innbefatter en stang som er opplagret i den nedre enden av stangen til den nevnte sylinderen og den andre enden er tilknyttet en stang hvis ender i sin tur er leddforbundet med endene til sylinderstengene til de perifere pneumatiske sylindrene, idet avstanden mellom to leddpunkter på stangen vil være hovedsakelig den samme som avstanden mellom toppen og bunnen av en bølge.

Fordelaktig komprimerer en av de to perifere pneumatiske sylindrene luft fra den andre perifere pneumatiske sylinderen.

Fordelaktig er hver av de pneumatiske sylindrene i det sentrale flytende legemet og de to korresponderende perifere pneumatiske sylindrene utformet som tretrinns lineære pneumatiske pumper.

Fordelaktig lagres den trykkluften som produseres i systemet i kamre i hvert av de nevnte perifere flytende legemene.

Alternativt kan systemet videre innbefatte et antall reverserende osmosemembraner for direkte konvertering av den hydrauliske energien til avsaltet vann.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av to utførelseseksempler som er vist på de vedlagte tegningene.

På tegningene viser figur 1 et snitt gjennom et første foretrukket utførelsesform av systemet ifølge oppfinnelsen i rolig sjø. Figur la viser en detalj av de flytende legemene i figur 1. Figur 2 er et snitt gjennom den første foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen i en bølgetoppstilling. Figur 3 er et snitt av den første foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen i en bølgedalstilling. Figur 4 er et skjematisk riss av den øvre delen av det første foretrukne utførelseseksempelet av systemet ifølge oppfinnelsen. Figur 5 er et snitt av en andre foretrukket utførelsesform av systemet ifølge oppfinnelsen. Figur 6 er et snitt som viser en del av den andre foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen i en bølgetoppstilling. Figur 7 er et snitt som viser en del av den andre foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen i rolig sjø. Figur 7a viser en detalj av det sentrale flytende legemet i denne figuren. Figur 8 er et snitt som viser en del av den andre foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen i en bølgedalstilling. Figur 9 er et skjematisk riss som viser midlene for mekanisk overføring og midlene for energiomdannelse i den andre foretrukne utførelsesformen av systemet ifølge oppfinnelsen, anordnet på en bevegbar plattform på den øvre vanntette beholderen på det flytende legemet. Figurene 1, la, 2, 3 og 4 viser en første praktisk utførelsesform av systemet for multippel utnyttelse og omforming av energi fra havbølger, innbefattende et sentralt flytende legeme 1, tre perifere flytende legemer 2a, 2b, 2c som er tilknyttet det nevnte flytende legemet 1 og en neddykket tank 4 for innfanget luft 5, også tilknyttet det sentrale flytende legemet 1 og åpen nederst for at sjøvann 6 skal kunne gå inn.

Det sentrale flytende legemet 1 består av en sylindrisk ring som er delvis integrert i et annet halvsfærisk legeme på en slik måte at begge legemene danner et hulrom for innfanget luft 7 og sjøvann 6.1 det indre av dette hulrommet er det anordnet et vanntett ovalt legeme 8 som er delvis integrert i det halvsfæriske legemet. Dette vanntette ovale legemet 8 inneholder blant annet en rotasjonsomformermekanisme 9 med to glatte hjul eller tannhjul som samvirker med to belter, kjeder eller kabler 11 som i sin tur er tilordnet skiver 10 og bærer den neddykkede tanken 4. Både det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 beveger seg vertikalt langs en rektangulær struktur 12 bygget opp av stålrør, karbonrør eller fiberglassrør. Begge legemene er dynamisk forbundet med hverandre ved hjelp av beltene, kjedene eller kablene 11 og skivene 10. Den øvre delen til den rektangulære strukturen 12 har et akustisk og visuelt signal og strukturen er ved sin nedre del forankret til betongstrukturer 13 på havbunnen. Denne strukturen med vertikale føringer 12 holder det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 innrettet i forhold til hverandre for derved å unngå sideveis bevegelser.

Den rektangulære strukturen 12 er forankret til.betongstrukturen 13 på havbunnen ved hjelp av kjettinger 14 og skivene 15 som danner et dobbelt forankringssystem som bare kommer til virkning under ekstreme sjøforhold og tillater at systemet kan tåle bølger på over 14 meter i høyde.

De tre perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c er tilknyttet det sentrale flytende legemet 1 ved hjelp av en vippestruktur 16 av stål. Avstanden mellom sentrum i den sentrale flottøren 1 og enden av vippestrukturen 16 som er tilknyttet den enkelte perifere flottøren 2a, 2b, 2c, tilsvarer den nominelle avstanden mellom bølgetopper og -bunner på et gitt sted i sjøen.

Det sentrale flytende legemet 1 har tre pneumatiske sylindere 17a, 17b, 17c for produksjon av trykkluft og innbefatter et luftinntak 18 mot atmosfæren. Hver av disse sylindrene er tilknyttet et perifert flytende legeme 2a, 2b, 2c ved hjelp av vippestrukturen 16. Denne strukturen 16 innbefatter en stang 19 som er hengselopplagret i den ene enden på stangen til en pneumatisk sylinder 17 i det sentrale legemet 1, og i den andre enden er tilknyttet en arm 20 hvis ender i sin tur er leddforbundet med endene til stengene til to perifere pneumatiske sylindere 21a, 21b. Disse perifere pneumatiske sylindrene 21a, 21b er montert inne i hvert av de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c.

Sylindrene, både i det sentrale flytende legemet 1 og i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c, drives med vippestrukturene 16 som overfører de sykliske bevegelsene disse legemene utfører under påvirkning av havbølgene.

De perifere pneumatiske sylindrene 21a, 21b komprimerer den luften som går inn gjennom ledningen 22 til den respektive sylinderen 17, anordnet i det halvsfæriske legemet til den sentrale flottøren 1. Sylindrene i det sentrale flytende legemet og i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c danner en tretrinns lineær pneumatisk pumpe som omdanner .den utnyttede energien til trykkluft som lagres i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c.

Det sentrale flytende legemet 1 inneholder en tretrinns pneumatisk rotasjonspumpe 23 i det vanntette ovale legemet 8. Denne pumpen 23 drives med en rotasjonsomformermekanisme 9 via et svinghjul 24 og en hastighetsreguleringsinnretning. Sammen med skivene 10 og beltene, kjedene eller kablene 11, overføres den sykliske vertikale bevegelsen som havbølgene gir det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4. Trykkluften fra den pneumatiske rotasjonspumpen 23 blir også lagret via ledningen 25 i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c.

Den trykkluften som oppsamles i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c overføres til tørt land eller til en fast struktur gjennom ledningene 26 som fører trykkluften til en trykkluftakkumulatorbeholder anordnet i kystsonen.

Systemet ifølge oppfinnelsen for tilveiebringelse av energi fra havbølger er et system for multippel utnyttelse og komplementert omforming av energi.

Den multiple utnyttelsen skyldes utnyttelsen av selve bølgekraften og vannsøyletrykket på den innfangede luften i den neddykkede tanken 4 og det flytende legemet 1. Den komplementerte omformingen av energi skyldes komplementærvirkninger: • mellom det sentrale flytende legemet 1 og den flytende tanken 4; • mellom det sentrale flytende legemet 1 og de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c; • virkninger i det sentrale flytende legemet 1, selv som følge av den innfangede luften 7 som legemet inneholder.

Den komplementerte virkningen mellom det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 skyldes endringer i trykket til den innfangede luften 5 i tanken som følge av endringer av vannsøylen.

Som figurene 1, 2 og 3 viser, vil det sentrale flytende legemet 1, når det beveger seg påvirket av havbølgeenergien, overføre denne bevegelsen til den neddykkede tanken 4 via skivene 10 og beltene, kjedene eller kablene 11. Den neddykkede tanken 4 beveger seg i motsatt retning av bevegelsen til det sentrale flytende legemet 1 slik at når det sentrale flytende legemet 1 drives oppover påvirket av bølgene, vil den neddykkede tanken 4 bevege seg nedover og vekk fra overflaten. Den bevegelsen som den neddykkede tanken 4 utfører vil være den samme som bevegelsen til det sentrale flytende legemet 1, men det skal her bemerkes at den vannsøylen tanken får under påvirkningen fra bølgene alltid vil være den dobbelte av den bevegelsen som utføres av det flytende legemet 1.

Når den neddykkede tanken 4 beveger seg vekk fra overflaten og vannsøylen i tanken øker, vil vann 6 gå inn i tanken 4. Derved øker vekten og luften 5 i tanken komprimeres. Når bølgepåvirkningen på det sentrale flytende legemet 1 avtar, vil den innfangede luften 5 ha en tendens til å utvide seg slik at vann 6 strømmer ut fra den neddykkede tanken 4 og tanken 4 beveger seg nærmere overflaten med tilhørende kraftøkning.

Ekspansjonen og sammentrekkingen av luften 5 i den neddykkede tanken 4, tilveiebrakt som følge av endringene i luftvolumet 5 tilveiebrakt av den større eller mindre vannkolonnen i tanken 4 når den beveger seg, vil tilveiebringe krefter (vekten av tanken og dens skyvpåvirkning) som overføres til det sentrale flytende legemet 1 via skivene 10 og beltene, kjedene eller kablene 11. Disse kreftene adderes til skyvkraften eller vekten til det sentrale flytende legemet 1 som følge av virkningen til oppdriftskreftene. Dette gir komplementert virkning og økning av de krefter som utnyttes samt virkningsgraden til arbeidsbevegelsene.

Når det sentrale flytende legemet 1 påvirkes av bølgen og begynner sin bevegelse oppover, vil den neddykkede tanken 4 begynne sin bevegelse nedover med tilsvarende innstramming av vann 6. Den økte bølgekraften medføres av en vektøkning i den neddykkede tanken 4 slik at ved slutten av bevegelsen, når skyvekraften eller oppdriftskraften til bølgen er minimal, vil tanken 4 sin vekt være maksimal og virke på en slik måte at skyvkraften komplementeres av tanken 4 sin vekt. På den annen side, når bølgekraften avtar og det flytende legemet 1 begynner sin bevegelse nedover, vil den neddykkede tanken 4 påbegynne sin bevegelse oppover med utstrømming av vann 6 som følge av at luften 5 utvider seg. Den reduserte bølgekraften medfølges av en økt kraft fra den neddykkede tanken 4 (fordi vannet der strømmer ut i samsvar med utvidelse av trykkluften 5) slik at ved avslutningen av bevegelsen, når reduksjonen til bølgekraften er minimal, vil tanken 4 sin skyvkraft være maksimal. Den virker da sammen med den skyvkraften som utøves av det sentrale flytende legemet 1.

I stedet for å forstyrre hverandre, vil således både det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 forsterke og komplementere hverandre sentralt og ved avslutningen av de respektive vertikale bevegelsene, idet skyvkreftene eller oppdriftskreftene til flottøren 1 adderes til den ekstra skyvkraften eller vekten som den neddykkede tanken 4 utøver/har. Dette muliggjør en betydelig utnyttelse av energi fra bølger som er 1,50 m høye med frekvenser på fra 8 til 10 bølger pr minutt.

Skyvkraften og vekten til det flytende legemet 1 har maksimal oppdriftsintensitet midt mellom de vertikale oppovergående og nedovergående bevegelsene av bølgene. Vekten og skyvkraften til den neddykkede tanken 4 virker i den samme retningen, men med null intensitet i midten (skyvkrefter og vekter kompensert) og vil ha maksimal intensitet ved endene. Det foregår derfor en veksling i oppdriftskreftene mellom det flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 som tenderer til å opprettholde kraftintensiteten over hele bølgebevegelsen.

Den komplementære virkningen mellom det sentrale flytende legemet 1 og de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c skyldes: • det spesielle arrangementet med vippestrukturen som forbinder de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c med det sentrale flytende legemet 1; • den mindre massen og tregheten til de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c sett i forhold til det sentrale flytende legemet 1; • den samtidige virkningen av skyvkrefter eller oppdriftskrefter og gravitetskrefter som tilveiebringes av de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c og som overføres til det sentrale flytende legemet 1 under hver vertikale bevegelse.

Vippingen av de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c er anordnet i en slik avstand fra det sentrale flytende legemet 1 tilsvarende bølgelengden til bølgene slik at derved virkningene til skyvkrefter og tyngdekraft samsvarer på begge legemene.

Den vertikale bevegelsen som det sentrale flytende legemet 1 utsettes for som følge av de skyvkreftene som bølgene tilveiebringer og som følge av trykkene, vil trekke de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c i den samme retningen og på samme måte. Som følge av at de har en lavere masse og treghet, vil imidlertid disse legemene være de som reagerer først på skyvkrefter og tyngekrefter ved hver retningsendring. Vippeleddstrukturene 16 som knytter de perifere flytende legemene til det sentrale flytende legemet 1, overfører således de resulterende skyvkreftene eller oppdriftskreftene til den respektive sylinderen 17 i det sentrale flytende legemet 1 og vil drivpåvirke dette og tilveiebringe komprimert luft ved hver retningsendring eller vertikal bevegelse.

Videre blir de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c utsatt for svingebevegelser som følge av sjøens svingebevegelser og som følge av dimensjonene som samsvarer med bølgelengden til havbølgene. Deres ender samsvarer således vekselvis med bølgetoppene og/eller bølgedalene. Vippebevegelsen til de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c om stengene 19 og armen 20 overføres horisontalt til de to sylindrene 21a, 21b i hvert av de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c. I sylindrene komprimeres den komprimerte luften fra de respektive sylindrene 17 i det sentrale flytende legemet 1. Som forklart ovenfor, utgjør sylindrene i det sentrale flytende legemet 1 og i de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c en tretrinns lineær pneumatisk pumpe som omformer den utnyttede energien til trykkluft. Sylindrene i hvert av de perifere flytende legemene 2a, 2b, 2c er forbundet ved hjelp av forbindelsesledningene 27.

For å doble lufttrykket i hvert trinn, er flatearealet til hver sylinder redusert til halvparten av det i den foregående. Dette muliggjør identiske inntaks- og kompresjonsslag. Med start fra et atmosfærisk trykk eller 1 kg/cm ved inntaket i det første trinnet (sylindrene 17a, 17b, 17c) og med anvendelse av krefter som overstiger de respektive dreiemomentene, vil trykket øke til 2 kg/cm i det andre trinnet (sylinder 21a i hver av de perifere flottørene) og øke til 4 kg/cm2 i det tredje og avsluttende trinnet (sylinder 21b i hver av de perifere flottørene).

En annen komplementerende virkning i systemet skyldes den innfangede luften 7 i hulrommet i det flytende legemet 1. Denne innfangede luften 7 i det flytende legemet 1 sitt hulrom har atmosfærisk trykk ved flytelinjen eller den nøytrale likevektslinjen. Når man vet at sjøvann 6 går inn i hulrommet, vil man forstå at enhver vertikal bevegelse av det flytende legemet 1 vil medføre en volumendring på luften 7. Slike volumendringer medfører et trykk ved den oppadgående bevegelsen og en trykkreduksjon ved den nedadgående bevegelsen, og disse trykkendringene påvirker den innvendige domen i det sentrale flytende legemet 1. Den innfangede luften 7 ekspanderer eller trekker seg sammen i hulrommet i det sentrale flytende legemet 1 når den utsettes for sug (under den nedadrettede bevegelsen) eller utsettes for trykk (under den oppadrettede bevegelsen) under påvirkning av det vannet som forekommer i hulrommet. De kreftene som tilveiebringes av luften 7 blir addert til de kreftene som oppstår ved utnyttelse og frigjøring av skyvkreftene og massene når retningen endrer seg, og dette betyr en økt bevegelsesstrekning for det sentrale flytende legemet 1. Videre vil de kreftene som skyldes luften 7 og som virker på det sentrale flytende legemet 1 bidra til, ved at de virker i en retning motsatt skyvkraften eller vekten til den neddykkede tanken, at den neddykkede tanken 4 sine negative krefter overvinnes og motvirkes ved avslutningen av bevegelsen. Det vil si at luftkreftene bidrar til retningsendringen av det sentrale flytende legemet 1. Figurene 5 til 9 viser en andre foretrukket utførelse av systemet ifølge oppfinnelsen med et sentralt flytende legeme 1, et perifert flytende legeme 28 i form av en sirkulær ring som er festet til strukturen med de vertikale føringene 12 og en neddykket tank 4 med innfanget luft 5, hvilken tank har ringform og er tilknyttet det nevnte flytende legemet 1. Tanken er åpen ved sin nedre del for derved å muliggjøre innstrømming av sjøvann 6.

Det sentrale flytende legemet 1 består av to vanntette beholdere 29, 30, en øvre beholder 29 med stump konisk form og en andre nedre beholder 30 med en sylindrisk form, hvilke inneholder luft 31 under et på forhånd bestemt trykk. Begge beholderne 29, 30 traverseres av en tannstang 32 som er festet til strukturen med vertikale føringer 12 ved hjelp av kabler 33 og strammere 34. Tannstangen 32 har på hver side samvirke med to tannhjul 35 som omformer det flytende legemet 1 sin bevegelse langs tannstangen 32 til en roterende bevegelse av to aksler med et bestemt arbeidsmoment.

Den neddykkede tanken 4 er dynamisk tilknyttet det flytende legemet 1 ved hjelp av skivene 10 og forbindelseskablene eller kjedene 11, slik at begge beveger seg vertikalt langs strukturen med vertikale føringer 12 og i motsatt retning i forhold til hverandre under påvirkning av bølgekreftene.

Tannstangen 32 med kablene 33 og strammerne 34 som fester den til strukturen 12, og sammen med forbindelseskablene eller kjedene 11 mellom det flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4, er anordnet inne i teleskopiske rør 36 som beskytter komponentene mot en direkte påvirkning av sjøvann. Skivene 10, 15 i systemet er også anordnet inne i et legeme 37 for å beskytte dem mot sjøvannets påvirkning. Legemet 37 er montert på en kompenseringsplate anordnet på den nedre basisen til den vertikale føringsstrukturen 12. Denne platen virker som en dynamisk forankring for arbeidskreftene og opprettholder stillingen til den langsgående tannstangen 32 ved hver retningsendring.

Det perifere flytende legemet 28 i den foretrukne utførelsen som beskrives her, er en flottør med en tetthet på 0,5 g/cm<3> beregnet til å kompensere vekten av føringsstrukturen 12, så vel som de kreftene som den neddykkede tanken 4 og det sentrale flytende legemet 1 utøver på selve føringsstrukturen 12. Det oppnås derved en fast vertikal stilling av føringsstrukturen 12, atskilt fra og upåvirket av bølgenes bevegelser og krefter. På fordelaktig måte utnytter man optimalt og effektivt både de oppdriftskreftene som virker på det sentrale flytende legemet 1 og de kreftene som tilveiebringes når vannsøylen i den neddykkede tanken 4 endrer seg.

Den neddykkede tanken 4 er fortrinnsvis utformet med luftkamre 39 hvis funksjon er å kompensere for vekten til den neddykkede tanken 4 slik at vektpåvirkningen fra strukturen på systemet som helhet vil bli null. Dette arrangementet medfører at de kreftene som den neddykkede tanken 4 tilveiebringer, overføres på en optimal og effektiv måte til det sentrale flytende legemet 1.

Den vanntette nedre beholderen 30 i det sentrale flytende legemet 1 inneholder fire pneumatiske sylindere 40 som driver en bevegbar plattform 41 anordnet på den øvre vanntette beholderen 29 i det flytende legemet 1. Midlene for overføring av det flytende legemet 1 sine bevegelser og midlene for omforming av bevegelsene til energi, er montert på denne plattformen 41.

En mekanisk overføring av det flytende legemet 1 sin bevegelse til energi-konverteringsmidlene, skjer ved hjelp av de fire tannhjulene 35 som samvirker med tannstangen 32. De omdanner det flytende legemet 1 sin rettlinjede bevegelser til en rotasjonsbevegelse av to aksler. Denne rotasjonsbevegelsen overføres i sin tur til en rotasjonsomformer 42 med ensrettet utgang, hvilken rotasjonsomformer overfører bevegelsen til en enkelt drivaksel og arbeidskraften til en multiplikator hvis utgang reguleres ved hjelp av en hastighetsreguleringsinnretning 44. Bevegelsene overføres så til et svinghjul 45.1 den foretrukne utførelsen som beskrives her, blir bevegelsen til drivakselen til slutt overført til to aksler 46 som i sin tur driver to strøm-generatorer 47.1 andre foretrukne utførelser som ikke er vist her, kan imidlertid bevegelsen til drivakselen benyttes for aktivering av en pneumatisk energi-kompressor, reverserte osmosemembraner for avspalting av sjøvann eller for eksempel hydrogenproduksj onsutstyr.

Midlene for mekanisk omforming av energien som beskrevet i foregående avsnitt er utformet slik at systemet arbeider perfekt med bølgehøyder på fra 1,5 til 4,5 meter og frekvenser på mellom 5,5 og 7 pr minutt, idet det da i dette arbeidsområdet oppnås en drivakselrotasjonshastighet på mellom 900 og 1500 omdreininger pr minutt.

De pneumatiske sylindrene 40 i den nedre vanntette beholderen innbefatter hver to kamre 48, 49, nemlig ét øvre kammer 48 og et nedre kammer 49 som er atskilt fra hverandre ved hjelp av stempelet 50 i sylinderen 40. Det øvre kammeret 48 er forbundet med den neddykkede tanken 4 med innfanget luft 5 via fleksible rør 51, anordnet på hjul 52 med sirkulære føringer som muliggjør at de kan spoles opp og av. Trykket til luften 5 i det øvre kammeret 48 i sylindrene 40 er lik trykket til den innfangede luften 5 i den neddykkede tanken 4. Dette fordi begge disse komponentene er forbundet med hverandre ved hjelp av de fleksible rørene 51. Det nedre kammeret 59 i sylindrene 40 er åpent nederst og er derfor utsatt for trykket til luften 31 i de frie rommene i den nedre vanntette beholderen 30 i det flytende legemet 1.

Ved rolig sjø som vist i figur 7, vil trykket til luften 31 i de frie rommene i den nedre vanntette beholderen 30 være lik trykket til luften 5 i den neddykkede tanken 4.1 denne tilstanden vil plattformen 41 befinne seg på et mellomsted i sin bevegelsesstrekning og stempelet 50 i den enkelte sylinderen 40, hvilket stempel skiller de to kamrene 48, 49, vil være i sin mellomstilling. Dette fordi lufttrykket i de to kamrene 48, 49 er det samme.

I den foretrukne utførelsen som beskrives her, virker de pneumatiske sylindrene 40 som volumvekslere for den innfangede luften 5 i den neddykkede tanken 4 slik at enhver vertikal bevegelse vil medføre en volumendring av luften 5 i de øvre kamrene 48 i sylindrene 40 og i den neddykkede tanken 4.

Den komplementerte energiomformingen i det foretrukne utførelseseksempelet i figurene 6 til 9 skyldes den komplementære virkningen: • mellom det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4; • i selve det sentrale flytende legemet 1 som følge av de pneumatiske sylindrene 40 sin virkning på den drivbare plattformen 41.

Den komplementerte virkningen mellom det sentrale flytende legemet 1 og den neddykkede tanken 4 skyldes utbyttingen av innfanget luftvolum 5 i de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40 og i den neddykkede tanken 4 som følge av endringer av vannsøylen 6 i tanken 4.

Figur 6 viser hvordan, når det sentrale flytende legemet 1 beveger seg vekk fra overflaten og vannsøylen 6 i den neddykkede tanken øker, vann går inn i tanken og luften 5 overføres gjennom de fleksible rørene 51 til de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40. På den annen side, som figur 8 viser, når bølge-påvirkningen på det sentrale flytende legemet 1 begynner å avta og også vannsøylen 6 i den neddykkede tanken 4 reduseres, vil vann strømme ut fra tanken slik at luften 5 i de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40 overføres til den neddykkede tanken 4 gjennom de fleksible rørene 51.

Trykkendringene og volumutbyttingen av luft 5 mellom de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40 og den neddykkede tanken 4, hvilke endringer og bytter skyldes endringer i vannsøylen 6 i den neddykkede tanken 4 når denne beveger seg, tilveiebringer krefter (tankens vekt og tankens skyvkraft) som overføres til det sentrale flytende legemet 1 via skivene 10 og kjedene eller kablene 11 med maksimal kraftintensitet praktisk talt fra begynnelsen av arbeidsbevegelsen til det flytende legemet 1.

I det foretrukne utførelseseksempelet som beskrives her, vil de små variasjonene i vannsøylen 6 som oppstår når det flytende legemet 1 begynner å bevege seg oppover eller nedover medføre endringer i utbyttingen av luftvolumene 5 mellom de øvre kamrene 48 i sylindrene 40 og den neddykkede tanken 4. Disse volumbyttene omdannes til krefter (tankens vekt og skyvkraft) som virker med maksimal intensitet praktisk talt fra begynnelsen av det sentrale flytende legemet 1 sin arbeidsbevegelse. Disse kreftene adderés til skyvkraften eller vekten til det sentrale flytende legemet 1 som følge av oppdriftskreftenes virkning, og komplementerer disse med maksimal intensitet praktisk talt fra bevegelsens begynnelse. Videre medfører de en akselerasjon av de sykliske retningsendringene for det sentrale flytende legemet 1 ved avslutningen av hver bevegelse.

Den andre komplementære virkningen som observeres i det foretrukne utførelses-eksempelet av systemet i figurene 5 til 9 skyldes det sentrale flytende legemet 1, nærmere bestemt de pneumatiske sylindrene 40 sin innvirkning på den bevegbare plattformen 41.

Når det sentrale flytende legemet 1 begynner sin oppadgående bevegelse under påvirkning av bølgekreftene, vil vannsøylen 6 i den neddykkede tanken 4 øke. Vannsøylen 6 sitt trykk medfører at volumet til luften 5 i tanken 4 påvirkes til overføring til de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40. Trykket til luften 5 i de øvre kamrene 48 i sylindrene 40 øker derfor og stemplene 50 i disse sylindrene 40 drives dermed nedover og medfører en aktivering av den bevegbare plattformen 41 som beveger seg oppover. Plattform 41 sin oppadgående bevegelse overføres til tannhjulene 35 i overføringssystemet som hviler på selve plattformen 41. Tannhjulene 35 er i inngrep med tannstangen 32. Dette medfører en arbeidsbevegelse som adderes til den som det sentrale flytende legemet 1 utfører under påvirkning av oppdriftskreftene.

Når bølgekreftene avtar og det flytende legemet 1 begynner å bevege seg nedover, vil vannsøylen 6 i den neddykkede tanken 4 reduseres. Dette medfører en trykkreduksjon på vannsøylen 6. Luften 5 i de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40 går til den neddykkede tanken 4. Trykket i luften 5 i de øvre kamrene 48 i sylindrene 40 avtar således i forhold til lufttrykket 5 i de nedre kamrene 49. Da disse sistnevnte kamrene er åpne i bunnen, vil de ha det samme lufttrykket 31 som i den nedre beholderen 30 i det sentrale flytende legemet 1. Trykkforskjellen mellom kamrene 48, 49 medfører derfor at stempelet drives oppover. Derved påvirkes plattformen 41 til nedadgående bevegelse. Plattformen 41 sin nedadgående bevegelse overføres til tannhjulene 35 som samvirker med tannstangen 32. Dette gir en arbeidsbevegelse som adderes til den som utføres av det sentrale flytende legemet 1 under påvirkning av oppdriftskreftene.

De krefter som genereres som følge av trykkendringene og utbyttingen av luftvolumene 5 mellom de øvre kamrene 48 i de pneumatiske sylindrene 40 og i den neddykkede tanken 4, utnyttes i sylindrene 40 i det sentrale flytende legemet 1 for drivpåvirkning av den bevegbare plattformen 41 hvorpå overføringsmekanismene for det sentrale flytende legemet 1 sine bevegelser er plassert. Dette forlenger det flytende legemet 1 sin arbeidsbevegelse, slik at derved systemenergiomformingen komplementeres.

Claims (18)

1. System for multippel utnyttelse og komplementert omdannelse av energi fra havbølger innbefattende et sentralt flytende legeme (1), midler (23, 47) for konvertering av sy stembe vegel ser til pneumatisk, elektrisk eller hydraulisk energi, tilveiebrakt i systemet eller et annet sted og midler (26) for overføring av nevnte energi til tørt land eller til en struktur, karakterisert ved at det innbefatter en struktur med vertikale føringer (12) langs hvilke det sentrale flytende legemet (1) kan beveges, en neddykket tank (4) med innfanget luft (5), hvilken tank er åpen ved sin nedre basis, holdes oppe av det nevnte flytende legemet (1) og også kan beveges langs strukturen med vertikale føringer (12), midler (10, 11) for overføring av det flytende legemet (1) sin bevegelse til den neddykkede tanken (4), idet legemet (1) og tanken (4) er slik anordnet at bevegelsen av den neddykkede tanken (4) er motsatt den til det sentrale flytende legemet (1) og bevegelsen til det sentrale flytende legemet (1) og den neddykkede tanken (4) overføres via midler (9, 24, 32, 35, 42, 43, 44, 45) for overføring av bevegelsen til de nevnte bevegelseskonverteringsmidlene (23, 47) for konvertering av bevegelsen til pneumatisk, elektrisk eller hydraulisk energi.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter minst ett perifert flytende legeme (28) med en tetthet på 0,5 g/cm3 tilknyttet den nevnte strukturen (12) med vertikale føringer.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det nevnte sentrale flytende legemet innbefatter en beholder (30) med luft (31) under trykk, minst én pneumatisk aktuator montert inne i den nevnte beholderen med aktuatorens øvre kammer (48) tilknyttet den neddykkede tanken (4) og det øvre kammeret (49) som er åpent ved bunnen og er utsatt for luften (31) under trykk fra beholderen (30).

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at den i det minste ene pneumatiske aktuatoren er en sylinder (40).

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at bevegelsesoverføringsmidlene innbefatter en rotasjonsomformer (9, 42), en multiplikator (43), en hastighetsreguleringsinnretning (44) og et svinghjul (24, 45).

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at bevegelsesoverføringsmidlene videre innbefatter en tannstang (32) som på hver av sine sider samvirker med to tannhjul (35).

7. System ifølge krav 4 og 6, karakterisert ved at stempelstangen (50) i den nevnte i det minste ene pneumatiske sylinderen (40) innbefatter midler for drivpåvirkning av en bevegbar plattform (41) som er anordnet på den øvre beholderen (29) i det sentrale flytende legemet (1) og traverseres av tannstangen (32) med tannhjulene (35) dreibart opplagret på plattformen (41).

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at midlene for omforming av bevegelsen til energi innbefatter minst én elektrisk generator (47), en pneumatisk pumpe (23) eller en hydraulisk pumpe.

9. System ifølge krav 6, karakterisert ved at det innbefatter teleskopiske rør (36) som opptar i det minste midlene (10, 11) for overføring av det flytende legemet (1) sine bevegelser til den neddykkede tanken (4) og tannstangen (32).

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter et antall moduler som hver har et sentralt flytende legeme (1) og en neddykket tank (4) med innfanget luft (5), hvilken tank (4) er tilknyttet det sentrale flytende legemet (1).

11. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det nevnte sentrale flytende legemet (1) har et hulrom som inneholder innfanget luft (7).

12. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter et antall perifere flytende legemer (2a, 2b, 2c) som er tilknyttet det nevnte sentrale flytende legemet (1) ved hjelp av vippetilknytningsstrukturer (16).

13. System ifølge krav 12, karakterisert ved at midlene for omforming av bevegelsen til energi videre innbefatter et antall pneumatiske sylindere (17a, 17b, 17c, 21a, 21b) som aktiveres av de nevnte vippetilknytningsstrukturene (16).

14. System ifølge kravene 12 og 13, karakterisert ved at de nevnte perifere flytende legemene (2a, 2b, 2c) hver innbefatter to perifere pneumatiske sylindere (21a, 21b) som komprimerer luft fra en av sylindrene (17a, 17b, 17c) i det sentrale flytende legemet (1), vippestrukturen (16) til hver av sylindrene (17a, 17b, 17c) i det sentrale flytende legemet (1) innbefatter en stang (19) som er leddopplagret i den ene enden på stangen til sylinderen (17) og i den andre enden er tilknyttet en arm (20) hvis ende i sin tur er leddforbundet med endene til sylinderstengene (21a, 21b) til de perifere pneumatiske sylindrene, idet avstanden mellom de to leddpunktene og stangen (19) er hovedsakelig den samme som avstanden mellom en bølgedal og en bølgetopp.

15. System ifølge krav 14, karakterisert ved at en av de to perifere pneumatiske sylindrene (21a, 21b) komprimerer luften fra den andre perifere pneumatiske sylinderen.

16. System ifølge krav 15, karakterisert ved at hver av de pneumatiske sylindrene (17a, 17b, 17c) i det sentrale flytende legemet (1) og de to korresponderende perifere pneumatiske sylindrene (21a, 21b) danner tretrinns lineære pneumatiske pumper.

17. System ifølge krav 15 og 8, karakterisert ved at den komprimerte luften som produseres i systemet lagres i kamrene til hvert av de perifere flytende legemene (2a, 2b, 2c).

18. System ifølge krav 8, karakterisert ved at systemet videre innbefatter et antall reverserte osmosemembraner for direkte konvertering av den hydrauliske energien til avsaltet vann.