NO341383B1 - Innretning og system for generering av trykkluft - Google Patents

Description

INNRETNING OG SYSTEM FOR GENERERING AV TRYKKLUFT

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt utnyttelse av fornybar bølgeenergi. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en innretning for pumping av luft og et system for generering av trykkluft basert på bølgekraft.

Oppfinnelsens bakgrunn

På alle sivilisasjonens områder arbeides det med å erstatte karbonbasert energi med fornybar energi. I tillegg til vannkraft og vindkraft og solcellepaneler, er det meget energi som kan høstes fra bølgekraft, og det har over de siste 30 - 50 år blitt utført mye utviklingsarbeid innen dette felt.

Bølger er partikler som beveger seg i stort sett sirkelformede baner (se Figur 1) der hvor bølgen forplanter seg framover i overgangen mellom et tungt medium (vann) og et mye lettere medium (luft). Slike bølger på vannet er stort sett vind-genererte, hvor bølgehøyden og bølgelengden er en funksjon av strøklengden av vannoverflaten som vinden virker på, vindhastigheten og hvor lenge og sterk vinden har vært. På det åpne hav med store strøklengder vil bølgehøyden være høyere enn i skjermede fjorder, eller på innhav / sjøer / vann.

Bølgeenergien består av potensiell energi og kinetisk energi. For den foreliggende oppfinnelse er det i det vesentlige den potensielle energien som er av interesse.

Et viktig poeng fra Figur 1 er at bølgens partikkelbevegelse avtar med 2dre potens av dybden fra overflaten.

Omtale av kjent teknikk

Det har vært utført mye utviklingsarbeid innen utnyttelse av bølgeenergi. Dette kan grovt deles i 3 grupper;

a) Utnytte den variable høyden av bølgeoverflaten til å skape en oscillerende vann-søyle i vertikal-retningen (OWC - Oscillating Water

Column).

b) Forankre oppdriftslegemer på bunnen eller på konstruksjoner på dypere vann, hvor bølgekreftene skaper variabel oppdrift på

oppdriftslegemene som løftes og senkes i forhold til den faste havbunnen, hvilket igjen kan drive turbiner eller pumper. c) Leddede flytelegemer på overflaten hvor bølgebevegelsen beveger leddene, og at deres relative notering kan utnyttes til å skape energi.

Den foreliggende oppfinnelse klassifiseres under gruppe a). Felles for eksisterende løsninger er stort sett at bølgeenergien er konvertert til elektrisk energi ved ett av de 3 ovennevnte prinsippene. Felles for eksisterende løsninger er også at de er utviklet med tanke på å fungere i store havbølger for å presse ned prisen pr kWh som produseres.

Tidligere anlegg i Norge har stort sett vært pilotanlegg for rene kraftverk.

En av de mest kjente installasjonene som har vært bygget, var Kværnefs OWC-anlegg (i hht. prinsipp a) ovenfor) som var et fullskala testanlegg som var operativt i perioden 1985 - 1988 i havgapet på Toftestallen nord for Bergen. Vannflaten som beveget seg opp og ned, skapte en oscillerende luftstrøm over en turbin som genererte elektrisk kraft. For å kunne produsere elektrisk kraft kan ikke turbinen snu omdreiningsretning mellom hver bølge-topp og bølge-dal. Derfor benyttet Kværner en Wells-turbin som ble patentert av Alan Arthur Wells i 1985 (US 4533292). Utfordringen med Wells-turbinen er at den har meget lav virkningsgrad (fordi angrepsvinkelen til turbinbladene i forhold til luftretningen er meget liten), og har meget lett for å stalle, begge deler siden de drives av en oscillerende luftstrøm. Dette var også årsaken til at Kværner ga opp prosjektet, selv om det nå videreføres av de samme personene, men nå i firmaet OWC Power AS, hvor OWC (Oscillating Water Column) henspiller på at bølgen skaper en vannflate som beveger seg opp og ned inne i et kammer.

Utfordringen for Kværner og andre slike aktører var altså å produsere elektrisk kraft på en kostnadseffektiv og billig måte. For å kunne høste store mengder bølge- energi, ble anlegget plassert i havgapet, eksponert for meget store bølger, og konstruksjonen måtte derfor være meget solid, og ble således meget stor og kostbar.

I tillegg viste det seg altså at turbinen hadde en meget lav virkningsgrad, men enda verre var det at den ofte stallet, og derfor ikke kunne gi noen pålitelig ytelse, men hadde hyppige driftsstans pga. stalling av Wells-turbinen. Årsaken til dette var den skiftende luftstrømningsretningen som et OWC-anlegg i utgangspunktet gir.

Et annet småskala bølgekraftverk, kalt Limpet, har vært drevet utenfor kysten av Isle of Islay i Scotland i mange år, og er fremdeles aktivt. En prototype på 75 kW ble installert i 1991, og ble etterfulgt av en 500 kW enhet i 2000, som er koblet til det nasjonale strøm-nettet i UK. Anlegget befinner seg ved Islay på den skotske vestkysten.

Islay LIMPET er en landbasert installasjon som bruker en oscillerende vann-søyle (OWC) skapt av havbølgene utenfor installasjonens undervannsåpning som fører inn til en hellende betongtunell. Det gjør at luften som er fanget inne i betong-tunellen presses fram og tilbake gjennom 2 kontra-roterende Wells-turbiner. Limpet har vært en suksess i den forstand at den fremdeles genererer strøm til det engelske strøm-nettet, men anlegget er meget kostbart pga. de høye anleggskostnadene, og er bare egnet for strender som er jevnlig utsatt for store bølger (i dette tilfelle fra Atlanterhavet) slik at det ikke har kommet flere installasjoner.

Et eksempel på utnyttelse av bølgekraft i hht. prinsipp b) Forankrede oppdriftslegemer er utviklet av Carnegie Wave Energy. Systemet kalles CETO og er installert utenfor marinebasen Stirling ved Perth i Australia, og forsyner marinebasen med fornybar energi. Variabel oppdrift på oppdriftslegemene vist i Figur 4 driver en pumpe på havbunnen, som pumper vann opp til en turbin montert på land.

Når bølgene passerer over de forankrede oppdriftskamrene endrer de oppdrift og drar i ankerwiren, og dette driver en pumpe på havbunnen som pumper vann opp til en konvensjonell vannturbin på land. Anlegget består av 2 oppdrifts-legemer og vil bli supplert av en tredje enhet, og vil da produsere 3 MW. Dette er resultatet av 10 års utvikling, og har kostet ca. $ 100 mil. Slike anlegg blir kostbare og krever store bølger.

Et eksempel på utnyttelse av bølge-energi hht. Prinsipp C «Leddede flytelegemer på overflaten» hvor bølger beveger leddene mellom flytelegemene, og slik relativ vinkelbevegelse driver spesielle turbiner, eller omformere, ble utviklet av skotske Pelamis Wave Power og installert utenfor Portugals nordkyst (nord for Porto). Relativ-bevegelsene mellom flytelegemene drev hydrauliske stempler som genererte kraften som ble konvertert til elektrisk energi. Tre slike enheter ble installert i Agucadoura Wave Park nord i Portugal, og hver av disse hadde en maks ytelse på 750 kW, slik at samlet maks kapasitet var 2,25 MW.

Etter noen tids drift ble prosjektet oppgitt pga. tekniske problemer med strøm-generatorene. Dette er igjen et eksempel på anlegg som krever store havbølger.

Eksisterende patentsaker og problemer ved kjent teknikk

Det finnes flere patenter som vedrører produksjon av elektrisk strøm fra bølgekraft. Et av de nyere patentene er US 7,830,032 «Generating power from natural waves in a body of water» ved Breen. Hans figur 1 viser en rekke kamre betjent med tilbakeslagsventiler i hvert kammer hvor rørene fra ventilene gir en konstant strømningsretning av luft inn i 2 turbiner som løper hver sin vei, men vendt i forhold til hverandre, slik at turbinene alltid løper i samme retning, og derfor har en meget bedre virkningsgrad enn Wells-turbinen som ble benyttet i Kværnefs OWC-anlegg i Toftestallen, som tilslutt ble stengt ned fordi slike turbiner staller meget lett, fordi turbinbladene pr definisjon har en meget lav angrepsvinkel i forhold til en skiftende luft-strømningsretning som oppstår ved OWC anlegg i hht. prinsipp a).

Breen har således tilsynelatende frembragt en løsning på et fundamentalt problem ved OWC-anlegg; hvordan få turbiner til el-generatorer til å gi bedre virkningsgrad ved skiftende luftstrømnings-retninger? Men igjen dreier US 7,830,032 seg om å generere elektrisk strøm fra en OWC, mens foreliggende søknad vedrører å generere trykkluft. En stor svakhet ved Breen's løsning oppstår når bølgelengden av innkommende bølger nærmer seg eller er større enn en typisk bredde av kamrene i Breen's figur 1. Da vil hvert kammer oppleve en kombinasjon av bølgeoverflate som hever seg, mens det i andre deler av kammeret vil være bølgeoverflater som senker seg. Resultatet vil være at pumpe-effekten av trykkluft kanselleres. Dette er påpekt i WO2015173235A1 - "Device for capturing wave energy" - Zabala I første avsnitt på side 2, og det er visualisert I hans figur 1E hvor en hel bølgelengde er indikert inne i et kammer. Men løsningen Zabala angir er at kamrene separeres fysisk i en avstand som gjør at man ikke får en hel bølgelengde eller multipler derav inne i samme kammer. Slik fysisk separering av kamrene viser Zabala i figur 1H, mens en praktisk utforming er vist i figur 6. En slik løsning vil øke kostandene dramatisk for et slikt anlegg, og vil kun være anvendbar der bølgene har meget stor energitetthet, dvs. havbølger som fanges opp av et bølgekraftanlegg på en eksponert strandlinje, for konvertering til elkraft og for distribusjon via eksisterende kraftlinjenett. Zabalas målsetning er altså også å generere elektrisk strøm fra store havbølger.

Et annet problem ved de to omtalte oppfinnelsene i forhold til målsetningen ved foreliggende oppfinnelse vedrørende å generere trykkluft, er at de to nevnte oppfinnelsene ikke legger vekt på lufttrykket, men fokuserer på å oppnå en jevn luftstrømningsretning. Utgangspunktet for den foreliggende oppfinnelse er å

generere flest mulig normalkubikkmetere (Nm<3>) med luft. Da vil det økende trykk av luft som genereres i et bølgekammer direkte bidra til flere Nm<3>. En løsning på denne problemstillingen berøres hverken av Breen eller Zabala, fordi deres målsetning er å produsere elektrisk strøm og ikke trykkluft.

En tredje faktor som hverken Breen eller Zabala adresserer er trykktap i tilbakeslagsventilene når bølge-overflaten i et kammer beveger seg nedover. For effektivt å kunne produsere trykkluft på en praktisk økonomisk måte, er det essensielt at trykktapet ved innsuging av ny luft fra atmosfæren er så lavt som mulig, fordi ethvert resulterende undertrykk i et bølgekammer etter «innsug» må utliknes ved at neste oppadgående bølgeoverflate først må komprimere luften over bølgeoverflaten opp til atmosfæretrykk før man i det hele tatt oppnår noen netto produksjon av ny trykkluft. Derfor vil Breen og Zabala's bruk av luft fra både innpust og utpust til å drive sine turbiner, være direkte kontra-produktivt for å generere trykkluft. Til forskjell fra deres løsning vil det være viktig for den foreliggende oppfinnelse, at nedadgående bølgeoverflate i et kammer suger ny luft inn fra den omkringliggende atmosfæren med minst mulig strømningsmotstand, dvs. innsugingsventiler direkte fra atmosfæren med minst mulig tap, og uten andre energiabsorberende komponenter i mellom, som f.eks. el-turbiner.

Formål med foreliggende oppfinnelse.

Et generelt formål med foreliggende oppfinnelse er å løse problemer ved kjent teknikk.

Et overordnet formål med oppfinnelsen er å dekke et energibehov ved generering av trykkluft blant annet slik det mer spesifikt beskrives i det videre.

Et videre formål er å redusere kostnader ved generering av trykkluft.

Nok et formål er å sikre jevn og pålitelig produksjon av trykkluft generelt og til fremdrift av skip eller for blåsing av for fra for-flåter ut til merdene ved fiskeoppdrettsanlegg spesielt, og å oppnå dette uten å være avhengig av elektrisk strøm generert ved for eksempel dieseldrevne kompressorer, for å holde prisene nede.

Ytterligere formål er knyttet til fiskeoppdrettsanlegg slik det presenteres kortfattet i det videre. Fiskeoppdrettsanlegg er gjerne plassert i fjorder som er skjermet for de største bølgene, slik at de opplever langt mindre bølger enn f.eks. Toftestallen eller

LIMPET.

Slike oppdrettsanlegg bruker vanligvis diesel-aggregater til å generere trykkluft for blåsing av for fra forsiloene ut til de enkelte merdene. Det kan ofte være 3-5 dieselaggregater om bord som blåser for ved ca. 2 bar ata gjennom plastrør som angitt i Tabell 1.

Til slik blåsing av tørrfor vil typisk dieselforbruket være i gjennomsnitt 10.000 liter pr måned, hvilket er kostbart og medfører tilsvarende uønsket CCVutslipp. Med det grønne skiftet som er nedfelt i Paris-avtalen forventes det at prisene på fossilt brensel som diesel vil øke i fremtiden og forbedre konkurransekraften til fornybar energi fra bølgekraft. Der hvor oppdrettsanlegget befinner seg i nærheten av eksisterende strøm-nett, kan det installeres en egen linje med sjøkabel ut til oppdrettsanlegget, men det er de færreste oppdretts-anlegg hvor slik tilknytning til nettet for å benytte land-strøm er praktisk mulig uten store linjekostnader.

Et sentralt formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe jevn tilførsel av trykkluft ved et moderat trykk, generert fra bølger i skjermede fjorder, gjennom hele året. I denne forbindelse er det et formål å effektivt utnytte også relativt små bølger.

Nok et formål er å tilveiebringe en løsning som kan optimaliseres i forhold til bølgehøyde og bølgelengde, og for ulike anvendelser i ulike farvann generelt, og for oppdrettsanlegg i havgapet innaskjærs eller i havgapet spesielt.

Et konkret formål er å optimalisere antall normalkubikkmeter med trykkluft som produseres.

Et spesielt formål med foreliggende oppfinnelse er å erstatte forbruk av diesel til utblåsing av tørr-for eller til pumping av våt-for til merdene ved akvakulturer, med billig, fornybar energi, generert fra bølger i innaskjærs oppdretts-lokasjoner.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse når de formål som er satt opp ovenfor ved

en innretning for pumping av luft som definert i innledningen til krav 1, med trekkene i karakteristikken til krav 1,

et system for generering av trykkluft som definert i innledningen til det selvstendige systemkravet, med trekkene i karakteristikken til sistnevnte systemkrav, og

en anvendelse av systemet for generering av trykkluft til blåsing av for fra forsiloer ut til oppdrettsmerder.

Et første aspekt ved oppfinnelsen er en innretning for pumping av luft ved bølgekraft, der innretningen er anordnet for å plasseres i tilknytning til en vannmasse der det oppstår bølger, der en bølge har en bølgelengde A og en bølgehøyde h om en midlere vannstand, og der en designbølge er bestemt for en typisk sjøtilstand som innretningen skal operere i. Innretningen omfatter et antall kamre, der hvert kammer er hovedsakelig lukket i en overkant og åpent i underkant, der underkanten er egnet til å anordnes ned mot vannmassen. Innretningen omfatter videre minst ett sett bestående av to tilbakeslagsventiler anordnet ved overkant av kammeret, hvorav en innsugingsventil egnet til å åpne for å slippe luft inn i kammeret ved et negativt differensialtrykk i kammeret i forhold til omgivelsene, men stenge ved positivt differensialtrykk, og en utblåsingsventil egnet til å åpne for å slippe luft ut av kammeret ved et positivt differensialtrykk i kammeret i forhold til omgivelsene, men stenge ved negativt differensialtrykk. Kammeret har en åpning i underkant med en sidelengde benevnt dybde d i en retning egnet til å anordnes i bølgenes forplantningsretning, der d er mindre eller lik halvparten av bølgelengden til designbølgen.

Innretningen kan med fordel ha et kammer med en dybde d < 1/3 Adesigneller enda lavere forholdstall for d i forhold til bølgelengden.

Kammeret kan med fordel ha en indre høyde h fra åpningen i underkant til den lukkede overkanten, der hkammeri hovedsak tilsvarer bølgehøyden hdesigntil designbølgen og ikke er større enn 1,5 x hdesign, altså at

1,0 X hdesign<<>hkammer<<>1,5 X hdesign-

Innretningen har et fribord f, der fribordet f er avstand fra stillevannsnivå til underkant av kammerets tak når innretningen flyter i vann, der innretningen kan være anordnet Slik at 0,5 X hdesign<<>f<<>1,0 X hdesign-

Kammeret kan være utformet som et rettvinklet parallellepiped med en lengde I, en dybde d og en høyde h, der kammerets lengde I kan være lik kammeret dybde d.

Kammeret har et tverrsnitt på tvers av høyden, der tverrsnittet kan ha form som et heksagon, der innretningens pumpeeffekt er lite avhengig av bølgeretningen. Tverrsnitt på tvers av høyden kan alternativt ha form som en likesidet trekant.

Tilbakeslagsventilene kan være utformet som leppeventiler omfattende et elastisk materiale, der tilbakeslagsventilene kan være anordnet slik at differensialtrykket, elastisiteten til materialet og tyngdekraften kan samvirke for å lukke tilbakeslagsventilene. Innsugingsventilen kan være forbundet med kammere via en lukket forbindelse i form av en svanehals anordnet slik at tyngdekraften bidrar til å rask lukking av innsugingsventilen.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er et system for generering av trykkluft, der systemet omfatter én eller flere innretninger for pumping av luft, der kamrene til pumpeinnretningene er tett anordnet på tvers høyden, og der åpningene i kamrenes underkanter er anordnet i et hovedsakelig felles plan.

Systemet kan omfatter et antall innretninger med kvadratiske kamre og et antall innretninger med rettvinklede, likebente trekantede kamre, der innretningene er anordnet slik at de danner en oktogonal struktur i et plan, der systemets evne til å danne trykkluft er lite følsomt for orienteringen i forhold til den fremherskende bølgeretningen. Systemet kan omfatter et antall innretninger med heksagonale kamre, der innretningene er anordnet slik at de danner en hovedsakelig heksagonal struktur i planet der systemets evne til å danne trykkluft er lite følsomt for orienteringen i forhold til den fremherskende bølgeretningen.

Systemet kan videre omfatter et manifoldsystem, der manifoldsystemet utgjør et sammenhengende, tett rørsystem tilkoplet utblåsingsventilene til pumpeinnretningene for å aggregere trykkluft.

Nok et aspekt ved oppfinnelsen er anvendelse av system som beskrevet ovenfor for utblåsing av tørr-for eller til pumping av våt-for til merder med akvakulturer.

Beskrivelse av figurer

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurene, hvor:

- Figur 1 viser bølgepartiklers bevegelse som funksjon av dybde

- Figur 2 viser en utførelsesform av en innretning for å pumpe luft ifølge oppfinnelsen - Figur 3 viser eksempel på et antall monterte kamre omfattet av et system for generering av trykkluft ifølge oppfinnelsen - Figur 4 viser et tverrsnitt av et kammer nedsenket i en vannmasse der det forplanter seg en bølge - Figur 5 viser et tverrsnitt av et system for generering av trykkluft omfattende et flertall sammenkoplede kamre og et manifoldsystem - Figur 6 viser en alternativ utførelsesform av et system for generering av trykkluft med et flertall av sammenkoplede kamre i tre ortogonale snitt - Figur 7 viser en utførelsesform av pumpeinnretning i følge oppfinnelsen med to sett tilbakeslagsventiler - Figur 8 viser et tverrsnitt av en tilbakeslagsventil i form av en utblåsingsventil - Figur 9 viser et tverrsnitt av en tilbakeslagsventil i form av en innsugingsventil med svanehals

Gjennomgåelse av henvisningstallene som viser til tegningene

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningsfigurene som viser flere utførelseseksempler.

Figur 2 viser en utførelsesform av en innretning for å pumpe luft ifølge oppfinnelsen. Et sentralt element i oppfinnelsen er et kammer (3) med tak (5) og sidevegger (4), uten bunn, hvor bølgeoverflaten presser overliggende luft ut av kammeret (3) og inn i en manifold (7), og suger ny luft fra omkringliggende atmosfære.

Løsningen omfatter altså et kammer (5) med tak (5) (dekk) og skillevegger (4), men uten bunn. Kammeret (5) er altså åpent nedentil, hvor bølgen forplanter seg inn i kammeret (5). Når bølgeoverflaten beveger seg oppover inne i kammeret (5), vil det presse luften ut av kammeret (3) gjennom en tilbakeslagsventil (6) som her fungerer som en utblåsingsventil (6) og normalt inn i en manifold (7) som ikke er illustrert i denne figuren. Når bølgeoverflaten beveger seg nedover i kammeret (3), vil undertrykket i kammeret (3) i forhold til den omgivende atmosfæren, suge luft fra atmosfæren inn i kammeret gjennom en annen tilbakeslagsventil (20) som her fungerer som en innsugingsventil (20). Figur 7 og 9 viser flere kamre (3) montert sammen i en enhet som gir større og jevnere luftstrøm slik det beskrives nærmere nedenfor.

I Figur 6 er det vist at kammeret (3) er anordnet på tvers av bølgens forplantningsretning, og følgende nomenklatur er brukt;

A er bølgelengden (fra bølgedal til bølgedal)

L er kammerets (3) lengde, her på tvers av bølgeretningen

d er kammerets (3) dybde, her i bølgens forplantningsretning h er høyden på kammerets (3) sidevegger (4)

Et sentralt moment for å få bølgen til å virke som en stempelpumpe inne i kammeret (3), er at hvert kammer (3) har begrenset dybde d i bølgeretningen, slik at bølgeoverflaten inne i kammeret (3) ikke omfatter felter som både hever seg og senker seg. Hvis f.eks. d = Å, vil vertikalbevegelsene av bølgeoverflatene inne i kammeret (3) kansellerer hverandre ut, slik at netto-effekten vil være null. Det er derfor et karakteristisk trekk ved oppfinnelsen at dybden d av kammeret (3) skal være mindre enn 1/2 A, og helst at d < 1/ 4 Å.

Når det gjelder kammerets (3) høyde h, så vil denne begrense innkommende bølge-energi hvis den er for høy. I hht. figur 1 reduseres bølgepartiklenes sirkulære bevegelse sterkt med økende dyp. Kamrenes (3) sidevegger (4) skal derfor ha begrenset høyde. Et karakteristisk trekk ved oppfinnelsen er at h < Hdesign, hvor Hdesigner den gjennomsnittlige bølgehøyde som systemet designes for. Ved større bølger vil kammeret fremdeles produsere trykkluft, men mengden vil ikke øke videre med økende bølgehøyde.

Når det gjelder kammerets (3) lengde L, kan denne i prinsippet være så stor som praktisk mulig, fordi jo større tverrsnitts-areal kammeret (3) har, jo mere luft kan det levere, og siden der begrenset av bølgelengden / som oppfinnelsen skal dimensjoneres for, så kan man enten øke lengden av kammeret (3) eller montere flere kamre (3) sammen, eller en kombinasjon av disse 2 parameterne. Teoretisk kan man benytte ett enkelt kammer (3) med d = 1/4A og L meget stor. Det vil gi en struktur som kan bli meget lang og smal, og dette vil gi 2 utfordringer; 1. En slik struktur kan ikke «ligge på svai» etter et bauganker, fordi værhaneeffekten vil dreie den slik at den gir minimal effekt fordi d » A, og fordi kammerets (3) bredde blir meget smal ved at kammerets lengde skifter til kammerets dybde, og kammerets lengde blir kammerets dybde ( ref. Fig. 6). Man får derved et kammer (3) som huser flere bølgelengder, hvis virkning inne i kammeret (3) vil være at bølgeoverflaten både stiger og synker samtidig, og resulterende pumping av luft vil være tilnærmet null. Man må derfor ankre både baug og akterstevn på en slik struktur, slik at det ene kammeret (3) blir liggende på tvers av dominerende bølgeretning, men det betyr at når bølgeretningen skifter (med skiftende vindretning), vil systemets virkningsgrad kunne falle sterkt. 2. Det ovenfor krever altså en lang og smal struktur som er ankret opp på tvers av bølgeretningen, og det vil kreve et mekanisk sterkt tverrsnitt for å kompensere for bøyemomentet som strukturen utsettes for, og det vil øke kostnadene for systemet.

Det er fordelaktig med en struktur som er nøytral i forhold til innkommende bølge-retning, dvs. at det virker hovedsakelig like bra uavhengig av hvilken retning bølgene har. En fordelaktig utførelsesform er da at kamrene (3) gis tilnærmet samme lengde som dybde, dvs. at d~L, og at flere kamre (3) monteres sammen enten innenfor en omskrevet sirkel eller åttekant, som vist i figur 73.

Kammeret 3 kan være utformet som et rettvinklet parallellepiped med en lengde I, en dybde d og en høyde h, og i en fordelaktig utførelsesform kan kammerets 3 lengde I er lik kammerets 3 dybde d.

Alternativt kan kammeret 3 ha et tverrsnitt på tvers av høyden, der tverrsnittet har form som et (likesidet) heksagon, der innretningens pumpeeffekt er lite avhengig av bølgeretningen. Kammeret 3 kan også har et tverrsnitt med form som en likesidet trekant

Figur 7 og 9 viser flere kamre (3) montert sammen i en enhet som gir større og jevnere luftstrøm. Mer spesifikt, vil flere kamre (3) montert sammen, som pumper luft inn i en felles manifold (7), gi en kraftigere og jevnere luftstrøm inn i manifolden (7).

En annen mulig konfigurasjon av kamrene (3) er vist i Figur 10.

Et annet viktig trekk ved oppfinnelsen er at arrangementet av kamrene (3) anordnes slik at luften i hvert kammer (3) komprimeres så meget som mulig før det presses inn i manifolden (7). Graden av kompresjon av luften fra et kammer ved bølge-bevegelsen som stempelpumpe styres av forholdet mellom maksimal høyde fra bølgedal til kammerets tak i forhold til bølgehøyden. Jo mere dette forholdet nærmer seg 1, jo høyere blir kompresjonsgraden. Derved øker kapasiteten på systemet, hvis man klarer å øke arbeidstrykket.

For å oppnå dette, må kamrene (3) utformes slik at bølgeoverflaten er nærmest mulig taket (5). Jo større slaglengde på stempelet (dvs bølgeoverflaten) i forhold til sylindervolumet (dvs. kammervolumet), dess høyere blir kompresjonen. Det er derfor fordelaktig at strukturen gis en oppdrift som gir et fribord f der 0, 5 Hdesign<f<1, 0 Hdesign- Dette er vist i figur 4.

Tilbakeslagsventiler

En forutsetning for oppfinnelsen er at kammeret (3) hvor bølgeoverflaten virker som et stempel for å presse luft inn i en manifold (7) er at hvert kammer (3) er utrustet med et velfungerende sett av minst 2 tilbakeslagsventiler, hhv. utblåsingsventil (6) som stenger av for tilbake-strømming av luft fra manifolden (7) til kammeret (3), og hhv. innsugingsventil (20) som hindrer at bølgeoverflaten, når den beveger seg oppover, blåser luften ut i atmosfæren og ikke inn i manifolden (7). Se figur 11.

Det er vesentlig at tilbakeslagsventilene (6) og (20) lukker ved så lavt differensialtrykk som praktisk mulig. Under utviklingen av oppfinnelsen er det prøvd ut flere typer kommersielle tilbakeslagsventiler, uten at dette har vært optimal. Det viser seg at dels er det for mye masse i ventil-elementene til at de skifter raskt nok, og dels at optimal drift er meget følsom for ventilenes helning.

Det vises til figur 12 når det gjelder tilbakeslagsventilen (6) tér utblåsing av luft fra bølgekammeret (3) til manifolden (7). Siden tradisjonelle tilpakeslagsventiler har vist seg å ha for stor treghet bl.a. pga. for stor masse i selve ventillegemet, utstyres foreliggende oppfinnelse med en leppeventil (6) som er montert inne i et hus, som er lett demonterbart for vedlikehold eller skifte av ventilen. Selve ventilen består av et ringformet sete (6a) montert ovenpå åpningen i bølgekammeret (3). Ventilsetet kan være av metall eller egnet plastmateriale som er slitasje- og saltvanns-bestandig. Selve ventil-klaffen (6c) lages av et elastisk materiale av dertil egnet plast, som er spent inn på den ene siden i en holder (6d). Når bølgeoverflaten i kammeret (3) beveger seg oppover, vil det presse opp den elastiske ventilklaffen (6c) og luften vil strømme opp i rørmanifolden (3). Når bølge-overflaten i kammeret (3) beveger seg nedover, vil ventilklaffen (6C) straks legge seg ned på ventilsetet (6a) og raskt stenge ventilen (6) slik at luften ikke slippes ut av manifolden (7). Responsen vil være øyeblikkelig ikke bare pga. endret strømningsretning for luften og derved endring av differensialtrykket over ventilen (6) men også fordi det elastiske materialet i ventilklaffen (6c) vil rette seg ut mot udeformert stilling, og fordi tyngdekraften vil presse ventilen nedover mot stengt posisjon.

Når det gjelder tilbakeslagsventilen (20) som gjør at luft suges fra atmosfæren inn i bølgekammeret (3) når bølgeoverflaten er på vei nedover, vil den i utgangspunktet monteres under taket (5) i bølgekammeret (3) for å åpne i riktig retning. Den vil derfor stå opp ned i forhold til ventil (6), og ventil-klaffen ville da henge ned fra ventilsetet (i åpen stilling) og derfor ville tyngdekraften virke mot lukking av ventilklaffen, og responstiden og følsomheten ville øke. Derfor settes det inn svanehals (24) på innsugings-røret fra atmosfæren. Derved kan også innsugingsventilen (20) monteres samme vei som utblåsingsventilen (6), som vist i Figur 13, noe som sørger for at differensialtrykk, elastisitetskreftene i ventilklaffen (20c) og tyngdekraften alle bidrar til rask lukking av innsugingsventilen (20) med minimal endring av differensialtrykket når bølgeoverflaten endre bevegelse fra oppover, til å synke nedover.

En spesielt aktuell anvendelse av foreliggende oppfinnelse er utblåsing av tørr-for eller til pumping av våt-for til merdene ved akvakulturer, med billig, fornybar energi, generert fra bølger i innaskjærs oppdretts-lokasjoner.

For en slik anvendelse kan den foreliggende oppfinnelse optimaliseres mht. bølgehøyde og bølgeperiode. Dette er imidlertid skalerbart og optimale dimensjoner vil variere fra anvendelse til anvendelse. Således vil typiske dimensjoner av den foreliggende oppfinnelse være forskjellig for et oppdrettsanlegg innaskjærs, og et tilsvarende oppdrettsanlegg i havgapet eller offshore.

For innaskjærs oppdrettsanlegg vil typiske bølgehøyder ofte være 0,10 m < Hs< 0,5 m. En signifikant bølgehøyde (designbølge) på Hs= 0,25 m er aktuell å benytte som dimensjonerende kriterium, men anlegget skal tåle 100-års bølgen og andre relevante regelkrav fra relevante myndigheter og klasse-selskap.

Foreliggende oppfinnelse kan altså med fordel erstatte dieseldrevne kompressorer som benyttes til utblåsing av tørr-for eller til pumping av våt-for til merdene ved akvakulturer med billig, fornybar energi, generert fra bølger i innaskjærs oppdretts-lokasjoner.