NO343666B1

NO343666B1 - Tidevannsdrevet sjøvannspumpe

Info

Publication number: NO343666B1
Application number: NO20171846A
Authority: NO
Inventors: Frode Reppe
Original assignee: Frode Reppe
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-04-29
Also published as: NO20171846A1; WO2019098843A1; CA3083084A1; GB2583251A; GB2583251B; GB202009234D0

Description

Tidevannsdrevet sjøvannspumpe

Oppfinnelsen angår en tidevannsdrevet sjøvannspumpe, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 1.

Bakgrunn

Oppfinnelsen er rettet mot en sjøvannspumpe som utnytter energien i tidevann. Høydeforskjellen mellom flo og fjære varierer stort mellom ulike geografiske lokasjoner. I Oslofjorden for eksempel er forskjellen mellom flo og fjære under én meter, mens den i Vadsø er i underkant av fire meter. Andre steder i verden er forskjellen langt større, for eksempel 16 meter i Nova Scotia. Tidevannet representerer en stor energiressurs som er lite utnyttet, men det finnes både kraftverk og sjøvannspumper som utnytter tidevannet.

Fra CN patentpublikasjon 103397996 er det kjent en tidevannspumpe arrangert for å pumpe sjøvann til en posisjon høyere enn havnivået ved fallende sjø. Tidevannspumpen omfatter en stor oppdriftstank forankret i havbunnen med tau via koblingsstykker. I den øvre enden er det forsynt en vannfylt hul bøye forbundet med et stempel. Tidevannspumpen virker imidlertid kun på fallende sjø.

US patentskrift 8,105,052 beskriver en pumpemekanisme som utnytter bølge- og tidevannsenergi for blant annet å pumpe vann til ørkenområder, produsere strøm og fjerne forurensninger fra havet. Pumpemekanismen omfatter en bøye festet via en kjetting eller kabel til et stempel opptatt inne i en sylinder. Ved fløende sjø fylles rommet i sylinderen under stempelet med sjøvann via innløpstilbakeslagsventil. Ved fallende sjø føres sjøvann i sylinderen ut gjennom utløps-tilbakeslagsventil. Også denne pumpen virker kun på fallende sjø.

WO 2008/090302 A1 beskriver en vannpumpe drevet av bølgeenergi. Vannpumpen består i én utførelsesform av en søyle 22 drevet ned i en vannbunn 31. En rørsylinder 9 er montert på toppen av søylen 22 og oppviser øvre 7 og nedre 14 innløpsventil for å suge vann inn i rørsylinderen med kraft drevet av vertikal oscillerende bevegelse av et flyteorgan 3 med vektorgan 3. Vann drives ut av pumpen 9 gjennom en øvre utløpsventil 8 eller en nedre utløpsventil 13 og ut gjennom utløpsrør 17. I en alternativ utførelsesform er søylen erstattet av en sokkel 29 av metall eller betong med et oppdriftslegeme 21. Arrangementet med de øvre og nedre innløps- og utløpsventilene gjør at pumpen er dobbeltvirkende. Utførelsesformene i figurene 2A-6A viser en søyle festet til sokkel 29 med kjetting 28 eller en sjakkelforbindelse 30. Et slikt arrangement gjør at vannpumpen blir eksponert for store krefter fra bølger og strøm og vil neppe overleve i grov sjø. En annen ulempe er at slaglengden på stemplet 12 i rørsylinderen 9 ikke kan dimensjoneres for optimal drift i områder med store variasjoner i bølgehøyde. En tilsvarende utfordring oppstår dersom vannpumpen skal kunne brukes i ulike områder med varierende tidevannsforskjell.

Formål

Et formål med oppfinnelsen er å anvise en forbedret tidevannsdrevet sjøvannspumpe, hvor sjøvannspumpen kan operere i grov sjø med mye bølger. Et annet formål med oppfinnelsen er å anvise en slik sjøvannspumpe som kan tilpasses ulike tidevannsforskjeller.

Oppfinnelsen

Dette formålet oppnås med en tidevannsdrevet sjøvannspumpe ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de uselvstendige kravene.

Oppfinnelsen angår en tidevannsdrevet sjøvannspumpe med en sokkel arrangert for å hvile på havbunnen. Sjøvannspumpen omfatter:

et oppdriftslegeme forbundet med et stempel via et hovedsakelig vertikalt ragende stivt koplingsorgan, hvori

stemplet er opptatt glidbart i en lukket sylinder med en toppvegg og definerer et lukket rom, hvori en tetning er forsynt langs stemplets omkrets og veggen av sylinderen, og hvori sylinderen på utsiden oppviser

et innløp for tilførsel av sjøvann fra omgivelsene til enten en øvre innløpsventil ved toppveggen eller en nedre innløpsventil og videre til det indre lukkede rommet, og et utløp for å tillate at sjøvann opptatt i det indre rommet av sylinderen kan pumpes til et mottak på land eller ved havoverflata via enten en øvre utløpsventil eller en nedre utløpsventil.

I henhold til oppfinnelsen er oppdriftslegemet opptatt glidbart i et hovedsakelig vertikalt ragende langstrakt beskyttende hus med et øvre kammer med en øvre åpen ende, og med en nedre ende avgrenset av toppveggen av sylinderen. Det beskyttende huset er forsynt med et antall strømningsåpninger for å tillate utveksling av sjøvann mellom omgivelsene og det indre rommet av det beskyttende huset.

Oppdriftsorganet er formet av et fast materiale med negativ oppdrift og med et uttak i undersiden av oppdriftsorganet som definerer et hulrom med midler for å tilføre eller evakuere luft fra hulrommet når oppdriftsorganet er under vann. Oppdriftsorganet er fortrinnsvis formet av betong.

Toppveggen av sylinderen er fortrinnsvis arrangert bevegelig i aksialretningen inne i sylinderen og oppviser midler for å låse eller frigjøre toppveggen ved ønsket høydenivå inne i sylinderen.

Sylinderen oppviser med fordel et antall ekstra innløpsventiler fordelt i innbyrdes avstand i høyderetningen, og et antall ekstra utløpsventiler fordelt i innbyrdes avstand i høyderetningen.

Innløpsventilen er fortrinnsvis en tilbakeslagsventil som hindrer sjøvann fra å strømme ut fra det nedre kammeret i sylinderen, og utløpsventilen er fortrinnsvis en tilbakeslagsventil som hindrer sjøvann fra å strømme inn i det nedre kammeret i sylinderen.

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen er i det etterfølgende beskrevet i nærmere detalj med hjelp av figurer, der:

Fig.1 viser et vertikalt tverrsnitt gjennom en sjøvannspumpe ifølge oppfinnelsen,

Fig.2 viser en sideskisse av sjøvannspumpen ifølge oppfinnelsen.

Fig.3 viser et tverrsnitt gjennom sjøvannspumpen ifølge oppfinnelsen i drift ved fallende sjø, og

Fig.4 er en skisse tilsvarende figur 3 i drift ved fløende sjø.

Nå med henvisning til figur 1, er det vist en tidevannsdrevet sjøvannspumpe betegnet generelt ved henvisningstall 100. Sjøvannspumpen omfatter et oppdriftslegeme 101 forbundet med et stempel 102 via et stivt hovedsakelig vertikalt ragende koplingsorgan 103, for eksempel i form av et stag eller rør. Stempelet 102 er opptatt glidbart i en sylinder 108 og ligger tettende an mot sylinderveggen med en tetning 113. Sylinderen 108 er i den øvre enden avgrenset av en toppvegg 112 og er i den nedre enden av grenset av en sokkel 111. Sokkelen er arrangert for å plasseres på havbunnen og er typisk en betongsokkel eller betongplate. Koplingsorganet 103 er ført gjennom toppveggen 112 og er tettet med hjelp av en pakkboks 111. Sylinderen 108 danner på denne måten et nedre kammer 109. En innløpsmanifold 104 er arrangert for å tilføre sjøvann til det nedre kammeret 109 i sylinderen 108 og oppviser en øvre innløpsventil 106A arrangert i øvre del av det nedre kammeret 109 og en nedre innløpsventil 106B arrangert i veggen av sylinderen 108 ved nedre del av samme ved sokkelen 111. Ventilene 106A og 106B er tilbakeslagsventiler som hindrer sjøvann fra å strømme tilbake fra det nedre kammeret 109 til den omgivende sjø. Sjøvannspumpen er videre forsynt med en utløpsmanifold 105 med en øvre utløpsventil 107A arrangert i øvre del av det nedre kammeret 109 og en nedre utløpsventil 107B arrangert i veggen av sylinderen 108 ved nedre del av samme ved sokkelen 111, tilsvarende innløpsventilene. Utløpsmanifolden er forbundet med en ledning i strømningsmessig forbindelse med et mottak på land eller ved havoverflaten.

Figur 2 viser den tidevannsdrevne sjøvannspumpen 100 sett fra siden, der stempelet 102, toppveggen 112 med pakkboksen 111, og oppdriftslegemet 101 er indikert med stiplede linjer. Videre er det forsynt et uttak 114 i undersiden av oppdriftslegemet 101 som definerer et hulrom i undersiden som på en regulerbar måte kan forsynes med luft for å justere oppdriften av oppdriftslegemet 101. Et vannspeil inne i uttaket 114 er indikert ved henvisningstall 116 i uttaket 114.

Fortsatt med henvisning til figur 2, er oppdriftslegemet 101 opptatt glidbart i et beskyttende hus 110 forsynt med et antall strømningsåpninger slisser, hull eller liknende 115 og med en åpen topp 110A. Åpningene 115 tillater sjøvann i det øvre kammeret 117 mellom oppdriftslegemet 101 og toppveggen 112 å strømme ut til den omgivende sjø under fallende sjø der oppdriftslegemet 101 som flyter i havoverflaten beveger seg i retning nedover sammen med det fallende vannspeilet 118 i havoverflaten. Tilsvarende vil åpningene 115 tillate sjøvann å strømme fra omgivende sjø og inn til det øvre kammeret 117 i oppdriftslegemet ettersom det skapes et undertrykk av oppdriftslegemet 101 som beveger seg i retning oppover under fløende sjø. Dette arrangementet har den fordel at den tidevannsdrevne sjøvannspumpen 100 kan plasseres selv i områder med mye bølger og kun bli påvirket av tidevann og ikke av bølger.

Figur 3 viser den tidevannsdrevne sjøvannspumpen i henhold til oppfinnelsen i drift under fallende sjø. Pilen ved koplingsorganet 103 viser bevegelsesretningen for oppdriftslegemet 101 og stemplet 102 i retning nedover. Sjøvann strømmer inn gjennom øvre innløpsventil 106A inn til det nedre kammeret 109 og ut gjennom nedre utløpsventil 107B til manifold 105 og videre til et (ikke vist) mottak på land eller ved havoverflaten.

Figur 4 viser den tidevannsdrevne sjøvannspumpen i henhold til oppfinnelsen i drift under fløende sjø. Pilen ved koplingsorganet 103 viser bevegelsesretningen for oppdriftslegemet 101 og stemplet 102 i retning oppover. Sjøvann strømmer inn gjennom nedre innløpsventil 106B inn i det nedre kammeret 109 og ut gjennom øvre utløpsventil 107A til manifold 105 og videre til et ikke vist mottak på land eller ved havoverflaten.

Fortsatt med henvisning til figur 4, er det med stiplede linjer indikert ekstra utløpsventiler ved henvisningstall 107A’ og 107A’’ og ekstra innløpsventiler 106A’ og 106A’’. Videre er toppveggen 112 justerbar i høyderetningen (ikke illustrert). Disse ekstra utløpsventilene og innløpsventilene sammen med den høydejusterbare toppveggen gjør det mulig å regulere volumet av det nedre kammeret mellom sokkelen 111 og toppveggen 112, for med enkle midler å tilpasse den tidevannsdrevne sjøvannspumpen til ulike tidevannsforskjeller.

Sylinderen 108 har fortrinnsvis et lavt forhold H/D mellom høyde H og diameter D, typisk fra omtrent 2/1 til omtrent 1/1. Oppdriftslegemet 101 med sitt uttak 114 må imidlertid dimensjoneres i forhold til forholdet H/D. Et lavt forhold H/D gir stor pumpekapasitet.

Mens oppfinnelsen har blitt beskrevet med en innløpsmanifold 104 og en utløpsmanifold 105, skal ikke dette tolkes som obligatorisk. De respektive ventilene 106A og 106B samt 107A og 107B kan operere strømningsmessig uavhengig av hverandre.

Claims

Patentkrav

1. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) med en sokkel (111) arrangert for å hvile på havbunnen, omfatter:

et oppdriftslegeme (101) forbundet med et stempel (102) via et hovedsakelig vertikalt ragende stivt koplingsorgan (103), hvori

stemplet (102) er opptatt glidbart i en lukket sylinder (108) med en toppvegg (112) og definerer et nedre kammer (109), hvori en tetning (113) er forsynt langs stemplets (102) omkrets og veggen av sylinderen (108), og hvori sylinderen (108) på utsiden oppviser

et innløp for tilførsel av sjøvann fra omgivelsene til enten en øvre innløpsventil (106A) ved toppveggen (112) eller en nedre innløpsventil (106B) og videre til det indre lukkede rommet (109), og

et utløp for å tillate at sjøvann opptatt i det nedre kammeret (109) av sylinderen (108) kan pumpes til et mottak på land eller ved havoverflata via enten en øvre utløpsventil (107A) eller en nedre utløpsventil (107B);

karakterisert ved at

oppdriftslegemet (101) er opptatt glidbart i et hovedsakelig vertikalt ragende langstrakt beskyttende hus (110) med et øvre kammer (117) med en øvre åpen ende (110A), og med en nedre ende avgrenset av toppveggen (112) av det nedre kammeret (109), hvori det beskyttende huset (110) er forsynt med et antall strømningsåpninger (115) for å tillate utveksling av sjøvann mellom omgivelsene og det øvre kammeret (117) av det beskyttende huset (110).

2. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) ifølge krav 1, hvori oppdriftsorganet (101) er formet av et fast materiale med negativ oppdrift og med et uttak i undersiden av oppdriftsorganet (101) som definerer et hulrom (114) med midler for å tilføre eller evakuere luft fra hulrommet (114) når oppdriftsorganet (101) er under vann.

3. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) ifølge krav 2, hvori oppdriftsorganet (101) er formet av betong.

4. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) ifølge krav 1, hvori toppveggen (112) av det nedre kammeret (109) er arrangert bevegelig i aksialretningen inne i sylinderen (108) og oppviser midler for å låse eller frigjøre toppveggen (112) ved ønsket høydenivå inne i sylinderen (108).

5. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) ifølge krav 4, hvori sylinderen (108) oppviser et antall ekstra innløpsventiler (106A’, 106A’’) fordelt i innbyrdes avstand i høyderetningen, og et antall ekstra utløpsventiler (107A’, 107A’’) fordelt i innbyrdes avstand i høyderetningen.

6. Tidevannsdrevet sjøvannspumpe (100) ifølge et av kravene foran, hvori innløpsventilen (106A) er en tilbakeslagsventil som hindrer sjøvann fra å strømme ut fra det nedre kammeret (109) i sylinderen (108), og at utløpsventilen (107A) er en tilbakeslagsventil som hindrer sjøvann fra å strømme inn i det nedre kammeret (109) i sylinderen (108).