NO344108B1 - Device and method for recovering energy in water streams - Google Patents
Device and method for recovering energy in water streams Download PDFInfo
- Publication number
- NO344108B1 NO344108B1 NO20180196A NO20180196A NO344108B1 NO 344108 B1 NO344108 B1 NO 344108B1 NO 20180196 A NO20180196 A NO 20180196A NO 20180196 A NO20180196 A NO 20180196A NO 344108 B1 NO344108 B1 NO 344108B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cylinder
- accordance
- resistance elements
- sheet
- water
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
- F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
- F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
- F03B13/1885—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is tied to the rem
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Description
Oppfinnelsens område Field of the invention
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for omdanning av bevegelsesenergi i vannstrømmer. Anordningen og fremgangsmåten vil utnytte naturressurser ved å overføre energien som er i strømmer av vann til annen energi. Fortrinnsvis benyttes anordningen for uttak av energi i horisontale vannstrømmer. The present invention relates to a device and method for converting kinetic energy in water flows. The device and method will utilize natural resources by transferring the energy contained in streams of water to other energy. The device is preferably used for extracting energy in horizontal water flows.
Oppfinnelsens bakgrunn. The background of the invention.
I havstrømmer ligger der en stabil energikilde i form av bevegelsesenergi fra den masse som beveger seg. For eksempel har Golfstrømmen en hastighet på hele 2,5 m/s noen steder, og det er svært store vannmasser som er i bevegelse. Videre vil strømningshastigheten for vannstrømmer øke når store vannmasser (eksempelvis fra hav eller elver) presses gjennom sund eller innsnevringer. Anordningen kan også benytte strømningsbevegelsen i tidevannsstrømmer, dvs. vannstrømmene som tidevannet forårsaker, for å omdanne energi. In ocean currents there is a stable source of energy in the form of kinetic energy from the moving mass. For example, the Gulf Stream has a speed of as much as 2.5 m/s in some places, and there are very large masses of water in motion. Furthermore, the flow rate of water currents will increase when large masses of water (for example from seas or rivers) are pushed through straits or constrictions. The device can also use the flow movement in tidal currents, i.e. the water currents caused by the tide, to convert energy.
Anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen baserer seg således på å omdanne den kinetiske energien i strømmende vann til elektrisk energi, eller en annen energiform. Vannets tetthet er nesten 1000 ganger høyere en luft, og dette gjør det mulig å effektivt omdanne energi selv ved lave strømningshastigheter. Det forventes at selv strømningshastigheter på for eksempel 0,1 m/s vil være tilstrekkelig til kunne omdanne bevegelsesenergien til andre energiformer. The device and method according to the invention are thus based on converting the kinetic energy in flowing water into electrical energy, or another form of energy. The density of water is almost 1000 times higher than air, and this makes it possible to efficiently convert energy even at low flow rates. It is expected that even flow speeds of, for example, 0.1 m/s will be sufficient to be able to convert the movement energy into other forms of energy.
Det finnes i dag flere kjente løsninger for å omdanne energi fra strømning i vannmasser. De fleste løsninger baserer seg på at tidevannet strømmer fra et basseng til et lavere basseng via en turbin. Videre er det kjent tidevannsmøller, men dette krever store vannstrømmer. Tidevannsmøller kan sammenlignes med vindmøller som står under vann. De har imidlertid forholdsvis lav utvinningsgrad. There are currently several known solutions for converting energy from flow in bodies of water. Most solutions are based on the tide flowing from a basin to a lower basin via a turbine. Furthermore, tidal mills are known, but this requires large water flows. Tidal turbines can be compared to underwater windmills. However, they have a relatively low degree of recovery.
Norsk patent NO321762 beskriver en løsning der neddykkede seil forskyves med tidevannet mellom to magasin. Tidevannet skyver seilene i en retning fra et magasin til det andre, og når motsatt vei når tidevannet strømmer i motsatt retning. Norwegian patent NO321762 describes a solution where submerged sails are moved with the tide between two magazines. The tide pushes the sails in one direction from one magazine to the other, reaching the opposite way when the tide flows in the opposite direction.
Norsk patent NO326942 beskriver en løsning der en vinge eller hydrofoil er bevegelig opplagret i en bærende struktur. Hydrofoilen er utstyrt med en snuinnretning som snur hydrofoilen når den er kommet til et vendepunkt, og dette endrer hydrofoilens angrepsvinkel i forhold til vannstrømmens strømningsretning slik at bevegelsesretningen for hydrofoilen snur. Norwegian patent NO326942 describes a solution where a wing or hydrofoil is movably stored in a supporting structure. The hydrofoil is equipped with a turning device which turns the hydrofoil when it has reached a turning point, and this changes the angle of attack of the hydrofoil in relation to the direction of flow of the water current so that the direction of movement of the hydrofoil reverses.
US4539484 beskriver et anordning som inkluderer en ramme som er fast i forhold til varierende nivåer av vann, og inkluderer en flåte som beveger seg i forhold til vannivå. US4539484 describes a device which includes a frame which is fixed in relation to varying levels of water, and includes a float which moves in relation to water level.
FR3003608 beskriver en horisontal arrangert tidevannsturbin som omfatter et blad og en bærende struktur. Bladet har en utforming som gjør at tidevannsstrømmene skyver det i en retning. FR3003608 describes a horizontally arranged tidal turbine comprising a blade and a supporting structure. The blade has a design that causes the tidal currents to push it in one direction.
Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning og fremgangsmåte for velfungerende og effektiv utnytting av den energi som strømmer i vann i form av bevegelsesenergi i vannstrømmer. Det tas sikte på å oppnå en bedre og mer miljøvennlig utvinning av energi enn dagens løsninger. Det er videre et formål med oppfinnelsen at anlegget skal ha en enkel og robust struktur. It is an aim of the present invention to provide a device and method for efficient and effective utilization of the energy that flows in water in the form of kinetic energy in water currents. The aim is to achieve a better and more environmentally friendly extraction of energy than current solutions. It is also an object of the invention that the plant should have a simple and robust structure.
Løsningen som foreliggende oppfinnelse frembringer har prinsipielle likheter med oscillerende hydrofoil (eksempelvis som beskrevet i NO326942) og tidevannsdrage. Med foreliggende oppfinnelsen anordnes en duk eller plate i vann slik at vannstrømmen kommer inn mot duken/platen. For eksempel anordnes platen horisontalt i vannet, parallelt med vannspeilet. Vannstrømmen vil da gå under og over platen. Platen er utstyrt med noen elementer som enten rager ut fra platen. Disse kan omskiftes slik at de enten rager oppover fra platen, eller rager nedover fra platen. Platen blir dermed asymmetrisk slik at vannstrømmen vil trykke/presse ulikt på plates overside og underside, og dette vil bevirke en bevegelse av platen enten nedover i vannet eller oppover i vannet. Videre vil elementene generere turbulens som også gir bidrag til bevegelse av platen. Bevegelsesenergien til platen, idet den bevirkes av vannstrømmene til å beveges seg enten oppover eller nedover i vannet, omdannes til fortrinnsvis elektrisk energi. The solution that the present invention produces has fundamental similarities with oscillating hydrofoils (for example as described in NO326942) and tidal kites. With the present invention, a cloth or plate is arranged in water so that the water flow comes towards the cloth/plate. For example, the plate is arranged horizontally in the water, parallel to the water surface. The water flow will then go under and over the plate. The plate is equipped with some elements that either protrude from the plate. These can be changed so that they either project upwards from the plate, or project downwards from the plate. The plate thus becomes asymmetrical so that the water flow will press differently on the upper and lower sides of the plate, and this will cause a movement of the plate either downwards in the water or upwards in the water. Furthermore, the elements will generate turbulence which also contributes to movement of the plate. The movement energy of the plate, as it is caused by the water currents to move either up or down in the water, is preferably converted into electrical energy.
Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention
Den foreliggende oppfinnelse vedrører således i et første aspekt en anordning for omdanning av bevegelsesenergien i en vannstrøm, kjennetegnet ved at anordningen omfatter en bevegelig opplagret arkformig struktur for resiprokerende bevegelse mellom et første og et andre vendepunkt, hvor nevnte arkformige struktur er i forbindelse med en energiomdannende anordning for omdanning av strukturens resiprokerende bevegelse til en annen energiform, hvor det til den arkformige strukturen bevegelig er opplagret ett eller flere motstandselementer som danner angrepsvinkel mot vannstrømmens retning, hvor motstandselementene kan omskiftes til å være utragende på den ene eller andre siden av strukturen. The present invention thus relates in a first aspect to a device for converting the kinetic energy in a water flow, characterized in that the device comprises a movable stored sheet-like structure for reciprocating movement between a first and a second turning point, where said sheet-like structure is in connection with an energy-generating device for converting the structure's reciprocating movement into another form of energy, where one or more resistance elements are movably stored to the sheet-like structure that form an angle of attack against the direction of the water flow, where the resistance elements can be changed to be protruding on one or the other side of the structure.
I en utførelse er én eller flere arkformige strukturer bevegelig opplagret i et rammeverk. In one embodiment, one or more sheet-like structures are movably stored in a framework.
I en utførelse omfatter hver arkformige struktur én eller flere motstandselementer. In one embodiment, each sheet-like structure comprises one or more resistance elements.
I en utførelse posisjoneres rammeverket i en laminær vannstrøm, fortrinnsvis ved hjelp av feste til flytemidler (bøyer) på vannoverflaten. In one embodiment, the framework is positioned in a laminar water flow, preferably by means of attachment to buoyancy aids (buoys) on the water surface.
I en utførelse er den arkformige struktur en plate, duk eller presenning. In one embodiment, the sheet-like structure is a plate, canvas or tarpaulin.
I en utførelse er nevnte motstandselement en sylinder som er bevegelig anordnet i en åpning i strukturen innrettet slik at sylinderens posisjon i forhold til strukturen kan beveges fra en posisjon på undersiden av strukturen til en posisjon på oppsiden av strukturen. In one embodiment, said resistance element is a cylinder which is movably arranged in an opening in the structure arranged so that the position of the cylinder in relation to the structure can be moved from a position on the underside of the structure to a position on the top of the structure.
I en utførelse omfatter sylinderen mothaker i øvre og nedre parti innrettet slik at sylinderen vil stoppe når mothakene danner inngrep med strukturen. In one embodiment, the cylinder comprises barbs in the upper and lower part arranged so that the cylinder will stop when the barbs form an engagement with the structure.
I en utførelse omfatter sylinderen midler for å bevege sylinderen oppover og nedover i vannsøylen. In one embodiment, the cylinder includes means for moving the cylinder up and down in the water column.
I en utførelse etableres nevnte midler for å bevege sylinderen nedover i vannsøylen idet sylinderen har en tetthet som er større enn det omgivende vann. In one embodiment, said means are established to move the cylinder downwards in the water column, as the cylinder has a density that is greater than the surrounding water.
I en utførelse er nevnte midler for å bevege sylinderen oppover i vannsøylen oppdriftsmidler som er anordnet i tilknytning til sylinderen, fortrinnsvis på innsiden av sylinderen, hvor bevegelse av sylinderen oppover etableres ved at oppdriftsmidlene forsynes med gass eller luft tilstrekkelig til at oppdriften overstiger sylinderens tyngdekraft. In one embodiment, said means for moving the cylinder upwards in the water column are buoyancy means which are arranged adjacent to the cylinder, preferably on the inside of the cylinder, where movement of the cylinder upwards is established by supplying the buoyancy means with gas or air sufficient for the buoyancy to exceed the cylinder's gravity.
I en utførelse omfatter nevnte arkformige struktur et antall åpninger/perforeringer. In one embodiment, said sheet-like structure comprises a number of openings/perforations.
I et annet aspekt vedrører foreliggende en fremgangsmåte for omdanning av bevegelsesenergi i en vannstrøm til en annen energiform, kjennetegnet ved at en anordning som angitt over anordnes i en vannstrøm, fortrinnsvis en laminær vannstrøm, hvor anordningen i en første tilstand er anordnet med motstandselementene ragende oppover og hvor vannstrømmen således vil påtvinge via motstandselementene en nedovervendende bevegelse av den arkformige struktur, og idet strukturen har beveget seg til et vendepunkt påtvinges motstandselementene en endring av posisjon til en andre tilstand hvor motstandselementene rager nedover fra strukturen slik at den arkformige struktur vil bevege seg oppover i vannsøylen, og hvor bevegelsesenergien fra den resiprokerende bevegelse av strukturen omdannes vis energiomdanningsmider til en annen energiform. In another aspect, the present concerns a method for converting kinetic energy in a water flow into another form of energy, characterized in that a device as stated above is arranged in a water flow, preferably a laminar water flow, where the device in a first state is arranged with the resistance elements projecting upwards and where the water flow will thus impose via the resistance elements a downward movement of the sheet-like structure, and as the structure has moved to a turning point, the resistance elements are forced to change position to a second state where the resistance elements project downwards from the structure so that the sheet-like structure will move upwards in the water column, and where the kinetic energy from the reciprocating movement of the structure is converted into another form of energy via energy conversion agents.
I en utførelse utføres endring av posisjon av motstandselementene i forhold til struktur idet strukturen nærmer seg et forutbestemt vendepunkt. In one embodiment, a change of position of the resistance elements in relation to the structure is carried out as the structure approaches a predetermined turning point.
I en utførelse utføres endring av posisjon av motstandselementene i forhold til struktur automatisk. In one embodiment, changing the position of the resistance elements in relation to the structure is performed automatically.
I en utførelse omfatter anordningen én eller flere arkformige strukturer, og at hver av de arkformige strukturer omfatter én eller flere motstandselementer. In one embodiment, the device comprises one or more sheet-like structures, and that each of the sheet-like structures comprises one or more resistance elements.
I en utførelse er den arkformige struktur er en plate, duk eller presenning. In one embodiment, the sheet-like structure is a plate, canvas or tarpaulin.
I en utførelse er nevnte motstandselement i form av en sylinder (14). In one embodiment, said resistance element is in the form of a cylinder (14).
Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurene, hvor: Preferred embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying figures, where:
Figur 1 viser skjematisk prinsippet for foreliggende oppfinnelse der bevegelsesenergi fra en vannstrøm møter motstandselementer opp oppsiden av platen og driver platen nedover i vannet. Figure 1 schematically shows the principle of the present invention where movement energy from a water flow meets resistance elements on the upper side of the plate and drives the plate downwards into the water.
Figur 2 viser skjematisk et motstandselement i form av en sylinder og hvordan dette kan beveges til å være anordnet over (fig.2a) eller under (2b) strukturen. Figure 2 schematically shows a resistance element in the form of a cylinder and how this can be moved to be arranged above (fig.2a) or below (2b) the structure.
Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen. Description of preferred embodiments of the invention.
Figur 1 illustrerer skjematisk prinsippet som ligger til grunn for oppfinnelsen. En anordning 10 posisjoneres i et vannreservoar der vann er i strømningsbevegelse. Vannstrømmen er angitt med piler A i figuren. Vannstrømmens retning er i dette tilfellet parallell med vannspeilet (50). Figure 1 schematically illustrates the principle underlying the invention. A device 10 is positioned in a water reservoir where water is in flowing motion. The water flow is indicated by arrows A in the figure. In this case, the direction of the water flow is parallel to the water table (50).
En arkformig struktur (12) posisjoneres i vannet i samme plan, og parallelt under vannspeilet. Denne strukturen (12) har en platelignende utforming, dvs. den er forholdsvis tynn i en dimensjon, og forholdsvis stor (langstrakt) i de to andre dimensjoner. Strukturen (12) kan eksempelvis være en plate, duk eller presenning. A sheet-like structure (12) is positioned in the water in the same plane, and parallel below the water surface. This structure (12) has a plate-like design, i.e. it is relatively thin in one dimension, and relatively large (elongated) in the other two dimensions. The structure (12) can be, for example, a plate, cloth or tarpaulin.
Opplagret til den arkformige struktur (12) er ett eller flere motstandselementer (14). I figuren vises to slike motstandselementer (14) og de strekker seg oppover fra strukturen (12). I det situasjonsbilde som vises i figur 1 er således alle motstandselementene (14) på oppsiden av strukturen (12), dvs. strukturen (12) har en asymmetrisk utforming som gjør at idet vannstrømmene strømmer over og under strukturen (12) så vil strømmene møte større motstand på oppsiden av strukturen (12) enn under strukturen (12), og strukturen (12) vil således tvinges til å vandre nedover i vannmassen, slik det er angitt med pil B i figuren. The support for the sheet-like structure (12) is one or more resistance elements (14). In the figure, two such resistance elements (14) are shown and they extend upwards from the structure (12). In the situational picture shown in figure 1, all the resistance elements (14) are thus on the upper side of the structure (12), i.e. the structure (12) has an asymmetrical design which means that as the water currents flow above and below the structure (12) the currents will meet greater resistance on the upper side of the structure (12) than under the structure (12), and the structure (12) will thus be forced to migrate downwards in the water mass, as indicated by arrow B in the figure.
Motstandselementene (14) kan i prinsippet ha enhver utforming, idet det vesentlige er at de rager ut over strukturens (12) plan, dvs. enten oppover (som i figur 1) eller nedover. I figur 1 er motstandselementene (14) åpne sylindre, som kan vandre vertikalt (når strukturen (12) er posisjonert horisontalt) mellom åpninger i strukturen til henholdsvis en posisjon slik at de rager oppover fra strukturen (12) og til en posisjon der de rager nedover fra strukturen (12). Denne utforming av motstandselementer er vist nærmere i figur 2. En alternativ løsning er at motstandselementene (14) er i form av klaffer som er hengslet i strukturen (10) slik at de kan omskiftes til at klaffen enten rager oppover fra strukturen, eller rager nedover fra strukturen (12). The resistance elements (14) can in principle have any design, the essential thing being that they protrude above the plane of the structure (12), i.e. either upwards (as in Figure 1) or downwards. In Figure 1, the resistance elements (14) are open cylinders, which can travel vertically (when the structure (12) is positioned horizontally) between openings in the structure to a position respectively so that they project upwards from the structure (12) and to a position where they project downwards from the structure (12). This design of resistance elements is shown in more detail in figure 2. An alternative solution is that the resistance elements (14) are in the form of flaps which are hinged in the structure (10) so that they can be changed so that the flap either projects upwards from the structure, or projects downwards from the structure (12).
Motstandselementene (14) er utstyrt med en innretning som aktivt styrer en forflytning av elementet (14) i forhold til strukturens (12) plan. Eksempelvis kan motstandselementene kjøres opp og ned ved hjelp av hydraulikk eller elektro. En for tiden foretrukket løsning er å anvende åpne sylindere som motstandselementer (14) og benytte tyngdekraften av motstandselementene (14) til å drive motstandselementene (14) nedover, og å benytte oppdrift for å drive motstandselementene (14) oppover. Denne løsning blir nærmere forklart nedenfor. The resistance elements (14) are equipped with a device that actively controls a movement of the element (14) in relation to the plane of the structure (12). For example, the resistance elements can be driven up and down using hydraulics or electricity. A currently preferred solution is to use open cylinders as resistance elements (14) and use the gravity of the resistance elements (14) to drive the resistance elements (14) downwards, and to use buoyancy to drive the resistance elements (14) upwards. This solution is explained in more detail below.
Den arkformige struktur (12) er bevegelig opplagret i et fagverk eller rammeverk (40). Eksempelvis kan dette være i form av loddrette stenger i hvert av strukturens (12) hjørnepartier. Rammeverket posisjoneres i vannet, for eksempel ved at rammeverket i bunnpartier er festet til bunnformasjonen, og at rammeverkets øvre parti er festet til oppdriftselementer så som bøyer, slik at anordningens (10) posisjon i vannet kan innstilles. Strukturene (12) kan således bevege seg vertikalt nedover og oppover i vannsøylen, og denne bevegelse overføres til en energiomdanningsenhet (60). The sheet-like structure (12) is movably stored in a truss or framework (40). For example, this can be in the form of vertical bars in each of the structure's (12) corner sections. The framework is positioned in the water, for example by the framework in bottom parts being attached to the bottom formation, and the upper part of the framework being attached to buoyancy elements such as buoys, so that the position of the device (10) in the water can be adjusted. The structures (12) can thus move vertically downwards and upwards in the water column, and this movement is transferred to an energy conversion unit (60).
Det kan være anordnet én eller flere slike plater eller strukturer (12) i et rammeverk (40). Fortrinnsvis er posisjonen av anordningen (10) og rammeverkets (40) vertikale utstrekning tilpasset vannstrømmen på den aktuelle lokalisasjon. Dersom det benyttes flere strukturer i samme rammeverk (40) kan disse være innbyrdes koblet til hverandre slik at de beveger seg oppover og nedover med samme innbyrdes avstand. One or more such plates or structures (12) may be arranged in a framework (40). Preferably, the position of the device (10) and the vertical extent of the framework (40) is adapted to the water flow at the location in question. If several structures are used in the same framework (40), these can be mutually connected to each other so that they move up and down with the same mutual distance.
I noen utførelser har det vist seg hensiktsmessig å perforere platen (12). Hvor mange og hvor store åpninger det bør være i hver plate (12) vil bestemmes med testing. Åpningene kan ha en funksjon i å utjevne trykket når platen (12) beveger seg oppover eller nedover i vannet. In some embodiments, it has proven appropriate to perforate the plate (12). How many and how big openings there should be in each plate (12) will be determined by testing. The openings can have a function in equalizing the pressure when the plate (12) moves up or down in the water.
Videre kan det til hver struktur (12) være anordnet én eller flere motstandselementer (14). I figur 1 er det vist 2 motstandselementer, men ofte vil strukturene (12) være ganske store, og det er da hensiktsmessig å ha mange motstandselementer. Furthermore, one or more resistance elements (14) can be arranged for each structure (12). In Figure 1, 2 resistance elements are shown, but often the structures (12) will be quite large, and it is then appropriate to have many resistance elements.
Posisjonering av de ulike motstandselementer (14) på strukturen (12), og hvilken form og dimensjon disse bør ha vil kunne optimaliseres og tilpasses de forhold anordningen (10) skal installeres i. Positioning of the various resistance elements (14) on the structure (12), and what shape and dimension these should have can be optimized and adapted to the conditions in which the device (10) is to be installed.
Figur 2 viserskjematisk en utførelse av et motstandselement (12) og hvordan dette kan beveges fra en posisjon over strukturen (12), som vist i figur 2a, til en posisjon under strukturen (12) som vist i figur 2b. Figure 2 schematically shows an embodiment of a resistance element (12) and how this can be moved from a position above the structure (12), as shown in Figure 2a, to a position below the structure (12) as shown in Figure 2b.
Motstandselementet (14) er her i form av åpne sylindere (14). Sylinderne (14) posisjoneres i åpninger i strukturen (10), og sylinderne er utstyrt med et antall mothaker (14a) i bunnparti og topparti slik at slik at bevegelsen av sylindrene (14) i forhold til strukturen (12) vil stoppe når de er i inngrep med strukturen (12). The resistance element (14) is here in the form of open cylinders (14). The cylinders (14) are positioned in openings in the structure (10), and the cylinders are equipped with a number of barbs (14a) in the bottom part and top part so that the movement of the cylinders (14) in relation to the structure (12) will stop when they are in engagement with the structure (12).
Eksempelvis vil tre slike mothaker i bunnparti eller topparti sørge for riktig stopping og posisjonering av sylindrene. For example, three such barbs in the bottom or top section will ensure correct stopping and positioning of the cylinders.
Figur 2 viser også en utførelse der tyngdekraft og oppdrift benyttes for å endre posisjon på sylindrene (14) i forhold til struktur (12). Sylindrene har en større tetthet enn vannet de posisjoneres i, og tyngden vil derfor bevirke at de naturlig vil synke i vannsøylen. Dette vil føre til at sylindrene kan bevege seg fra en posisjon over strukturen (12) til en posisjon under strukturen (12). For å bevege sylindrene oppover så er de utstyrt med et oppdriftselement (20) som er koblet til midler for å forsyne eller tappe ut oppdriftsmiddel så som gass eller luft. Oppdriftsmidlene (20) kan være festet til sylinderens (14) innerside, men oppdriftsmidlene kan også være anordnet fritt bevegelig i sylinderen, og i et slikt tilfelle er sylinderen (14) utstyrt med rister (14b) i topp- og bunnparti som hindrer at oppdriftselementet kan bevege seg ut av sylinderen (14). Figure 2 also shows an embodiment where gravity and buoyancy are used to change the position of the cylinders (14) in relation to the structure (12). The cylinders have a greater density than the water they are positioned in, and the weight will therefore cause them to naturally sink in the water column. This will cause the cylinders to move from a position above the structure (12) to a position below the structure (12). In order to move the cylinders upwards, they are equipped with a buoyancy element (20) which is connected to means for supplying or draining a buoyancy agent such as gas or air. The buoyancy means (20) can be attached to the inside of the cylinder (14), but the buoyancy means can also be freely movable in the cylinder, and in such a case the cylinder (14) is equipped with grates (14b) in the top and bottom parts which prevent the buoyancy element from can move out of the cylinder (14).
I en utførelse er det mulig å tilføre eller fjerne gass eller luft til eller fra oppdriftsmidlene (20). Dette vil endre oppdriften. Når oppdriften er større en tyngdekraften vil sylindrene (14) bevege seg fra en nedre posisjon som vist i figur 2b til en øvre posisjon som vist i figur 2a. In one embodiment, it is possible to add or remove gas or air to or from the buoyancy means (20). This will change the buoyancy. When the buoyancy is greater than gravity, the cylinders (14) will move from a lower position as shown in figure 2b to an upper position as shown in figure 2a.
Dersom oppdriftselementet inneholder en gitt mengde gass eller luft vil oppdriftseffekten endres ut fra det omgivende trykk som påføres ved ulike vanndybder. Dette gjør at oppdriften øker når platen beveger seg oppover i vannet, og ved en gitt dybde vil oppdriften være større enn tyngdekraften og motstandselementene vil bevege seg til en posisjon over platen, som vil føre til at retningen på bevegelsen av platen vil snu og vende nedover. Ulik oppdrift er skjematisk vist som størrelse på oppdriftselementene (20), og figur 2a med stor oppdrift viser da oppdriftsmidlet idet det har beveget seg fra en nedre posisjon til den øvre posisjon. Figur 2b viser skjematisk oppdriftselementet (20) idet tyngdekraften av oppdriftselementet er større enn oppdriften, dvs. idet sylinderen beveger seg nedover i forhold til strukturen (12). If the buoyancy element contains a given amount of gas or air, the buoyancy effect will change based on the ambient pressure applied at different water depths. This means that the buoyancy increases as the plate moves upwards in the water, and at a given depth the buoyancy will be greater than gravity and the resistance elements will move to a position above the plate, which will cause the direction of movement of the plate to reverse and face downwards . Different buoyancy is schematically shown as the size of the buoyancy elements (20), and Figure 2a with large buoyancy then shows the buoyancy means as it has moved from a lower position to the upper position. Figure 2b schematically shows the buoyancy element (20) as the gravity of the buoyancy element is greater than the buoyancy, i.e. as the cylinder moves downwards in relation to the structure (12).
I en foretrukket utførelse vil der være en låsmekanisme (for eksempel magnetlås) mellom motstandselementene og platen slik at motstandselementene kan låses i en gitt posisjon. Låsen inaktiveres når motstandselementene skal bevege seg til den andre siden av platen. In a preferred embodiment, there will be a locking mechanism (for example magnetic lock) between the resistance elements and the plate so that the resistance elements can be locked in a given position. The lock is deactivated when the resistance elements are to move to the other side of the plate.
Sylinderne (14) er ikke festet til strukturen (12) og kan bevege seg fritt oppover og nedover i forhold til strukturen (12) inntil de stoppes av mothakene (14). Antall mothaker kan være fra tre mothaker til et stort antall, og de kan også erstattes av en krage rundt sylinderen i dens bunn- og topparti. The cylinders (14) are not attached to the structure (12) and can move freely up and down in relation to the structure (12) until they are stopped by the barbs (14). The number of barbs can be from three barbs to a large number, and they can also be replaced by a collar around the cylinder at its bottom and top.
Sylinderne (14) kan være utstyrt med midler (ikke nærmere vist i figur) for å låse sylinderen (14) i en gitt posisjon i forhold til strukturen (12). Slike låsemidler kan for eksempel være i form av magnetlås, og at magnetlåsen aktiveres for å låse sylinderen i en gitt posisjon, for eksempel i en posisjon nær snupunktet. Når strukturene (12) har beveget seg til ønsket posisjon inaktiveres magnetlåsen og strukturene vil avhengig av tyngdekraft og oppdrift bevege seg til ny posisjon. The cylinders (14) can be equipped with means (not shown in detail in the figure) to lock the cylinder (14) in a given position in relation to the structure (12). Such locking means can, for example, be in the form of a magnetic lock, and that the magnetic lock is activated to lock the cylinder in a given position, for example in a position close to the turning point. When the structures (12) have moved to the desired position, the magnetic lock is deactivated and the structures will, depending on gravity and buoyancy, move to a new position.
Som angitt over kan motstandselementene (14) være av enhver form så sant de ved forflytning strekker seg henholdsvis over og under platen (12). Det er foretrukket at de har en sylinderform, og da kan omkretsen av sylinderen variere, og også høyden på sylinderen kan variere. Også antallet og tettheten av slike sylindere på en plate kan variere, og dette kan optimaliseres av fagmannen med uttesting. Strømningen mot motstandselementene 14 vil etablere forskjellig trykk på de to sider av platen, og det vil også oppstå turbulens. Turbulensen som etableres vil også etablere et press mot platen i ønsket retning. Også antall åpninger og størrelse på åpningene i platen (12) optimaliseres ut fra posisjonering, form og størrelse på motstandselementene og strømningsbetingelsene på lokalisasjonen. As stated above, the resistance elements (14) can be of any shape as long as they extend respectively above and below the plate (12) during movement. It is preferred that they have a cylindrical shape, and then the circumference of the cylinder can vary, and also the height of the cylinder can vary. Also the number and density of such cylinders on a plate can vary, and this can be optimized by the person skilled in the art with testing. The flow towards the resistance elements 14 will establish different pressures on the two sides of the plate, and turbulence will also occur. The turbulence that is established will also establish a pressure against the plate in the desired direction. The number of openings and the size of the openings in the plate (12) are also optimized based on the positioning, shape and size of the resistance elements and the flow conditions at the location.
Vi har utviklet modeller av anordningen (10) og testet disse med å påføre vannstrømning. Det er blitt testet med ulike rørdiametre på motstandselementene, ulike høyder, ulik grad av perforering av platen, og også avstand og plassering av sylinderne er testet. Testene har tydelig bekreftet at en vannstrømning som påføres horisontalt til horisontalt posisjonerte plater, hvor platene har vertikalt utragende motstandselementer vil bevege platene vertikalt oppover eller nedover i vannsøylen. We have developed models of the device (10) and tested these by applying water flow. It has been tested with different pipe diameters on the resistance elements, different heights, different degrees of perforation of the plate, and also the distance and position of the cylinders have been tested. The tests have clearly confirmed that a water flow applied horizontally to horizontally positioned plates, where the plates have vertically protruding resistance elements, will move the plates vertically upwards or downwards in the water column.
Eksempelvis har vi testet småskalamodeller med plater på 75x75 cm, og der rørdiameteren har vært 8,5 cm. Høyden på sylinderne har vært 0,5 til 2 rørdiametere. Det er testet med forskjellig antall sylindere, og med ulik plassering. For example, we have tested small-scale models with plates of 75x75 cm, and where the pipe diameter has been 8.5 cm. The height of the cylinders has been 0.5 to 2 pipe diameters. It has been tested with different numbers of cylinders and with different locations.
Under testene har det typisk blitt påført en strømning på ca.0,4 cm/sek. Bevegelsesenergien har blitt målt indirekte med å måle hvor tung belastning platene kan forflytte oppover, eller ved å måle hvor mye oppdrift man kan overvinne ved forflytning av platene nedover. I denne modellen målte vi at platen drar nedover med en effekt på 5-6 kg i tillegg til å motvirke en oppdrift på 2 kg. Dersom en fester lodd til platen (eksempelvis bly) måles de samme krefter oppover. During the tests, a flow of approx. 0.4 cm/sec has typically been applied. The movement energy has been measured indirectly by measuring how heavy a load the plates can move upwards, or by measuring how much buoyancy can be overcome by moving the plates downwards. In this model, we measured that the plate pulls down with an effect of 5-6 kg in addition to counteracting a buoyancy of 2 kg. If you attach a plumb bob to the plate (e.g. lead), the same forces are measured upwards.
Et aspekt av oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å omdanne bevegelsesenergi i en vannstrøm til en annen energiform, fortrinnsvis elektrisk energi. One aspect of the invention relates to a method for converting kinetic energy in a water flow into another form of energy, preferably electrical energy.
Man identifiserer en lokalisasjon med vannstrømmer. Fortrinnsvis bør vannstrømmene være stabile og vedvare over tid, men man kan også benytte tidevannsstrømmer som typisk skifter retning når tidevannet snur. One identifies a location with water currents. Preferably, the water currents should be stable and persist over time, but you can also use tidal currents that typically change direction when the tide turns.
En anordning (10) posisjoneres under vann, vertikalt i vannsøylen slik at de laminære vannstrømmer virker på anordningen (10). Dette kan eksempelvis være på dybder fra 30 meter dyp, eller endatil dypere. Idet de laminære strømninger presser mot motstandselementene (14) og den arkformige strukturen (12) vil det etableres et større trykk på den siden av strukturen (12) der motstandselementene er utragende. Den laminære strømming (pil A i figur 1) blir omformet til turbulens, som presser på platen og sørger for at denne beveger seg mot den retning som har minst press/trykk. Dvs. at platen vil bevege seg oppover når motstandselementene er på undersiden av platen, og platen vil bevege seg nedover (pil B i figur 1) når motstandselementene (14) er på oversiden av platen (12). A device (10) is positioned underwater, vertically in the water column so that the laminar water currents act on the device (10). This can, for example, be at depths from 30 meters deep, or even deeper. As the laminar flows press against the resistance elements (14) and the sheet-like structure (12), a greater pressure will be established on the side of the structure (12) where the resistance elements are protruding. The laminar flow (arrow A in Figure 1) is transformed into turbulence, which presses on the plate and ensures that it moves in the direction with the least pressure. That is that the plate will move upwards when the resistance elements are on the underside of the plate, and the plate will move downwards (arrow B in figure 1) when the resistance elements (14) are on the upper side of the plate (12).
Når platen (12) har beveget seg tilstrekkelig, forandres posisjonen til motstandselementene slik at platen beveger seg i motsatt retning. Platen vil dermed bevege seg resiprokerende, henholdsvis oppover og nedover i vannsøylen. Bevegelsen av platen (12) vil være uavhengig av fra hvilken side den laminære vannstrøm kommer fra, eller om retningen av vannstrømmen endres (som ved tidevannsstrømmer). When the plate (12) has moved sufficiently, the position of the resistance elements is changed so that the plate moves in the opposite direction. The plate will thus move reciprocatingly, respectively upwards and downwards in the water column. The movement of the plate (12) will be independent of which side the laminar water flow comes from, or whether the direction of the water flow changes (as with tidal currents).
Aktivering av sylinderbevegelse kan være styrt automatisk, dvs. at når strukturen (12) nærmer seg en gitt posisjon så inaktiveres magnetlåsen, og luft/gass tilføres eller slippes ut av oppdriftsmidlene slik at forholdet mellom tyngdekraften og oppdriften styrer bevegelse av sylindrene (14). Posisjonen til sylindrene (14) i forhold til strukturen (12) vil avgjøre retningen på bevegelsen til strukturene (12). Activation of cylinder movement can be controlled automatically, i.e. when the structure (12) approaches a given position, the magnetic lock is deactivated, and air/gas is supplied or released by the buoyancy means so that the relationship between gravity and buoyancy controls movement of the cylinders (14). The position of the cylinders (14) in relation to the structure (12) will determine the direction of movement of the structures (12).
Strukturene (12) vil således kontinuerlig bevege seg oppover eller nedover, og bevegelsesenergien til denne massen omdannes i en energiomdanningsenhet (60) til en annen energiform, fortrinnsvis elektrisk energi. The structures (12) will thus continuously move upwards or downwards, and the movement energy of this mass is converted in an energy conversion unit (60) into another form of energy, preferably electrical energy.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20180196A NO344108B1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Device and method for recovering energy in water streams |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20180196A NO344108B1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Device and method for recovering energy in water streams |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO344108B1 true NO344108B1 (en) | 2019-09-09 |
Family
ID=67809764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20180196A NO344108B1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Device and method for recovering energy in water streams |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO344108B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2896352A1 (en) * | 2020-08-24 | 2022-02-24 | Moreno Simon Alberto | Energy obtaining device from the flow of circulating fluids in pipes (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4539484A (en) * | 1980-06-06 | 1985-09-03 | Suggs Louis F | Wave and tide powered generation apparatus |
FR3003608A1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-09-26 | Jean Paul Bibes | HORIZONTAL HYDROLIENNE MONOPALE. |
-
2018
- 2018-02-07 NO NO20180196A patent/NO344108B1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4539484A (en) * | 1980-06-06 | 1985-09-03 | Suggs Louis F | Wave and tide powered generation apparatus |
FR3003608A1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-09-26 | Jean Paul Bibes | HORIZONTAL HYDROLIENNE MONOPALE. |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2896352A1 (en) * | 2020-08-24 | 2022-02-24 | Moreno Simon Alberto | Energy obtaining device from the flow of circulating fluids in pipes (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bernitsas | Harvesting energy by flow included motions | |
KR101036436B1 (en) | Apparatus for using waves energy | |
US9062649B2 (en) | Device for conversion of mechanical energy from sea waves to electric energy | |
US10557453B2 (en) | Heaving buoy point absorber | |
JP2010521613A (en) | Wave power plant | |
JPH07503776A (en) | Sea wave power generation device | |
JP2009542964A (en) | Wave energy converter | |
CN104806428B (en) | A kind of floating pendulum wave energy generating set | |
CN105971813A (en) | Wave energy power station structure integrating bulwark function | |
US20120187694A1 (en) | Converting Kinetic Energy Using a Hydrofoil | |
CA3008148A1 (en) | Tethered ballast systems for point absorbing wave energy converters and method of use thereof | |
NO344108B1 (en) | Device and method for recovering energy in water streams | |
US20180080431A1 (en) | Hydrokinetic power source | |
JP2007170282A (en) | Power generating device using wave force and water flow | |
WO2007125538A1 (en) | A device for converting wave and/or tidal energy into electrical energy | |
US20230073634A1 (en) | Wave energy converter | |
Brown et al. | Heave plate dynamics for a point absorbing wave energy converter | |
CN110294514A (en) | A kind of desalination plant using tide energy | |
CN208279346U (en) | A kind of desalination plant using tide energy | |
Paulmeno et al. | Design and Testing of a Model Scale McCabe Wave Pump | |
CN203756481U (en) | Ocean tide water pumping device | |
CN203570501U (en) | Float-type wave energy collection system | |
CN102536640B (en) | Vertical-axis movable-blade sail wheel type universal fluid kinetic-energy receiving device | |
Daniel Raj et al. | Influence of harbour wall on pressure variation in an oscillating water column | |
WO2013180680A2 (en) | A propeller capable of performing fluid motion energy conversion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CREP | Change of representative |