NO782233L - Apparat for utvinning av energi fra vaeskeboelger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnélse angår et apparat for utvinning av

energi fra væskebølger, særlig bølger på havet eller sjøen.

I henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter nevnte apparat

for utvinning av energi fra væskebølger minst to parallelle plater som er anordnet vertikalt etter hverandre i en væskemengde, flyteinnretninger for å holde-platene oppe i væsken, samt pumpeorganer forbundet med innbyrdes nærliggende plater, idet platene er anordnet hovedsakelig vinkelrett på forplantningsretningen av bølgebevegelser i væsken således at nevnte bølgebevegelser frembringer en relativ horisontal forskyvning mellom de inn-

byrdes nærliggende plater og derved aktivering av pumpeorganene. Fortrinnsvis omfatter pumpeorganene et inntak for den væske

hvori platene er nedsenket.

Vedkommende pumpe kan omfatte et stempel- og sylinderarrangement med innløp- og utløpsventiler, og kan være dobbeltvirkende. Alternativt kan pumpen foreligge i form av en fleksibel belg forbundet mellom platene.

I en utførelseform av oppfinnelsens apparat er de to plater an^ordet med en halv bølgelengdes mellomrom.

I en annen utførelseform er o<p>pfinnelsens apparat utstyrt med

tre plater, nemlig to bakre plater fast forbundet med hverandre i innbyrdes horisontal avstand på en halv bølgelengde samt en

fremre plate bevegelig anordnet med en midlere avstand på

omtrent en kvart bølgelengde fra den nærmeste bakre plate.

En utførelseform som benytter fleksibel belg omfatter minst

to plater anordnet hovedsakelig vertikalt i en væskemengde, flyteinnretninger for å holde den øvre ende av platene i eller over væskeoverflaten, minst en belg som strekker seg mellom hvert platepar og minst to enveisventiler tilordnet hver belg for bare å tillate strømning gjennom belgen i en retning, idet det hele er anordnet slik at bølgebevegelser i væsken frembringer relative bevegelser frem og tilbake mellom hvert platepar og derved pumping av et fluid gjennom vedkommende belg. Det pumpede fluid er fortrinnsvis den samme væske som apparatet er anbragt i.

Hver plate er fortrinnsvis utstyrt med minst et hull hvori det

er innpasset en enveisventil, og hver belg forbinder fortrinnsvis et tilsvarende par av sådanne hull i tilstøtende plater.

Et større antall plater kan være anordnet parallelt med hverandre, idet hver plate omfatter to eller flere hull og er utstyrt med to eller flere belger festet til begge sider av platen. Den første plate i bølgenes forplatningsretning er fortrinnsvis forankret på en måte som ikke begrenser platens bevegelse frem og tilbake.

Hver plate er fortrinnsvis utstyrt med et flytelegeme som er festet til platen i en høyde omtrent én femtedel av platens dybdeutstrekning.

Væsken (som nesten alltid vil være vann) kan pumpes inn i en høyereliggende damm for senere anvendelse, eller kan anvendes direkte, for eksempel for å drive en turbin, som i sin tur kan anvendes for å drive en generator for fremstilling av elektrisk energi.

Fortøyningen av apparatet i forhold til den væske hvori det

er nedsenket, kan være utført på sådan måte at alle relative bevegelser mellom innbyrdes nærliggende plater forhindres.

Ved mange utførelser av oppfinnelsens apparat vil imidlertid

en fortøyning for å forhindre sådanne bevegelser være uhensikts-messig komplisert. Dette er særlig tilfelle når apparatet er nedsenket i havet eller sjøvann hvor fortøyningene fortrinnsvis bør være av en sådan art at de automatisk kompenserer for virkningen av tidevannet. I de tilfeller hvor det forekommer betraktelige relative bevegelser, kan det være hensiktsmessig å omforme disse bevegelser til anvendbar energi i tillegg til den energi som utvinnes fra den relative horisontale bevegelse mellom plateaie. Denne energiomformamg kan finne sted ved anvendelse av pumper med sylindere festet til faste konstruksjoner, (slik som fortøyningshemper) samt stempler drevet av platenes vertikale bevegelse, eller vise versa. Alternativt kan pumpeorganer være festet til innbyrdes nærliggende plater på sådan måte at de drives av relativ vertikal bevegelse, horisontal bevegelse eller begge disse bevegelser.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelse-eksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser'i oppriss~en utførelse av oppfinnelsens apparat

med to plater;

Fig. 2 viser i opprisst en utførelse av oppfinnelsens apparat

med tre plater;

Fig. 3 viser de krefter som påvirker platene i utførelsen

i fig. 2 ved passasje av en bølge;

Fig. 4 viser i oppriss en fremgangsmåte for sammenføyning av

to plater;

Fig. 5 er en planskisse av en apparatutførelse som benytter

belger;

Fig. 6 viser apparatet i fig. 5 i oppriss; Fig. 7, 8 og 9 er planskisser av ytterligere apparatutførelser i henhold til o<p>pfinnelsen, og Fig. 10 viser i oppriss en apparatutførelse i henhold til oppfinnelsen som er utført for å utvinne energi fra såvel vertikal som horisontal bølgebevegelse.

Et apparat for utvinning av energi fra væskebølger (fig. 1) omfatter en oppstrømsplate 10 (som først kommer i kontakt med en innfallende bølge) og en nedstrømsplate 11, som hver bæres ved overflaten av en væskemengde 12 av et flytelegeme 13 og holdes hovedsakelig vertikalt ved hjelp av flytelegemene 13 og ballastvekter 14. En sylinder 15 for en dobbeltvirkende pumpe er festet til nedstrømsplaten 11 og er utstyrt med innløps-ventiler 16 med åpning ut til væsken 12 samt utløpsventiler 17 forbundet med et utløpsrør 18. Et stempel 19 for pumpen er forbundet ved hjelp av en drivstang 20 til oppstrømsplaten 10. Fleksible forbindelsepuiikter"21 tillater en viss grad av relativ vertikal bevegelse mellom platene 10 og 11. Apparatet omfatter fortrinnsvis organer som tillater variasjon av avstanden mellom platene 10 og 11. For oversiktens skyld er disse organer ikke vist, men kan for eksempel utgjøres av en teleskopisk drivstang 2 0 samt midler lif or variasjon av drivstangens lengde.

I drift plasseres apparatet i en væskemengde 12 som er utsatt for bølgebevegelse, med platene 10 og 11 vinkelrett på bølge-bevegelsens retning. Avstanden mellom platene 10 og 11 innstilles til en halv bølgelengde. Når bølgene passerer platene 10, 11, vil horisontal bevegelse av væsken frembringe relativ horisontal forskyvning mellom platene 10 og 11, hvilket i sin tur fører til frem- og tilbakegående bevegelse av stemplet 19

i sylinderen 15 og derved frembringer pumping av væsken 12 gjennom utløpsrøret 18. Denne væske kan pumpes til et høyere nivå eller kan anvendes direkte, for eksempel for drift av en turbin.

Det vil forstås at pumpingen av væsken 12 vil motvirke relativ bevegelse mellom platene,;og passende organer (ikke vist) må være anordnet, for eksempel i utløpsrøret 18, for å regulere utløpstrykket på sådan måte at det oppnås en rimelig utgangs-effekt.

I det tilfellet apparatet i fig. 10 drives ved uendelig

høyt trykk, tilsvarende et arrangement hvori platene 10 og 11

stivt bibeholdes med et innbyrdes mellomrom på en halv bølgelengde, vil hver innfallende bølge bli nesten total-reflektert og nesten ingen bølgeenergi vil passere platene.

Et apparat som utnytter dette forhold er vist i fig. 2, hvor platene 110, 111 er utstyrt med flytelegemer 113 og ballast-

vekter 114 samt holdes i stilling med en halv bølgelengdes innbyrdes mellomrom ved hjelp av forbindelsestenger 130, mens en viss grad av relativ vertikal bevegelse tillates på grunn av de fleksible forbindelsepunkter 121.

Oppstrøms for platen 110 er det anordnet en plate 131 med et flytelegeme 113 samt en ballastvekt 114, således at denne plate er bevegelig i forhold til platen 110 omkring en midlere avstand lik en kvart bølgelengde på forsiden av platen 110.

Platen 131 er forbundet med en drivstang 120 (med fleksible skjøtesteder 121) med stemplet (ikke vist) i en pumpe 115. Denne pumpes konstruksjon og virkemåte er slik som beskrevet i forbindelse med apparatet i fig. 1. Utstyr som teleskopiske stenger 13 0, 12 0 (ikke vist) er fortrinnsvis anordnet for innstilling-av av-standene mellom platene 131,r 110 og 111.

Virkemåten for det apparat som er vist i fig. 2 er stort sett

den samme som for det viste apparat i fig. 1. Da imidlertid platene 110 og 111 er stivt forbundet med innbyrdes avstand på

en halv bølgelengde, vil virkningen av bølgekreftene på disse plater alltid være motsatt rettet, slik det vil fremgå av fig. 3, således at ingen av platene forskyves horisontalt. En bølge som passerer platen 131 reflekteres totalt av platen 110 og en standbølge oppstår mellom platene 131 og 110. Ved sin plassering en kvart bølgelengde foran platen 110, befinner platen 131 seg i et maksimalpunkt for horisontal bevegelse av væskepartikler,

og væsken mellom platene 131 og 110 oppviser således meget liten motstand mot bevegelse av platen 131. Ved hensiktsmessig innstilling av pumpens utgangstrykk kan en stor andel av den totale bølgeenergi omformes til nyttig energi. Fortrinnsvis gjøres utgangstrykket proporsjonalt med hastigheten av platen 131, så-

ledes at den motstand mot bevegelse av platen 131 som frembringes av pumpeanordningen også er proporsjonal med hastigheten. Dette kan oppnås ved anordning av hydrauliske forsterkere og omkoblere i utgangsrøret.

Skjønt de utførelser som er beskrevet ovenfor under henvisning

til fig". 1 og 2 bare er angitt å omfatte en enkel pumpe, vil det være åpenbart at i praksis flere pumper kan være anordnet mellom platepar 10, 11 eller 131, 110.

Platenes relative bevegelse behøver ikke å være stengt horisontal. Ved en fremgangsmåte for å opprettholde den midlere avstand mellom innbyrdes nærliggende plater er for eksempel, som vist i fig. 4, et skråstag 50 som er festet til den nedre ende av platen 10, forbundet ved hjelp av en forbindelsestav 51 og bøyelige ledd 21 til den øvre ende av en plate 11. Platen 10 vil nå svinge om et punkt C, som utgjøres av skjæringspunktet mellom de forlengde linjer langs henholdsvis platen 10 og forbindelse-stangen 50. En plate 131 av den art som er beskrevet i forbindelse med fig. 2, kan være festet til platen 110 på liknende måte. Platene 10, 11 og 131, 110 vil være forbundet med en pumpe-anordning, slik som allerede beskrevet. Ved dette arrangement kan mellomrommet mellom platene justeres i en viss grad for å tillate tilpasning til forskjellige bølgelengder, ved innstilling av oppdriften av flytelegemene 13, 113 eller vekten av ballastvektene 14, 114.

Noen ytterligere utførelser av foreliggende oppfinnelse vil

nå bli beskrevet i driftsmessig anordning i sjøen.

Som angitt i fig. 5 og 6 på tegningene, omfatter apparatet

110 en rekke parallelle." plater 211 som er anbrakt mer eller mindre vertikalt og parallelt med bølgefronten for de innfallende bølger. Hver plate 211 bæres av et flytelegeme 212 festet til platen, således at den største del av platen befinner seg under vannoverflaten og bare omkring en femtedel av platen rager opp over vannoverflaten. Hver plate er forsynt.med et antall hull (2 er vist på tegningen) forsynt med enveisventiler 214, således at vann kan passere gjennom vedkommende hull i den ene retning,

men ikke i den annen.

Envéisventilene kan være enkle klaffventiler, slik som vist, eller en hvilken som helst annen hensiktsmessig ventiltype.

På hver side av ventilen 114 er det anordnet en bøyelig ut-trekkbar belg 215 som er forbundet med tilsvarende hull i nabo-platen, idet belgene fortrinnsvis er anordnet i en dybde som til-svarer bølgehøyden, under vannoverflaten. Konstruksjonen i sin helhet omfatter således et antall parallellé;-,plater sammenføyet ved at flere rekker av belger er koblet i serie. Platene har en utstrekning av flere bølgelengder parallelt med bølgefronten (retning av pilene 219 i fig. 5), samt en eller flere bølge-lengder vinkelrett på bølgefronten (retning av pilene 218). Apparatet er forankret ved hjelp av ankerliner 217 forbundet med endeplaten på bølgenes innfallsside med tilstrekkelig spillerom til at platen tillates å følge bølgebevegelsene, slikcsom antydet ved pilen 118. Ankerlinene 217 kan være festet til et enkelt punkt på sjøbunnen og kan omfatte1 utstyr for automatisk innstilling av apparatet i bølgenes forplantningsretning.

Apparatets virkemåte er som følger: En frem- og tilbakegående, mer eller mindre horisontal bevegelse av platene 211 frembringes av bølgene, såldes at belgene 215 avvekslende trekkes ut og presses sammen. Som et resultat av dette trenger vann inn i hver belgrekke ved dens ener ende og pumpes gjennom envéisventilene til dens annen ende. Vannet trenger derfra inn i et bøyelig rør 220 og anvendes for utførelse av nyttig arbeide enten på land eller på en annen flytende eller fast anordning. Diameteren av røret 220 er slik valgt at energitap for det vann som passerer gjennom røret nedsettes, og røret er slik anordnet at det ikke begrenser bevegelsefriheten for den flate som det er festet til.

Hastigheten av vannet ved utgangen av hver belgrekke er tilnærmet lik halvparten av den høyeste horisontale partikkelhasighet i bølgene.. Vanntrykket ved rørutgangen er imidlertid mange ganger større en bølgenes dynamiske trykk, tilnærmet i et forhold lik forholdet mellom halvparten av flatearealet og det totale tverrsnitt av den belg som er forbundet med platen. Som en følge av dette kan vann pumpes opp til høydénivåer som er f,lere ganger større enn bølgehøyden. En betraktelig andel av bølge-effekten omformes til hydraulisk effekt i form av vann som strømmer i rør.

Andre mulige utførelser av foreliggende apparat er vist i

fig. 7 til 9.

Et par plater kan være sammenføyet som vist i fig. 7. Forbindelsestenger 221, som svingbart er forbundet med en front-plate 212, er ført gjennom hull 222 i en bakplate 212' for å

drive de små plater 223. Mens belgene 215 pumper vann når front- og bakplaten beveger seg mot hverandre, vil be*lgene 224 pumpe vann når disse plater beveger seg bort fra hverandre. Denne toveis pumpevirkning øker anordningens virkningsgrad.

Det kan være anordnet mellomrom mellom en rekke frontplater

212, slik -som vist i fig. 8, således at bølgenécuhindret kan nå frem til bakplatene 212'.

I dette tilfelle kan de enkle belger 225 erstattes av det arrangement 226 som er vist i fig. 9. Forbindelsesstengene

227 er sammenføyet ved hjelp av leddtapper eller universalledd

og er forbundet med platene i et rombearrangement, hvori belgene danner diagonaler, således at belgene 228 sammenpresses når platene beveges mot hverandre, og belgene 229 sammenpresses når platene beveger seg bort fra hverandre. Vann pumpes i den retning som er vist ved pilene 230 inn ^utløpsrøret 231. På

denne måte oppnås en toveis pumpevirkning. I fig. 7 til 9 er naturligvis passende enveisventiler anordnet ved hver ende av belgene, slik som i fig. 5 og 6.

Antallet plater i apparatet, hver plates dybdéutstrekning samt deres innbyrdes mellomrom kan innstilles for optimal drift.

I det apparat som er vist i fig. 5 og 7, kan for eksempel de vertikale plater ligge tett sammen, men platenes dybdéutstrekning under vannoverflaten bør være omtrent lik bølgelengden delt på 6,28 for å oppnå optimal drift. I det apparat som er vist i fig. 8 og 9, kan avstanden mellom platene i bølgenes forplatningsretning være en halv bølgelengde for å oppnå best mulig virkningsgrad. Ettersom bølgenes energi absorberes vil deres amplity.de avta

fra sjøsiden mot landsiden av apparatet. For å oppnå optimal tilpasning f,ør belgenes diameter gradvis økes mot langsiden, således at vannets hastighet inne i belgene etterhvert nedsettes for tilpasning til bølgenes avtagende ytre partikkelhastighet. Platenes størrelse kan også økes mot landsiden.

Hver plate kan være flat, slik som vist på tegningene, eller være hul for innvendig vannfylling. I dette tilfelle kan belgene som leder inn i ut av sådanne plater være forskøyet i forhold til hverandre.

Apparatet kan holdes i riktig retning ved innstilling av fortøyningsinnretningene. Alternativt kan den hydrauliske energi som frembringes av apparatet anvendes for apparatets orientering, eller til og med for bevegelse av apparatet gjennom væskemediet.

Skjønt de hittil beskrevede utførelser av oppfinnelsens apparat er vist med flytelegemer 13, 113, 212 i væskemassens overflate, behøver dette ikke å være tilfelle. Flytelegemene kan være anordnet for å ligge under væskeoverflaten ved innstilling av deres oppdrift, ballastvekten eller utformningen av fortøynings-arrangementet. Dette vil medføre tap av en viss potensial bølgeenergi (avhengig av hvor langt under væskeoverflaten flytelegemene ligger), men vil nedsette faren for at apparatet skades av andre faktorer enn selve bølgene slik som f.eks. stormer eller liknende.

I mange utførelser av oppfinnelsens apparat vil det foreligge visse vertikale bevegelser av platene samtidig med de horisontale bevegelser. I de tilfeller de vertikale bevegelser er av vesentlig størrelse kan det være gunstig: å omforme sådanne bevegelser til nyttig energi i tillegg til den energi som utvinnes fra de horisontale bevegelser. Denne omforming kan finne sted ved anvendelse av pumper med sylindere festet til faste konstruksjoner (slik som fortøyningshemper) samt stempler drevet av platenes bevegelse, eller vise versa.

En spesiell utførelse som er konstruert for å utnytte både relative vertikale og relative horisontale bevegelser av innbyrdes nærliggende plater (fig. 10) er av liknende art,som den beskrevede utførelse under henvisning til fig. 2. En plate 331,er ved hjelp av et skråstag 350.og stangen 351 forbundet med et platepar 110, 111 idet platene 110 og 111 er anbragt i en halv bølgelengdes innbyrdes avstand, og platen 331 er bevegelig anordnet om en midlere stilling e-n kvart bølgelengde foran platen 110. Pumper 315a og 315b er festet til henholdsvis øvre nedre ende av platen 110, idet hver pumpe er skåstilt i en vinkel med horisontalrefcningen. Stempler (ikke vist) er forbundet med drivstenger 320a, henholdsvis 320b, som er forbundet med et felles festepunkt 340 på platen 331. I drift vil platen 331 bevege seg i forhold til platene 110, 111 under påvirkning av både vertikal og horisontal bevegelse av en bølge som passerer platen, og pumpene 315a og 315b vil bli drevet ved hjelp av stengene 320a og 320b.

Claims (18)

1. Apparat for utvinning av energi fra væskebølger,karakterisert vedat det omfatter minst to innbyrdes parallelle plater anordnet hovedsakelig vertikalt etter hverandre i en væskemengde, flyteinnretninger for å holde platene oppe i væsken, samt pumpeorganer forbundet med innbyrdes nærliggende plater, idet platene er anordnet hovedsakelig vinkelrett på forplantningsretningen av bølgebevegelser i væsken, således at nevnte bølgebevegelser frembringer en relativ horisontal forskyvning mellom de innbyrdes nærliggende plater og derved aktivering av pumpeorganene.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert vedat platene er anordnet i innbyrdes avstand lik en halv bølgelengde.

3. Apparat som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det omfatter tre plater som er anordnet hovedsakelig vertikalt, nemlig to bakre plater i fast innbyrdes horisontal avstand lik en halv bølgelengde samt en fremre plate anordnet bevegelig om en midlere avstand på en kvart bølgelengde fra den nærmest liggende bakplate, flyteinnretninger for å holde platene oppé i væsken, samt pumpeorganer som forbinder den fremre plate med bakplatene, idet platene er anordnet hovedsakelig vinkelrett på forplantningsretningen av bølgebevegelser .i væsken, således at nevnte bølgebevegelser frembringer relativ horisontal forskyvning av den fremre plate i forhold til bakplatene og derved aktiverer pumpeorganene.

4. Apparat som angitt i krav.1 - 3,karakterisert vedat pumpeorganene omfatter et inntak for den væske hvori platene er nedsenket.

5. Apparat som angitt i krav 1-4,karakterisert vedat 'rpumpeorganene omfatter et arrangement av stempel og sylinder med innløps- og utløps-ventiler.

6. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert vedat pumpeorganene er dobbeltvirkende .

7. Apparat som angitt i krav 1 - 6,karakterisert vedat den fremre plate er forbundet med den nærmest liggende plate ved hjelp av en for-bindelsestang som strekker seg fra en brakett ved den nedre ende av den fremre plate til den øvre ende av den nærmest liggende plate.

8. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert vedat det omfatter minst to plater anordnet hovedsakelig vertikalt i en væskemengde, flyte-anordninger for å holde den øvre ende av platen i eller over væskeoverflaten, minst en belg som strekker seg mellom hvert platepar samt minst to enveisventiler tilordnet hver belg, for bare å tillate strømning gjennom belgen i en retning, idet det hele er anordnet slik at bølgebevegelser i væsken under apparatets drift frembringer relative bevegelser frem og tilbake mellom platene i hvert platepar, således at et fluid pumpes gjennom belgen.

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert vedat det pumpede fluid utgjøres av den væske hvori apparatet er anbrakt.

10. Apparat som angitt i krav 8 eller 9,karakterisert vedat hver plate omfatter minst et hull hvori en enveisventil er anordnet.

11. Apparat som angitt i krav 10, karakterisert vedat en og samme belg forbinder et tilsvarende par av hull i innbyrdes nærliggende plater.

12. Apparat som angitt i krav 1-11,karakterisert vedat den første plate i bølgenes forplantningsretning er forankret på en måte som ikke begrenser platens bevegelse frem og tilbake.

13. Apparat som angitt i krav 1-12,karakterisert vedat hver plate holdes oppe av et flytelegeme i tilnærmet en femtedel av platens dybdeutstrekning.

14. Apparat som angitt i krav 1-13,karakterisert vedat det omfatter utstyr for omforming av relative vertikale bevegelser av innbyrdes nærliggende plater til nyttig energi.

15. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert vedat den fremre plate er forbundet med den nærmest liggende bakre plate på sådan måte at den også kan bevege seg vertikalt i forhold til nevnte bakre plate under påvirkning av vertikale bølgebevegelser, og pumpeorganene er slik anordnet at de er i stand til å omforme både vertikal og horisontal relativ bevegelse til nyttig energi.

16. Apparat som angitt i krav 1-15,karakterisert vedat bølgeenergien omformes til potensiell energi ved pumping av væske opp i en høyereliggende damm.

17. Apparat som angitt i krav 1-15,karakterisert vedat bølgeenergien utnyttes til drift av en turbin.

18. Apparat som angitt i krav 1-17,karakterisert vedat en del av den omformede bølgeenergi utnyttes for bevegelse av apparatet.