NO790675L - Anordning for utvinning av energi fra boelgebevegelser i en vaeske - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår anordninger for utvinning

av energi fra bølgebevegelser.

I henhold til foreliggende oppfinnelse foreslås en anordning

for utvinning av energi fra bølger i en væske, idet anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at den omfatter en hovedsakelig sirkulær sylinder utført for å ha overskuddsoppdrift i væsken, et antall fortøynings-innretninger for å holde sylinderen under væskeoverflaten på tvers av bølgenes forplantningsretning for derved å utsette sylinderen for påvirkning fra bølgene, samt utstyr for utførelse av nyttig arbeide drevet av belastningsforandringer i en eller flere av fortøyningsinnretningene som en følge av sylinderens bevegelse under påvirkning av bølgene.

Fortrinnsvis er i det minste noen av fortøyningsinnretningene anordnet for å fastholdes til bunnen av væsken av utstyret for utførelse av nyttig arbeide.

Alternativt kan utstyret for utførelse av nyttig arbeide "Ivære anbragt i sylinderen.

Utstyret for utførelse av nyttig arbeide kan omfatte en roterbar del som nevnte fortøyningsinnretning er forbundet med på sådan måte at den ville være i stand til å dreie nevnte roterbare del i en bestemt retning, en forspenningsinn-

retning for forspenning av den roterbare del til dreining i den motsatte retning, samt hydrauliske pumpeorganer anordnet for å påvirkes av svingende bevegelse av den dreibare del.

Fortøyningsinnretningen kan være av bøyelig eller stiv utførelse.

Når en lang nedsenket sirkulær sylinder roterer om en eksentrisk akse parallell med sylinderaksen, vil de bølger som frem-bringes på væskens fri overflate vandre bort fra sylinderen i bare en bestemt retning. I en artikkel med tittelen "A theory for wave power absorption by damped oscillating bodies" av D.V. Evans, publisert i "Journal of Fluid Mechanics", 1976, Volum 77, er det vist at også det motsatte

er tilfelle, nemlig at ved korrekt belastning av sylinderen praktisk talt all innfallende bølgeenergi kan absorberes fra en regelmessig bølgebevegelse med liten amplitude og gitt frekvens. Ved å kombinere fortøyningen av en sådan sylinder med et energiutvinningssystem søkes det i henhold til foreliggende oppfinnelse å utnytte denne egenskap ved en roterende nedsenket sylinder til å overvinne noen av de problemer som vanligvis opptrer ved disse andre anordninger for utnyttelse av bølgeenergi. For eksempel den del av oppfinnelsens anordning som faktisk beveger seg med bølgene,

er således av en enkel konstruksjon hvis oppdrift ikke er kritisk, og da denne anordning er fullstendig nedsenket unngås alle vanskeligheter som kan opptre på væskeoverflaten.

Ved hjelp av anordningen i henhold til oppfinnelsen kan

energi utvinnes både fra sylinderens vertikale og horisontale bevegelse.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelseeksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. 1<:>viser sett fra éiden eh skjematisk fremstilling

av en anordning for utvinning av energi fra bølger;

Fig. la viser sett fra siden en skjematisk fremstilling av

en modifisert utførelse av anordningen i fig. 1;

Fig. 2 viser en skjematisk planskisse av anordningen i

fig. 1;

Fig. 2a viser en skjematisk planskisse av anordningen i \

fig.la,

Fig. 3 viser en skjematisk planskisse av en del av anordningen

i f ig. 1;

Fig. 3a viser i forstørret målestokk og delvis i snitt en

del av fig. 3 sett i retning av pilen A;

Fig. 4 viser sett fra siden en skjematisk fremstilling av

et alternativ til den utførelse som er vist i fig. 3;

Fig. 4a viser i forstørret målestokk en del av fig. 4 sett

i retning av pilen B i denne figur;

Fig. 4b viser sett fra siden en skjematisk fremstilling av en

modifisert utførelse av anordningen i fig..4;

Fig. 4c viser i forstørret målestokk en del av fig. 4b sett

i retning av pilen C i denne figur; Fig. 5 viser forstørret og sett fra siden en skjematisk fremstilling av en alternativ utførelse av en del av anordningen i fig. 1, og Fig. 6 viser i perspektiv tre anordninger av samme art som angitt i fig. 1.

Tilsvarende deler er forsynt med samme henvisningtall i

alle de forskjellige figurer.

Det skal nå henvises til fig. 1 og 2, hvor den viste anordning omfatter en sirkulær sylinder 10 som holdes like under over-flaten av en væske 14 (for eksempel sjø) ved hjelp av fire fortøyningsinnretninger i form av vanlige stålkjettinger 11, hvorav to er tilsluttet hver ende av sylinderen og hver kjetting ved sin annen ende er forbundet en viklingstrommel 12 festet til skjøbunnen. Trommelene 12 er plassert slik at de holder kjettingene 11 i omtrent 45° med vertikalretningen når sylinderen 10 befinner seg i midtstilling, samt tillater kjettingene 11 å løpe inn over omkretsen av sylinderens ytterender.

Hver trommel 12 som er vist i fig. 3 og 3a, er montert på en aksel 21 som strekker seg gjennom et hus 20 samt er forbundet med en skovelpumpe 22, som i sin tur er koblet til en hydraulisk motor 23 som er anordnet for å drive en elektrisk generator 24. Den.ene av akselen 21 som ligger inntil trommelen 12 understøttes av et lager 25. En forspenningsinnretning som omfatter en torsjonsfjær 28 er anbragt rundt akselen 21 med sin ene ende hektet fast på en knast 29 på akselen, mens fjærens annen ende er hektet fast på en knagg 30 på veggen av huset 20. Torsjpnsfjæren 28

er utført slik at den opprettholder tilstrekkelig spenning i kjettingen 11 til å holde sylinderen 10 under sjøoverflaten, og sikrer at anordningen er i resonans med den bølgefrekvens som er lagt til grunn for konstruksjonen.

Ved helt stille sjø vil de krefter som virker på sylinderen

10 på grunn av dens oppdrift være lik de nedover rettedes strekkrefter i kabelen 10 på grunn av virkningen av torsjons-fjæren på de respektive tromler 12. Når sylinderen 10 av en bølgebevegelse med forplantningsretning viké<lrett på sylinderaksen tvinges til bevegelser i en sådan retning at strekkspenningen i kjettingen 11 nedsettes, vil den tosljons-fjær 28 som virker på kjettingen 11, dreie akselen 21 og trommelen 12', som i sin tur vikler opp kjettingen 11 og således opptar slakken i kjettingen. Når sylinderen 10 av en bølge tvinges til å utøve et strekk i kjettingen 11, vil dette strekk dreie trommelen 12 og stramme tors.jonsfæren 28.

Sylinderen 10 vil bevege seg i en karakteristisk sirkulær

bane i et vertikal plan som er orientert i bølgenés forplantningsretning, og som en følge av strekkvariasjonene i kjedene 11, vil trommelene 12 og akselen 21 komme i svinge-bevegelse og drive de respektive skovelpumper 22, som i sin tur vil drive de tilkoblede hydrauliske motorer 23 som holder i gang de elektriske generatorer 24 således at de avgir elektrisk energi tilsvarende den energi som er utvunnet fra bølgene.

Ved en utførelse av oppfinnelsen ble en sylinder 10 med

en diameter opptil 15 meter og en lengde på to til tre ganger sylinderens diameter plassert omkring 3 meter under den midlere sjøoverflate, mens trommelen 12 var av en diameter som kunne gi en dreining på omtrent 270°. Hvis det er ønskelig, kan sylinderen 10 senkes i sikkerhet i tilfelle av en særlig kraftig storm. Dette kan oppnås ved innstilling, av sylinderens oppdrift i avhengighet av en følerinnretning (ikke vist) anordnet for avføling av strekkraftén i kjettingene 11.

I stedet for en forspenningsinnretning i form av en to^sjonsfjær^, 28 for strømning av kjettingene 12, kan det anvendes alter--^ nativt elastisk ettergivende utstyr, slik som for eksempel en luftpute (ikke vist).

Alternativt kan den utførelse som er vist i fig. 4 og 4a anvendes, og i disse^figurer er det vist at en kamformet skive 40 er festet til en forlengelse 41 av akselen 21

(ikke vist), idet en kabel 42 er sikkert fastklemt til til-bakeløpsdelen av skiven 40 ved hjelp av to klemmer 43.

En bøye 4 5 ved den andre ende av kabelen 42 er anordnet for

å holdes under vannoverflaten, for derved å utøve en strekkraft på kabelen 42 ut fra de oppdriftskrefter som virker på bøyen 45.

I drift bringer stramning av kabelen 11 trommelen 12 og

derved også skiven 4 0 til å rotere, mens den kamformede profil av skiven 40 i tiltagende grad forskyver kabelen 42

bort fra skivens akse. På grunn av den oppoverrettede belastning på kabelen 42 fra bøyen 45, vil et tiltagende dreiemoment bli påført akselen 21 ved dreining av skiven 40. Når kjettingen 11 slakkes, vil dreiemomentet fra skiven 40 dreie akselen 21 og trommelen 12, samt oppta slakken i kjettingen 11 på samme måte som beskrevet i forbindelse med torsjonsfæren 28 i fig. 3a.

Som et alternativ til anvendelsen av bøyen 45 for å

frembringe strekkbelastning av kabelen 42, kan det modifiserte arrangement som er vist i fig. 4b anvendes. Som vist i fig.

4b og 4c, henger kabelen 42 i fig. 4 nå ned fra den kamformede skive 4 0 og er forbundet med en vekt 47, som således utøver en belastning på kabelen 42 for utførelse av samme arbeidsfuksjon som den belastning som ble påført kabelen 4 2 av bøyen 45. Et stativ 48 på sjøbunnen sørger for å holde trommelen 12, pumpen 22, motoren 23 og generatoren 24 hevet opp fra sjøbunnen, for derved å gi tilstrekkelig plass for vertikal bevegelse av vekten 47. Forøvrig tilsvarer anordningen i fig. 4b helt og holdent den viste anordning i fig. 4.

Skjønt anvendelse av kjettinger 11 er å foretrekke, kan

også andre fortøyningsinnretninger anvendes, slik som for eksempeT . kabler, men i dette tilfelle bør det tas hensyn til kjedevirkninger på spenningene i kablene. Alternativt kan det anvendes stive fortøyningsinnretninger. Kjettingene 11 har vært vist med et forløp i omkring 4 5° med vertikalretningen i midtstillingen av sylinderen 10, og skjønt dette er deil foretrukne utførelse for å tillate den ønskede sirkelformede bevegelsebane for sylinderen 11, kan også andre vikelstillinger av kjettingene 11 anvendes for spesielle formål.

Sylinderen 10 har vært vist med plane ytterender, men også krumme ender kan anvendes for å nedsette viskøse tap.

Også andre endeformer kan anvendes for tilpasning til spesielle anvendelser.

Mer enn to fortøyningsinnretninger kan være anordnet ved

hver ende av sylinderen, idet samtlige sådanne innretninger anvendes for utvinning av energi fra sylinderens bevegelse, eller visse fortøyningsinnretninger anvendes for å oppta en del av belastningen uten at energi utvinnes fra forandringer i disse innretningers belastning, slik som vist i fig. la og fig. 2a. I fig. la og 2a er de anordninger som er vist i fig. 1 og 2 utstyrt med ytterligere fortøyningsinnretninger i form av elastisk forlengbare kabler 17 av et material som for eksempel parafill, idet hver kabel er forbundet med sin ene ende til sylinderens sirkulære sideflate og med ■

sin annen ende til et tilordnet fortøyningssted 16 på sjø-bunnen. Fire sådanne kabler 13 er anordnet nå hver side av sylinderen 10, idet de to innerste kabler 15 på hver side strekker seg vikelrett på sylinderen 10 og de to ytre kabler 15 på hver side forløper parallelt med de respektive kjettinger 11 på vedkommende side av sylinderen,10. Hvert fortøyningssted 16 er anbragt slik at de respektive kabler 15 forløper i en vinkel på omtrent 45° med vertikalretningen når sylinderen 10 befinner seg i midtstilling.

I drift tas en del av belastningen fra sylinderen 10 opp av kablene 15 for å nedsette belastningene på kjettingene 11, idet forlengelsen av kablene 15 under sylinderbelastningen og eventuelt kjedenedheng av kablene tillater den påkrevede bevegelse av sylinderen 10, således at energi kan utledes av de frembragte belastningsforandringer i kjettingene 11.

Sjøvann kan anvendes som hydraulisk fluid i pumpen 22 og motoren 23, skjønt andre hydrauliske fluider også kan anvendes.

Oppfinnelsen er overfor blitt beskrevet i det tilfelle

energi utvinnes ved sjøbunnen fra sylinderens bevegelse under påvirkning av bølgene, men denne energi kan også utvinnes i selve sylinderen. Et eksempel på dette er vist i fig. 5, som det herved henvises til.

I fig. 5 er tilsvarende trommel 12 og skovelpumpe 22 som

er vist i fig. 3 og 4, anbragt i sylinderen 10 ved hver ende av denne, idet begge pumper 10 avgir sitt fluid gjennom en T-formet kanal 50 til en eneste hydraulisk motor 23 som er anordnet for å drive en elektrisk generator 24. Kjettingene 11 er forbundet med sine respektive tromler

12 og anordningens arbeidsfuksjon er den samme som beskrevet i forbindelse med fig. 1-4. Pumpene 22 kan også anvendes for å pumpe vann inn i og ut av et oppdriftskammer (ikke vist)

i sylinderen 10, for derved å forandre sylinderens flytehøyde i sjøen i avhengighet av en føleinnretning anordnet for avføling av strekkspenningen i kablene 11, med det formål å holde denne spenning innenfor forut bestemte grenser, eller alternativt ved utløsningsorganer (ikke vist) som er anbragt på akselen 21 og reagerer på ekstreme dreie-bevegelser av sylinderen 10. Alternativt kan oppdrifts-kammeret når det er fyllt ved hjelp av pumpen 22, evakueres ved hjelp av trykkluft. Hvis så ønskes, kan det viste forspenningsarrgangement i fig. 4b,.også anvendes i den anordning som er vist i fig. 5.

Det vil forstås at et antall anordninger i henhold til oppfinnelsen hensiktsmessig kan plasseres slik som vist i fig. 6, for å dra fordel av gunstige bølgeforhold.

Claims (4)

1. Anordning for utvinning av energi fra bølger i en væske, karakterisert ved at anordningen omfatter: (a) en hovedsakelig sirkulær sylinder (10) utført for å ha overskuddsoppdrift i væsken; (b) et antall fortøyningsinnretninger (11) for å holde sylinderen (10) under væskeoverflaten på tvers av bølgenes forplantningsretning for-derved å utsette sylinderen (10) for påvirkning fra bølgene, samt (c) utstyrt (12, 22, 23, 24) for utførelse av nyttig arbeide drevet av belastningsforandringer i en eller flere av fortøyningsinnretningene (11).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at utstyret;for utførelse av nyttig arbeide inngår i et fortøyningssted (25) for fortøyningsinnretningen.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at utstyret for utførelse av nyttig arbeide inngår i sylinderen.

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at utstyret for utførelse av nyttig arbeide omfatter: (å) en roterende del (12) som kan forbindes med nevnte (' ) fortøyningsinnretning (11) for dreining av den dreibare del i en bestemt retning; (b) en forspenningsinnretning (28, 40, 42, 45, 47) for forspenning av den dreibare del (12) til dreiebevegelse i den motsatte retning, og (c) en hydraulisk pumpe (22) anordnet for å påvirkes av bevegelsen a7 den dreibare del (12).