NO810477L - Trykklufttank. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en trykklufttank med et hus og'

en til dettes indre rom førende trykkluftledning.

I sammenheng med kostnadsstigningen av de fossile brennstoffer som hovedenergibærer, især oljen, ble en rekke forslag for utnyttelse av de såkalte alternative energier utarbeidet. Hertil hører ved siden av solenergien eksempelvis også den energi som ved kystene på den ene side leveres av tidevannet, på den annen side av bølgene, og videre også vindenergien. Alle disse energibærere, nemlig bølgene og vinden, har imidlertid deres uregelmessighet felles. Den energi de leverer blir videre vanligvis forandret til energi som må forbrukes direkte, eksempelvis elektrisk energi, eventuelt også mekanisk energi. Energitilførselen er altså meget uregelmessig.

Det -ville derfor være en fordel om man kunne lagre den energi som utvikles på denne måte i en form, også i begrenset utstrekning, for i det minste å oppnå en viss utligning. En lagring av energibæreren som eksempelvis vannet i en demning ved et vannkraftverk eller lagringen av brennstoffet i et varmekraftverk, er utelukket ved disse alternative energiformer.

Forslag for å omforme den utviklede energi, ikke. i elektrisk, men i pneumatisk energi, er hittil allerede utarbeidet i detalj, også de anlegg som utnytter bølgenes energi. En pneumatisk energibærer, vanligvis trykkluft, har den fordel at den kan lagres, trykkluftbeholdere som mates

med kompressorer har lenge vært kjent. Deres begrensede kapasitet er imidlertid en ulempe. De egner seg derfor kun til drift av få tilkoblede innretninger som eksempelvis verktøy av enhver art e.l. drevet med trykkluft. Med stigende trykk må trykklufttanker bygges meget solide og blir derfor meget tunge. Et ytterligere problem ligger ved at trykket i tanken ved uttak av trykkluft vanligvis stadig synker, slik at spesielle trykkluftregulatorer må være anordnet, som på sin side igjen arbeider med tap i den lagrede energi.

I motsetning til det forannevnte frembringer oppfinnelsen en trykklufttank hvor trykket praktisk talt forblir konstant inntil fullstendig tømming av den lagrede luft.

En slik trykklufttank som er nevnt i innledningen, er ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedtrekkene i krav 1.

På tegningen vises oppfinnelsen eksempelvis og

fig. 1 viser en anordning av trykklufttanken med trykkluft-røret delvis i snitt, fig. 2 viser et perspektivriss av tanken med fjernet fremre vegg, fig. 3 viser en utførelse av trykkluftrøret og fig. 4 viser en annen utførelse av trykklufttanken.

Ifølge fig. 1 forankres trykklufttanken som har et hus 1, på bunnen 2 av et vann 3 hensiktsmessig i nærheten av kysten slik at en trykkluftledning 4 kan legges fra kysten til huset 1. Huset 1 er, slik det er vist på fig. 2, i det vesentlige en kasse med sidevegger 5, bakvegg 6, underside 7 og overside 8 idet den siste sammen med de oppad ragende vegger danner et trau for opptak av ballast 9. Sammen med den ikke viste fremre vegg danner veggene sammen med under-

og oversiden et indre rom 10. Det såkalte trau for opptak av ballasten 9 er her vist over det indre rom 10. Selvfølge-lig kunne også huset være slik utført at ballasten kunne ligge under det indre rom, noe som til en viss grad ville kunne forbedre husets stabilitet.

Undersiden 7 har en.åpning 11 som riktignok omfatter hele undersidens 7 område ved den viste utførelse, noe som imidlertid ikke er nødvendig. Det vil også være tilstrekkelig å utforme undersiden som fast bunn med én eller flere åpninger. Ifølge fig. 2 leveres imidlertid huset uten bunn og lagres direkte på et fundament 12 slik at vannet overalt har tilgang til det indre rom 10.

Trykkluftledningen 4 fører inn i dette indre rom 10 og munner ut ved dettes overside 8. Denne overside 8 er vanligvis plan slik det er vist på fig. 1. Den kan imidlertid ifølge fig. 2 ha en kuppel 13 på et sted, i hvilken trykkluft-ledningens 4 ende 14 munner ut.

Trykkluftledningen 4 kunne i prinsipp være ført gjennom husets overside 8. Dette medfører imidlertid tetningsproblemer slik at det er vesentlig enklere å føre ledningen 4, slik det er vist på tegningen, fra undersiden, gjennom den nevnte åpning eller i dette tilfellet gjennom den åpne underside 7 og deretter la den stige i det vesentlige vertikalt.

For å hindre etterstrømming av vann, især når det ikke foreligger noen kuppel 13, kan den del av trykkluftledningen 4 som ligger innenfor det indre rom 10 være utformet som delvis fleksibel slange 4', tilsvarende fig. 3. Enden 14 har da en flottør 15 og er slik ført gjennom flottøren at den ligger i det minste i høyde med det momentane vann-nivå, dog bedre over dette.

Fig. 4 viser en annen utførelse av huset. Da trykket i det indre rom 10 og vannets hydrostatiske trykk på utsiden av huset T er likt, kan huset 1 til og med være dannet av et tynt ettergivende hylster. Det må kun være ugjennomtrengelig for luft slik at den lagrede trykkluft ikke kan trenge gjennom hylsteret i mulig forekommende porer eller andre utette steder. Hylsteret blir forankret til fundamentet 12 slik det er vist. Da det på grunn av sin ettergivenhet utfører bevegelser ved undervannsstrømmer, utføres trykkluft-ledningens del 4' hensiktsmessig slik det er vist på fig. 3.

Ved bruken av trykklufttanken ledes trykkluft som er fremstillet ved hjelp av energiutnyttelsesanlegg av en eller annen type, inn i det indre rom 10. Den fyller dette rom ovenfra og fortrenger derved det vann som befinner seg der nedover og ut av huset 1.

Uttaket skjer på motsatt måte. Vannet som står under trykk, presser den lagrede trykkluft tilbake inn i ledningen 4. Da vannet erstatter det uttatte luftvolum,'

står den lagrede trykkluft under uttaket, under konstant trykk og den således uttatte luft kan nå benyttes for drift av et energiomformningsanlegg, eksempelvis en generator for utvikling av elektrisk energi, som er koblet til en luftturbin. At det herved kan frigjøres ganske betydelige energimengder, også ved relativt små dimensjoner av'huset 1, viser de følgende betraktninger.

Som utgangspunkt antas at trykklufttanken er anordnet 100 m under vannoverflaten, med en i forhold til denne dybde uvesentlig byggehøyde og et rominnhold på 1000 m 3.

I 100 m dybde hersker et vanntrykk på omtrent 10 atu. Trykkluften -må ved innføringen ha et høyere trykk idet det antas at trykkforskjellen likeledes kan neglisjeres da det foreligger tilstrekkelig tid for fylling av tanken. Fyllings-trykket antas således å være 10 atti. Trykkluften må således komprimeres fra dens normaltrykk (1 at) til 11.

For en bestemt gassmengde er produktet av trykk og volum konstant ved konstant temperatur (Boyle-Mariottes lov). Følgende gjelder således:

For å oppnå 1 m 3 luft med 10 atu (lik 11 at) må således 11 m 3 luft komprimeres fra 1 at. Da den nevnte lov gir en hyperbelkurve i p-V-diagrammet og det nødvendige arbeid kan utregnes ved integrasjon av delarbeidet mellom og , oppnås det totale arbeid: 3 3 dette gir med verdiene p^= 1 at, = 11 m og Vj= 1 ra et kompresjonsarbeid på 26 . 9,81 . 104 = 25,4 . 10<5>N m eller 0,72 kWh for hver kubikkmeter luft. På grunn av lagringen under vann er trykket p~uavhengig av det^ indre roms 10 fyllingsgrad, fordi den kun avhenger av vannets hydrostatiske trykk. Det kommer således kun an på hvor dypt under vannoverflaten trykklufttanken er anordnet.

Da den trykkluft som innføres ved fyllingen av det indre rom gjennom ledningen, som allerede er nevnt, minst må ha det hydrostatiske trykk p , er det mulig å vise at forskyvningsarbeidet for 1 m 3 m<2>ot dette indre trykk pa 11 at, antar følgende verdi:

Dette forskyvningsarbeidet kommer i tillegg til kompresjonsarbeidet slik at det tilsammen foreligger et arbeid på 1,02 kWh. Dette arbeid foreligger således som energi i trykkluften. Ved den nevnte lagertank med 1000 m<3>innhold tilsvarer denne energi en verdi på over 1000 kWh.

Det ses av dette at det allerede med en lagertank med

relativt små dimensjoner kan lagres betydelige energimengder som deretter kan trekkes ut for overføring til andre energi-typer. Selv når denne overføring foregår med en mindre virkningsgrad, foreligger det en energimengde som i det minste er egnet som nødenergikilde for kortere dekning ved et utfall av en annen energibærer. Ved større dybder stiger trykkluftens potensielle energi mer en lineært. Selvfølgelig må trykkluften for lagringstanken først fremstilles, noe som krever energi. Tallrike forsøk har imidlertid bevist at slike trykk uten videre kan fremstilles med de innledningsvis nevnte anlegg. Nettopp for slike anlegg som i sakens natur arbeider intermitterende, er en lagring av energien spesielt hensiktsmessig. Tiden for fylling av trykklufttanken spiller herved vanligvis ingen rolle da slike naturkrefter, bortsett fra deres tidsmessige svingninger, dog står mer eller mindre kontinuerlig til rådighet.

I det følgende sammenfattes kort fordelene med trykklufttanken i følge oppfinnelsen.

Da det vann som omgir tanken benyttes for trykkre-gulering, kan den lagrede luft fullstendig trekkes ut av tanken og dette kan gjøres uten noe trykkfall, i motsetning til forholdet ved vanlige trykkluftlagringstanker. (Den statiske trykkforskjell mellom undersiden 7 og oversiden 8

kan ved anordning i tilstrekkelig dybde settes ut av betrakt-ning .)

Da trykket i det indre rom 10 praktisk tålt tilsvarer det ytre trykk mot huset 1, kan huset bygges lett. Kun stabilitetsproblemer må løses. En eksplosjonsfare består ikke.

En parallellkobling av flere lagringstanker er uten videre mulig og da slike anlegg vanligvis installeres i større vann, fremfor alt i havet, altså i nærheten av tilsvarende energiutviklingsanlegg, kan betydelig større energimengder enn de i eksemplet angitte 1000 kWh, lagres.

Omgivelsen belastes ikke ved slike lagringstanker, en belastning opptrer kun under fremstillingen av anlegget, etterpå forsvinner den da det lagres trykkluft og det ikke foreligger noen bevegelige deler som har behov for smøring.

Lagringstanken kan også uten videre bygges inn i huler under vannoverflaten, eventuelt kan også sli-ke huler benyttes, men måtte eventuelt bekles innvendig da de vanligvis har noen ofte ikke synlige tilganger hvor den innførte trykkluft ville kunne unnvike.

Den kjølevirkning som oppstår ved ekspansjonen av luften i energigjenvinningsanlegget ved kysten kan eventuelt også utnyttes.

Claims (6)

1. Trykkluftlagringstank med et hus og en inn i dettes indre rom førende trykkluftledning, karakterisert ved at huset (1) er bestemt for å anordnes i et vann (3) under vannoverflaten, at det ved undersiden (7) har minst én åpning (11) gjennom hvilket vannet kan trenge inn i det indre rom (10), at luftledningen (4) både tjener for innføring av trykkluft i det indre rom (10) under fortrengning av det vann som befinner seg der og for uttak av den trykkluft som er lagret i dette indre rom, og at ledningen munner ut ved det indre roms overside (8) .

2 Lagringstank ifølge krav 1, karakterisert ved at åpningen (11) strekker seg over hele undersiden (7) .

3. Lagringstank ifølge krav 1-2, karakterisert ved at trykkluftledningen er ført inn i det indre rom (10) gjennom den nevnte åpning (11) og derfra stiger i det vesentlige vertikalt til dettes overside (8).

4. Lagringstank ifølge krav 1, karakterisert ved at det ved oversiden (8) er anordnet en kuppel (13) som rager ovenfor oversiden og at ledningsenden (14) munner ut i denne kuppel.

5. Lagringstank ifølge krav 1, karakterisert ved at trykkluftledningen i det minste delvis er utformet som elastisk slange (4 <1> ) i det indre rom (10) og har en flottør (15) som i det minste holder slangens ende (14) i høyde med den momentane vannflate.

6. Lagringstank ifølge krav 1 eller 4, karakterisert ved at huset (1) består av et ettergivende, men ikke luftgjennomtrengelig hylster som er forankret med sin kant til fundamentet (12) på bunnen (2) av vannet (3).