NO813454L

NO813454L - PROCEDURE AND DEVICE FOR AA UTILIZED WATER LIVERS 'ENERGY

Info

Publication number: NO813454L
Application number: NO813454A
Authority: NO
Inventors: Bruno Javorsky
Original assignee: Gramer Allan
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1982-04-19
Also published as: EP0050323A1; DE3039030A1; JPS57131870A; DE3039030C2; FI813141L

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte og en anordning for å utnytte en del av den iboende energi i vann-bølger, særlig brenningsbølger. På grunn av tidevann, strømninger :pg de nesten alltid forekommende vinder er-havet alltid i bevegelse. Ved kystene oppstår derved mer eller mindre kraftige brenningsbølger,hvis'energi det gjelder å utnytte. Denne energikilde får stadig større betydning i en tid med tiltagende knapphet på fosile energibærere. The present invention relates to a method and a device for utilizing part of the inherent energy in water waves, in particular sea waves. Due to tides, currents: because of the almost always occurring winds, the sea is always in motion. At the coasts, more or less powerful surf waves arise, the energy of which needs to be utilised. This energy source is becoming increasingly important in a time of increasing scarcity of fossil energy carriers.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse å angiien fremgangsmåte og frembringe en anordning som med enkle midler kan gi optimal utnyttelse av den iboende energi i vannbølger, særlig brenningsbølger. Against this background, it is an object of the present invention to state the method and produce a device which, with simple means, can provide optimal utilization of the inherent energy in water waves, especially sea waves.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at luft som befinner seg mellom bølgekammene innesluttes og sammen med vann føres inn:i en trykkbeholder, hvor den innesluttede luft tjener til å drive vannet til et høyere nivå. This is achieved according to the invention by air which is located between the wave crests being enclosed and together with water introduced into a pressure vessel, where the enclosed air serves to drive the water to a higher level.

Luften mellom bølgekammene komprimeres herunder fortrinnvisThe air between the wave crests is preferably compressed below

i trykkbeholderen, således at den kan anvendes for å drive • in the pressure vessel, so that it can be used to drive •

det vann som er trengt inn i beholderen til et høyere nivå. the water that has penetrated into the container to a higher level.

Anordningen for å utføre denne fremgangsmåte har som særtrekk i henhold til oppfinnelsen at den omfatter en bølge-fanger for å inneslutte luft som befinner seg mellom bølge-kammene av innkommende bxenningsbølger, et innløp ved bølge-s-fangerens ende og tilsluttet en trykkbeholder for opptak av vann og luft, samt en tilbakeslags-ventil e.1..i"innløpet for å hindre tilbakestrømning ut av trykkbeholderen. The device for carrying out this method has as a distinctive feature according to the invention that it comprises a wave catcher to enclose air that is located between the wave crests of incoming bxenning waves, an inlet at the end of the s-wave catcher and connected to a pressure vessel for recording of water and air, as well as a non-return valve e.1..in the inlet to prevent backflow out of the pressure vessel.

Ved denne løsning i henhold til oppfinnelsen oppfanges altså både luften mellom;'bølgekammene og luft innesluttet i vannet i en trykkbeholder, hvor luften komprimeres ved stadig ny til-førsel. Trykkenergien i den komprimerte luft utnyttes så for å drive vannet i trykkbeholderen opp til et høyere nivå. Etter behov kan da fallenergien i vannet på d.ét høyere nivå utnyttes f.eks. for drift av en vannturbin-.- With this solution according to the invention, both the air between the wave crests and the air contained in the water are collected in a pressure vessel, where the air is compressed by constant new supply. The pressure energy in the compressed air is then used to drive the water in the pressure vessel up to a higher level. If necessary, the falling energy in the water at a higher level can be used, e.g. for operating a water turbine-.-

Eventuell overskudds-luft i trykkbeholderen kan anvendes for direkte drift av en luftturbin e.l.v Any excess air in the pressure vessel can be used for direct operation of an air turbine etc

Trykkbeholderen er fortrinnsvis anordnet umiddelbart inntil enden av bølgefangeren. Den kan imidlertid også ligge på et noe høyere nivå, således at vannføringen gjennom innløpet til trykkbeholderen kan finne sted ved hjelp av den innesluttede luft, som river med seg vannet oppover i en stigeledning. The pressure vessel is preferably arranged immediately next to the end of the wave catcher. However, it can also be at a somewhat higher level, so that the flow of water through the inlet to the pressure vessel can take place with the help of the enclosed air, which drags the water upwards in a riser.

Bølgefangeren omfatter fortrinnsvis et fremspringende tak som er anordnet omtrent midt i mellom dypeste bølgedal og høyeste bølgetopp, fortrinnsvis i den øvre tredjedel av dette høyde-området, og med en skrå stilling oppover i retning av takets fri.- ende, hvilket vil si mot forplahtihgsretningén v av de innkommende bølger. Formålet med dette er å sikre at samtlige innkommende bølger oppfanges under det fremspringende tak, i høy grad uavhengig av bølgehøyden. Undersiden av det fremspringende tak bør iallefall anordnes i et sådant høyde-nivå at luft som befinner seg mellom bølgekammene av de innkommende bølger kan unnslippes oppover, og denne luft innesluttes mellom de inntilliggende bølgekammer og det fremspringende tak. Denne innesluttede luft drives da p.g.a bølgekammenes bevegelse framover til"Set innløp som er anordnet ved bølgefangerens ende, og presses inn i den tidligere nevnte ^trykkbeholder. The wave catcher preferably comprises a projecting roof which is arranged approximately in the middle between the deepest wave valley and the highest wave peak, preferably in the upper third of this height range, and with an inclined position upwards in the direction of the free end of the roof, which means towards the direction of the wave v of the incoming waves. The purpose of this is to ensure that all incoming waves are intercepted under the projecting roof, to a large extent independent of the wave height. The underside of the projecting roof should in any case be arranged at such a height level that air located between the wave crests of the incoming waves can escape upwards, and this air is trapped between the adjacent wave chambers and the projecting roof. This trapped air is then driven due to the movement of the wave combs forward to the "Set inlet" which is arranged at the end of the wave catcher, and is pressed into the aforementioned pressure vessel.

For å øke bølgefangerens effektivitet kan den også være avgrenset i .sideretningen ■ ved hjelp av sidevegger, som konvergerer i bevegelsesretningen for de innkommende bølger, nemlig i retning mot innløpet. In order to increase the efficiency of the wave catcher, it can also be delimited in the lateral direction ■ by means of side walls, which converge in the direction of movement of the incoming waves, namely in the direction towards the inlet.

Det fremspringende tak og de to sidevegger danner da en slags trakt, hvori den luft som befinner seg mellom bølgekammene hindres fra å unnslippe i alle retninger. The protruding roof and the two side walls then form a kind of funnel, in which the air that is between the wave crests is prevented from escaping in all directions.

Denne løsning i henhold til oppfinnelsen tillater også en om-vandling av bølgeenergien i trykkenergi, altså i en potensiell energiform, på samme måte som i en " hydraulisk rambukk". Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av fore-trukkede utførelseeksempler og under henvisning til de ved-føyde tegninger, hvorpå : Fig. la viser i tverrsnitt/, en første utførelseform av en "bølgepumpe", This solution according to the invention also allows a conversion of the wave energy into pressure energy, i.e. in a potential form of energy, in the same way as in a "hydraulic ram". The invention will now be explained in more detail with the help of preferred embodiments and with reference to the attached drawings, on which: Fig. la shows in cross-section/, a first embodiment of a "wave pump",

fig. lb viser bølgepumpen i henhold til fig. la sett ovenfra og i nedsatt målestokk, fig. lb shows the wave pump according to fig. let seen from above and on a reduced scale,

fig. 2 viser i skjematisk tverrsnitt en annen utførelseform av en bølgepumpe, fig. 2 shows a schematic cross-section of another embodiment of a wave pump,

fig. 3 viser i skjematisk tverrsnitt, en tredje utførelseform av bølgepunpen, og fig. 3 shows, in schematic cross-section, a third embodiment of the wave pump, and

fig. 4 viser en bølgeluftpumpe uten føring av vann til et høyere nivå. fig. 4 shows a wave air pump without leading water to a higher level.

Den anordning eller bølgepumpe som er vist i fig. la og lb, omfatter en traktformet bølgefanger 10 1 med et fremspringende tak 11 og to sidevegger 24, 26. Ved den indre ende av bølge-fangeren 10 er det anordet et innløp 14 til en trykkbeholder 16 for opptak av vann og luft. I innløpet 14 er det innlagt'en tilbakeslagsventil 12 for å hindre tilbakestrømriing ut av trykkbeholderen 16. Denne tilbakeslagsventil 12 utgjøres i' det viste utførelseeksempel av en tilbakeslagskule. Det fremspringende tak 11 skråner oppover i retning av sin fri-ende, hvilket vil si mot forplantningsretningen for de innkommende bølger. De to sidevegger 24, 26 konvergerer innover mot innløpet 14. Ved en indre ende bølgefangeren 10 er det anordnet en krum avslutnihgsvegg 30 som er avbøyet nedover og sørger for en tilsvarende avbøyning av luft og vann innenfor bølgefangeren 10 mot gjennomløpet 14, som forløper vertikalt nedover. I det nedre området er trykkbeholderen 16 tilsluttet .et stigerør 18, og gjennom dette kan vann fra trykkbeholderen 16 stige til et vannforåd 20 anordnet i et høyere nivå. Som det klart vil fremgå av fig..':1a, tjener trykkbeholderen 16 til opptak av vann og luft som trenger inn i beholderen gjennom innløpet 14. I trykkbeholderen 16 danner det seg da^over vannet en luftpute 34, hvis trykk for hver åpning av tilbakeslagsventilen 12, stiger tilsvarende den nyinnførte luftmengde. Dette trykk The device or wave pump shown in fig. la and lb, comprise a funnel-shaped wave catcher 10 1 with a projecting roof 11 and two side walls 24, 26. At the inner end of the wave catcher 10 there is an inlet 14 to a pressure vessel 16 for taking in water and air. In the inlet 14, a non-return valve 12 is inserted to prevent backflow from the pressure vessel 16. This non-return valve 12 is constituted in the embodiment shown by a non-return ball. The projecting roof 11 slopes upwards in the direction of its free end, which means towards the propagation direction of the incoming waves. The two side walls 24, 26 converge inwards towards the inlet 14. At an inner end of the wave catcher 10, there is arranged a curved end wall 30 which is deflected downwards and ensures a corresponding deflection of air and water inside the wave catcher 10 towards the passage 14, which extends vertically downwards . In the lower area, the pressure vessel 16 is connected to a riser 18, and through this, water from the pressure vessel 16 can rise to a water supply 20 arranged at a higher level. As will be clear from fig..':1a, the pressure container 16 serves to absorb water and air that penetrates into the container through the inlet 14. In the pressure container 16, an air cushion 34 then forms above the water, the pressure of which for each opening of the non-return valve 12, rises corresponding to the newly introduced air volume. This press

bevirker da en stigning av'det oppsamlede vann i trykkbe'-'' holderen oppover i stigerøret 18 til det høyereliggende vannforåd 20. Luftrykket i trykkbeholderen 16 kan regu-leres ved en overtrykksventil som er anordnet i beholderens tak. I denne forbindelse er det også mulig å anvende over-skuddsluft til direkte drift av en luftturbin e.l."then causes a rise of the collected water in the pressure container upwards in the riser 18 to the higher water supply 20. The air pressure in the pressure container 16 can be regulated by a pressure relief valve which is arranged in the roof of the container. In this connection, it is also possible to use excess air for direct operation of an air turbine etc.

Undersiden av det fremspringende tak har fortrinnsvis en krumning tilsvarende en hyp^erbel eller parabel. Videre er de to sidevegger 24, 26.ved sine fri ytterender/krummet overproposjonalt utover, således at resultatet blir en omtrent klokkeformet trakt. The underside of the projecting roof preferably has a curvature corresponding to a hyperbola or parabola. Furthermore, the two side walls 24, 26 are curved disproportionately outwards at their free outer ends, so that the result is an approximately bell-shaped funnel.

Som det vil fremgå av fig. 3, er skråstillingen av taket 11 fortrinnsvis regulerbar, f.eks ved hjelp av en hevstang 36 hvis ene ende er fasthengslet til takets overside og annen ende står i forbindelse med en stempelstang i en stempel/ sylinder-erihét'. Eventuélt kan også anordningen eller bølge-pumpen i sin helhet være anordnet forskyvbar i høyderetning-en, i det den f-.-eks-.- er anbragt på en teleskopsøyle, en skruespindel e.l. As will be seen from fig. 3, the inclination of the roof 11 is preferably adjustable, for example by means of a lever 36, one end of which is hinged to the upper side of the roof and the other end is connected to a piston rod in a piston/cylinder unit. Optionally, the device or the wave pump as a whole can also be arranged to be displaceable in the height direction, in that it is, for example, placed on a telescopic column, a screw spindle or the like.

Som det tydelig vil fremgå av fig. 3 vil den luft som befinner seg mellom bølgekammene 28 bli innesluttet mellom disse og skråtaket samt komprimert på sin vei mot innløpet 14 og presset sammen med vann inn i trykkbeholderen 16. As will clearly appear from fig. 3, the air located between the wave combs 28 will be enclosed between them and the pitched roof and compressed on its way towards the inlet 14 and pressed together with water into the pressure vessel 16.

I tilfelle man bare ønsker å utnytte den innpressede luft i trykkbeholderen 16 for drift av en maskin, f.eks en turbin, er det i den nedre del av trykkbeholderen 16 anordnet et vannav-løp'32 for å tillate praktisk talt uhindret" utstrømning av det inntrengende vann i trykkbeholderen 16. I trykkbeholderen 16 befinner det seg da hovedsakelig bare trykkluft,som f.eks benyttes for drift av en turbin. In the event that one only wishes to utilize the compressed air in the pressure vessel 16 for the operation of a machine, e.g. a turbine, a water drain '32 is arranged in the lower part of the pressure vessel 16 to allow a practically unhindered outflow of the penetrating water in the pressure vessel 16. In the pressure vessel 16, there is mainly only compressed air, which is used, for example, to operate a turbine.

I fig. 2 befinner trykkbeholderen 16 seg på et høyere nivå.In fig. 2, the pressure vessel 16 is located at a higher level.

Det vann som passerer innløpet 14 rives med av den innesluttede luft i en stigeledning 22 oppover til trykkbeholderen 16. på samme, måte som i en såkalt "mammutpumpe". I trykkbeholderen 16 skilles da atter luft og vann. The water that passes the inlet 14 is pulled along by the enclosed air in a riser 22 upwards to the pressure vessel 16 in the same way as in a so-called "mammoth pump". Air and water are then separated again in the pressure vessel 16.

Den beskrevne anordning kan også arbeide i rolig vær på flere kyststrekninger, f.eks på kysten av Kanariøyene hvor brennings-bølgene selv ved vindstille kan ha en høyde på ca. 1 meter. Brenningsbølgenes hastighet er ca. lm/sec. Disse bølger er istand til å komprimere luft i sådan grad at kompresjons-r trykket tilsvarer en vannsøyle på omtrent 1,5 m (sansynligvis høyere). Bare ca. en tredjedel av denne komprimerte luft presses inn i trykkbeholderen. Dette:;er imidlertid tilstrekke-y lig til å oppnå en effekt på omtrent 4 til 5kW pr. m kyst-strekning eller bølgefanger. The device described can also work in calm weather on several stretches of coast, for example on the coast of the Canary Islands where the surf waves can have a height of approx. 1 meter. The speed of the combustion waves is approx. lm/sec. These waves are capable of compressing air to such an extent that the compression pressure is equivalent to a water column of approximately 1.5 m (probably higher). Only approx. a third of this compressed air is pressed into the pressure vessel. This is, however, sufficient to achieve an effect of approximately 4 to 5 kW per m coastal stretch or wave catcher.

Det fremspringende tak 11 består fortinnsvis av armert betong, og undersiden kan med utgangspunkt fra innløpet 14 være krumm-et hyperbolsk eller parabolsk oppover i retning av takets fri éhde. Ved innløpet 14 befinner, undersiden av taket 11 seg ca. 0,5 m over den midlere vannoverflate. Den fri ende av et fremspringende tak av lengde 3,5 til 5 m befinner seg da ca. 2,5 til 3 m over vannoverflaten. The projecting roof 11 preferably consists of reinforced concrete, and the underside can, starting from the inlet 14, be curved hyperbolic or parabolic upwards in the direction of the free height of the roof. At the inlet 14, the underside of the roof 11 is approx. 0.5 m above the mean water surface. The free end of a projecting roof of length 3.5 to 5 m is then located approx. 2.5 to 3 m above the water surface.

I fig. 4 er det vist en ren bølgeluftpumpe, som består av et krukkeformet hus 38 og et stempel 40 inne i huset. Den åpne ende av det krukkeformede hus 38 er nedbygget i vannet. In fig. 4 shows a pure wave air pump, which consists of a jar-shaped housing 38 and a piston 40 inside the housing. The open end of the jar-shaped housing 38 is built into the water.

Vannets bevegelse i vertikal retning kan således påvirke undersiden av stemplet 40. Mellom oversiden av stemplet 40 og det krukkeformede hus 38 er det innesluttet luft, som ved oppover-rettet bevegelse av kolben 40 presses gjennom en ledning 42. Ved bevegelse av kolben 40 nedover suges så ny luft fra om---givelsene inn gjennom en innløpsventil 44. Under innsugningen lukker en tilbakeslagsventil ledningen 42. I innløpsventilen 44 er det også anordnet en tilbakeslagsventil, som lukkes når luft presses ut gjennom ledningen 42. Til denne ledning 42 The movement of the water in a vertical direction can thus affect the underside of the piston 40. Between the upper side of the piston 40 and the jar-shaped housing 38, there is enclosed air, which when the piston 40 moves upwards is pushed through a line 42. When the piston 40 moves downwards, it is sucked then new air from the surroundings enters through an inlet valve 44. During the intake, a non-return valve closes the line 42. In the inlet valve 44, a non-return valve is also arranged, which closes when air is forced out through the line 42. For this line 42

kan det være tilsluttet en luftturbin e.l. Bølgeluftpumpen i henhold til fig. 4 arbeider således bare under utnyttelse av den vertikale bølgebevegelse. can it be connected to an air turbine etc. The wave air pump according to fig. 4 thus only works under the utilization of the vertical wave movement.

En sådan bølgeluftpumpe i henhold til fig. 4 kan imidlertid med fordel kombineres med de anordninger som er vist i fig. 1-3, i det ledningen 42 munner ut i trykkbeholderen 16 for derved å øke lufttrykket i denne beholder, således at det oppsamlede vann i beholderen 16 kan bringes opp på et ennu høy-ere nivå. Such a wave air pump according to fig. 4 can, however, be advantageously combined with the devices shown in fig. 1-3, in that the line 42 opens into the pressure container 16 to thereby increase the air pressure in this container, so that the collected water in the container 16 can be brought up to an even higher level.

Ved den foréliggende løsning i henhold til oppfinnelsen utnyttes således både brenningsbølgenes støtenergi og den luft som rives med å-,innesluttes av bølgene for å frembringe potesiell energi. In the present solution according to the invention, both the impact energy of the burning waves is utilized and the air that is torn by the waves is enclosed by the waves to produce potential energy.

Gode resultater kan også oppnås ved en løsning hvor bølgefang-eren bare utgjøres av de to konvergerende sidevegger 24, 26 mot innløpet 14, og ikke omfatter noe fremspringende skråtak. Mellom de to sidevegger 24,26 fremkommer da forsterkede bølger, som derpå fra relativ,:-stqr høyde .styrter ned'på den ventil 12 som er anordnet i innløpet 14. Herunder rives imidlertid for-holdsvis lite luft med inn i innløpet 14, således at det hovedsakelig foreligger en ren "hydraulisk rambukkvirkning". Good results can also be achieved with a solution where the wave catcher only consists of the two converging side walls 24, 26 towards the inlet 14, and does not include any projecting sloping roof. Between the two side walls 24,26, amplified waves then appear, which then, from a relatively high height, crash down on the valve 12 which is arranged in the inlet 14. Below this, however, relatively little air is drawn into the inlet 14, so that there is mainly a pure "hydraulic buckling effect".

Samtlige beskrevne . særtrekk anses som vesentlig for foreliggende oppfinnelse, så sant de hver for seg eller i kombinasjon er nye overfor teknikkens stand. All described. distinctive features are considered essential for the present invention, as long as they are individually or in combination new compared to the state of the art.

Claims

1. Method for utilizing part of the inherent energy in water waves, especially sea waves, characterized by the fact that air that is between the wave crests is enclosed and led together with water into a pressure vessel where the enclosed air serves to propel the water to a higher level .

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the air located between the wave crests is compressed in the pressure vessel to drive the water to a higher level.

3. Device for utilizing part of the inherent energy in water waves, in particular sea waves, in particular for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that the device comprises a wave catcher (10) to enclose air that is between the wave crests (28) of incoming burning waves, an inlet (14) at the end of the wave catcher and connected to a pressure vessel (16) for taking in water and air, as well as a non-return valve (12) etc. in the inlet (14) to prevent backflow out of the pressure vessel (16).

4. Device as specified in requirements, characterized in that a riser (18) to a water supply (20) at a higher level is connected to the lowermost area of the pressure vessel (16).

5. Device as stated in claim 3, characterized in that the inlet (14) is connected to a riser (22) where the penetrating water of the supplied air is torn by a higher pressure vessel or water supply.

6. Device as stated in claims 3-5, characterized in that the wave catcher (10) comprises a projecting roof (11) which is arranged at approximately the average height between wave crest and wave trough, preferably approximately in the upper third of this the height range, in which the roof extends obliquely upwards in the direction of its free end, which means opposite the propagation direction of the incoming waves.

7. Device as stated in claim 6, characterized in that the free outer end of the projecting roof (11) lies above the highest wave crest for a medium-sized wave.

8. Device as stated in claims 1-7, especially claims 6 and 7, characterized in that the wave catcher (10) is bounded laterally by two side walls (24, 26) which converge towards the inlet (14), so that a approximately funnel-shaped wave catcher (10).

9. Device as set forth in claims 3-8, characterized in that the height and/or slant position of the projecting roof (11) is adjustable.

10. Device as stated in claims 3-9, characterized in that the underside of the roof (11) exhibits a hyperbolic or parabolic curvature in the direction of movement of the incoming waves.

11. Device as stated in claims 8-10, characterized in that the mutually opposite sides of the side walls (24, 26) have a hyperbolic or parabolic curvature.

12. Device as stated in claims 3-11, characterized in that an approximately upright end wall (30) is arranged at the end of the wave catcher (10).

13. - Device as stated in claims 8-9, characterized in that at the inner end of the wave catcher there is arranged a downwards curved end wall which starts from the pitched roof (11), while the opening of the inlet lies in an approximately horizontal plane.

14. Device as specified in claim 13, characterized in that the pressure vessel is equipped with a water drain (32).

15. Device as specified in claim 3 -'14, characterized in that the wave catcher (10) is formed by two side walls (24, 26) with mutually convergent courses towards the inlet (14).