NO813454L - Fremgangsmaate og anordning for aa utnytte vannboelgers energi - Google Patents

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.

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.

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.

Luften mellom bølgekammene komprimeres herunder fortrinnvis

i trykkbeholderen, således at den kan anvendes for å drive •

det vann som er trengt inn i beholderen til et høyere nivå.

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.

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-.-

Eventuell overskudds-luft i trykkbeholderen kan anvendes for direkte drift av en luftturbin e.l.v

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.

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.

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.

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.

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",

fig. lb viser bølgepumpen i henhold til fig. la sett ovenfra og i nedsatt målestokk,

fig. 2 viser i skjematisk tverrsnitt en annen utførelseform av en bølgepumpe,

fig. 3 viser i skjematisk tverrsnitt, en tredje utførelseform av bølgepunpen, og

fig. 4 viser en bølgeluftpumpe uten føring av vann til et høyere nivå.

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

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."

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.

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.

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.

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.

I fig. 2 befinner trykkbeholderen 16 seg på et høyere nivå.

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.

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.

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.

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.

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

kan det være tilsluttet en luftturbin e.l. Bølgeluftpumpen i henhold til fig. 4 arbeider således bare under utnyttelse av den vertikale bølgebevegelse.

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.

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.

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".

Samtlige beskrevne . særtrekk anses som vesentlig for foreliggende oppfinnelse, så sant de hver for seg eller i kombinasjon er nye overfor teknikkens stand.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for å utnytte en del av den iboende energi i vannbølger, særlig brenningsbølger, karakterisert ved at luft som befinner seg mellom bølgekammene innsluttes og ledes sammen med vann inn i en trykkbeholder hvor den innesluttede luft tjener til å drive vannet til et høyere nivå.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den luft som befinner seg mellom bølgekammene komprimeres i trykkbeholderen for å drive vannet tilbet høyere nivå.

3. Anordning for å utnytte en del av den iboende energi i vannbølger, særlig brenningsbølger, spesielt for utførelse, av fremgangsmåten i henhold til krav 1 eller,2, karakterisert ved at anordningen omfatter en bølgefanger (10)for å inneslutte luft som befinner seg mellom bølgekammene (28) av innkommende brenningsbølger, et innløp (14) ved bølgefangerens ende og tilsluttet en trykkbeholder (16) for opptak av vann og luft, samt en tilbakeslagsventil (12) e.l. i innløpet (14) for hindre tilbakestrømning ut av trykkbeholderen (16).

4. Anordning som angitt i krav, karakterisert ved at det til det nederste området av trykkbeholderen (16) er tilsluttet et stigerør (18) til et vannforåd (20) på et høyere nivå.

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at innløpet (14) er tilsluttet en stigeledning (22) hvor det inntrengende vann av den tilførte luft rives med en høyereliggende trykkbeholder eller vannforåd.

6. Anordning som angitt-.i krav 3-5, karakterisert ved at bølgefangeren.(10) omfatter et fremspringende tak (11) som er anordnet i .omtrent den midlere høyde mellom bølgetopp og bølgedal, fortrinnsvis omtrent i den øvre tredjedel av dette høydeområdet, i det taket forløper skrått oppover i retning av sin fri ende, hvilket vil si motsatt forplantningsretningen for de innkommende bølger.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at den fri ytterende av det fremspringende tak (11) ligger over den høyeste bølgetopp for en middels stor bølge.

8. Anordning som angitt i krav 1-7, særlig krav 6 og 7, karakterisert ved at bølgefangeren (10) side-veis er avgrenset av to sidevegger (24, 26) som konvergerer mot innløpet (14), således at det dannes en omrent traktformet bølgefanger (10).

9. Anordning som angitt i krav 3-8, karakterisert ved at høydestillingen og/eller skråstillingen av det fremspringende tak (11) er regulerbar.

10. Anordning som angitt i krav 3-9, karakterisert ved at undersiden av taket (11) oppviser en hyperbolsk eller parabolsk krumning i de innkommende bølgers bevegelsesretning.

11. Anordning som angitt i krav 8-10, karakterisert ved at de innbyrdes motstående sider av sideveggene (24., 26) har en hyperbolsk eller parabolsk krumning.

12. Anordning som angitt i krav 3-11, karakterisert ved at det ved enden av bølge-fangeren (10) er anordnet en omtrent opprettstående avslutningsvegg (30).

13. - Anordning som angitt i krav 8-9, karakterisert ved at det ved bølgefangerens indre ende er anordnet en nedoverréttet krum avslutningsvegg som utgår fra skråtaket (11), mens innløpets åpning ligger i et omtrent horisontalt plan.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at trykkbeholderen er ut^ styrt med et vannavløp (32).

15. Anordning som angitt i krav 3 -'14, kara/kterisert ved at bølgefangeren (10) er dannet av to sidevegger (24, 26) med innbyrdes konvergerede forløp mot'- innløpet (14) .