NO178164B - Anlegg for utvinning av energi fra vannbölger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et anlegg for utvinning av energi fra balger i bevegelse på vannoverflaten, og som angitt i den innledende del av krav 1.

Et kjent anlegg av denne art er beskrevet i svensk utlegningsskrift nr. 443.026. Dette kjente anlegg omfatter i prinsippet en halvkuppelformet, klokkelignende konstruksjon som flyter i vann og som er forsynt med et vanninntak ved toppen, idet vannet ledes til et oppsamlingsrør som fører vannet inn til en turbin for drift av en generator for elektrisk energi. Den kjente konstruksjon omfatter også mulig-heten for å anvende et langstrakt rør parallelt med vannoverflaten og med samme diameter i hele rørets lengde, hvilket rør ender i en diffusor for vannutløp.

Dette anlegg er innrettet til å flyte delvis neddykket og bølgene fanges opp av oppadragende tårn med åpninger til alle sider, slik at vannet i bølgene løper gjennom åpningene uansett hvilken retning bølgene har i forhold til anlegget. Dette er energimessig en uheldig konstruksjon, idet bare en mindre del av bølgene oppfanges, og dermed utvinnes bare endel av bølgenes energi.

Denne kjente konstruksjon har forøvrig ikke tatt høyde for loven om kommuniserende kar, idet anleggets diffusor er plassert direkte i forlengelse av det horisontale rør. En bølge som passerer vinkelrett på denne konstruksjon, vil delvis stoppe det meste av utløpet.

Anlegget ifølge oppfinnelsen og med de karakteristiske trekk som er angitt i krav 1, har den fordel at det blir oppnådd et apparat som konsentrerer og utnytter energien, dvs. både den kinetiske og den potensielle energi i bølgene, og leder det oppfangede vann til en kraftomsettende maskin uten anvendelse av spesielle bevegelige deler. Anleggets utformning gjør at en stor vannmengde løpende oppsamles i hele apparatets lengde, slik at det blir oppnådd maksimalt energiopptak.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen slik som angitt i krav 2, sikres det at anlegget ikke kan komme til å ri på bølgene, men at bølgende brytes over anlegget.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen slik som angitt i krav 3, økes vanninnstrømningshastigheten gjennom oppsamlingstraktene, slik at vannet når turbinen med forøket hastighet.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 4, sikres det at vannet ikke kan løpe ut av oppsamlingstraktene når bølgen har passert anlegget.

Anlegget er fortrinnsvis utformet slik som angitt i krav 5, slik at vanntilførselen til turbinen blir automatisk regulert.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 6, sikres en jevn tilførsel av vann til turbinen, selv om det er stor avstand mellom bølgene.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 7, blir den uttatte energi optimalisert, idet vannets strømningsretning ikke endres vesentlig.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 8, blir det til oppsamlingstraktene tilbakeført vann-mengder som ellers ville ha passert over anlegget.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 9, sikres en høy utstrømningshastighet av vannet i oppsamlingsrøret.

Ved å utforme anlegget ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 10, blir det oppnådd at anlegget deler en innkommet bølge, slik at anlegget blir jevnt belastet, og slik eit oppsamlingstraktene fylles suksessivt etterhvert som bølgen passerer anlegget, slik at en jevn innstrømning av vann dermed blir oppnådd, og dermed også en jevn og konstant tilførsel av vann til vannturbinen.

Et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen og forklares nærmere i den følgende beskrivelse, idet: Fig. 1 viser anlegget som helhet, men delvis gjennomskåret

på den ene side,

fig. 2 viser anlegget i mindre målestokk og flytende sett

fra siden,

fig. 3 viser et plant delsnitt III-III på fig. 1,

fig. 4 viser et plant delsnitt IV-IV på fig. 1, og fig. 5 viser et plant delsnitt V-v på fig. 1.

På fig. 1 sees anlegget ifølge oppfinnelsen som helhet skrått forfra, og med høyre side av konstruksjonen bort-skåret, slik at det blir mulig å se inn i denne.

Anlegget består av et flytelegeme 2, hvorav en del befinner seg over havoverflaten 25 og resten under overflaten. Anlegget er forankret til et bunnanker ved hjelp av et ankertau eller en ankerkjetting 7, som skal omtales nærmere senere. Anlegget er i det vesentlige kileformet, og ankertauet er festet i nærheten av spissen, slik at anlegget blir selvopprettende og alltid vender spissen mot de innkommende bølger. I den ende hvor bølgene først treffer anlegget, dvs. i den spisse ende av anlegget, omfatter dette en rampe 3 som går på skrå ned under overflaten, slik at innkommende bølger vil rulle oppover rampen og opp over konstruksjonen. Det flytende legeme 2. er forøvrig mønetak-formet, med mønet eller takryggen 23 i lengderetningen. Anlegget holdes flytende ved hjelp av et antall luftkamre 16, som er slik innstilt at i det vesentlige bare oppsamlingstraktene og skjoldet 15 befinner seg over vannoverflaten, se fig. 1.

Når bølgene ruller inn i og opp over konstruksjonen, fylles traktene 4 med vann, som med traktenes innsnevrede forløp med stor hastighet føres ned i et oppsamlingsrør 8, som på hver side er avsluttet i en turbin med en kraftomsettende maskin 9, f.eks. for generering av elektrisk energi, som gjennom en ikke vist kabel ledes til et vanlig strømforsyn-ingsnett, eventuelt over en koblings- eller omsetnings-stasjon.

Akterenden 5 av konstruksjonen ligger vanligvis under vannoverflaten.

Traktene 4 er dannet av buede eller krumme skall eller plater 12 og sideplater 20, som samtidig utgjør seksjons-skiller, slik at traktene 4 er anordnet i seksjoner. Traktene 4 er forøvrig anbragt i pilform med spissen mot ankertauet 7 og mønetaket 23, se fig. 1.

Bak traktene 4 er det anbragt et avlangt skjold 15, som kaster endel av toppen av bølgen, som ellers ville rulle over konstruksjonen, tilbake mot og ned i traktene.

På grunn av konstruksjonens kileform med mønetaket 23 og traktenes plassering, vil en innkommende bølge deles i to og fordele seg over anleggets to sider, med en suksessiv oppfyl-ling av traktene med vann. Dermed blir det en bedre utnyt-telse av vannmengden i en bølge, og det blir oppnådd en kontinuerlig vanntilstrømning til turbinen 9. Skjoldet er høyest på midten, og kan være utformet med økende krumning ut mot hver side.

Oppsamlingsrøret består i virkeligheten av to rør som går ut fra midten under mønetaket 23. Rørene 8 er likeledes anbragt i pilform og danner en mer spiss vinkel enn pilformen av traktene 4.

Ved hver side avsluttes anlegget med et sidekammer 10. Sidekammeret er delvis fylt med luft, og oppsamlingsrøret 8 munner ut på hver side gjennom turbinen 9 i kammeret 10, hvilket skal forklares nærmere under henvisning til tegningens fig. 5.

Av fig. 2 fremgår det nærmere hvordan anlegget ifølge oppfinnelsen flyter i vannoverflaten 27, og hvordan en bølge 26 passerer anlegget. Et bunnanker 26 holder anlegget 1 fast ved hjelp av en ankerkjetting eller et ankertau 7, som ved den øverste ende ved selve konstruksjonen formentlig er flerdelt, f.eks. tredelt. Ankerkjettingen skal ha en slik lengde at kjettingen ved høyvann danner en vinkel på minst 60° i forhold til horisontalen eller en vinkel V på 30° i forhold til vertikalen, som vist på tegningen. Derved blir det hindret at anlegget rider på bølgene, og maksimal energi-utvinning blir oppnådd.

Fig. 3 viser et vertikalt, plant delsnitt gjennom de ytterste trakter. Traktene er oppbygget av skall eller plater 12 som vender fremad mot den innkommende bølge. Mellom skallene dannes det spalter 13 med innsnevret tverr-snittsprofil, slik at vannhastigheten økes. Noen av skallene, fortrinnsvis de lavest beliggende skall, er forsynt med ventiler 18, som vil bli lukket hvis vannet forsøker å strømme tilbake og ut gjennom spaltene 13. Ventilklaffene 18 er f.eks. laget av armert gummi e.l., og utformet slik eit de er selvlukkende uten mekaniske manøvreringsorganer.

Den andre enden av kanalene kan også omfatte ventilklaffer 19, som hindrer vann fra de mer vertikalt plasserte spalter i å føres ut gjennom de fremadvendende spalter. Også disse ventiler er ventilklaffer av armert gummi e.l., uten mekaniske manøvreringsorganer. De viste vertikale spalter eller vannkamre kan være utformet med oppstuvnings- eller reservoarkamre 21, hvor vannet kan oppstuves for senere innløp til oppsamlingsrøret 8. Reservoarkamrene 21 har f .eks. utluftningsåpninger 22 ved toppen av kamrene, slik at eventuell luft i kamrene blir presset ut denne vei. For å sikre korrekt innstrømning av vann til innløpsrøret 14 for oppsamlingsrøret 8, kan det her være anbragt en svingbar ledeplate 24, slik at vanntrykk på den ene side av ledeplaten sperrer for innløp fra den motsatte side.

Vannet ledes forøvrig via innløpet 14 tangentielt inn i oppsamlingsrøret 8, slik at vannstrømningen i oppsamlings-røret forløper langs en skruelinje mot turbinen 9.

Fig. 4 viser et plant delsnitt i oppsamlingstraktene i nærheten av midten av anlegget. Det sees at oppsamlingstraktene ved midten av konstruksjonen ikke har reservoarkamre, og at oppsamlingsrøret 8 forøvrig er plassert lengre frem, hvilket skyldes at røret 8 forløper på skrå bakover, sett fra midten av konstruksjonen.

Av fig. 5 fremgår det hvordan vannutløpet fra turbinen 9 foregår i sidekammeret 10. Sidekammeret omfatter et utløps-kammer 17 som delvis er luftfylt, og hvor vannet fra oppsam-lingsrøret gjennom turbinen 9 føres ut i kammeret og derfra ut i havet. Når bølgene ruller inn over konstruksjonen og vannet føres ned gjennom traktene, vil det bli revet med endel luft som samler seg oventil i utløpskammeret 17. Utløpskammeret 17 har passende midler til å sikre at luften på hensiktsmessig måte kan forlate rommet, slik at en ønsket væskestand blir opprettholdt.

Alle deler av anlegget er utformet av solide materialer, fortrinnsvis som en sveiset stålkonstruksjon med en styrke som kan tåle den voldsomme belastning som hele konstruksjonen utsettes for. Alle deler er forøvrig utformet av korrosjons-fast materiale.

Den på tegningen og i beskrivelsen forklarte utførelses-form er utelukkende et eksempel, men allikevel et foretrukket eksempel på hvordan et anlegg ifølge oppfinnelsen kan utformes.

Det vil være klart for en fagmann på området at anleggets størrelse, styrke m.v. avhenger av hvor anlegget tenkes anvendt, de maksimale bølgehøyder på vedkommende sted, og gjennomsnittlig bølgefrekvens. Det vil således være mulig innenfor rammen av oppfinnelsen å fremstille anlegg av meget ulike størrelser.

Claims (10)

1. Anlegg for utvinning av energi fra bølger i bevegelse på vannoverflaten og omfattende et kileformet oppsamlingsaggregat (1) som er forankret i vannet og er selvjusterende mot bølgene, forsynt med en rampe (3) for bølgene og et ledeapparat som leder vannet til et oppsamlingsrør (8) og inn til en kraftomsettende maskin (9), hvor ledeapparatet omfatter et antall oppsamlingstrakter (4) for vann, hvilke trakter er dannet av et antall skall eller plater (12) som forløper krummet, slik at de mellom seg danner spalter (13) hvis tverrsnitt innsnevres i retning mot den kraftomsettende maskin (9), og disse skall eller plater ved innløpsenden danner en vinkel med omgivelsene, som i det vesentlige svarer til den forventede innfallsvinkel for vannet, karakterisert ved at oppsamlingstraktenes innløpskanter er innbyrdes forskjøvet slik at de danner en trappelignende konfigurasjon, hvor det lavest plasserte skall eller plate er lengst fremme i innstrømningsretningen.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en fortøy-ning ved spissen av det kileformede oppsamlingsaggregat, hvor fortøyningen omfatter en ankerkjetting (7) til et bunnanker (6), og at ankerkjettingen har en slik lengde at kjettingen ved høyvann danner en vinkel på minst 60° i forhold til horisontalen.

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at platene eller skallene danner oppsamlingstrakter sammen med vertikale seksjons-skilleplater (20), og at disse plater har vegger som er buet bakover.

4. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at de underste oppsamlingstrakter er forsynt med klaffventiler (18,19).

5. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at oppsamlingstrakter med klaffventiler har slike ventiler både ved innløpsenden og utløpsenden.

6. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste én av oppsamlingstraktene har et reservoarkammer (21) med en åpning til omgivelsene, og at reservoarkammeret er åpent mot bunn-området av oppsamlingstrakten.

7. Anlegg ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at oppsamlingstraktene munner ut i et skrått bakovervendende oppsamlingsrør (8) hvis ene ende avsluttes av en vannturbin som driver en kraftomsettende maskin (9) .

8. Anlegg ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at det ytterligere omfatter et skjold (15) som er anbragt bak oppsamlingstraktene (4) og har en høyde som overstiger traktenes høyde over vannlinjen.

9. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter luftkamre (16) på hver side av oppsamlingsrøret (8), og at oppsamlings-rørets ene ende munner ut i et utløpskammer (17) som er delvis luftfylt.

10. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at oppsamlingstraktene (4) er anbragt på et mønetakformet legeme (23) og at oppsamlingstraktene er anbragt i pilform med spissen mot de innkommende bølger.