NO801530L - Undervannsakkumulator for trykkgass. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for akkumulering av trykkgass, såsom trykkluft, under vann, for uttak av gass fra innretningen under konstant trykk.

I den hensikt å kunne utnytte energien i tidevanns-strømmer eller andre havstrømmer er det fra US patent nr.

4 071 305 kjent en innretning som innbefatter en mekanisme

for tilveiebringelse av trykkluft i samsvar med rotasjons-bevegelsen-til en rotor som drives av havstrømmene,, hvilken trykkluft utnyttes for drift av en generator. En vanskelighet med en slik energiomformer er at når havstrømmen endrer retning eller størrelse vil rotorens rotasjonsbevegelse tempo-rært stoppe eller bremses, og tilførselen av trykkluft til generatoren vil da svikte eller variere. En løsning på dette problem vil være å lagre trykkluft i en akkumulator på land, idet man da fra denne akkumulatoren kan ta luft under trykk også når den trykkluftfrembringende rotor er mer eller mindre ute av drift. Slike konvensjonelle akkumulatorer er imidler-tid ikke i stand til å gi konstant' lufttrykk. Det skyldes at lufttrykket bestemmes av den luftmengde som blir igjen i akkumulatoren. Dessuten må akkumulatorene være konstruktivt sett sterke nok til å kunne motstå lufttrykket som bygges opp i dem, og akkumulatorene er derfor relativt kompliserte og dyre i fremstilling.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det en akkumulator beregnet for plassering under vann, hvilken akkumulator er utført som angitt i krav 1, med de der fremhevede kjenne-tegn. Ytterligere trekk ved innretningen ifølge oppfinnelsen går frem av underkravene.

På denne måten oppnås det en undervannsakkumu-lator som kan avgi gass under konstant trykk, uavhengig av den gassmengde som er igjen i akkumulatoren. Undervanns-akkumulatoren kan gis en enkel og solid konstruksjon, lett vekt og kan monteres under vannet på relativ enkel måte.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under hen-visning til tegningene hvor,

fig. 1 viser et perspektivriss av en akkumu-

lator utført i samsvar med den idésom ligger til grunn for oppfinnelsen,

fig. 2 viser et forstørret snitt etter linjen II-II i fig. 1,

fig. 3 viser et perspektivriss av en andre utførelse av en akkumulator ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 viser et perspektivriss av en modifisert flottør som kan inkorporeres i akkumulatoren i fig. 3,

fig. 5 viser et perspektivriss av en tredje ut-førelse av-en akkumulator ifølge oppfinnelsen,

fig. 6 viser et forstørret, delvis gjennomskåret perspektivriss av en akkumulator som anvendt i fig. 5,

fig. 7 viser et snitt etter linjen VTI-VTI i

fig. 6, og

fig. 8 viser et perspektivriss av nok en ut-førelsesform av akkumulatoren ifølge oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse er særlig anvendbar i forbindelse med en akkumulator som vist skjematisk i fig. 1 og betegnet med 10.

En energiomformer 11 inneholder flere omformer enheter 12 beregnet for omdanning av energien i tidevanns-strømmer eller andre havstrømmer til høytrykksfluidumenergi, eksempelvis i formgav trykkgass. Trykkfluidet leveres gjennom en ledning 13 til akkumulatoren 10, og fra denne tilføres trykkfluidet til en kraftstasjon 14 på land.

Omformeren 11 er vanligvis plassert under vann og forankret i havbunnen. Som best vist i fig. 2 innbefatter hver omformerenhet 12 et rektangulært hus 15 med et plenum-kammer 16 hvori det opprettholdes et lufttrykk som svarer til vanntrykket i den dybden hvor enheten 12 er plassert. Under plenumkammeret 16 er det en vannkanal 17 med to

åpne ender 18, 18. En rotor 19, med flere radielle ringer 20, er anordnet slik at rotorens øvre del befinner seg inne i plenumkammeret 16, mens rotorens nedre del befinner seg i vannkanalen 17. En omdannermékanisme 21, eksempelvis en luft-kompressor, er koplet til rotorens 19 aksel. På hver side av plenumkammeret 16 er det en luftfelle 22. Hver av luftfellene er åpne nedad mot vannkanalen 17 og de tjener til å motta luft som unnslipper fra plenumkammeret 16 når eksempelvis omformeren 11 skråstilles under påvirkning av storm og

uvær. Den i fellene 22 oppfangede luft kan føres tilbake til plenumkammeret 16 gjennom.de med ventiler forsynte rør 23. På omformerenheten 12, ved de åpne kanalendene 18, 18

er det anordnet et par styreelementer 24 som tjener til å styre vannstrømmene slik at de går inn i vannkanalen 17.

Kraftanlegget 14 inneholder en eller flere (ikke viste) eleketriske generatorer som drives ved hjelp av trykkluften fra akkumulatoren. Kraftstasjonen 14 kan eventuelt monteres ombord i et skip eller forankres til havbunnen.

Akkumulatoren 10 innbefatter et reservoar 25 i form av en hulsylinder fremstilt av et stivt materiale, eksempelvis plast eller rustfritt stål. Reservoaret er lukket i den øvre enden med det viste sirkulære tak 26. Reservoarets 25 vegg 27 er utformet med flere åpninger 28 som er plassert nær den nedre enden og er fordelt rundt omkretsen. Vann kan strømme inn og ut av reservoaret 25 gjennom disse åpninger 28. Et par innløp- og utløppassasjer 29, 30 i form av ledninger står i forbindelse med reservoaret 25 gjennom taket 26. Innløpspassasjen 29 er tilknyttet ledningen 13 som kommer fra omformeren 11 og som tjener til å føre trykkgass til reservoaret 25. Utløpspassasjen 30 er tilknyttet kraftstasjonen 14

og tjener til levering av trykkgass fra reservoaret 25 og til stasjonen 14.

Reservoaret 25 er forankret til havbunnen ved hjelp av flere vekter 31. Fra hver av vektene går det en wire eller kabel 3 2 til reservoaret 25. Akkumulatoren 10 innbefatter videre et par vertikale vannledninger 33 som er montert på reservoaret 25, diametralt overfor hverandre. Hver ledning 3 3 har en nedre ende 34 som munner ut i reservoaret 25 ved dettes nedre ende, og en øvre ende 35 som munner ut i vannet nær reservoarets tak 26. Vannledningene 33 mulig-gjør en vannstrøm inn og ut av reservoaret 25.

Akkumulatoren 10 virker på følgende måte: Trykkluft som tilveiebringes i omformeren 11 føres inn i akkumulatorens reservoar 25 gjennom ledningen 13 og innløpspassasjen 29. Fortsatt innføring av luft i reservoaret 25 bevirker at det vann som befinner seg i reservoaret vil - presses ut gjennom åpningene 28 og ut gjennom vannledningene 33, slik at vannivået i reservoaret 25 synker. Når den i reservoaret 25 lagrede trykkluft føres ut gjennom utløpspassasjen 30 og til kraftstasjonen 14 vil vann strømme inn gjennom åpningen 28 og vannledningene 33 og inn i reservoaret 25, og vann-nivået vil da stige igjen i reservoaret 25. Sagt på annen måte, luften i reservoaret 25 vil alltid holdes under et konstant trykk som! svarer til vann trykket i den. dybden hvor akkumulatoren 10 er plassert. Er eksempelvis akkumulatoren 10 plassert i en vanndybde på 50 m vil vanntrykket på dette dyp være ca. 6 kg/cm (absolutt trykk). Lufttrykket vil således ikke reduseres eller variere i reservoaret 25, og trykkluft vil således under konstant trykk kunne tilføres kraftstasjonen på en stabil måte, slik at trykklufttilførselen egner seg som. drivkilde for kraftstasjonen. Da lufttrykket i reservoaret 25 svarer til vanntrykket på den dybden hvor akkumulatoren 10 er plassert, vil trykkene på innerflatehe og ytterflatene til henholdsvis tak og vegg i reservoaret være utbalanserte, og reservoaret 25 vil derfor være fritt for déformasjonspåkjenninger eller bruddpåkjenninger som ellers ville oppstå. Akkumulatoren 10 egner seg særlig i havområder hvor overflatenivået til vannet ikke endrer seg særlig.

Fig. 3 viser en akkumulator 36 som er egnet for bruk i havområder hvor vannoverflatens høyde varierer meget, (eksempelvis tidevannsbevegelser). Akkumulatoren 36 innbefatter et sylindrisk reservoar 37 med en åpen bunn 38 hvorigjennom sjøvannet kan gå inn og ut av reservoaret 37. Et par innløps- og utløpspassasjer 39, 40 muliggjør innføring henholdsvis utføring av trykkluft til reservoaret 37. Trykkluften kommer fra omformeren 11 og går til kraftstasjonen 14.

Fra bunnen av reservoaret 37 henger det flere vekter 41 som tjener til å holde reservoaret 37 i oppreist stilling under vann. Reservoaret 37 innbefatter innretninger hvormed reservoaret kan holdes i hovedsaklig konstant dybde. Disse innretninger innbefatter en vinsj 42, montert på taket 43, en skive 44, flere wirer 45 som kan vikles på og av skiven 44 når vinsjen 42 driver skiven, og flere flottører 46 .som er tilknyttet de andre.endene til de respektive wirer 45. Flottørene 46 er fremstilt av et ekspanderbart materiale såsom gummi eller syntetisk harpiks, og det er fyllt med luft med et bestemt trykk. Et par vannivåfølere 47 av i og for seg kjent type er montert på innersiden av reservoarets 37 vegg 48. Disse følerne 47 tjener til å påvirke vinsjen

42 når vannet i reservoaret 47 når bestemte nivåer.

Når trykkluftmengden i reservoaret 37 øker som følge av innstrømming av luft gjennom innløpspassasjen 39 vil reservoaret 37 ha en tendens til å bevege seg opp, med øket oppdrift. Samtidig synker vannivået i reservoaret 37

og når til slutt et nedre punkt hvor følerne 47 vil påvirke vinsjen 42. Vinsjen 42 vil da starte og påvirke wirene 45 som så trekker flottørene 46 nedover til de med striplede linjer antydede stillinger 49. Når flottørene 46 trekkes ned vil de trekke seg sammen og få mindre oppdrift. Den totale oppdriftskraft for akkumulatoren 36 reduseres derved og derved undertrykkes også reservoarets 37 tendens til å forskyve seg nedover ved tømming av trykkluft gjennom utløpspassasjen 40. Ved tømmingen vil vannivået i reservoaret 37 stige og nå et bestemt øvre punkt hvor følerne 47 igjen bringes til virksom-het og påvirker vinsjen 42 for dreiing av skiven 44 i mot-satt retning. Wirene 45 gis da ut og flottørene 46 tillates å bevege seg oppover til de stillinger som er vist med stip-lede linjer og er betegnet med 50. Når flottørene 46 går opp vil de blåses opp og vil derfor få øket oppdrift, hvilket vil kompensere for den oppdriftsreduksjon som reservoaret has fått som følge av forbruk av trykkluft. Den i vannet opphengte akkumulator 46 vil således automatisk stilles inn og holdes i en konstant dybde i vannet selv når vannivået i reservoaret 37 endres.

Fig. 4 viser en modifisert flottør 51 fremstilt av et stivt materiale, eksempelvis plast eller stål. Flott-øren 51 er utformet som en hul kule og er tilknyttet reservoaret 37 (fig. 3) ved hjelp av kjettingen 52. Flottøren 51 har flere hull 5 3 som er anordnet rundt kroken 5 4 på flottøren. Vann kan strømme inn og ut av flottøren 51 gjennom disse hullene 53. Når den er i bruk inneholder flottøren 51 en bestemt luftmengde som komprimeres og gir redusert opp-.

drift når flottøren 51 senkes, og som ekspanderer og gir øket oppdrift når flottøren 51 beveges oppover. Flottøren 51 er fordelaktig fordi den kan motstå et relativt høyt vanntrykk, er fri for brekkasjefare som følge av utmatting, og har således lang levetid.

Utførelsen i fig. 5-7 innbefatter et generator-anlegg 55 som er neddykket i sjøen og mottar trykkluft i

fra omformeren 11 gjennom en luftledning 56. I anlegget

55 tilveiebringes elektrisk kraft som overføres gjennom ledningene 57 til en understasjon 58 på o^and. Generatoranlegget 55 innbefatter i hovedsaken et hus 59, et par akkumulatorer 6 0 montert i huset 59 for lagring av trykkluft som tilføres gjennom ledningen 56 og flere generatorenheter 61 hvormed trykkluftenergi fra akkumulatorene 60 omdannes til elektrisk kraft. Slike generatorenheter er av i og for seg kjent type. Generatoranlegget 55 er forankret til havbunnen ved hjelp av flere vekter 6 2 og wirer 63 med tilhørende flottører 64. Som best vist i fig. 6 og 7 innbefatter hver akkumulator 60 et hult, sylindrisk reservoar 65 som kan bevege seg vertikalt og er opplagret i en hylse 66 i huset 59. Opplagringen skjer ved hjelp av flere ruller 67 som er montert på sylinderveggen 98 til reservoaret 65 og har rullesamvirke med hylsen 66. Reservoaret 65 innbefatter et par kamre 68, 69 som er anordnet henholdsvis i øvre og nedre ende av reservoaret 65. Disse kammerne 68, 69 står i forbindelse med hverandre ved hjelp av et par • ledninger 70, hver med en ventil 71. Kammerne 68, 6 9 er forsterket med flere ribber 72.

Reservoaret 6 5 har en åpning 73 i bunnen og

et par luftinnløp- og- utløpspassasjer 74, 75 gjennom denne åpning 73 og inn i det indre av reservoaret 65. Passasjene 74, 75 munner ut nær det øvre kammer 68. En vinsj 76 er montert på toppen. Vinsjen 76 innbefatter et kjedehjul 77, og en kjede 78 er lagt rundt kjedehjulet og er med en ende 80 forbundet med en vekt 81, mens den andre kjedeenden 79

er fri. I kjeden er det innskutt en flottør 82 (fig. 5).

I fig. 5 er det vist hvordan luftledningen 56

er tilknyttet innløpspassasjene 74, mens utløpspassasjene

75 er tilknyttet generatorenhetene 61. Generatoranlegget 55 innbefatter et luftkammer 83 i den øvre del, hvilket luftkammer gir anlegget 55 en egnet oppdrift for stabilisering av anlegget 55. Opp fra anlegget 55 går det en ledning 84 for utslipp av forbrukt luft.

I reservoaret 65 er det en vanntrykkføler 85 som ettersom vannivået varierer overfører tilsvarende signaler for innkopling av vinsjen 76. Disse følerne 85

kan være av en hvilken som helst konvensjonell, egnet type.

Energien i tidevannstrømmer eller andre strømmer i vannet omdannes i omformerne 11 til trykkluft, som mates gjennom ledningen 56 og innløpspassasjene 74 til akkumulatorene 60, hvor luften lagres midlertidig. Luften holdes alltid under konstant trykk under påvirkning av vanntrykket som virker i reservoarene 65 gjennom åpningene 73. Trykkluften føres til generatorenheten 61 via utløpspassasjene 75. Når sjøens overflatenivå synker som følge av tidevannsbevegelser vil vanntrykket på akkumulatorene 60 bli mindre,

og lufttrykket i reservoarene 65 avtar også. Føleren 85

vil avføle en slik reduksjon av vanntrykket og vil da sette igang vinsjen 76 slik at den vinner opp kjedet 78, med det resultat at reservoaret 65 beveger seg nedover og lufttrykket igjen øker. Når sjøens overflatenivå stiger, ved flo sjø, vil lufttrykket i reservoarene 65 øke som følge av økende vanntrykk og føleren 85 vil også avføle dette og betjene vinsjen 76 for avspoling av kjeden 78. Reservoaret 65 løftes da og derved reduseres lufttrykket i reservoaret.. Generatorenheten 61 kan således drives med luft som står underkonstant trykk.

Trykkluft som kan ha trengt ned gjennom åpningen 73 når anlegget 55 vipper frem og tilbake under påvirkning av stormvær, fanges opp i det nedre kammer 69 og herfra

kan den innfangede luft sendes opp til det øvre kammer 68 gjennom de med ventiler forsynte ledninger 70.

Fig. 8 viser noen en utførelse ifølge oppfinnelsen. Et viktig trekk ved denne utførelse er anordningen av en skilleplate 101 som flyter på vannoverflaten i reservoaret 60 slik at man derved får en i hovedsaken her- metisk avtetting av vannet. Skilleplaten kan bevege seg vertikalt i samsvar med vannets vertikale bevegelse i reservoaret. 74 betegner en innløpsport for en trykkgass, og 75 er en utløpsport. Munningene til disse portene strekker seg opp til den øvre del av reservoaret 60. Henvisningstallene 104, 105 viser til henholdsvis en andre innløpsledning og

en andre utløpsledning som er løstagbart innført i innløps-ledningen 74a og utløpsledningen 75a, slik at gassen kan mates ut uten vanskeligheter når reservoaret 60 beveges vertikalt.

Selv om den gass som benyttes er en som løses opp i vann, eksempelvis hydrogenklorid eller amoniakk vil man få lite eller intet gasstap som følge av oppløsning, nettopp fordi den vannløslige gass kan lagres uten direkte kontakt med sjøvannet, som følge av anordningen av skilleplaten 102.

I fig. 8 er det i reservoaret vist en tørkeinn-retning 111 i den øvre del. Tørkeinnretningen tjener til å unngå uønskede duggdråpedannelser i reservoaret 60 selv når den trykkgass som tilføres akkumulatoren, på et større dyp hvor sjøen har lav temperatur, ikke er tørket i en rør-ledning. r

Skilleplaten 101 kan utføres som en hul konstruksjon. For at lufttrykket i den hule platekonstruk-sjon 101 skal kunne svare til trykket til gassen i reservoaret er platen 101 i så tilfelle i sin øvre flate forsynt med flere luftåpninger 113. Hver av disse er utført som oppragende stusser. Disse stussene hindrer at vann går inn i den hule platen 101, selv om det danner seg vanndraåper i reservoaret.

Claims (14)

1. Innretning for akkumulering av trykkgass under vann, karakterisert ved at den innbefatter: a) et reservoar beregnet til å plasseres under vannet for lagring av trykkgass, hvilket reservoar har en åpning hvorigjennom vannet kan strømme inn og ut av reservoaret, b) et par innløp- og utløpspassasjer som står i forbindelse med reservoaret for tilføring og tømming av trykkgass til henholdsvis,fra reservoaret, og c) en anordning i reservoaret for oppankring av reservoaret under vannet.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at forankringsinnretningen innbefatter flere vekter og wirer mellom de respektive vekter og reservoaret.

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at forankringsinnretningen innbefatter én vinsj montert på reservoaret og forsynt med et kjedehjul, idet en kjede er lagt rundt kjedehjulet og kan beveges ved hjelp av dette når vinsjen går, en vekt tilknyttet kjeden, og en anordning i reservoaret for driving av vinsjen når vanntrykket i reservoaret varierer.

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved et hus beregnet til oppankres under vann, og en hylse montert i huset, idet reservoaret er bevegbart opplagret i hylsen.

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved flere ruller som er dreibart montert på reservoaret og holdes i rullesamvirke med hylsen.

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at innløp- og utløpspassasjene strekker seg gjenom den nevnte åpning.

7. Innretning for oppsamling av trykkgass under vann, karakterisert ved at den innbefatter: a) et reservoar beregnet til å plasseres under vannet for lagring av trykkgass, hvilket reservoar har en åpning hvorigjennom vann kan strømme inn og ut av reservoaret, b) et par innløp- og utløpspassasjer som står i forbindelse med reservoaret for tilføring og tømming av trykkgass til henholdsvis fra reservoaret, og c) en anordning i reservoaret for holding av reservoaret i hovedsaken i en konstant dybde under vann.

8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at den nevnte anordning innbefatter en vinsj montert på reservoaret og forsynt med en skive, idet flere wirer er tilknyttet skiven med den ene enden slik at wirene kan vikles opp på skiven henholdsvis vikles av den når skiven drives av vinsjen, idet de andre endene til wirene er tilknyttet flere hule flottører, og ved at det på reservoaret forefinnes en anordning for igangsetting av vinsjen når vannet i reservoaret når et bestemt nivå.

9. Innretning ifølge krav" 8, karakterisert ved at de nevnte hule flottører er oppblåsbare.

10. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at'hver av de nevnte hule flottører innbefatter en stiv vegg med et gjennomgående hull.

11. Innretning for oppsamling av trykkgass under vann, karakterisert ved at den innbefatter: a) et reservoar beregnet til å plasseres under vannet for lagring av trykkgass, hvilket reservoar har en åpning hvorigjennom vann skal strømme inn o gut av reservoaret, b) et par innløp- og utløpspassasjer som står i forbindelse med reservoaret for tilførsel og tømming av trykkgass til henholdsvis fra reservoaret, og c) en anordning i reservoaret for holding av reservoaret i hovedsaken i en konstant dybde under vann, d) en skilleplate plassert på overflaten til vannet i reservoaret, hvilken skilleplate kan beveges vertikalt i samsvar med vannflatens vertikale bevegelse, slik at trykkgassen som lagres hindres i å få kontakt med og eventuelt oppløses i vannet.

12. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at den nevnte anordning innbefatter en vinsj montert i reservoaret og forsynt med en skive, idet flere wirer er tilknyttet skiven med en ende for av-vikling henholdsvis avspoling på og fra skiven når denne drives av vinsjen, idet de respektive andre ender av wirene er tilknyttet flere hule flottører, og en anordning i reservoaret for igangsetting av vinsjen når vannet i reservoaret når et bestemt nivå.

13. Innretning ifølge krav 12, karakterisert ved at de nevnte hule flottører er oppblåsbare.

14. Innretning ifølge krav 12, karakterisert ved at hver av de nevnte hule flottører innbefatter en stiv vegg med en gjennomgående åpning.