NO812789L - Anordning for utvinning av boelgeenergi. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for utvinning av energi fra bølger på en væskeoverflate.

Et eksempel på en sådan anordning er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.508.805 (US patentskrift nr. 4.164.383), og omfatter et antall delvis fylte sekklignende hylstere av fleksibelt ugjennomtrengelig material og anordnet i en rekke som er rettet i bølgenes forplantningsretning. Disse hylstere

er forbundet med en gasskrets for å sette en gass (f.eks. luft) under trykk i kretsen etter hvert som sjøen heves og senkes omkring hylsterene, mens. en turbin anordnet i gasskretsen tar ut energi fra den trykksatte gass. En sådan anordning vil i det følgende bli omtalt som "Lancasters fleksible sekkanordning".

I modifisert form er Lancasters fleksible sekkanordning beskrevet i britisk patentskrift nr. 2.060.082 A, og er dess-uten omtalt i en avhandling fremlagt av prof.M.J.French på et første symposium om utnyttelse av bølgeenergi, Chalmers tekniske høgskole, Gøteborg, Sverige, 30. oktober - 1.november 1979.

I denne modifiserte utførelse gjør langstrakte kanaler anordnet på oversiden av de sekklignende hylstere tjeneste både som deler av gasskretsen og som flytekammere.

Ved en bølgeenergianordning av annen utførelseform er et antall bevegelige panelstykker anordnet på linje i bølgenes forplantningsretning, samt utsatt for sådan påvirkning av bølgene at panelstykkenes bevegelse under denne påvirkning kan utnyttes

for å trykksette en gasskrets av samme art som beskrevet ovenfor.

Utførelseeksempler på den sistnevnte bølgeenergianordning er beskrevet i den britiske patentskrifter nr. 2.026.621 A og 2.047.353 A.

o

Et problem som er felles for mange bølgeenergianordninger, innbefattet de ovenfor beskrevede anordninger, er innstillingen av disse anordninger i forhold til bølgene på sådan måte at

anordningens arbeidsfunksjon optimaliseres.

For å lette denne innstilling er det i henhold til foreliggende oppfinnelse frembrakt en anordning for å utvinne energi fra bølger på en væskeoverflate og som omfatter et flytelegeme samt utstyr tilknyttet legemet og innrettet for å ta ut energi fra bølgene.

Anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at det i eller i forbindelse med flytelegemet er anordnet minst et kammer som er åpent mot væsken og innrettet for å delvis skylles med væske for derved å avgrense et romområde over væsken i kammeret, mens en lukkbar portinnretning er anordnet for å tillate luft å strømme inn i og ut av nevnte romområde i avhengighet av forandringer i væskenivået i kammeret, og følerutstyr er anordnet for å avføle legemets bevegelse i væsken samt for å avgi et signal avledet fra denne bevegelse til portinnretningen, for derved å styre portinnretningens arbeidsfunksjon i avhengighet av dette signal på sådan måte at væskenivået i kammeret påvirkes, og derved også legemets bevegelse i væsken modifiseres av den vekslende oppdrift som kammeret gir.

Fortrinnsvis er et sådant kammer anordnet i forenden og/eller akterenden av anordningen, idet vedkommende kammere tilsammen kan omfatte et flateområde på omkring 10 % av den vannoverflate som dekkes av anordningen.

Portinnretningen kan være innrettet slik at luftens strømnings-mengde gjennom portinnretningen varieres i avhengighet av nevnte signal, og kan omfatte et antall hengslete spjeld utstyrt med drivorganer for å styre spjeldenes stilling i avhengighet av det overførte signal,

Utstyr kan også være anordnet for å føre trykkluft inn i det avgrensede romområde i nevnte kammer, for derved å påvirke væskenivået i kammeret og således forandre kammerets oppdriftsvirkning.

Trykkluftutstyret kan omfatte en del av energiutvinnings-apparatet, trykklufttanker eller en innretning for luftbe-vegelse, slik som en høytrykksvifte.

Fortrinnsvis er avstanden fra kammeret til anordningens bevegelsesenter minst halvparten av bølgelengden for en typisk bølge i det område hvor anordningen skal anvendes.

Energiutvinningsutstyret kan omfatte en luftkrets anordnet for

å trykksettes av bølgeenergien samt en turbininnretning som luften i kretsen drives gjennom. Portinnretningen kan også

være forbundet med et energiutvinningsorgan for å optimalisere den energi som tas ut fra bølgene.

Følerutstyret kan omfatte aksellerometer-organer for å avføle

en lokal heve- og senkekomponent av anordningens bevegelse, gyro-stabilisert inklinometer-utstyr for avføling av anordningens stampevinkel, samt bølgemålerutstyr for å avføle bølgeperioden, bølgelengden og bølgehøyden for de innkommende bølger.

Oppfinnelsen vil nu bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelse-, eksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: figur 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en bølgeenergi-anordning . Figur 2 viser skjematisk og i nedsatt målestokk et snitt langs linjen II-II i figur 1. Figur 3 viser i forstørret målestokk et delsnitt gjennom den ene ende av anordningens i figur 2. Figur 4 viser en modifisert utførelse i det snitt som er angitt i figur 3. Figur 5 viser en planskisse sett i retning av pilen A i figur 4. Figur 6 viser skjematisk et blokkdiagram av en reguleringskrets

for anordningen i figur 1 og 2.

Figurene 7a til 7f viser grafisk duve-variasjonene for et stivt skrog. Figurene Ba til 8f viser grafisk stampe-variasjonene for det stive skrog i figurene 7a til 7f. Figur 9 viser grafisk forandringene i stampevinkelen for det stive skrog i figurene 7a til 7f gjennom en bølgeperiode, og

figur 10 viser grafisk stampevinkelens forandringer gjennom en bølgeperiode for et stivt skrog av samme art som vist i figur 9, men uten anvendelse av oppfinnelsens anordning.

Det skal nu henvises til figurene 1 og 2, hvor det er vist en anordning 10 for utvinning av energi fra bølger på en væske 16 (f.eks. sjøen). Anordningen 10 er stort sett lik den Lancasters fleksible sekkanordning som er vist i britisk patentskrift nr. 2.060.082A, og omfatter en langstrakt konstruksjon 16 med en venstre ballasttankinnretning 12 og en høyre ballasttankinnretning 13, som hver har trekantet tverrsnitt og strekker seg side ved side langs det nedre parti av anordningen 10, samt er oppdelt i et antall avgrensede tanker 12a, henholdsvis 13a, som hver er fylt med væske 16. På oversiden av ballasttankinnretningene 12,13, er det anordnet et antall venstre pumpekamre 14 samt høyre pumpekamre 15 side ved side langs hele konstruksjonen 11, idet hvert sådant pumpekammer 14,15 erluftfylt og i det minste delvis avgrenset av en bøyelig vegg 20 av plastbelagt duk eller lignende relativt tykk fleksibelt og ugjennomtrengelig'material, idet pumpekammerene er innbyrdes adskilt ved hjelp av relativt tynne skillevegger 21 av fleksibelt og ugjennomtrengelig material av samme art som materialet i de bøyelige vegger 20. En høy-trykkskanal 25 og en lavtrykkskanal 26 strekker seg side ved side langs anordningen 10 på oversiden av pumpekammerene 14,15, idet hvert pumpekammer 14,15, har en utløpsåpning 27 forbundet med høytrykkskanalen 25 og en innløpsåpning 28 forbundet med

lavtrykkskanalen 26.

Et hus 30 på oversiden av høytrykkskanalen 25 og lavtrykkskanalen 26 inneholder en turbo-generator 31 med en innløps-kanal 33 forbundet med høytrykkskanalen 25 og en utløpskanal 34 forbundet med lavtrykkskanalen 26.

Hver ballasttank 12a, 13a kan evakueres på vanlig måte, f.eks. tømning ved hjelp av trykkluft gjennom en .åpning (ikke vist) ,

for å forandre oppdriften og således anordningens trim i sjøen, idet trykkluften tilføres fra et vedlikeholdsfartøy eller fra selve anordningen 10. Et oppdriftskammer 36 er anbrakt nær hver ende av konstruksjonen 11, og et stabiliseringskammer 40

er også anordnet ved hver ytterende av konstruksjonen 11.

Hvert stabiliseringskammer 40 er i bunnen åpen mot væsken 16,

og har på oversiden en lukkbar portinnretning 41 med et antall innstillbare spjeld 42 (vist åpne) for å regulere luftstrømmen inn i og ut av kammeret 40 gjennom portinnretningen 41. Spjeldene 42 er anordnet svingbare om hver sin svingeakse 44 og styres av en føler- og reguleringskrets som er skjematisk vist i figur 6 og omfatter en føler- og reguleringsenhet 48 forbundet med forskjellige elektriske drivenheter 50 som er drivende forbundet med hvert sitt spjeld 42 (ikke vist i figur 6) for å kunne åpne eller lukke spjeldene 42 i avhengighet av et signal fra følerenheten 48. Denne føler-og reguleringsenhet 48 inneholder et gyro-stabilisert inklinometer (ikke vist) samt et aksellerometer (ikke vist) for avføling av henholdsvis stampe-komponenten og en lokal duvekomponent av anordningens bevegelse, og mottar data fra en bølgemåler 42 i forenden av anordningen 10 for avføling av bølgeperioden, bølgelengden og bølgehøyden for de innkommende bølger. Det skal nu atter henvises til figur 2 hvor det er vist at væsken 16 i stabiliseringskamrene 40 avgrenser et luftrom 46 under spjeldene 42, og ved hensiktsmessig styring av åpningen av spjeldene 42 (se figurene 2

og 3) og spjeldenes lukning (se figur'4 og 5) kan faktisk anordningens bevegelse på væsken 16 påvirkes etter ønske.

I drift innstilles anordningen 10 parallelt med middelretningen for de innfallende bølger, således at bølgene vil passere langs anordningen slik som angitt ved linjen 38 i figur 2. Den bøye-lige vegg 20 i hvert pumpekammer 14,15 utsettes således for trykk når en bølgetopp hever seg ved et pumpekammer, således at luft avgis fra vedkommende kammer 14 eller 15 gjennom kammerets tilordnede utløpsport inn i høytrykkskanalen 25,

etter hvert som de bøyelige vegger 20 etter tur gir etter for den trykkbelastning som påføres av bølgetoppene, slik som vist ved de stiplede linjer 20a til 20c i figur 1. Luften i høy-rykkskanalen 25 strømmer gjennom innløpskanalen 33 til turbogeneratoren 31 for å utføre nyttig arbeide i generatoren, og fra turbogeneratoren 31 strømmer luften gjennom utløpskanalen 34 til lavtrykkskanalen 26. Etter hvert som bølgetoppen passerer, således at nivået av væsken 16 etter hvert faller omkring hver bøyelige vegg 20,avgis luft fra lavtrykkskanalen 26 gjennom de respektive innløpsåpninger 28 til de forskjellige pumpekamre 14 eller 15, således at disse kamre utvides og deres bøyelige vegg 20 forskyves utover.

Denne rekkefølge av avvekslende inntrykning og påfølgende bevegelse utover av de fleksible vegger 20 med tilhørende tømning og utvidelse av pumpekamrene 14 og 15, fortsetter mens bølgetopper forplanter seg langs anordningen 10, og den elektriske utgangseffekt som frembringes"av turbogeneratoren 31 utgjøres av energi som er tatt ut fra bølgene.

Anordningens bevegelse i væsken 16 påvirkes av den virkning

som utøves av de stabiliserende kamre 40 for å optimalisere energiuttaket fra bølgene, Hvis f.eks. spjeldene 42 holdes lukket når væsken 16 hever seg omkring anordningen 10 i nærheten av vedkommende stabiliseringskammer 40, utøves en oppoverrettet kraft av lufttrykket i luftområdet 46 mot anordningen 10 ved dette stabiliseringskammer, når væsken 16 i kammeret 40 stiger. Ved hensiktsmessig tidsinnstilling av rekkefølgen av spjeldenes åpning og lukking i begge stabiliseringskamre 40, kan denne oppoverrettede kraft utnyttes for å nedsette anordningens

stampebevegelser under påvirkning av bølgene, og på lignende måte kan anordningens duvebevegelser styres. Duve- og stampe-amplitydene for en hypotetisk modell av et stivt skrog (ikke vist) utstyrt med stabiliseringskamre 40 som arbeider ved den dobbelte av bølgefrekvensen, er således beregnet og vist grafisk i figurene 7a til 7f samt figurene 8a til 8f for bølgeperioder av forskjellig varighet (T sekunder) for en anordning med en lengdeutstrekning på 5,5 meter i bølger med en bølgelengde på 4 meter. Figurene 7a til 7f viser virkningen på duvebevegelsen, mens figurene 8a til 8f viser virkningen på stampningen, idet et stabiliseringskammer 40 anvendes enten i skrogets forende eller akterstevn ved en åpnings- og lukkefølge for spjeldene med en hyppighet på to ganger bølgefrekvensen. Spjeldene 42 åpnes da innledningsvis ved et tidspunkt (t sekunder) etter et referansetidspunkt som tilsvarer det øyeblikk den lokale bølge ved hvert stabiliseringskammer 40 begynner å heve seg fra bølgedalen. I hver figur 7a til 7f og 8a til 8f er det et laveste kurvepunkt som representerer det tidspunkt (t) hvorfra åpningen av spjeldene 42 bør faseinnstilles for å frembringe minst mulig duve- eller stampekomponent i skrogets bevegelse.

I figur 9 er virkningen på stampebevegelsen for et skrog 60

av åpningen av spjeldene 42 for stabiliseringskammeret 40 i forenden av skroget 60, vist for en bølgeperiode på 1,6 sekunder og en tid t sekunder etter det ovenfor nevnte referansetidspunkt for den lokale bølge ved stabiliseringskammeret 40. Helningsvinkelen av skroget 60 i figur 9 representer øyeblikks-verdien av skrogets stampevinkel, og denne stampevinkel bør sammenlignes med den tilsvarende stampevinkel vist i figur 10 for et skrog 60a av samme art som skroget 60 i figur 9 under samme bølgeforhold, men uten et stabiliseringskammer 40.

Skjønt stabiliseringskammeret 40 er vist ved hver ende av anordningen 10, kan sådanne kamre 40 være anordnet bare ved den ene eller den annen ytterende av anordningen, samt også andre steder langs anordningen 10, f.eks. midt på denne, samt også utnyttes for å nedsette anordningens rullebevegelser.

En fordel av anvendelse av foreliggende oppfinnelsegjenstand

i forbindelse med Lancasters fleksible sekkanordning er at en sådan anordning med sin langstrakte konstruksjon i stille vanner biståbil med hensyn på stampevinkel, mens anordningen for optimal energiutvinning bør være omtrent horisontal. I den driftstilstand som tilsvarer stille vann;, innføres trykkluft

i luftrommet med portinnretningen lukket, for derved å ut-balansere anordningen ut fra forandringen i kammerets oppdriftsvirkning. Denne trykkluft kan tilføres fra høytrykkskanalen

25, fra gass-sylindere (ikke vist) eller fra en høytrykksvifte (ikke vist). Foreliggende oppfinnelsegjenstand kan imidlertid også inngå i andre bølgeenergianordninger for å modifisere anordningens bevegelse og/eller for å optimalisere dens bølge-energiuttak.

For de fleste formål er stabiliseringskammeret som dekker en vannoverflate på omtrent 10 % av bølgeenergianordningens totale flatedekning, fullt tilfredsstillende.

Det vil forståes at skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en portinnretning i form av et spjeldorgan med to stillinger, kan også portinnretningen være utført og anordnet slik at portåpningen kan varieres for å frembringe en variabel luftstrømningsmotstand gjenrTom portinnretningen. Hvis så ønskes kan luftstrømmen gjennom portinnretningen anvendes som en ekstra kilde for energi som tas ut fra bølgene. Alternative utførelseformer av portinnretningen kan anvendes,

og da ikke nødvendigvis i form av svingbare spjeld.

Vanligvis er det hensiktsmessig å utføre stabiliseringskamrene

i et stykke med anordningen, men i noen anvendelser kan det

med fordel anvendes et stabiliseringskammer som er festet til anordningen.

Den elektriske drivinnretning 50 for bevegelse av spjeldene 42 kan omfatte en elektrisk motor, mens alternativt drivutstyr også kan anvendes, feks. elektro-hydrualiske organer.

Claims (6)

1. Anordning for å utvinne energi fra bølger på en væskeoverflate og som omfatter et flytelegeme (11) samt utstyr tilknyttet legemet og innretttet for å ta ut energi fra bølgene, karakterisert ved , at det i eller i forbindelse med flytelegemet (11) er anordnet minst et kammer (40) som er åpent mot væsken (16) og innrettet for delvis å fylles med væske for derved å avgrense et romområde (46) over væsken i kammeret, mens en lukkbar..portinnretning (41) er anordnet for å tillate luft å strømme inn i og ut av nevnte romområde (46) i avhengighet av forandringer i væskenivået i kammeret (40), og følerutstyr er anordnet for å avføle legemets bevegelse i væsken (16) samt for å avgi et signal avledet fra denne bevegelse, til portinnretningen (41), for derved å styre portinnretningens arbeidsfunksjon i avhengighet av dette signal på sådan måte at væskenivået i kammeret påvirkes, og derved også legemets bevegelse i væsken modifiseres av den vekslende oppdrift som kammeret gir.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at portinnretningen (41) er innrettet for å variere mengdestrømmen av luft gjennom portinnretningen i avhengighet av det signal som avgis fra føler-utstyret (48).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at kamrene (40) dekker en vannoverflate på omtrent 10 % av den totale vannoverflate som deHces av anordningen (10) som helhet.

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at portinnretningen (41) omfatter et antall hengslete spjeld (42) og drivorganer (50) for å styre spjeldenes stilling i avhengighet av nevnte signal fra følerutstyret (48).

5. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at utstyr er anordnet for å innføre trykkluft i det avgrensede romområde (46) i nevnte kammer (40) for derved å forandre væskenivået i kammeret og dermed kammerets oppdriftsvirkning.

6. Anordning som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at avstanden fra nevnte kammer (40) til anordningens bevegelsesenter er minst halvparten av bølgelengden for den typiske bølge i det område hvor anordningen skal anordnes.