NO872909L

NO872909L - DEVICE FOR CONVERSION OF ENERGY IN SEA WAVES TO USEFUL ENERGY.

Info

Publication number: NO872909L
Application number: NO872909A
Authority: NO
Inventors: Knut Boenke
Original assignee: Knut Boenke
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1987-07-13
Also published as: NO872909D0

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for omvandling av den mekaniske energi i havbølger til nyttbar mekanisk, termisk, kjemisk eller elektrisk energi basert på benyttelse av en svingende vannsøyle, idet innretningen omfatter et svingekammer for opptagelse av vannsøylens vannmasse, idet svingekammeret har en lengdeakse som danner en vinkel med vertikalen. The invention relates to a device for converting the mechanical energy in sea waves into usable mechanical, thermal, chemical or electrical energy based on the use of an oscillating water column, the device comprising a swing chamber for recording the water mass of the water column, the swing chamber having a longitudinal axis that forms an angle with the vertical.

Bølgekraftverk basert på prinsippet med en svingende vannsøyle er nå under utprøving i Norge. Eksperimentelle arbeider pågår også i Canada, Japan, Kina, Portugal og Storbri-tannia . Wave power plants based on the principle of an oscillating water column are now being tested in Norway. Experimental work is also underway in Canada, Japan, China, Portugal and Great Britain.

For å kunne tappe energi fra havbølger ved hjelp av en svingende vannsøyle, må egenfrekvensen(e ) ( resonans frekvensen(e) ) for vannsøylen ligge nær frekvensen for de bølger som man vil tappe energi fra. In order to be able to tap energy from sea waves with the help of an oscillating water column, the natural frequency(s) (resonance frequency(s)) of the water column must be close to the frequency of the waves from which you want to tap energy.

En svingende vannsøyle er i prinsipp et halvt U-rør. A swinging water column is basically half a U-tube.

Resonansfrekvensen f for et U-rørben er bestemt av benets The resonant frequency f of a U-tube leg is determined by the leg's

r r

lengde l ved formelenlength l by the formula

hvor g er tyngdeakselerasjonen. where g is the acceleration due to gravity.

Når man ønsker en bestemt resonansfrekvens, er med andre ord U-rørbenets lengde gitt ved When a specific resonant frequency is desired, in other words, the length of the U-tube leg is given by

Avhengig av bølgemiljøet på det sted hvor et bølgekraft-verk skal bygges, kan det være aktuelt å velge f rmellom ca.. 1/14 og 1/7 Hz. Dette innebærer lengder l mellom 47 og 12 me t e r. Depending on the wave environment in the place where a wave power plant is to be built, it may be appropriate to choose between approx. 1/14 and 1/7 Hz. This involves lengths between 47 and 12 metres.

Den effekt som det er mulig å produsere med en svingende vannsøyle, er direkte proporsjonal med det såkalte "vætende volum". Dette volum er lik vannspeilarealet i U-røret multipli-sert med vannspeilets svingeamplitude. Da store deler av de rene byggekostnader (anleggskostnadene) for bølgekraftverk er direkte proporsjonale med U-rørbenets volum, vil kostnadene ved konvensjonelle bølgekraftverk bli meget store når store effektmengder skal produseres. The effect that it is possible to produce with a fluctuating water column is directly proportional to the so-called "wetting volume". This volume is equal to the water mirror area in the U-tube multiplied by the water mirror's oscillation amplitude. As large parts of the pure construction costs (installation costs) for wave power plants are directly proportional to the volume of the U-tube leg, the costs of conventional wave power plants will be very high when large amounts of power are to be produced.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning av den innledningsvis angitte type som resulterer i en vesentlig reduksjon av byggekostnadene for bølgekraftverk. The purpose of the invention is to provide a device of the type indicated at the outset which results in a substantial reduction of the construction costs for wave power stations.

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at svingekammerets hellingsvinkel <p i forhold til vertikalen er valgt slik at den tilfredsstiller relasjonen The above purpose is achieved according to the invention by the fact that the angle of inclination <p of the swing chamber in relation to the vertical is chosen so that it satisfies the relation

der ø er vannsøylens ønskede resonans frekvens, er vann-søylens lengde, og g er tyngdeakselerasjonen. where ø is the desired resonant frequency of the water column, is the length of the water column, and g is the gravitational acceleration.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser en vannsøyle i et vertikalt anbrakt svingekammer, og fig. 2 viser en vannsøyle i et svingekammer som er skråttstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen. The invention will be described in more detail below with reference to the drawing, where fig. 1 shows a column of water in a vertically arranged swing chamber, and fig. 2 shows a column of water in a swing chamber which is inclined in accordance with the invention.

På fig. 1 er vist et svingekammerdannende U-rørben 1 som er vertikalt anbrakt i en vannmasse 2 og inneholder en svingende vannsøyle 3. In fig. 1 shows a swing chamber-forming U-tube leg 1 which is vertically placed in a body of water 2 and contains a swinging column of water 3.

Fig. 2 viser skjematisk en utførelse som illustrerer løsningen ifølge oppfinnelsen, og hvor det svingekammerdannende U-rørben 4 som inneholder en svingende vannsøyle 5, er skråttstilt og danner en vinkel <j>. med vertikalen. Ved hjelp av kjent teori kan det vises at resonansfrekvensen nå blir Fig. 2 schematically shows an embodiment that illustrates the solution according to the invention, and where the swing chamber-forming U-tube leg 4 containing a swinging water column 5 is inclined and forms an angle <j>. with the vertical. Using known theory, it can be shown that the resonance frequency now becomes

Dette innebærer at man for å oppnå en ønsket resonans frekvens, kan velge lengden av U-rørbenet 4 lik This means that in order to achieve a desired resonant frequency, the length of the U-tube leg 4 can be chosen equal to

Skråstillingen av svingekammeret 5 gir også et større horisontalt vannspeilareal Aø - A^/cos <p , der Aq er arealet normalt på U-rørbenets 4 akse. The inclined position of the swing chamber 5 also gives a larger horizontal water surface area Aø - A^/cos <p , where Aq is the area normal to the axis of the U-tube leg 4.

For å oppnå et ønsket, horisontalt vannspeilareal A , kan man altså velge In order to achieve a desired horizontal water surface area A, one can therefore choose

Totalvolumet av U-rørets ben, Aq • , kan således reduseres proporsjonalt med cos^Ø , mens resonans frekvensen og det hori-sontale vannspeilareal bibeholdes konstant. Dette betyr at energiproduksjonen pr. volumenhet av U-rørbenet øker proporsjonalt med cos ( f) . The total volume of the legs of the U-tube, Aq • , can thus be reduced proportionally with cos^Ø , while the resonance frequency and the horizontal water mirror area are kept constant. This means that the energy production per unit volume of the U-tube leg increases proportionally with cos ( f) .

Da store deler av de rene byggekostnader for bølgekraft-verk som nevnt er direkte proporsjonale med U-rørbenets volum, innses det at kostnadene kan reduseres vesentlig når man velger vinkelen ø > 0 . As large parts of the pure construction costs for wave power plants, as mentioned, are directly proportional to the volume of the U-tube leg, it is realized that the costs can be significantly reduced when the angle ø > 0 is chosen.

I den viste prinsipputførelse danner U-rørbenet et svingekammer med en rettlinjet senterlinje som danner den nevnte vinkel <f> med vertikalen. Det kan imidlertid også være fordelak-tig med utførelser hvor svingekammerets senterlinje er krum eller danner en skruelinje. In the principle embodiment shown, the U-tube leg forms a swing chamber with a rectilinear center line which forms the aforementioned angle <f> with the vertical. However, it can also be advantageous with designs where the pivot chamber's center line is curved or forms a helical line.

Claims

1. Device for converting the mechanical energy in ocean waves into usable mechanical, thermal, chemical or electrical energy based on the use of an oscillating column of water, the device comprising an oscillating chamber (4) for recording the water mass of the water column (5), the oscillating chamber (4) has a longitudinal axis that forms an angle (ø ) with the vertical, CHARACTERIZED BY the said angle ( 4>) being chosen so that it satisfies the relation

where f^ ø is the desired resonance frequency of the water column (5), is the length of the water column, and g is the gravitational acceleration.

2. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the center line of the swing chamber (4) is a straight line which forms the aforementioned angle (0) with the vertical.

3. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the center line of the swing chamber is curved.

4. Device according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the center line of the swing chamber is a helical line.