t.d. nytteenergi. Konstruksjonen er heilt eller delvis plassert i sjøen, og har ein eller fleire rørlege delar som er laga av stivt eller elastisk materiale, og som under innverknad av bølgjene på sjøen er i stand til å utføra svingingar. Den (dei) rørlege delen (delane) er kopla til ein eller fleire dempingsresistansar som er istand til å avgi nyttbar energi og/eller dissipera energi.

energi. Alternativt kan det primære føremålet med konstruksjonen vera å dempa bølgjene.

av bølgjeenergi. Tidlegare er energien i bølgjene blitt utnytta til å skaffa etter måten små energimengder til spesielle føremål, t.d. til lensepumper eller til energi-forsyning for varslingsbøyer på sjøen. I seinare tid er det også gjort konkrete framlegg for framgangsmåtar til energiutvinning i stor målestokk. (Sjå tidsskriftartiklar i Nature, 249, pp 720-724 (1974) og i IEEE Ocean, _1, 240-243 (1974).)

Desse framlegga gjeld store mekaniske svingesystem med rørlege konstruksjonsdelar av betong eller andre faste konstruksjonsmaterial. Bølgjene vekselverkar med svingesystemet gjennom desse rørlege delane. Dei rørlege delane driv pumper som i sin tur driv ein turbin som er kopla til ein elektrisk generator.

(Sjå US-patent nr. 2.886.951). I eit røyr eller i eit kammer blir ein væskemasse som står i direkte vekselverknad med sjøen sett i rørsle av bølgjene. Den svingande væskemassen kan nyttast til å generera energi, t.d. ved at væska, når denne er i sin høgaste posisjon, blir tappa over i eit basseng som ligg over havnivået og ved at væska derfrå blir ført gjennom ein turbin attende til sjøen.

Eigenf rekvensen til eit mekanisk svingesystem er (1 /2tt ) |/S/m, der S er stivleiken eller fjørkonstanten til systemet og m den totale effektive massen. I påtenkte bølgjeabsorbatorar har S sitt opphav i oppdriftskrefter eller andre gravitasjonseffektar, □en totale effektive massen inkluderer den hydrodynamiske med-svingande væskemassen og eventuelt den transformerte avstemmingsmassen som blir diskutert seinare.

er størst når eigenfrekvensen til svingesystemet er lik frekvensen til eksitasjonen. Det er kjent å nytta denne effekten når det gjeld energiutvinning frå havbølgjene ved hjelp av resonansavstemte væskemassar (hydraulisk resonator, sjå US-patent nr. 2.886.951). Det er også tidlegare kjent å påverka utvinninga av bølgjeenergi til mekaniske konstruksjonar ved hjelp av indre rørlege massar som indirekte blir sette i svingingar av bølgjene. (Sjå US-patent nr. 3.696.251 og fransk patent nr. 1.602.911).

Men, kjende mekaniske system har ein eigenfrekvens som ligg vesentleg over det typiske frekvensområdet for havbølgjene. Tidlegare kjende mekaniske konstruksjonar har heller ikkje rådgjerder for å regulera eigenfrekvensen slik at eigen frekvensen til systemet kan endrast etter kvart som den karakteristiske frekvensen til bølgjene (den frekvensen der effektspektret til bølgjene har sitt maksimum) endrar seg.

Resonansavstemte hydrauliske svingesystem med føremål å produsera nytteenergi har visse ulemper. For det første er der etter måten stort energitap p.g.a. væskefriksjon. For det andre må svingesystemet ha ein. stor romleg utstreknad. For det tredje vil det by på problem å frekvensavstemma eit slikt svingesystem innanfor ein heil oktav, noko som er ønskjeleg for å oppnå optimal absorpsjon av aktuelle havbølgjer i dei fleste havområde.

Problemet med å konstruera eit avstemt mekanisk svingesystem kan illustrerast ved konstruksjonen som er vist i fig.1 på dei ve-dlagde teikningane. Dette systemet består av ein tank som utfører vertikale svingingar i sjøen som ei følgje av påverk-naden frå bølgjene. Energiproduksjonen kan t.d. skje ved hjelp av ein propell 3 på den frie enden av ein lang aksling 2 som frå den andre enden driv ein elektrisk generator inne i tanken. Eigenperioden til svingesystemet er omlag T = 2ir V l/g, der g

er tyngdeakselerasjonen, og 1 er avstanden mellom havyta og botnen av tanken når tanken er i sin 1 ikevektsposisjon.

Typiske verdiar for perioden til havbølgjer ligg gjerne i området 7-14 s, og det er ønskjeleg at T kan veljast fritt i dette området. Dette medfører at 1 må kunna regulerast innan området 12-50 m. Nå er ein så stor konstruksjon uheldig av fleire grunnar. For det første blir eksitasjonskreftene som bølgjene øver på tanken kraftig redusert når botnen av tanken ligg langt under havyta. Dette kjem av at trykkfluktu-asjonane som bølgja etablerer, avtar (eksponensielt for sinusforma bølgjer) med avstanden frå havyta. Dette vil seia at tanken bør vera grunn. Ein djup tank har dessutan svært mykje dødvolum av di utsvingsamplituden til tanken vil vera mykje mindre enn høgda 1. Friksjonskreftene er også di større di større konstruksjonen er.

Hovudføremålet med denne oppfinninga er å nytta eit resonansavstemt mekanisk svingesystem innretta til effektiv omforming av bølgjeenergi til annan energi. Det er også

eit føremål å oppnå dette ved å utnytta dei store eksitasjonskreftene nær havyta. Vidare er det eit føremål å unngå ein unødvendig stor konstruksjon. Dessutan er det eit føremål å oppnå ein relativt enkel metode til å endra eigenfrekvensen til systemet slik at denne kan følgja endringane i den karakteristiske frekvensen til bølgjene. Og endeleg er det eit føremål å syta for ei effektiv omforming av mekanisk svingingsenergi i systemet til nytteenergi eller annan energi.

Eit sideordna hovudføremål med oppfinninga er å auka energiabsorpsjonen i irregulære bølgjer utover det som optimalt kan utvinnast med eit resonansavstemt svingesystem. Det skjer ved å styra svingerørsla med ein motor eller ein annan driv-mekanisme slik at absorpsjonen blir meir effektiv.

Hovudføremålet med oppfinninga kan oppfyllast ved ein konstruksjon som er eit svingesystem der eigenfrekvensen har ein slik verdi at den energien som konstruksjonen absorberer,

blir eit maksimum. Ved stasjonære sinusforma eller nær sinusforma bølgjer vil det seia at eigenfrekvensen må vera lik eller nær lik frekvensen til bølgja. Ved vindgenererte eller andre irregulære bølgjer vil det seia at eigen-frekvensen har ein verdi som er lik ein typisk årleg middelverdi for frekvensen til bølgjene, eller at eigenfrekvensen blir regulert til å

vera lik eller nær lik den frekvensen som svarer til maksimum i det aktuelle effektspektret til bølgjene. Denne sistnemnde frekvensen blir heretter kalla for den karakteristiske frekvensen til bølgjene.

på den måten at vekselverknadsdelen (d.v.s. den delen av konstruksjonen som blir utsett for bølgjekreftene, og-som kjem i svingingar) blir kopla til eit eller fleire svinghjul med regulerbare treghetsmoment (heretter kalla avstemmingsmassen) som'er plassert inne i konstruksjonen, i sjøen, på sjøbotnen eller på land,

og som ikkje i vesentleg grad blir direkte påverka av bølgje-kreftene, men som svingar i takt med vekselverknadsdelen slik at den effektive massen til det totale svingesystemet blir stor nok til at eigenfrekvensen til systemet blir lik eller tilnærma lik den karakteristiske frekvensen til bølgjene. Avstemmingsmassen (svinghjulet) som roterer i

takt med svingingane slik at han roterer eine vegen når vekselverknadsdelen rører seg i eine retninga og rotererer motsette vegen når han rører seg i den motsette retninga.

Helst skal avstemmingsmassen svinga mykje fortare enn vekselverknadsdelen. Derved kan ein oppnå at den nødvendige avstemmingsmassen blir relativt liten slik at konstruksjonen ikkje blir unødvendig stor. Ein liten masse har dessuten den føremonen at han lettare kan varierast i storleik og/eller form enn ein stor masse. Derved oppnår ein at eigenfrekvensen til systemet lettare kan varierast. Vidare er det teknologisk lettare med ein masse som svingar fort enn med ein som svingar sakte, å omforma den kinetiske energien i massen til annan energi! t.d. nyttesnergi.

Systemet kan produsera nytteenergi ved at t.d. avstemmings-■ massen, direkte eller indirekte, driv ein elektrisk generator.. Den elektriske generatoren vil då dempa rørsla til vekselverknadsdelen. Dempinga kan karakteriserast ved hjelp av ein dempingsresistans R, definert ved at effekten som vekselverknadsdelen leverer til generatoren (altså tilnærma nytteeffekten),

i tidsmiddel er £Ru² der u er fartsamplituden til vekselvernads-oo r

delen ved harmonisk svinging. Vekselverknadsdelen blir også dempa ved at han genererer utgåande bølgjer. Den effekten som går til å generera dei utgåande bølgjene er i tidsmiddel lik

*^ruo' c'er ^r er c'en -kalla strålingsresistansen som er ein karakteristisk (frekvensavhengig) storleik for kvar konstruksjon. Det viser seg at nytteeffekten jRu o har sitt maksimum når R = R r, d.v.s. lasteffekten er lik den utstrålte effekten. Dette gjeld for harmoniske bølgjer. Det er altså viktig at dempingsresistanser R er høveleg stor for at konstruksjonen skal verka som ein effekti_\ absorbator av bølgjeenergi. Dersom svingesystemet svingar med sin maksimale amplitude og/eller dersom bølgjene ikkje er reint harmoniske (f.eks. vind-genererte), vi 1 den optimale verdien på lastresistansen R vera noko større enn R , slik at den utstrålte

r

som ei følgje av rørsla generera ei utgåande bølgje (som er ei ringforma bølgje om svingesystemet er punktforma eller sirkulær-symmetrisk). Denne utgåande bølgja blir superponert på den innkomande bølgja på ein slik måte at den' resulterande bølgja som passerer systemet, har redusert amplitude og dermed redusert energi. Systemet må difor ha absorbert energi frå bølgja. Det er klårt at den utgåande bølgja si evne til å utsletta den innkomande bølgja blir større di meir ringbølgja i tidsvariasjon liknar den innkomande bølgja. Men eit lineært svingesystem med tidsuavhengige systemparametrar (masse, dempingsresistans og fjørkonstant) kan reprodusera tidsvariasjonen til den innkomande bølgja berre i eitt tilfelle; nemleg når den innkomande bølgja er reint sinusforma. Havbølgjene er ikkje sinusforma. Dette medfører at den utgåande bølgja berre tilnærma vil likna den innkomande bølgja, og avviket er di

større di meir den innkomande bølgja avvik frå sinusform.. Konklusjonen er at- eit fritt, resonansavstemt, høveleg dempa svingesystem er ein svært effektiv bølgjeabsorbator i sinus-

forma havbølgjer, men at systemet blir noko mindre effektivt i normale vind-genererte bølgjer.

i samsvar med det førnemnde sideordna hovudføremålet - forbetrast på følgjande måte. La avstemmingsmassen (svinghjulet) vera påverka av ei kraft frå ein styrt eller regulert motor/generator eller ein annan regulerbar styremekanisme i tillegg til massekrafta, fjørkrafta (f.eks. oppdrifts krafta), dempingskrafta og krafta frå bølgjene slik at avstemmingsmassen, og dermed vekselverknadsdelen, kan utføra ei meir vilkårleg svingerørsle. Alternativt kan rørsla til vekselverknadsdelen styrast ved at avstemmingsmassen, heilt eller delvis, blir bytt ut med ein styrt eller regulert, kombinert motor og generator som påverkar vekselverknadsdelen. Rørsla til vekselverknadsdelen må styrast slik at han genererer utgåande bølgjer med tilnærma same tidsvariasjon som dei innkomande bølgjene har, men med motsett fase. Det er klårt at eit slikt styrt svingesystem fungerer som ein svært effektiv bølgjeabsorbator i alle slag bølgjer,

etter di systemet er i stand til å generera, og difor til å utsletta bølgjer med vilkårleg tidsvariasjon. Den netto energiabsorpsjonen kjem i stand ved det at generatoren leverer meir energi snn motoren forbrukar. Skilnaden svarer til nytteenergien.

Alternativt t i 1^ direkte styring ved hjelp av ein kombinert motor og generator kan styringa skje hydraulisk ved ein kombinasjon av ein turbin og ei pumpe.

Energioverføringa frå den innkomande bølgja til svingesystemet kan, reint allment, vera positiv ein del (minst halvdelen) av svingeperioden og negativ resten av tida. Når den oscillerande farten til vekselverknadsdelen er i fase med elevasjonsutsvinget på den innkomande bølgja, er den nemnde energioverføringa positiv heile tida. Dette vilkåret på rørsla til vekselverknadsdelen må vera oppfylt eller tilnærma oppfylt om svingesystemet skal fungera som ein optimal absorbator av bølgjeenergi.

har to eller fleire rørlege delar (vekselverknadsdelen) som er plasserte i ulike posisjonar i sjøen, men som likevel kan vera kopla til kvarandre. Ein kan då dra føremon av at utsvinget til havyta i dei ulike posisjonane er i ulik fase og nytta denne effekten til å auka energiabsorpsjonen til systemet. T.d. kan det vera to rørlege delar som ligg i ein innbyrdes avstand av ei halv bølgjelengd, og som svingar i mottakt med kvarandre.

Energiabsorberande svingesystem som fungerer i samsvar med optimaliseringsprinsippet som forklart framanfor, har ein utsvingsamplitude som er monaleg større enn amplituden på den innkomande bølgja. Men i praksis kan utsvinget til eit gjeve svingesystem ikkje overstiga ei viss maksimumsgrense. Systemet må difor vera innretta slik at det, når den innkomande bølgja har amplitude over ei viss grense, kan dempast kraftigare enn det som svarar til ovannemnde optimaliseringsprinsipp, slik at utsvinget av svingesystemet avgrensar seg til maksimumsgrensa.

Vidare detaljar vedrørande oppfinninga vil gå fram av følgjande forklaringar av eksempel på konstruksjonar illustrerte i vedlagde teikningar, og av krava.

til framanfor, ein illustrasjon av eit system til forklaring.

Figurane 2 til 7 illustrerer eksempel på korleis konstruksjonar etter oppfinninga kan utførast i praksis.

I figur 2, så vel som i figur 1, er det vist ein flytande tank som er i ein halvveges nedsøkkt jamvektsposisjon i sjøen.

I figur 2 blir tanken 1 halden i den halvt nedsøkkte jamvekts-posisjonen ved hjelp av strekkkrafta i ein wire, ei reim, ein kjetting eller liknande 2 som går rundt rullar (trinser, reimskiver, tromlar eller liknande) på akslingane 3 og 4,

montert i eit hus 5 festa på botnen av sjøen, og som blir strekt ved hjelp av oppdriftskrafta på flottøren 6 slik at wiren 2

er utsett for strekk heile tida medan systemet svingar. Til akslingen 3 er kopla eit svinghjul 7 og eventuelt ein elektrisk generator eller ei pumpe (ikkje viste på figuren). Tanken 1

og flottøren 6 kan vera laga av faste konstruksjonsmaterial som betong eller stål eller dei kan vera gassfylte ballongar i sterke nett.

Nar tanken v^*utfører tvungne vertikale svingingar under påverknad av bølgjene, blir akslingen 3 og dermed svinghjulet 7 og generatoren tvungne til å utføra vekslande rotasjon. Svinghjulet blir såleis ein del av det totale svingesystemet. Ved å gjera massen til svinghjulet og/eller omsetningsforholdet mellom trans lasjonsrørsla til tanken 1 og rotasjonen til svinghjulet 7 høveleg stort, kan ein syta for at svingesystemet får ein eigenfrekvens som ligg nær opp til den karakteristiske frekvensen til bølgjene. Periferifarten til svinghjulet skal helst vera mykje større enn farten til tanken 1. Då blir massen (gravitasjonsmassen) til svinghjulet relativt liten. Nytteenergien kan eventuelt takast ut av systemet ved t.d. å plassera ein elektrisk generator i periferien til svinghjulet. Ein slik generator blir billegare når periferi farten er stor.

Dette kan ein t.d. gjera ved å endra avstemmingsmassen. Svinghjul er spesielt eigna til dette føremålet av di treghetsmomentet lett kan regulerast. Alternativt kan avstemmingsmassen regulerast ved å endra omsetningsforholdet mellom den lineære rørsla til tanken 1 og rotasjonen til svinghjulet 7 ved hjelp av eit gear.

eller styrt styremekanisme som kan gi svinghjulet 7 og dermed tanken 1 (vekselverknadsdelen) ei svingerørsle av vilkårleg tidsvariasjon, slik at svingesystemet kan fungera som ein optimal energiabsorbator også i bølgjer som ikkje varierer sinusforma med tida. Krafta frå styremekanismen påverkar svingerørsla i tillegg til dei andre kreftene som påverkar systemet, nemleg massekrafta, fjørkrafta, dempingskrafta og krafta frå bølgjene. Alternativt kan svinghjulet bytast heilt ut med ein styrt eller regulert kombinert motor og generator som kan vera elektrisk, mekanisk eller hydraulisk (som t.d.

turbin og pumpe) og som styrer rørsla slik at vekselverknadsdelen rører seg essensielt i takt med den innkomande bølgja, d.v.s.

at farten på vekselverknadsdelen er i fase, eller tilnærma i fare, med elevasjonsutsvinget av den innkomande bølgja.

Her er ru 11-svinghju1-kombi nasjonen 3-7 duplisert og plassert inne i tanken, medan dei dupliserte rullane (trinsene) 4 er monterte i eit fundament 5 på sjøbotnen. Wiren 2 er også duplisert. Begge wirane er festa med ein ende i sjøbotnen og den andre enden

Fig. 4 viser ein konstruksjon der svinghjula 7 blir tvungne til å rotera ved hjelp av tannstengene 8 som grip inn i tannhjula .3. Tannstengene blir haldne i ein fast posisjon ved hjelp av flottør-plattforma 9 som er fortøydd ved hjelp av wirane 10 som går ned

fig. 4 med at flottørplattforma 9 er bytt ut med ein ramme-konstruksjon 11 som står på botnen av sjøen.

I eksempla som er viste i fig. 2 - 5 er det nytta anten wire eller tannstong for å kopla vekselverknadsdelen til resten av svingesystemet. Men krafttransmisjon en kan også skje på andre måter, t.d. ved hydraulisk krafttransmisjon.

Fig. 6 viser ein neddykka konstruksjon i følgje oppfinninga. Behaldarane 12 og 13 er fylte med gass og står i samband med kvarandre via eit røyr 14. Tanken 12 har ein rørleg eller fleksibel vegg 15 (vekselverknadsdelen) som er plassert under vassyta. Tanken 13 er utforma med stive vegger og han kan eventuelt vera plassert heilt over eller heilt under vassyta eller på sjøbotnen. Bølgjekreftene får veggen 15 til å svinga

slik at volumet av tanken 12 endrar seg. Dermed vil gass strøyma att og fram mellom 12 og 13. I røyret 14 er plassert ein turbin 16. Systemet kan regulerast til optimal energiabsorpsjon ved at turbinen er utforma som ei kombinert pumpe og motor med svinghjul som forklart tidlegare.

slik at ein får ei svingande væskesøyle som då heilt eller delvis utgjer avstemmingsmassen til systemet. Eigenfrekvensen til systemet kan varierast ved å endra lengda på væskesøyla.

i det begge behaldarane 12 og 13 har fleksible vegger 15. Behaldarane er plasserte i ein avstand fra kvarandre på ca. ei halv bølgjelengd. Dermed vil bølgjene, som kjem inn langs lengderetninga av systemet, gi trykk i motfase i dei to behaldarane. Dette vil føra til større gjennomstrøyming av væske eller gass gjennom turbinen 16 i røyret 14.