ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F03B13/14 F03B13/24 

Изобретение относится к волновым энергетическим установкам, позволяющим использовать энергию морских волн, и может служить экологически чистым источником энергии.

Известны волновые энергетические установки, содержащие частично погруженный в жидкость с окном в нижней части резервуар, сообщенный через обратные клапаны с атмосферой и магистралью потребления сжатого воздуха с агрегатами.

В этих устройствах повышение давления воздуха осуществляется за счет сжатия его при заполнении емкости жидкостью под действием гидростатического перепада давления, формируемого набегающей волной. При этом только часть энергии волны реализуется на повышение давления воздуха, остальная часть энергии расходуется на повышение уровня жидкости в резервуаре и на удар волны о стенку резервуара.

Кроме того, при ударе о стенку возможно травмирование водных животных, что ухудшает экологические характеристики таких устройств.

Известна волновая энергетическая установка, которая содержит резервуар с донным окном, погруженным в жидкость, линию потребления сжатого воздуха с агрегатами, сообщенную с воздушной полостью резервуара, и напорную магистраль, открытую для входа волны и сообщенную с резервуаром. Это техническое решение наиболее близко к заявляемому, поэтом взято в качестве прототипа.

В данном устройстве вода набегающей волны входит в щелевые каналы, разделяясь на отдельные струи. Жидкость, продвигаясь в каналах, как поршень сжимает находящийся в них воздух и продавливает через обратные клапаны в резервуар, повышая там давление воздуха, затем стекает вниз, не совершая при этом работы.

Хотя в указанном устройстве нет явно выраженных потерь энергии на удар о стенку резервуара, часть энергии волн тратится на гидравлические потери в щелевых каналах и на входе в них. Не используется в полной мере и потенциальная энергия волны. Наличие большого количества щелевых каналов, конфузоров и обратных клапанов усложняет конструкцию, увеличивает ее трудоемкость и стоимость. В таких устройствах обратные клапаны могут забиваться растительными отходами, мусором, при этом не обеспечивается их нормальное закрытие и уплотнение. Соответственно из-за утечек газа уменьшаются давление в камерах и рабочее давление в резервуаре. Возможно и повреждение водных животных.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, увеличение эффективности преобразования энергии волн в энергию сжатого воздуха, упрощение конструкции и улучшение экологических характеристик устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в волновой энергетической установке, содержащей резервуар с донным окном, погруженным в жидкость, линию потребления сжатого воздуха с агрегатами, сообщенную с воздушной полостью резервуара, и напорную магистраль, сообщенную с резервуаром и открытую для входа волны, напорная магистраль выполнена в виде наклоненного желоба с выходом под донным окном резервуара, установленного боковыми стенками вниз.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило выявить в нем признаки, отличающие его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой волновой энергетической установки критерию изобретения "новизна".

Совокупность отличительных существенных признаков: выполнение напорной магистрали в виде желоба, установленного боковыми стенками вниз, расположение желоба наклонно с выходом под донным окном резервуара, не была обнаружена в источниках научно-технической и патентной информации. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг.1 представлена волновая энергетическая установка (где Δ Н - избыточное давление, напор газа в резервуаре); на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Установка содержит резервуар 1 с донным окном 2, погруженным в жидкость, сообщенные с резервуаром 1 линию 3 потребления сжатого воздуха с агрегатами и открытую для входа волны напорную магистраль, выполненную в виде желоба 4, установленного боковыми стенками 5 вниз наклонно с выходом под донным окном 2 резервуара 1.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом.

Волна, подошедшая к желобу 4, имеет возможность войти в канал, образованный его внутренней поверхностью. Волна касается стенок желоба 4, при этом находящийся во впадине воздух изолируется от атмосферы в объеме между поверхностью волны и желоба. Эта порция воздуха под действием сил давления воды, преодолевая противодействие составляющей архимедовой силы, будет перемещаться вдоль желоба 4 со скоростью волны и углубляться под уровень воды на высоту, предусмотренную установкой желоба. По мере продвижения по желобу 4 давление воздуха будет увеличиваться за счет возрастающего гидростатического давления воды.

Устройство может быть снабжено механизмом 6 изменения угла наклона желоба 4, который позволит регулировать давление в резервуаре 1, отслеживая изменение высоты волн в водоеме.

В случае увеличения высоты волн давление в резервуаре 1 может быть увеличено, для чего с помощью механизма 6 входная часть желоба 4 поднимается, а выходная опускается, при этом угол наклона желоба увеличится. При уменьшении высоты волн на море и уменьшении давления воздуха в резервуаре с помощью механизма 6 обеспечивается установка желоба на меньший угол наклона.

Боковые стенки 5 желоба 4 могут быть расположены под углом друг к другу, образуя конфузор, направленный к входу в резервуар 1. При движении волны вдоль такого желоба ее ширина будет уменьшаться, а энергия концентрироваться. По сравнению с вариантом, имеющим желоб с параллельными боковыми стенками, волна, движущаяся в желобе конфузорного исполнения, будет увеличивать свою высоту и скорость, что позволит более эффективно использовать ее для подачи воздуха на большую глубину и соответственно увеличить давление воздуха в резервуаре 1.

Воздух, сжатый волной и оказавшийся под уровнем жидкости на входе в резервуар 1, всплывает через небольшой слой жидкости на входе в донное окно 2 и поступает в воздушную полость резервуара, вследствие чего давление в нем повышается, уровень жидкости под донным окном резервуара понижается.

Для обеспечения работоспособности установки в случаях, когда уровень выходного сечения желоба 4 выше уровня впадины набегающей волны и длина желоба меньше длины волны, в воздушной полости резервуара над донным окном 2 может быть установлена герметичная перегородка 7 с обратным клапаном 8, пропускающим воздух в резервуар 1 и изолирующим воздушную полость резервуара при уменьшении давления в желобе 4.

При перемещении волна касается желоба 4 только частью своей поверхности, что уменьшает гидравлические потери давления. По сравнению с известным устройством в напорной магистрали отсутствуют щелевые каналы и обратные клапаны, работающие в жидкости, исключены гидравлические потери в щелевых каналах и на входе в них, что позволяет увеличить давление в резервуаре 1 и упрощает конструкцию установки. Волна свободно входит и выходит из желоба 4, поэтому обеспечивается сохранность представителей морской фауны.

Предлагаемая установка обеспечивает увеличение эффективности преобразования энергии волн вследствие уменьшения потерь энергии при сжатии воздуха и подаче его в резервуар, обеспечивает преобразование энергии при различных амплитудах волн в водоеме, не повреждает представителей водной фауны, при этом конструктивно проста.

Использование: в области гидроэнергетики, для преобразования энергии волн. Сущность изобретения: установка содержит резервуар с выполненным в дне окном, погруженным в жидкость, линию потребления сжатого воздуха с агрегатами, сообщенную с резервуаром и открытую для входа волны, при этом напорная магистраль выполнена в виде открытого снизу желоба с наклоненной вниз в сторону резервуара верхней стенкой и выходом, расположенным под окном резервуара, причем желоб снабжен механизмом изменения угла наклона, а его боковые стенки закреплены под углом друг к другу с образованием конфузора, направленного к входу в резервуар, в воздушной полости которого установлена герметичная перегородка с обратным клапаном. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая резервуар с донным окном, погруженным в жидкость, линию потребления сжатого воздуха с агрегатами, сообщенную с воздушной полостью резервуара, и напорную магистраль, сообщенную с резервуаром и открытую для входа волны, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности преобразования энергии волн, упрощения конструкции и улучшения экологических характеристик, напорная магистраль выполнена в виде открытого снизу желоба с наклоненной вниз в сторону резервуара верхней стенкой и выходом, расположенным под донным окном резервуара. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом изменения угла наклона желоба. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что боковые стенки желоба выполнены под углом друг к другу с образованием конфузора, направленного к входу в резервуар. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в воздушной полости резервуара установлена герметичная перегородка с обратным клапаном.