DE102009054059A1

DE102009054059A1 - Wave energy transformer i.e. electro-active polymer transformer, for use as point absorber in generator in wave energy plant, has connecting tube that connects sub-wave body and trans-wave body as communicating connection tube

Info

Publication number: DE102009054059A1
Application number: DE102009054059A
Authority: DE
Inventors: Christian Hentschel; Gunther Neidlein; Nik Scharmann; Benjamin Hagemann; Christian Langenstein; Martin Dr. Voss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-26

Abstract

The transformer (1) has a connecting element (9) comprising a connecting tube (14) that connects a sub-wave body (7) and a trans-wave body (8) as a communicating connection tube. The sub-wave body and the trans-wave body include two balloons (10) whose balloon skins (11, 13) comprise two electro-active polymer films (5). Volume of the trans-wave body is less than volume of the sub-wave body, where focal point of the transformer is arranged below a sea level. A lifting body is fixed on the connecting tube under water.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellenenergietransformer mit einer elektroaktiven Polymerfolie. Der Wellenenergietransformer ist als Wellenfolger mit einem Subwellenkörper und einem Transwellenkörper vorgesehen. Ein Verbindungselement verbindet den Subwellenkörper mit dem Transwellenkörper.The invention relates to a wave energy transformer with an electroactive polymer film. The wave energy transformer is provided as a wave follower with a sub-wave body and a trans-wave body. A connecting element connects the sub-shaft body to the trans-body.

Aus der Druckschrift DE 60 2004 008 639 T2 ist ein derartiger Wellenenergietransformer bekannt, wobei der Subwellenkörper von einem Schwimmkörper gebildet wird und der Transwellenkörper einen Wellenenergiekonverter aufweist, in dem angetrieben durch den Schwimmkörper ein Verbindungselement mit dem Wellengang auf und abgleitet und entsprechend elektrische Energie in einer das Verbindungselement umgebenden Spule des Transwellenkörpers erzeugt.From the publication DE 60 2004 008 639 T2 Such a wave energy transformer is known, wherein the sub-wave body is formed by a floating body and the Transwellenkörper has a wave energy converter in which driven by the floating body, a connecting element with the swell and slides and generates corresponding electrical energy in a coil surrounding the connecting element of the Transwellenkörpers.

Aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Nutzung eines elektroaktiven Polymertransformers bekannt, um mechanische Energie, die ursprünglich in einem oder mehreren Wellen enthalten ist, in elektrische Energie zu wandeln. Dazu weist der Transformer ein maritimes Gerät auf, das die mechanische Energie einer Welle in mechanische Energie umwandelt, die als Eingang für einen elektroaktiven Polymertransformer geeignet ist.From the publication US 2007/0257490 A1 For example, a system and method for utilizing an electroactive polymer transformer to convert mechanical energy originally contained in one or more waves into electrical energy is known. For this purpose, the transformer has a marine device that converts the mechanical energy of a wave into mechanical energy, which is suitable as an input for an electroactive polymer transformer.

Auch aus dieser Druckschrift sind als Subwellenkörper Schwimmkörper bekannt, die teilweise mit unter Wasserangeordneten Massen oder aktiven Subwellenkörpern verbunden sind oder direkt am Meeresboden verankert sind. Diese als Schwimmkörper ausgebildeten Subwellenkörper tragen mit Hilfe eines Verbindungsgestänges mindestens einen Transwellenkörper oberhalb des Wasserspiegels. In dem Transwellenkörper sind ein oder mehrere Behälter angeordnet, in denen bewegliche Massen synchron mit dem Wellengang mechanische Bewegungen ausführen und damit mechanische Energie des Wellenganges in kinetische Energie transformieren, mit der ein elektroaktiver Polymertransformer zur Erzeugung von elektrischer Energie beaufschlagt wsird.Also from this document floats are known as sub-wave body, which are partially connected to underwater masses or active sub-wave bodies or anchored directly on the seabed. These sub-body formed as a floating body carry with the help of a connecting linkage at least one Transwellenkörper above the water level. In the Transwellenkörper one or more containers are arranged, in which movable masses synchronize with the waves perform mechanical movements and thus transform mechanical energy of the waves into kinetic energy, with an electro-active polymer transformer is applied to generate electrical energy wsird.

Ein derartiger elektroaktiver Polymertransformer hat eine elektroaktive Polymerfolie, auf deren Oberseite eine Elektrode und auf deren Unterseite eine Gegenelektrode eines Kondensators angeordnet sind. Bei einer Dehnung, einer Krümmung oder einer anderen Verformung des elektroaktiven Polymermaterials variiert die Kapazität des Kondensators aus Elektrode, Gegenelektrode und dazwischen angeordneter Polymerfolie, so dass aus mechanischer Verformung des Polymermaterials mit einer geeigneten Generatorschaltung elektrische Energie gewonnen werden kann.Such an electroactive polymer transformer has an electroactive polymer film, on the top side of which an electrode and on the underside of which a counterelectrode of a capacitor are arranged. Upon expansion, curvature, or other deformation of the electroactive polymer material, the capacitance of the electrode, counterelectrode, and interposed polymer film capacitor varies, such that electrical energy can be obtained from mechanical deformation of the polymeric material with a suitable generator circuit.

Wird das elektroaktive Polymer bei nur geringer elektrischer Feldstärke durch ein mechanisches Energieübertragungssystem aufgrund des Wellenganges gedehnt, so erhöht sich die elektrische Feldstärke. Die erhöhte elektrische Feldstärke wird beibehalten, während sich die elektroaktive Polymerfolie entspannt, und kann elektrische Energie an eine Zwischenkapazität oder eine Ladebatterie in der Entspannungsphase der Folie abgeben. Dazu weist der Wellenenergietransformer mindestens einen Positionssensor auf, der die Umkehrpositionen von Dehnungsphase in Entspannungsphase und umgekehrt erfasst und eine Positionsänderung einem entsprechenden Steuergerät des Generators signalisiert.If the electroactive polymer is stretched by a mechanical energy transmission system due to the waves at low electric field strength, the electric field strength increases. The increased electric field strength is maintained as the electroactive polymer film relaxes, and can deliver electrical energy to an intermediate capacity or charge battery in the relaxation phase of the film. For this purpose, the wave energy transformer has at least one position sensor which detects the reversal positions of the expansion phase in the relaxation phase and vice versa and signals a change in position to a corresponding control unit of the generator.

Ein Nachteil der bekannten Wellenenergietransformer ist ihr relativ komplexer und materialintensiver Aufbau, der gemäß der Vorrichtung nach DE 60 2004 008 639 T2 einen hohen Aufwand an Kupferspulen für den Transwellenkörper erfordert, um eine Auf- und Abwärtsbewegung eines Verbindungselementes, das mit einem Subwellenkörper in Form eines Schwimmkörpers in Verbindung steht, in elektrische Energie zu transformieren. Bei den aus der Druckschrift US 2007/0257490 A1 bekannten Wellenenergieübertrager mit einem elektroaktiven Polymerübertrager sind aufwendige folienartige Aufbauten bekannt, um einen Subwellenkörper eines Schwimmkörpers mit einem Transwellenkörper, der die elektroaktive Polymerfolie aufweist, über entsprechende Verbindungselemente derart zu verbinden, dass die mechanische Energie des Wellenganges auf das elektroaktive Polymermaterial übertragen werden kann, so dass das elektroaktive Polymermaterial in der Lage ist mittels einer Generatorschaltung elektrische Energie an eine Last oder an eine Ladebatterie abzugeben.A disadvantage of the known wave energy transformers is their relatively complex and material-intensive structure, according to the device according to DE 60 2004 008 639 T2 requires a great deal of copper spools for the trans-body to transform an up and down movement of a connecting element, which is in communication with a sub-wave body in the form of a floating body, into electrical energy. In the from the publication US 2007/0257490 A1 known shaft-like structures with an electroactive polymer transformer complex foil-like structures are known to connect a sub-body of a floating body with a Transwellenkörper having the electroactive polymer film, via corresponding connecting elements such that the mechanical energy of the wave can be transferred to the electroactive polymer material, so that the electroactive polymer material is capable of delivering electrical energy to a load or to a charging battery by means of a generator circuit.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wellenenergietransformer als Wellenfolger zu schaffen, der eine vereinfachte und kostengünstigere Struktur aufweist.The object of the invention is to provide a wave energy transformer as a wave follower, which has a simplified and less expensive structure.

Diese Aufgabe wird mit dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the independent claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Wellenenergietransformer mit einer elektroaktiven Polymerfolie geschaffen. Der Wellenenergietransformer ist als Wellenfolger mit einem Subwellenkörper und einem Transwellenkörper vorgesehen. Ein Verbindungselement verbindet den Subwellenkörper mit dem Transwellenkörper. Der Subwellenkörper weist einen ersten Ballon auf, dessen Ballonhaut eine erste elektroaktive Polymerfolie aufweist. Der Transwellenkörper weist einen zweiten Ballon auf, dessen Ballonhaut eine zweite elektroaktive Polymerfolie aufweist. Das Verbindungselement weist ein Verbindungsrohr auf, das den Subwellenkörper und Transwellenkörper als kommunizierendes Verbindungsrohr verbindet.According to the invention, a wave energy transformer with an electroactive polymer film is provided. The wave energy transformer is provided as a wave follower with a sub-wave body and a trans-wave body. A connecting element connects the sub-shaft body to the trans-body. The sub-wave body has a first balloon whose balloon skin has a first electroactive polymer film. The transwell body has a second balloon whose balloon skin has a second electroactive polymer film. The connecting element has a connecting tube, which connects the sub-shaft body and trans-body as a communicating connection tube.

Dieser Wellenenergietransformer hat den Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus und nutzt durch das Einsetzen einer elektroaktiven Polymerfolie als Ballon sowohl unter Wasser als auch oberhalb des Wassers in einem dazwischen angeordneten, kommunizierenden Verbindungsrohr die durch einen Wellengang verursachten Druckunterschiede zwischen äußerem Umgebungsdruck und variierendem Druck unterhalb des Wellenganges aus, um die beiden Ballonhäute aus elektroaktiver Polymerfolie synchron zum Wellengang zu dehnen und zu entspannen. Dabei sind die Dehnphase und die Entspannungsphase des Ballons des Subwellenkörpers und des Ballons des Transwellenkörpers gegenläufig, so dass mit diesem Wellenenergietransformer sowohl im Wellental als auch im Wellenberg elektrische Energie von einem der beiden elektroaktiven Polymerfolien abgegeben werden kann.This wave energy transformer has the advantage of being simple and inexpensive in construction and utilizes the pressure differences between outside ambient pressure and varying pressure below the waves caused by a swell by employing an electroactive polymer film as a balloon both under water and above the water in a communicating connecting tube therebetween in order to stretch and relax the two balloon skins made of electroactive polymer film synchronously with the swell. In this case, the expansion phase and the relaxation phase of the balloon of the sub-wave body and the balloon of the Transwellenkörpers are in opposite directions, so that with this wave energy transformer in both the wave trough and wave mountain electrical energy can be delivered from one of the two electroactive polymer films.

Um zu gewährleisten, dass der Schwerpunkt eines derartigen Wellenenergietransformers unterhalb des Meeresspiegels angeordnet ist, wird in einer Ausführungsform der Erfindung das Volumen des Transwellenkörpers geringer als das Volumen des Subwellenkörpers gestaltet.In order to ensure that the center of gravity of such a wave energy transformer is arranged below the sea level, in one embodiment of the invention the volume of the trans-body is made smaller than the volume of the sub-wave body.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Transwellenkörper mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, die ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist als eine Flüssigkeit in dem Subwellenkörper, wobei Flüssigkeiten vorgesehen werden, die sich weder mischen noch ineinander löslich sind.In a further embodiment of the invention, the trans-body is filled with an incompressible liquid which has a lower specific gravity than a liquid in the sub-wave body, whereby liquids are provided which neither mix nor are soluble in one another.

Weiterhin ist es möglich, in dem Transwellenkörper eine mit Luft gefüllte, relativ steife Hohlkugel anzuordnen, die sich an dem Verbindungsrohr abstützt, so dass eine mit Flüssigkeit gefüllte Schale rund um die Hohlkugel den mit dem Wellengang synchron sich ändernden Druck auf die Ballonhaut aus einer elektroaktiven Polymerfolie ausübt. Dabei wird für die Hohlkugel ein Material ausgewählt, das unter Berücksichtigung der eingeschlossenen Luft leichter ist, als der Wasserballast in dem Ballon des Subwellenkörpers.Furthermore, it is possible to arrange in the Transwellenkörper an air-filled, relatively stiff hollow ball, which is supported on the connecting pipe, so that a liquid-filled shell around the hollow sphere synchronously with the swell pressure changing on the balloon skin of an electroactive Polymer film exerts. In this case, a material is selected for the hollow ball, which is easier considering the trapped air, as the water ballast in the balloon of the sub-wave body.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an dem Subwellenkörper ein Tau fixiert, über das der Wellenenergietransformer mit einer im Wasser schwebenden Masse oder mit dem Meeresgrund festverankert ist. In diesem Fall kann ein an dem Verbindungselement fixierter Auftriebskörper für eine relative aufrechte Position des Wellenenergietransformers in dem Wellengang sorgen.In a further embodiment of the invention, a rope is fixed to the sub-wave body, via which the wave energy transformer is firmly anchored with a mass floating in the water or with the seabed. In this case, a buoyant body fixed to the connecting element can provide a relative upright position of the wave energy transformer in the swell.

Ein weiterer Vorteil dieses Wellenenergietransformers ist es, dass die Funktion des kommunizierenden Verbindungsrohres nicht von einer vertikalen Ausrichtung des Wellenenergietransformers abhängig ist, wie beispielsweise bei dem aus der Druckschrift DE 602004 008 639 T2 bekannten Verfahren zum Betrieb eines selbst schützenden Wellenenergietransformers. Vielmehr Bann der Wellenenergietransformer beliebig im Wellengang schaukeln und taumeln, ohne seine Funktion zu verlieren, solange der Subwellenkörper auf einer gleich bleibenden Wassertiefe durch ein entsprechendes Ankertau gehalten wird.Another advantage of this wave energy transformer is that the function of the communicating connection pipe is not dependent on a vertical orientation of the wave energy transformer, as for example in the document DE 602004 008 639 T2 known method for operating a self-protecting wave energy transformer. Rather, the wave energy transformer can sway and wobble in undulating waves without losing its function, as long as the sub-wave body is held at a constant depth by a corresponding anchorage.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die von einer elektroaktiven Polymerfolie abnehmbare elektrische Energie größer wird, wenn die elektroaktive Polymerfolie einer Vorspannung oder Vordehnung unterworfen ist. Auch dieses ist mit dem erfindungsgemäßen Wellenenergietransformer auf einfache Weise realisierbar, indem in den Wellenenergietransformer bzw. den Ballons des Subwellenkörpers und des Transwellenkörpers sowie in das Verbindungselement ein erhöhter Vorspannungsdruck vorgesehen wird.Another advantage is that the electrical energy removable by an electroactive polymer film becomes greater when the electroactive polymer film is subjected to a bias or pre-strain. This, too, can be realized in a simple manner with the wave energy transformer according to the invention by providing an increased preload pressure in the wave energy transformers or the balloons of the sub-shaft body and the trans-body and in the connecting element.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Volumen des Subwellenkörpers ein wassergefüllter Kugelkörper angeordnet, der von einer wassergefüllten Schale umgeben ist, deren Außenhaut eine elektroaktive Polymerfolie aufweist, wobei das Verbindungselement mit der Schale kommuniziert und der mit Wasser gefüllte Kugelkörper mechanisch mit dem Verbindungsrohr verbunden ist und gleichzeitig der Transwellenkörper einen wie oben beschriebenen mit Druckluft gefüllten ersten Kugelkörper aufweist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Schwerpunkt des Wellenenergietransformers unterhalb des Meeresspiegels liegt.In a further embodiment of the invention, a water-filled spherical body is arranged in the volume of the sub-wave body, which is surrounded by a water-filled shell whose outer skin has an electroactive polymer film, wherein the connecting element communicates with the shell and the water-filled spherical body mechanically connected to the connecting tube and at the same time the Transwellenkörper has a first ball body filled with compressed air as described above. This ensures that the center of gravity of the wave energy transformer is below sea level.

Um die Wirksamkeit der aktiven Polymerfolie weiter zu erhöhen, weisen die Kugelkörper in dem ersten und dem zweiten Ballon starre Verbindungsstege auf, die punktweise mit ihrem einen Ende auf der Oberfläche der Kugelkörper fixiert sind und mit ihrem anderen Ende an der Unterseite der ballonbildenden elektroaktiven Polymerfoliefixiert sind. Das hat den zusätzlichen Effekt, dass nun die elektroaktive Polymerfolie nicht nur einer Dehnung ausgesetzt wird, sondern zusätzlich eine starke Zunahme der Krümmung zwischen den die Polymerfolie punktweise fixierenden Verbindungsstegen aufweist.To further increase the effectiveness of the active polymer film, the spherical bodies in the first and second balloons have rigid connecting webs which are point-wise fixed at one end to the surface of the spherical bodies and fixed at their other end to the underside of the balloon-forming electroactive polymer film , This has the additional effect that now the electroactive polymer film is not only exposed to an expansion, but also has a strong increase in the curvature between the polymer film point-wise fixing connecting webs.

Während in den vorhergehenden Ausführungsformen lediglich die elektroaktive Polymerfolie einer Dehnung synchron zu dem Wellengang ausgesetzt ist und die Änderung der Krümmung marginal ausfällt, wird nun eine verstärkte Wölbung und Krümmung zwischen den punktweise die elektroaktive Polymerfolie fixierenden Verbindungsstegen der Kugelkörper erreicht.While in the previous embodiments, only the electroactive polymer film is subjected to elongation synchronously with the swell and the change in curvature is marginal, an increased curvature and curvature is now achieved between the intersection points of the spherical bodies fixing the electroactive polymer film.

Auch ein Vorspannen der elektroaktiven Polymerfolie ist beim Herstellen von derartigen Sub- und Transwellenkörpern möglich, indem die Kugelkörper einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Innendruck aufweisen und über die starren Verbindungsstege die ballonbildenden elektroaktiven Polymerfolien vorspannen. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, dass die ballonbildenden elektroaktiven Polymerfolien des Subwellenkörpers und des Transwellenkörpers mit dem Wellengang unter Vorspannung sich gegenläufig dehnen, schrumpfen und krümmen. Also, a biasing of the electroactive polymer film is possible in the manufacture of such sub- and Transwellenkörpern by the ball bodies have a relation to the ambient pressure increased internal pressure and over the rigid connecting webs bias the balloon-forming electroactive polymer films. With this embodiment, it is possible for the balloon-forming electroactive polymer films of the sub-shaft body and the trans-body body to stretch, shrink and curve in opposite directions with the undulations under bias.

Die elektroaktive Polymerfolie hat auf ihrer Oberseite eine Elektrode und auf ihrer Unterseite eine Gegenelektrode eines Kondensators. Bei einer Dehnung, einer Krümmung oder einer anderen Verformung des elektroaktiven Polymermaterials variiert die Kapazität des Kondensators aus Elektrode, Gegenelektrode und dazwischen angeordneter Polymerfolie, so dass aus mechanischer Verformung des Polymermaterials in einer geeigneten Generatorschaltung elektrische Energie gewonnen werden kann.The electroactive polymer film has on its top an electrode and on its underside a counter electrode of a capacitor. Upon expansion, curvature, or other deformation of the electroactive polymer material, the capacitance of the capacitor, electrode, counter electrode, and interposed polymer film varies, so that electrical energy can be obtained from mechanical deformation of the polymer material in a suitable generator circuit.

Eine Wellenenergieanlage besteht aus einer Vielzahl derartiger Wellenenergietransformer, die als Wellenfolger eingesetzt werden. Die Wellenfolger werden auch „Point Absorber” genannt, weil sie an Einzelpunkten mit den Wellen zusammenwirken, um Wellenenergie in elektrische Energie zu transformieren.A wave energy plant consists of a large number of such wave energy transformers, which are used as wave followers. The wave followers are also called "point absorbers" because they interact at individual points with the waves to transform wave energy into electrical energy.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wellenenergietransformer einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic cross section through a wave energy transformer of a first embodiment of the invention;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wellenenergietransformer einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 2 shows a schematic cross section through a wave energy transformer of a second embodiment of the invention;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wellenenergietransformer einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 3 shows a schematic cross section through a wave energy transformer of a third embodiment of the invention;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wellenenergietransformer einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a schematic cross section through a wave energy transformer of a fourth embodiment of the invention.

1 zeigt mit den 1A, 1B und 1C schematische Querschnitte durch einen Wellenenergietransformer 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Wellenenergietransformer 1 weist gemäß 1A einen Wellenfolger 6 auf, der aus einem Subwellenkörper 7 und einem Transwellenkörper 8 aufgebaut ist, wobei der Subwellenkörper 7 und der Transwellenkörper 8 mit einem Verbindungselement 9 verbunden sind. Das Verbindungselement 9 ist als kommunizierendes Verbindungsrohr 14 ausgebildet und verbindet eine den Subesellenkörper 7 und den Transwellenkörper 8 füllende Flüssigkeit. Der Subwellenkörper 7 ist als ein erster Ballon 10 mit einer Ballonhaut 11 aus einer elektroaktiven Polymerfolie 5 ausgebildet, und der Transwellenkörper 8 weist einen zweiten Ballon 12 mit einer Ballonhaut 13 aus der elektroaktiven Polymerfolie 5 auf. 1 shows with the 1A . 1B and 1C schematic cross sections through a wave energy transformer 1 a first embodiment of the invention. The wave energy transformer 1 according to 1A a wave follower 6 up, coming out of a subwave body 7 and a trans-body 8th is constructed, wherein the sub-shaft body 7 and the Transwellenkörper 8th with a connecting element 9 are connected. The connecting element 9 is as a communicating connecting pipe 14 trained and connects a the sub-body 7 and the trans-wave body 8th filling liquid. The subwave body 7 is as a first balloon 10 with a balloon skin 11 from an electroactive polymer film 5 formed, and the Transwellenkörper 8th has a second balloon 12 with a balloon skin 13 from the electroactive polymer film 5 on.

Der Schwerpunkt 29 des Wellenenergietransformers liegt im Bereich des Subwellenkörpers 7, in dem der Subwellenkörper mit Meerwasser gefüllt ist und der Transwellenkörper 8 mit einer nicht mit Meerwasser mischbaren Flüssigkeit gefüllt ist, deren spezifisches Gewicht geringer ist als das spezifische Gewicht von Meerwasser. Dadurch ist es möglich, dass bei ruhigem Meeresspiegel 15 der Wellenenergietransformer 1 nahezu senkrecht in dem Wasser schwimmt und von einem Ankertau 30 gehalten wird. Außerdem sind die elektroaktiven Polymerfolien 5 durch einen erhöhten Druck innerhalb des Subwellenkörpers 7 und des Transwellenkörpers 8 vorgespannt, um eine höhere Effektivität der elektroaktiven Polymerfolien 5 zu erreichen.The focus 29 of the wave energy transformer lies in the region of the sub-wave body 7 in which the sub-wave body is filled with seawater and the trans-wave body 8th is filled with a liquid which is immiscible with seawater and whose specific gravity is less than the specific gravity of seawater. This makes it possible that at calm sea level 15 the wave energy transformer 1 floats almost vertically in the water and from an anchor rope 30 is held. In addition, the electroactive polymer films 5 by an increased pressure within the sub-shaft body 7 and the trans-body 8th biased to a higher efficiency of electroactive polymer films 5 to reach.

Die 1B und 1C zeigen nun schematische Querschnitte durch den Wellenenergietransformer 1, wenn dieser einem Wellengang 26 ausgesetzt ist. Bei einem Wellenberg 31 schrumpft der Durchmesser des Subwellenkörpers 7 in Pfeilrichtung A und damit auch der Umfang der elektroaktiven Polymerfolie 5 aufgrund eines erhöhten Druckes unterhalb des Wellenberges 31. Gleichzeitig wird sich aufgrund des kommunizierenden Verbindungsrohrs 14 die Ballonhaut 13 des zweiten Ballons 12 und damit die elektroaktive Polymerfolie 5 oberhalb des Wellenberges in den Pfeilrichtungen B bewegen.The 1B and 1C now show schematic cross sections through the wave energy transformer 1 if this is a swell 26 is exposed. At a wave mountain 31 shrinks the diameter of the sub-shaft body 7 in the direction of arrow A and thus also the circumference of the electroactive polymer film 5 due to increased pressure below the wave crest 31 , At the same time, due to the communicating connecting pipe 14 the balloon skin 13 of the second balloon 12 and thus the electroactive polymer film 5 move above the wave crest in the direction of arrows B.

In 1C wird gezeigt, dass sich der Zustand nun umkehrt, wenn der Wellenenergietransformer 1 in ein Wellental 32 des Wellenganges 26 gerät. Nun kann sich die elektroaktive Polymerfolie 5 des Subwellenköpers 7 gegenüber der in 1A gezeigten vorgespannten Situation in ihrem Durchmesser in Pfeilrichtung C vergrößern, sie wird damit weiter gedehnt und gleichzeitig schrumpft der Durchmesser des zweiten Ballons 12 in Pfeilrichtung D, der als Transwellenkörper 8 oberhalb des Meeresspiegels 15 gehalten wird.In 1C it is shown that the state now reverses when the wave energy transformer 1 in a wave trough 32 the swell 26 device. Now the electroactive polymer film can 5 of the subwave body 7 opposite to the 1A shown biased situation in their diameter in the direction of arrow C, it is thus further stretched and at the same time shrinks the diameter of the second balloon 12 in the direction of arrow D, as the Transwellenkörper 8th above sea level 15 is held.

Bei einem Vergleich der 1A, 1B und 1C verschiebt sich mit dem Expandieren und Schrumpfen der elektroaktiven Polymerfolie auch gleichzeitig geringfügig die Lage des Schwerpunktes 39. Da jedoch die Eintauchtiefe des Wellenenergietransformers durch das Tau 30 vorgegeben ist, wird der Schwerpunkt in allen drei dargestellten Situationen unterhalb des Niveaus des Wellenganges bleiben. Dadurch schwimmt der Wellenenergietransformer 1 nahezu vertikal in dem Wellengang 26. Auch ein Taumeln oder ein Schwanken des Wellenenergietransformers 1 und seine in 1A gezeigte Ruhelage beeinflussen nicht wesentlich die Funktion dieses Wellenenergietransformers, so dass er in dem Wellengang 26 auch treiben kann, soweit es das Tau 30, das entweder an einer im Wasser schwebenden Masse oder am Meeresgrund fixiert ist, zulässt.When comparing the 1A . 1B and 1C at the same time the position of the center of gravity slightly shifts with the expansion and shrinkage of the electroactive polymer film 39 , However, since the immersion depth of the wave energy transformer by the rope 30 is predetermined, the center of gravity will remain below the level of the swell in all three situations shown. This floats the Wave Energy Transformer 1 almost vertical in the swell 26 , Also a tumbling or swaying of the wave energy transformer 1 and his in 1A Rest position shown not significantly affect the function of this wave energy transformer, so that he in the swell 26 can also drift, as far as the dew 30 , which is either fixed to a mass floating in the water or at the bottom of the sea, allows.

Dabei kann die im Wasser treibende Masse eine Struktur aufweisen, an dem eine Vielzahl von Wellenenergietransformern zu einer Wellenenergieanlage über entsprechende Taue verbunden sind. Dazu ist die im Wasser schwebende Masse in einer Tiefe vorgesehen, die von dem Wellengang 26 möglichst geringfügig beeinflusst ist.In this case, the mass floating in the water may have a structure, at which a plurality of wave energy transformers are connected to a wave energy plant via corresponding ropes. For this purpose, the floating in the water mass is provided at a depth of the waves 26 is minimally affected.

Das Verbindungsrohr 14 zwischen dem Subwellenkörper 7 und dem Transwellenkörper 8 weist eine Mindestlänge H auf, die größer ist als ein möglicher maximaler Wellenhub, der hier in der Skizze lediglich Δh beträgt und noch nicht seine maximale Höhe erreicht hat. Außerdem ist es vorgesehen, dass die maximale Höhe, über die das kommunizierende Verbindungsrohr einschließlich dem Durchmesser des Transwellenkörpers 8 über ein Wellental 32 hinausragt, nicht größer als 10 m ist.The connecting pipe 14 between the subwave body 7 and the trans-body 8th has a minimum length H that is greater than a possible maximum shaft lift, which here in the sketch is only Δh and has not yet reached its maximum height. In addition, it is provided that the maximum height over which the communicating connection tube including the diameter of the Transwellenkörpers 8th over a wave valley 32 protrudes, not greater than 10 m.

2 zeigt mit den 2A, 2B und 2C schematische Querschnitte durch einen Wellenenergietransformer 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten in den nachfolgenden Figuren, welche die gleiche Funktion wie in 1 aufweisen, werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 2 shows with the 2A . 2 B and 2C schematic cross sections through a wave energy transformer 2 a second embodiment of the invention. Components in the following figures, which have the same function as in 1 are denoted by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Der Wellenenergietransformers 2 hat nahezu den gleichen Aufbau wie der Wellenenergietransformer 1 gemäß 1. Der Wellenenergietransformers 2 hat jedoch zusätzlich über dem Subwellenkörper 7 einen Auftriebskörper 33, der an dem kommunizierenden Verbindungsrohr 14 außen fixiert ist und auch in einem Wellental 32 für ein Aufrichten des Transwellenkörpers 8 sorgt. Während in dieser Ausführungsform der Auftriebskörper 33 fixiert ist, kann auch ein schwimmender Auftriebskörper vorgesehen werden, der an Verbindungsrohr 9 mit dem Wellengang auf- und abgleitet und damit eine größere Richtwirkung auf den Wellenenergietransformer 2 ausübt.The wave energy transformer 2 has almost the same structure as the wave energy transformer 1 according to 1 , The wave energy transformer 2 However, in addition to the sub-wave body 7 a buoyancy body 33 which is at the communicating connection pipe 14 is fixed outside and also in a trough 32 for erecting the Transwellenkörpers 8th provides. While in this embodiment the buoyant body 33 is fixed, a floating buoyancy body can be provided, the connection pipe 9 with the swell on and off and thus a greater directivity on the wave energy transformers 2 exercises.

Um elektrische Energie von der elektroaktiven Polymerfolie 5 zu ernten, weist die elektroaktive Polymerfolie eine Elektrode 27 auf, die auf der Außenhaut der Ballone 10 und 12 aufgebracht ist, und eine Gegenelektrode 28, die auf der Innenseite der Ballonhäute 11 und 13 fixiert ist. Diese Elektroden der elektroaktiven Polymerfolie können strukturiert sein und auch nur teilweise die Innenseite und die Außenseite der Ballonhaut 11 bzw. 13 bedecken. Im Zusammenwirken mit der elektroaktiven Polymerfolie 5 können sie einen Kondensator mit variabler Kapazität bilden, wobei die Kapazität von dem Dehnungszustand der Ballone 10 und 12 abhängt.To get electrical energy from the electroactive polymer film 5 to harvest, the electroactive polymer film has an electrode 27 on that on the outer skin of the balloons 10 and 12 is applied, and a counter electrode 28 on the inside of the balloon skins 11 and 13 is fixed. These electrodes of the electroactive polymer film can be patterned and only partially the inside and outside of the balloon skin 11 respectively. 13 cover. In cooperation with the electroactive polymer film 5 For example, they can form a capacitor of variable capacity, the capacitance being of the strain state of the balloons 10 and 12 depends.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wellenenergietransformer 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Lage des Schwerpunktes 29 unterhalb der Wasseroberfläche dadurch sichergestellt, dass das Volumen des Transwellenkörpers 8 deutlich kleiner ist als das Volumen, des Subwellenkörpers 7. Damit ist gewährleistet, dass der Wellenenergietransformer 2 mit seinem Transwellenkörper 8 sowohl bei einem Wellenberg 31, wie es 3B zeigt, als auch bei einem Wellental, wie es 3C zeigt, aus dem Wasser herausragt. 3 shows a schematic cross section through a wave energy transformer 3 a third embodiment of the invention. In the third embodiment of the invention, the position of the center of gravity 29 Below the water surface this ensures that the volume of the Transwellenkörpers 8th is significantly smaller than the volume of the sub-wave body 7 , This ensures that the wave energy transformer 2 with his Transwellenkörper 8th both at a wave mountain 31 , like it 3B shows, as well as a trough, like it 3C shows, sticking out of the water.

Um die Effektivität der elektroaktiven Polymerfolie 5 weiter zu erhöhen, wird diese nicht nur vorgespannt, sondern es werden die Flächen, die sich auswölben können, auf dem Umfang der beiden Ballons 10 und 11 segmentiert wie 4 zeigt.To the effectiveness of the electroactive polymer film 5 To further increase, it is not only biased, but it will be the surfaces that can bulge on the circumference of the two balloons 10 and 11 segmented like 4 shows.

4 zeigt mit den 4A, 4B und 4C schematische Querschnitte durch einen Wellenenergietransformer 4 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Dazu ist es vorgesehen, dass in dem Transwellenkörper 8 ein erster Kugelkörper 16 mit Druckluft gefüllt ist und Verbindungsstege 22 aufweist, die auf der Außenfläche des ersten Kugelkörpers 16 angeordnet sind und eine über die Verbindungsstege 22 gezogene und vorgespannte elektroaktive Polymerfolie 5 auf Abstand halten. Damit wird die Ballonhaut 13 aus elektroaktiver Polymerfolie 5 in eine Vielzahl von Membranen segmentiert, indem die Polymerfolie 5 auf der Umfangsfläche verteilt an einzelnen Punkten, nämlich 25 der Verbindungsstege 22, fixiert ist. 4 shows with the 4A . 4B and 4C schematic cross sections through a wave energy transformer 4 a fourth embodiment of the invention. For this purpose, it is provided that in the Transwellenkörper 8th a first spherical body 16 filled with compressed air and connecting webs 22 having, on the outer surface of the first spherical body 16 are arranged and one over the connecting webs 22 drawn and prestressed electroactive polymer film 5 keep at a distance. This will make the balloon skin 13 from electroactive polymer film 5 segmented into a variety of membranes by the polymer film 5 distributed on the peripheral surface at individual points, namely 25 the connecting webs 22 , is fixed.

Der Druckluft enthaltende Kugelkörper 16 ist über ein Gestänge 34, das im kommunizierenden Verbindungsrohr 14 angeordnet ist, mit einem zweiten Kugelkörper 19 starr verbunden. Im Gegensatz zu dem ersten Kugelkörper 16 in dem Transwellenkörper 8 ist der zweite Kugelkörper 19 indem Subwellenkörpers 7 mit Wasser gefüllt, so dass der Schwerpunkt 29 unter Wasser liegt. Auch bei diesem für den Subwellenkörper 7 vorgesehenen Kugelkörper 19 sind auf der Oberfläche 24 relativ gleichmäßig Verbindungsstege 22 verteilt, welche die elektroaktive Polymerfolie 5 segmentieren, auf Abstand halten und vorspannen. Die Vorspannung kann wieder durch den Innendruck P_I in den Kugelkörpern 16 und 19 optimiert werden.The compressed air containing spherical body 16 is about a linkage 34 in the communicating connection pipe 14 is arranged, with a second spherical body 19 rigidly connected. In contrast to the first spherical body 16 in the trans-wave body 8th is the second spherical body 19 by sub-wave body 7 filled with water, so the focus 29 under water. Also in this for the Subwellenkörper 7 provided spherical body 19 are on the surface 24 relatively even connecting bridges 22 which distributes the electroactive polymer film 5 segment, hold at a distance and pretension. The bias can again by the internal pressure P _I in the spherical bodies 16 and 19 be optimized.

Die 4B und 4C zeigen nun die Auswirkungen dieser vierten Ausführungsform der Erfindung. Die Verformung der elektroaktiven Polymerfolie 5 in Abhängigkeit von einem Wellengang 26 ist auf eine Vielzahl von kleinen Membranen verteilt. So wölben sich die zwischen den Verbindungsstegen 22 angeordneten Membranen der elektroaktiven Polymerfolie 5 des Subwellenkörpers 7 in 4B unter einem Wellenberg nach innen und weisen eine starke Änderung ihrer Krümmung auf. Gleichzeitig wölben sich bei dem Wellenberg die an den Verbindungsstegen 22 fixierten Bereiche der elektroaktiven Polymerfolie 5 des Transwellenkörpers 8 nach außen. Somit wird die elektroaktive Polymerfolie 5 nicht nur gedehnt, sondern die Krümmung stark vergrößert, so dass die Effektivität der Umwandlung von mechanischer Wellenenergie in Elektroenergie verstärkt wird. 4C zeigt dazu die Umkehr der Verformung der elektroaktiven Polymerfolie 5 zwischen den Verbindungsstegen 22 in einem Wellental 32 gegenüber dem in 2B gezeigten Zustand in einem Wellenberg 31.The 4B and 4C now show the effects of this fourth embodiment of the invention. The deformation of the electroactive polymer film 5 depending on a swell 26 is distributed on a variety of small membranes. So The arched between the connecting webs 22 arranged membranes of the electroactive polymer film 5 of the sub-wave body 7 in 4B under a wave crest inward and show a strong change in their curvature. At the same time bulge at the wave crest at the connecting webs 22 fixed areas of the electroactive polymer film 5 of the trans-body 8th outward. Thus, the electroactive polymer film becomes 5 not only stretched, but the curvature greatly increased, so that the effectiveness of the conversion of mechanical wave energy is amplified in electrical energy. 4C shows the reversal of the deformation of the electroactive polymer film 5 between the connecting webs 22 in a trough 32 opposite to the 2 B shown state in a wave mountain 31 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wellenenergietransformer (1. Ausführungsform)Wave energy transformer (1st embodiment)
22: Wellenenergietransformer (2. Ausführungsform)Wave energy transformer (2nd embodiment)
33: Wellenenergietransformer (3. Ausführungsform)Wave energy transformer (3rd embodiment)
44: Wellenenergietransformer (4. Ausführungsform)Wave energy transformer (4th embodiment)
55: elektroaktive Polymerfolieelectroactive polymer film
66: Wellenfolgerwave follower
77: SubwellenkörperSubwellenkörper
88th: TranswellenkörperTrans shaft body
99: Verbindungselementconnecting element
1010: erster Ballonfirst balloon
1111: Ballonhaut (von 10)Balloon skin (from 10 )
1212: zweiter Ballonsecond balloon
1313: Ballonhaut (von 12)Balloon skin (from 12 )
1414: Verbindungsrohrconnecting pipe
1515: MeeresspiegelSea level
1616: erster Kugelkörperfirst spherical body
1717: Schale (von 16)Shell (from 16 )
1818: Außenhaut (von 16)Outer skin (from 16 )
1919: zweiter Kugelkörpersecond ball body
2020: Schale (von 19)Shell (from 19 )
2121: Außenhaut (von 19)Outer skin (from 19 )
2222: Verbindungsstegeconnecting webs
2323: Ende auf KugelkörperEnd on spherical body
2424: Oberfläche des KugelkörpersSurface of the spherical body
2525: anderes Ende des Stegesother end of the dock
2626: Wellengangwaves
2727: Elektrodeelectrode
2828: Gegenelektrodecounter electrode
2929: Schwerpunktmain emphasis
3030: Taudew
3131: WellenbergWellenberg
3232: Wellentaltrough
3333: Auftriebskörperbuoyancy
3434: Gestängelinkage
P_U P _U: Umgebungsdruckambient pressure
P_I P _I: Innendruckinternal pressure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 602004008639 T2 [0002, 0007, 0016]
US 2007/0257490 A1 [0003, 0007]

Claims

Wave energy transformer with electroactive polymer film ( 5 ), wherein the wave energy transformer ( 1 ) as wave follower ( 6 ) is provided with a sub-wave body ( 7 ) and a trans-wave body ( 8th ) and a connecting element ( 9 ), which is the subwave body ( 7 ) and the Transwellenkörper ( 8th ), characterized in that - the sub-wave body ( 7 ) a first balloon ( 10 ) whose balloon skin ( 11 ) a first electroactive polymer film ( 5 ) having; The trans-wave body ( 8th ) a second balloon ( 12 ) whose balloon skin ( 13 ) a second electroactive polymer film ( 5 ) having; - the connecting element ( 9 ) a connecting pipe ( 14 ) having the sub-wave body ( 7 ) and Transwellenkörper ( 8th ) as a communicating connecting tube ( 14 ) connects.

Wave energy transformer according to claim 1, characterized in that the volume of the Transwellenkörpers ( 8th ) is less than the volume of the sub-wave body ( 7 ).

Wave energy transformer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the center of gravity of the wave energy transformer ( 1 ) below sea level ( 15 ) is arranged.

Wave energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that a buoyancy body ( 16 ) on the connecting tube ( 14 ) is fixed under water and at calm sea level ( 15 ) the connecting pipe ( 14 ) with the Transwellenkörper ( 8th ) up to half the length of the connecting tube ( 14 ) lifts out of the water.

Wave energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the volume of the sub-wave body ( 7 ) and the volume of the Transwellenkorpers ( 8th ) are filled with immiscible liquids of different specific gravity, the specific weight of the fluid of the trans-body ( 8th ) is less than the specific gravity of the liquid of the sub-wave body ( 7 ).

Wave energy transformer according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the volume of the Transwellenkörpers ( 8th ) filled with compressed air first ball body ( 16 ) arranged by a water-filled shell ( 17 ) whose outer skin ( 18 ) the first electroactive polymer film ( 5 ), wherein the connecting element ( 9 ) with the shell ( 17 ) communicates.

Wave energy transformer according to one of claims 1 to 4 or claim 6, characterized in that in the volume of the sub-wave body ( 7 ) a water-filled second spherical body ( 19 ) arranged by a water-filled shell ( 20 ) whose outer skin ( 21 ) the second electroactive polymer film ( 5 ), wherein the connecting element ( 9 ) with the shell ( 20 ) communicates.

Wave energy transformer according to one of claims 1, 2, 3, 4, 6 or 7, characterized in that rigid connecting webs ( 22 ), point by point with one end ( 23 ) on the surface ( 24 ) the spherical body ( 16 . 19 ) and with their other end ( 25 ) at the bottom of the balloon-forming electroactive polymer film ( 5 ) are fixed.

Wave energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the spherical bodies ( 16 . 19 ) have a relation to the ambient pressure (P _U ) increased internal pressure (P _I ) and via the rigid connecting webs ( 22 ) the balloon-forming electroactive polymer films ( 5 ).

Wave energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the balloon-forming electroactive polymer films ( 5 ) of the sub-wave body ( 7 ) and the Transwellenkörpers ( 8th ) with the swell ( 26 ) under pretension stretch, shrink and curve in opposite directions.

Wave energy transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the electroactive polymer film ( 5 ) a variable capacitance between two electrodes ( 27 . 28 ).

A wave energy transformer according to claim 10, characterized in that the variable capacitance cooperates with a generator circuit, wherein the generator circuit comprises a supply battery, an intermediate capacitor and a control unit, the controller transmits depending on the wave charge to the intermediate capacitor charges and an intermediate battery and / or a load fed.

Generator for converting mechanical wave energy into electrical energy, characterized by a wave energy transformer ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Wave energy plant characterized by an interaction of a plurality of wave energy transformers ( 1 ) according to one of the preceding claims.