DE102011101409A1 - Float power plant for utilizing wave energy, has generator that is driven by drive shaft by rotational movements of transmission wheel with lifting movement of float - Google Patents
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- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Schwimmkörper-Kraftwerk zur Ausnützung der Wellenenergie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a floating body power plant for exploiting the wave energy according to the preamble of
Ein derartiges Wellenkraftwerk ist beispielsweise mit dem Gegenstand der
Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Schwimmkörper vorhanden, in dessen Innenraum ein Generator angeordnet ist, der ein Umlenkrad aufweist, welches über Federkraft vorgespannt ist und über dessen Außenumfang ein Seil oder ein Zugglied geführt ist. Das eine Ende des Zuggliedes ist entweder am Seegrund oder an einem im See schwimmenden Gewicht angeordnet, während das andere Ende des Zuggliedes auf der Trommel aufgerollt ist.In this known arrangement, a float is present, in the interior of which a generator is arranged, which has a deflection wheel, which is biased by spring force and on the outer circumference of a rope or a tension member is guided. One end of the tension member is located either on the bottom of the lake or on a floating weight in the lake, while the other end of the tension member is rolled up on the drum.
Mit entsprechender Hubbewegung des Schwimmkörpers wird somit das Seil oder das Zugglied mehr oder weniger auf die Seiltrommel aufgrollt und wieder abgerollt.With appropriate lifting movement of the float thus the rope or the tension member is more or less aufgrollt on the cable drum and unrolled again.
Diese Bewegungen der Seiltrommel – jedoch nur in einer Drehrichtung – werden zum Antrieb eines elektrischen Generators verwendet. Nachteil dieser Anordnung ist, dass lediglich nur die ansteigende Hubbewegung der Welle zur Energiegewinnung verwendet werden kann und nicht die abwärts gerichtete Hubbewegung.These movements of the cable drum - but only in one direction of rotation - are used to drive an electric generator. Disadvantage of this arrangement is that only the increasing lifting movement of the shaft can be used to generate energy and not the downward stroke movement.
Damit ist ein sehr schlechter Wirkungsgrad gegeben und durch die Auf- und Abwickelbewegungen des Seils oder des Hubgliedes auf der Trommel entsteht ein hoher mechanischer Aufwand bei schlechtem Wirkungsgrad, weil das Gewicht des Seils oder des Hubgliedes ebenfalls noch von der Trommel aufgewickelt werden muss, was zu einem Wirkungsverlust führt.This is a very poor efficiency and given by the winding and Abwickelbewegungen the rope or the lifting member on the drum creates a high mechanical complexity with poor efficiency, because the weight of the rope or the lifting member also still has to be wound up by the drum, which leads to a loss of effect.
Die Wickelbewegung der Trommel muss so schnell sein, dass genau die Aufwicklung innerhalb einer Wellenamplitude stattfindet, da andernfalls ebenfalls ein Wirkungsverlust vorliegt.The winding movement of the drum must be so fast that exactly takes place the winding within a wave amplitude, otherwise there is also a loss of effect.
Mit dem Gegenstand der
Mit dem Gegenstand der
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Schwimmkörper-Kraftwerk zur Ausnützung der Wellenenergie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so weiter zu bilden, dass eine wesentlich bessere Energieausnützung gegeben ist.The invention is therefore the object of a floating body power plant for the utilization of wave energy according to the preamble of
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehrung des Anspruches 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass das erfindungsgemäße Schwimmkörper-Kraftwerk in seinem Schwimmkörper mindestens einen Generator aufweist, der von mindestens einer Antriebswelle angetrieben ist, welche Antriebswelle drehfest mit einem Transmissionsrad verbunden ist, welches als lose Rolle eines im Flaschenzug-Prinzip geführten Zuggliedes ausbildet ist.An essential feature of the invention is that the floating body power plant according to the invention comprises in its float at least one generator which is driven by at least one drive shaft, which drive shaft is rotatably connected to a Transmissionsrad, which is formed as a loose role of a pulley principle guided tension member ,
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun sowohl die aufsteigende als auch die absteigende Wellenbewegung für die Wandlung von Energie gleichermaßen verwendet werden kann, wodurch praktisch der Wirkungsgrad gegenüber dem bekannten Schwimmkörper-Kraftwerken verdoppelt wird.With the given technical teaching, there is the significant advantage that now both the ascending and the descending wave motion for the conversion of energy can be used equally, which practically doubles the efficiency compared to the known floating body power plants.
Wichtig bei der Erfindung ist, dass das im Schwimmköper angeordnete Umlenkteil nun nicht mehr als Umlenkrolle ausgebildet ist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern es wird deshalb als Transmissionsrad bezeichnet, weil es Teil einer losen Rolle eines einfachen Flaschenzuges ist.Important in the invention is that the arranged in floating body deflection now no longer is designed as a pulley, as is known in the prior art, but it is therefore referred to as a transmission wheel, because it is part of a loose role of a simple pulley.
Bezogen auf einen so genannten Faktorenflaschenzug verwendet die Erfindung das Prinzip eines Faktorenflaschenzuges für Ordnungszahl N = 2.Based on a so-called factor pulley, the invention uses the principle of a factor pulley for atomic number N = 2.
Erfindungsgemäß ist also die lose Rolle bei einem N = 2 Faktorenflaschenzug als Umlenkrolle im Schwimmkörper ausgebildet, aus diesem Grund wird diese Umlenkrolle als Tranksmissionsrad bezeichnet.Thus, according to the invention, the loose roll is designed as a deflection roller in the floating body in the case of an N = 2 factor pulley, for which reason this deflection pulley is referred to as a transmission transmission wheel.
Es handelt sich also nicht um eine einfache Umlenkrolle nach dem Stand der Technik, sondern um eine lose Rolle nach dem Flaschenzugprinzip. It is therefore not a simple deflection roller according to the prior art, but a loose role on pulley principle.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass für die Zugglieder Seile verwendet werden. Anstatt eines Seiles können auch beliebige Kettenzüge verwendet werden.The invention is not limited to using ropes for the tension members. Instead of a rope also any chain hoists can be used.
In einer dritten Ausführungsform können auch verzahnte Zugglieder verwendet werden, wie sie bei einem Keilriemen bekannt sind.In a third embodiment also toothed tension members can be used, as they are known in a V-belt.
Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung, dass bei dem erfindungsgemäßen Schwimmkörper-Kraftwerk eine optimale Umwandlung der potenziellen Energie der Welle in eine elektrische Energie mit einem doppelt so hohen Wirkungsgrad stattfindet wie anhand der vorher stehenden Druckschriften beschrieben wurde.It is important in the present invention that in the floating body power plant according to the invention an optimal conversion of the potential energy of the wave into an electrical energy with a twice as high efficiency takes place as described with reference to the above-mentioned documents.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zugglieder doppelt vorhanden sind, dass heißt es sind zwei parallel und in gegenseitigem Abstand zueinander angeordnete, jedoch drehfest miteinander verbundene Transmissionsräder vorhanden, die mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind, welche Antriebswelle die Antriebswelle des Generators darstellt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the tension members are duplicated, that is, there are two parallel and mutually spaced, but non-rotatably connected transmission wheels, which are connected to a common drive shaft, which drive shaft, the drive shaft of the generator represents.
Mit der Anordnung von zwei parallel und dem gegenseitigen Abstand zueinander angeordneten Transmissionsrädern über welche jeweils ein Zugglied läuft, wird der Vorteil erreicht, dass der Schwimmkörper verkantungsfrei und parallel zur Welle geführt wird, weil die beiden parallel und im gegenseitigen Abstand zueinander angeordneten Zugglieder eine Verkantung dieses Schwimmkörpers vermeiden.With the arrangement of two mutually parallel and mutually spaced transmission wheels on each of which a tension member runs, the advantage is achieved that the floating body is guided without tilting and parallel to the shaft, because the two parallel and mutually spaced tension members a canting this Avoid floating body.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zugglieder als Zugseile ausgebildet sind, dieser Begriff wird jedoch nur der Vereinfachung halber später auch verwendet, obwohl die Erfindung allgemein auf beliebige Zugglieder gerichtet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the tension members are designed as tension cables, but this term is only used for the sake of simplicity later, although the invention is generally directed to any tension members.
Um die beiden parallel und gemeinsam in Richtung zum Seegrund geführten Zugglieder in der nähe des Seegrundes zu fassen ist es vorgesehen, dass diese oberhalb des Seegrundes in einer Traverse befestigt sind und der Traverse ihrerseits an der Unterseite mit einer Ankerdrossel gegenüber dem Seegrund verspannt ist.In order to grasp the two parallel and together in the direction of the lake bottom guided tension members near the bottom of the lake, it is provided that they are fastened above the lake bottom in a traverse and the traverse is in turn braced at the bottom with an anchor throttle relative to the lake bottom.
Selbstverständlich ist die Verwendung einer derartigen Traverse nicht lösungsnotwenig, denn die beiden Zugglieder, die parallel und in gegenseitigem Abstand in Richtung zum Seegrund geführt sind, können auch unmittelbar in einem im Seegrund verankerten Ankergewicht gehalten sein, sofern die Wellen immer aus der gleichen Richtung kommen.Of course, the use of such a traverse is not a solution, because the two tension members, which are performed in parallel and at a mutual distance in the direction of the lake bottom, can also be held directly anchored in the seabed anchor weight, provided that the waves always come from the same direction.
Die erfindungsgemäße Traverse sorgt also nur für eine zentrale Verankerung am Seegrund, obwohl die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.The traverse according to the invention thus provides only for a central anchoring on the bottom of the lake, although the invention is not limited thereto.
Wichtig bei der Erfindung ist, dass die beiden parallel und im gegenseitigen Abstand zueinander geführten Zugglieder nun über die beiden parallelen Transmissionsräder geführt werden und das absteigende Zugglied, jenseits des jeweiligen Transmissionsrades ist fest mit einem Gegengewicht gekoppelt. Dieses Gegengewicht kann frei in der See schweben.Important in the invention is that the two parallel and mutually spaced tension members are now guided over the two parallel transmission wheels and the descending tension member, beyond the respective transmission wheel is fixedly coupled to a counterweight. This counterweight can float freely in the sea.
Es wird jedoch bevorzugt, wenn das Gegengewicht längs geführt an den absteigenden Zuggliedern entlang geführt wird, wozu bevorzugt ein Abstandshalter verwendet wird, an welchem eine Parallelführung angeordnet ist, welche das absteigende Zugglied umgreift.However, it is preferred if the counterweight guided longitudinally guided along the descending tension members, for which purpose a spacer is preferably used, on which a parallel guide is arranged, which surrounds the descending tension member.
Damit besteht der Vorteil, dass die Gegengewichtsrolle nun an dem absteigenden Zugglied entlang geführt ist, ohne dass es frei in der See schwebt und eventuell zu Beschädigungen führen kann.This has the advantage that the counterweight roller is now guided along the descending tension member, without it floating freely in the sea and may possibly lead to damage.
Bei einer derartigen Anordnung einer losen Rolle in Form von Transmissionsrädern besteht demgemäß der Vorteil, dass bei einer Wellenamplitude der Größe K nun das Gegengewicht die Hubstrecke 2X durchläuft, woraus sich ergibt, dass eine Übersetzung über die Transmissionsräder stattfindet, die demgemäß doppelt so schnell angetrieben werden als wenn es sich um eine einfach Umlenkrolle handeln würde.With such an arrangement of a loose roll in the form of transmission wheels there is accordingly the advantage that with a wave amplitude of size K, the counterweight now passes through the stroke 2X, with the result that a transmission takes place via the transmission wheels, which are thus driven twice as fast as if it were a simple pulley.
Das Gegengewicht ist deshalb mit seiner Gewichtskraft so einzustellen, dass die Hubbewegung in der abwärts gehenden Richtung genau gleich wie die Hubbewegung in der aufwärts gehenden Richtung auf die Transmissionsräder übertragen wird.The counterweight is therefore to be adjusted with its weight so that the lifting movement in the downward direction is transmitted to the transmission wheels exactly the same as the lifting movement in the upward direction.
Es soll möglichst ein Schlupf der Zugglieder auf den Transmissionsrädern vermieden werden, obwohl die Erfindung nicht darauf gerichtet ist, dass ein Schlupf absolut ausgeschlossen ist. Es kann auch ein solcher Schlupf durchaus tolerabel sein.It should as possible slippage of the tension members on the transmission wheels are avoided, although the invention is not directed to the fact that slippage is absolutely excluded. It can also be quite tolerable such a slip.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist demzufolge, dass der Generator eine drehzahlgeführte Drehmomentsteuerung mit Drehrichtungsumkehr ausführt. Dies bedeutet, dass die Führungsgröße für die Generatorregelung die Drehzahl des jeweiligen Transmissionsrades ist und dass in der Drehrichtungsumkehr keine Energie erzeugt wird.Accordingly, it is important in the present invention that the generator performs a rotational speed-reversed torque control. This means that the reference variable for the generator control is the rotational speed of the respective transmission wheel and that in the direction of rotation reversal no energy is generated.
Man kann sich im Allgemeinen die Wellenhubbewegung als Sinuskurve vorstellen, die in einen aufsteigenden Wellenhub und in einen absteigenden Wellenhub zu unterteilen ist.In general, one can think of the wave lift motion as a sinusoidal curve, which in one ascending shaft stroke and subdivide into a descending shaft stroke.
Wichtig bei der Erfindung ist nur, dass der erfindungsgemäße Generator sowohl die potenzielle Energie des aufsteigenden Wellenhubes als auch die potenzielle Energie des absteigenden Wellenhubes in gleicher Weise auswertet und in elektrische Energie wandelt.Important in the invention is only that the generator according to the invention evaluates both the potential energy of the rising shaft stroke and the potential energy of the descending shaft stroke in the same way and converts it into electrical energy.
Aus diesem Grund wird die Drehzahl von den Transmissionsrädern erfasst und für eine Drehzahl geführte Drehmomentsteuerung mit Drehrichtungsumkehr verwendet.For this reason, the rotational speed is detected by the transmission wheels and used for a rotational speed reversing torque control.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sieht die Erfindung auch vor, dass der erfindungsgemäße Schwimmkörper als Auftriebstank ausgebildet ist, der tauchfähig ist. Hier sieht die Erfindung eine Notabsenkung des Auftriebstankes vor, sodass bei Einwirkung von Elementargewalten wie z. B. einem Hurrikan der Schwimmköper teilweise geflutet wird und in eine sichere Tauchdistanz unter Wasser stabil positioniert werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the invention also provides that the floating body according to the invention is designed as a buoyancy tank, which is submersible. Here, the invention provides an emergency lowering of the buoyancy tank, so that when exposed to elemental forces such. B. a hurricane of the floating body is partially flooded and can be stably positioned in a safe diving distance under water.
Ein Auftauchen ist dann möglich, wenn man einen Überdrucktank im Auftriebstank einbaut und das im Auftriebstank eingeflutete Wasser wiederum auspresst.A surfacing is possible if one builds an overpressure tank in the buoyancy tank and the water flooded in the buoyancy tank again squeezes out.
Von besonderem Vorteil bei der Erfindung ist, dass eine automatische Tidenhubangleichung stattfindet, wobei diese Länge der Zugglieder immer so gewählt wird, dass stets dafür gesorgt ist, dass Gegengewicht, welches im Wasser schweben soll, nicht am Meeresgrund aufschlagen soll.A particular advantage of the invention is that an automatic Tidenhubangleichung takes place, this length of the tension members is always chosen so that it is always ensured that the counterweight, which should float in the water should not strike the seabed.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
In
Im Innenraum des Schwimmkörpers
Der Generator
Wie in der allgemeinen Beschreibung angegeben, dient dieses Transmissionsrad
Das absteigende Zugglied
An der Unterseite der Traverse
Die Gewichtskraft des Ankergewichtes
Die beiden Zugglieder sowohl im absteigenden als auch im aufsteigenden Zweig werden über Trosseneinführungen
Um den gesamten Schwimmkörper
Ferner ist in einer Bojentasche
Die genannte Funk- und Navigationsboje
Ebenso sind die entsprechenden Steuerelemente und Batterieelemente in der Funk- und Navigationsboje
Weil der Generator
Die elektrische Leitung
Bezug nehmend auf das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung wird auf
Am absteigenden Teil des Zuggliedes
Der dadurch definierte Wellengenerator
Damit erfolgt also eine Anzahlerhöhung bei dem Transmissionsrad
Es handelt sich also um den Faktor 2 zur Amplitude des Wellenhubes
Die Bewegungen des Gegengewichtes
Die
So kann in gleicher Weise ein Zweiphasen-Wechselstrom erzeugt werden oder ein Gleichstrom.Thus, a two-phase alternating current can be generated in the same way or a direct current.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist demzufolge, dass eine relativ klein bauende Leistungselektronik
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass auf Umkehrgetriebe verzichtet werden kann, wie es beim Stand der Technik bekannt ist, sondern bei der vorliegenden Erfindung wird sowohl die hin- als auch die hergehende Bewegung der Transmissionsräder zu einer einheitlichen Energiewandlung verwendet, ohne dass es mechanischer Getriebeumsetzungen bedarf.Important in the present invention is that can be dispensed with reverse gear, as is known in the prior art, but in the present invention, both the back and forth movement of the transmission wheels is used to a uniform energy conversion, without being more mechanical Gear conversions needed.
Es erfolgt also eine reine elektronische Umsetzung der Antriebsenergie in eine in gleiche Richtung weisende Energiewandlung.So there is a pure electronic conversion of the drive energy in a pointing in the same direction energy conversion.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ankergewichtanchor weight
- 22
- Ankertrosseanchor cable
- 33
- Traversetraverse
- 44
- TrosseneinführungTross introduction
- 55
- Schwimmkörperfloat
- 66
- Transmissionsrad = lose RolleTransmission wheel = loose roll
- 77
- RevisionsdeckelAccess Doors
- 88th
- KabelauslassCable outlet
- 99
- Gegengewichtcounterweight
- 1010
- Abstandshalterspacer
- 1111
- Kabelschlaufecable loop
- 1212
- Antenneantenna
- 1313
- Bojentaschebuoys pocket
- 1414
- Verankerung-BojeAnchor buoy
- 1515
- Verankerungsgewichtanchor weight
- 1616
- Generatorgenerator
- 1717
- Antriebswelledrive shaft
- 1818
- Wasser-Ein- und AuslassWater inlet and outlet
- 1919
- Tankentlüftungtank ventilation
- 2020
- DruckluftkammerCompressed air chamber
- 2121
- Funk- und NavigationsbojeRadio and navigation buoy
- 2222
- Grundreason
- 2323
- Obere LinieTop line
- 2424
- Wellenbewegungwave motion
- 2525
- Wellengeneratorwave generator
- 2626
- Befestigungspunktattachment point
- 2727
- Befestigungspunktattachment point
- 2828
- elektrische Leitungelectrical line
- 2929
- KabelfortführungCable continuation
- 3030
- Zuggliedtension member
- 30a30a
- Zugglied absteigendTension member descending
- 30b30b
- Zugglied aufsteigendTension member ascending
- 3131
- Wellenhubshaft stroke
- 3232
- Pfeilrichtungarrow
- 3333
- Pfeilrichtungarrow
- 3434
- Parallelführungparallel guide
- 3535
- Pfeilrichtung a, bArrow direction a, b
- 3636
- Auftriebskammerbuoyancy chamber
- 3737
- Trennschottseparation Schott
- 3838
- Generatorkammergenerator chamber
- 3939
- Leistungselektronikpower electronics
- 4040
- Hubstreckestroke distance
- 4141
- DrehrichtungsumkehrDirection of rotation
- 4242
- pot. Energie aufpot. energy up
- 4343
- pot. Energie abPot. Energy
- 4444
- elektr. Energieelec. energy
- 4545
- DrehrichtungsumkehrstufeRotation reversal stage
- 4646
- Ausgangoutput
- 4747
- Ausgangoutput
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- JP 02136570 A [0008] JP 02136570A [0008]
- DE 602004006297 T2 [0009] DE 602004006297 T2 [0009]
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- 2011-05-13 DE DE102011101409A patent/DE102011101409A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20130507 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |