DE102011102676B4 - Swell driven pump - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kolbenpumpen (1) mit ihren Zylindern (2) an einem Schwimmkörper (3) und mit ihren Kolbenstangen (4) an einem Ballastgewicht (5) befestigt sind, wobei die Zylinderräume unterhalb der Kolben (6) durch eine Leitung (7) verbunden sind und jeweils von den Zylinderräumen oberhalb der Kolben (8) eine Leitung (9) wegführt, die in eine Querleitung (10) einmündet, in der auf beiden Seiten der Einmündungen jeweils ein gleichgerichtetes Rückschlagventil (11) angeordnet ist.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine, characterized in that at least two piston pumps (1) with their cylinders (2) on a float (3) and with their piston rods (4) attached to a ballast weight (5) are, wherein the cylinder chambers below the piston (6) by a line (7) are connected and each of the cylinder chambers above the piston (8) leads away a line (9), which opens into a transverse line (10), in both Side of the junctions in each case a rectified check valve (11) is arranged.

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, die Energie von Wasserwellen zu nutzen und zwar sowohl den Seegang des offenen Meeres und des Küstenmeeres, wie auch die Wasserwellen von Binnengewässern.The object of the invention is to use the energy of water waves, both the sea state of the open sea and the territorial sea, as well as the water waves of inland waters.

Aus der WO 2011/022 057 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Schwimmkörper mit einer zentralen schwimmenden Plattform gelenkig verbunden sind und mittels dieser gelenkigen Verbindungen die Energie der Wasserwellen zum zentralen Schwimmkörper übertragen. Die Schwimmkörper mit ihren Verbindungen sind konstruktiv aufwendig. (vgl. insb. S. 9 Z. 14 bis S. 10, Z. 23 und die 6, 7, 10)From the WO 2011/022 057 A1 a device is known, are connected to the floating body with a central floating platform and articulated by means of these articulated connections transmit the energy of the water waves to the central float. The floats with their compounds are structurally complex. (see especially page 9, lines 14 to 10, line 23 and the 6 . 7 . 10 )

Die WO 2010/077 158 A1 offenbart einen Schwimmer mit Ballastgewichten und Pumpen zwischen Ballastgewichten und Schwimmkörper, die unabhängig voneinander arbeiten. Die Ausführung ist jedenfalls nach den vorgeschlagenen Ausführungsformen nur mit hohem konstruktiven Aufwand möglich. (vgl. insb. S 16, 2. Abs. bis 5. Abs.)The WO 2010/077158 A1 discloses a float with ballast weights and pumps between ballast weights and floats that operate independently of each other. The execution is anyway possible according to the proposed embodiments only with great design effort. (see in particular S 16, 2. Abs. to 5. Abs.)

Die DE 25 23 809 A1 offenbart insbesondere in der 1c einen Schwimmkörper mit einem Ballastgewicht und Pumpen, die zwischen dem Schwimmkörper und dem Ballast gewicht ebenfalls in der Weise angeordnet sind, dass sie unabhängig voneinander arbeiten und lediglich die Zylinderräume oberhalb des Kolbens genutzt werden.The DE 25 23 809 A1 discloses in particular in the 1c a floating body with a ballast weight and pumps, the weight between the float and the ballast are also arranged in such a way that they work independently and only the cylinder chambers above the piston are used.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe so gelöst:
Zumindest zwei Kolbenpumpen (1) werden mit ihren Zylindern (2) an einem Schwimmkörper (3) und mit ihren Kolbenstangen (4) an einem Ballastgewicht (5) befestigt. Die Zylinderräume unterhalb der Kolben (6) sind durch eine Leitung (7) verbunden. Von den Zylinderräumen oberhalb der Kolben (8) führt eine Leitung (9) zu einer Querleitung (10), in die sie einmündet. Auf beiden Seiten der Einmündung sind Rückschlagventile (11) angeordnet und zwar so, dass sie gleichgerichtet sind.According to the invention, the problem is solved as follows:
At least two piston pumps ( 1 ) with their cylinders ( 2 ) on a floating body ( 3 ) and with their piston rods ( 4 ) on a ballast weight ( 5 ) attached. The cylinder spaces below the pistons ( 6 ) are connected by a line ( 7 ) connected. From the cylinder spaces above the pistons ( 8th ) leads a line ( 9 ) to a transverse line ( 10 ), into which it opens. On both sides of the junction are check valves ( 11 ) arranged so that they are rectified.

Zwischen den Befestigungspunkten, wo die Zylinder am Schwimmkörper befestigt sind, besteht ein Abstand. Dies führt dazu, dass jede Bewegung des Schwimmkörpers, der durch den Seegang verursacht wird, im System wie folgt umgesetzt wird:
Wird der Schwimmkörper angehoben, dann wird der Zylinder nach oben gezogen mit der Folge, dass der Zylinderraum oberhalb des Kolbens (8) vergrößert wird. Durch die Leitung (9) fließt das Fluid in diesen Zylinderraum ein. Da die Flussrichtung in der Querleitung (10) durch die Rückschlagventile (11) definiert ist, wird das Fluid dort angesogen mit der Folge, dass in der Querleitung (10) das Fluid in der definierten Richtung in das System einfließt.There is a gap between the attachment points where the cylinders are attached to the float. As a result, any movement of the float caused by the sea is implemented in the system as follows:
When the float is raised, the cylinder is pulled up with the consequence that the cylinder space above the piston ( 8th ) is increased. Through the line ( 9 ) the fluid flows into this cylinder space. Since the flow direction in the transverse line ( 10 ) through the check valves ( 11 ), the fluid is sucked in there with the result that in the transverse line ( 10 ) the fluid flows in the defined direction in the system.

Gleichzeitig mit der Vergrößerung des Zylinderraums oberhalb des Kolbens wird der Zylinderraum unterhalb des Kolbens verkleinert. Dies mit der Folge, dass das Fluid von dort durch die Leitung (7) in den Zylinderraum der anderen Kolbenpumpe unterhalb des Kolbens fließt. Da sich der Befestigungspunkt des Zylinders dieser Kolbenpumpe relativ zum ersten nach unten bewegt, ist diese Befestigung relativ zur ersten zugentlastet. Dies mit der Folge, dass der Kolben dort nach oben gedrückt wird und das Fluid aus dem Zylinderraum oberhalb des Kolbens (6) in die Leitung (9) zur Querleitung (10) gedrückt wird, wo es in der definierten Flussrichtung aus dem System ausfließt. Wird nunmehr der Befestigungspunkt des Zylinders der zweiten Kolbenpumpe infolge des Seegangs nach oben bewegt und derjenige der ersten nach unten, dann wiederholt sich der Vorgang zwar in umgekehrter Reihenfolge aber mit demselben Ergebnis.Simultaneously with the enlargement of the cylinder space above the piston, the cylinder space is reduced below the piston. This with the result that the fluid from there through the line ( 7 ) flows into the cylinder space of the other piston pump below the piston. Since the attachment point of the cylinder of this piston pump moves downwardly relative to the first, this attachment is relieved of strain relative to the first. This with the result that the piston is pushed up there and the fluid from the cylinder space above the piston ( 6 ) into the line ( 9 ) to the transverse line ( 10 ) is pressed, where it flows out of the system in the defined flow direction. Now, if the attachment point of the cylinder of the second piston pump is moved upwards due to the swell and that of the first down, then the process is repeated in reverse order but with the same result.

Jede relative Bewegung der Befestigungspunkte der Zylinder am Schwimmkörper zueinander bewirkt somit einen gleichgerichteten Fluidfluss in der Querleitung (10). (Anspruch 1)Any relative movement of the attachment points of the cylinder to the float to each other thus causes a rectified fluid flow in the transverse line ( 10 ). (Claim 1)

Vorgesehen ist nicht, dass die Zylinder am Schwimmkörper und die Kolbenstangen am Ballastgewicht unmittelbar befestigt werden. Ein hinreichender Abstand zwischen den Befestigungspunkten am Schwimmkörper schließt dies aus. Als Befestigungselement werden Seile, Ketten oder Drähte vorgeschlagen, mit denen die Zylinder am Schwimmkörper und die Kolbenstangen am Ballastgewicht verbunden werden. Dass diese Befestigungselemente ausschließlich auf Zug und nicht auf Druck beansprucht werden können, ist vorgesehen.It is not intended that the cylinder on the float and the piston rods are attached directly to the ballast weight. A sufficient distance between the attachment points on the float excludes this. As a fastener ropes, chains or wires are proposed, with which the cylinder on the float and the piston rods are connected to the ballast weight. That these fasteners can be claimed only on train and not on pressure is provided.

Wahlweise kann bei jeder Kolbenpumpe eines der beiden Befestigungselemente auch eine Stange sein. (Anspruch 2)Optionally, in each piston pump one of the two fasteners may also be a rod. (Claim 2)

Vorteilhaft ist die Erfindung als Ergänzung zu einem Schiff. Einmal insoweit, als der erzeugte Fluidfluss an Bord des Schiffes zur weiteren Benutzung verfügbar ist. Dann auch wegen des weiteren Effekts, dass die Schiffsbewegungen gedämpft werden. (Anspruch 3)The invention is advantageous as a supplement to a ship. Once in so far as the generated fluid flow is available on board the ship for further use. Then also because of the further effect that the ship movements are dampened. (Claim 3)

Soll nur das Rollen des Schiffs gedämpft werden, dann werden die Befestigungspunkte der Zylinder vorzugsweise an der Längsseite gewählt. (2) Soll auch das Stampfen des Schiffs gedämpft werden, dann werden die Befestigungspunkte so gewählt, dass sie auch in der Kiellinie beabstandet sind. Dies bewirkt dann auch zugleich eine Dämpfung des Schlingern des Schiffes. (3)If only the roles of the ship to be damped, then the attachment points of the cylinder are preferably selected on the longitudinal side. ( 2 ) If the pounding of the ship should also be damped, then the attachment points are chosen so that they are also spaced in the keel line. This then also causes at the same time a damping of the rolling of the ship. ( 3 )

Anstelle eines Einrumpfschiffes kann für den Schwimmkörper auch ein Katamaran gewählt werden. Zwei gesonderte Schwimmer – die Rümpfe des Katamarans – sind durch einen Abstandshalter – die Brücke des Katamarans – verbunden und die Zylindern sind jeweils an einem der beiden Rümpfe befestigt. Der als Wasserfahrzeug benutzbare Katamaran kann auch auf die notwendigen Grundelemente reduziert werden, nämlich zwei Schwimmer in beliebiger Form mit einer Stange als Abstandshalter. (Anspruch 4)Instead of a monohull vessel, a catamaran can also be chosen for the float. Two separate floats - the hulls of the catamaran - are connected by a spacer - the bridge of the catamaran - and the cylinders are each attached to one of the two hulls. The usable as a watercraft catamaran can also be reduced to the necessary basic elements, namely two floats in any form with a rod as a spacer. (Claim 4)

Schwimmkörper bzw. Schwimmer mit der langgezogenen Form von Schiffsrümpfen haben den Vorteil, dass sie sich unbefestigt auf dem Wasser quer zum Seegang ausrichten und sich so von selbst in die Position stellen, die für die relative Bewegung der Befestigungspunkte der Zylinder untereinander optimal ist. Optimiert wird der Schwimmkörper nach Art eines Katamarans weiter damit, dass die Länge des Abstandshalters die Hälfte der zu erwartenden Entfernung zwischen Wellenkamm und Wellenkamm ist. (Anspruch 5) Floats or floats with the elongated shape of hulls have the advantage that they align themselves unattached on the water across the sea, and so put themselves in the position that is optimal for the relative movement of the attachment points of the cylinder with each other. The floating body is further optimized in the manner of a catamaran with the fact that the length of the spacer is half the expected distance between the wave crest and wave crest. (Claim 5)

Ist eine Ausrichtung des Systems zur Richtung des Seegangs nicht möglich oder nicht erwünscht, dann wird empfohlen, jeweils drei Schwimmer so zueinander zuzuordnen, dass sie gegebenenfalls mittels eines Stangengerüsts zu einem Dreieck angeordnet sind. Als Befestigungspunkte für die Zylinder bieten sich die jeweils zueinander am entferntesten Punkte des Systems an, also die Ecken des Dreiecks. (4) (Anspruch 6)If it is not possible or not desirable to align the system with the direction of the sea, it is recommended that each of the three floats be assigned to one another in such a way that they are arranged, if necessary, in a triangle by means of a rod framework. As fastening points for the cylinders, the most distant points of the system, that is, the corners of the triangle, offer each other. ( 4 ) (Claim 6)

Die Zuordnung jeweils dreier Schwimmer zu einem Dreieck ermöglicht die Erweiterung des Systems mittels weiterer baugleicher Dreiecke mit der Folge, dass das gesamte System einen Teppich auf der Wasseroberfläche bildet. (Anspruch 7)The assignment of three floats each to a triangle allows the expansion of the system by means of further identical triangles, with the result that the entire system forms a carpet on the water surface. (Claim 7)

Zur Nutzung des Fluidstroms in der Querleitung wird vorgeschlagen, diese zu einem geschlossenen, fluidgefüllten Ring zu verbinden, in dem das Fluid umlaufend strömt. Wird in diesen Stromfluss eine Turbine in der Weise eingeschaltet, dass das Fluid die Turbinenschaufeln treibt, dann hat dies zur Folge, dass die kinetische Energie über die Achse des Turbinenrads entnommen und einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. (Anspruch 8)To use the fluid flow in the transverse line is proposed to connect them to a closed, fluid-filled ring in which the fluid flows circumferentially. If a turbine is turned on in this flow of current in such a way that the fluid drives the turbine blades, then this has the consequence that the kinetic energy can be taken over the axis of the turbine wheel and fed to a further use. (Claim 8)

Bei dieser Ausführungsform ist es empfehlenswert, die Achse mit dem Antrieb eines Generators so zu verbinden, dass ihre Rotation den Generator treibt und der Fluidfluss auf diese Weise zur Stromerzeugung genutzt wird. (Anspruch 9)In this embodiment, it is advisable to connect the axle to the drive of a generator in such a way that its rotation drives the generator and the fluid flow is used in this way to generate electricity. (Claim 9)

Claims (9)

Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kolbenpumpen (1) mit ihren Zylindern (2) an einem Schwimmkörper (3) und mit ihren Kolbenstangen (4) an einem Ballastgewicht (5) befestigt sind, wobei die Zylinderräume unterhalb der Kolben (6) durch eine Leitung (7) verbunden sind und jeweils von den Zylinderräumen oberhalb der Kolben (8) eine Leitung (9) wegführt, die in eine Querleitung (10) einmündet, in der auf beiden Seiten der Einmündungen jeweils ein gleichgerichtetes Rückschlagventil (11) angeordnet ist.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine, characterized in that at least two piston pumps ( 1 ) with their cylinders ( 2 ) on a floating body ( 3 ) and with their piston rods ( 4 ) on a ballast weight ( 5 ), wherein the cylinder spaces below the piston ( 6 ) through a line ( 7 ) are connected and each of the cylinder spaces above the piston ( 8th ) a line ( 9 ) leading into a transverse line ( 10 ), in each case on the two sides of the junctions a rectified check valve ( 11 ) is arranged. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (12) der Zylinder am Schwimmkörper und der Kolbenstangen am Ballastgewicht mittels Seilen, Ketten, Drähten oder Stangen erfolgt.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claim 1, characterized in that the attachment ( 12 ) of the cylinder on the float and the piston rods on the ballast weight by means of ropes, chains, wires or rods. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper ein Schiff (13) ist.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claims 1 or 2, characterized in that the floating body is a ship ( 13 ). Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper aus gesonderten Schwimmern (14) besteht, die durch Abstandshalter (15) verbunden sind, wobei die Zylinder der Kolbenpumpen jeweils an den gesonderten Schwimmern befestigt sind.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claims 1 or 2, characterized in that the floating body of separate floats ( 14 ) by spacers ( 15 ) are connected, wherein the cylinders of the piston pumps are each attached to the separate floats. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Abstandshalters (15) die Hälfte der zu erwartenden Entfernung zwischen Wellenkamm und Wellenkamm ist.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claim 4, characterized in that the length of the spacer ( 15 ) is half of the expected distance between wave crest and wave crest. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach den Ansprüchen 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) durch drei Schwimmer (14) gebildet ist, die zu einem Dreieck miteinander verbunden sind, wobei die Zylinder (2) der Kolbenpumpen jeweils mit einem Eck (16) dieses Dreiecks verbunden sind.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claims 1, 2, characterized in that the floating body ( 3 ) by three floats ( 14 ), which are connected to a triangle, wherein the cylinders ( 2 ) of the piston pumps each with a corner ( 16 ) of this triangle are connected. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckigen Schwimmkörper (3) jeweils mit ihren Ecken an den Ecken baugleicher dreieckiger Schwimmkörper befestigt sind.Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claim 6, characterized in that the triangular floating bodies ( 3 ) are each attached with their corners at the corners of identical triangular floating body. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach den Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querleitung (10) zu einem geschlossenen, fluidgefüllten Ring verbunden ist, in den die Turbine eingereiht ist. Device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claims 1-7, characterized in that the transverse line ( 10 ) is connected to a closed, fluid-filled ring, in which the turbine is ranked. Vorrichtung zur Nutzung der Energie von Wasserwellen mit einer seegangsbetriebenen Pumpe und Turbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine mit einem Generator so verbunden ist, dass dieser durch die Drehung des Turbinenschaufelrads angetrieben wird.A device for utilizing the energy of water waves with a sea-powered pump and turbine according to claim 8, characterized in that the turbine is connected to a generator so that it is driven by the rotation of the turbine blade wheel.
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