DE102012106009B4

DE102012106009B4 - Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen

Info

Publication number: DE102012106009B4
Application number: DE102012106009.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: DE102012106009A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung (100) zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen, mit einem auf der Meeresoberfläche treibenden Schwimmkörper (110), der mittels einer Befestigungseinrichtung (120) mit dem Meeresboden (130) verbunden ist, wird eine Energiegewinnung über mehr als eine Befestigungseinrichtung (113, 114) dadurch erreicht, dass der Schwimmkörper (110) langschmal ausgebildet ist und einen Bugbereich (111) und einen Heckbereich (112) aufweist, die bei Auftreten einer Meeresdünung in entgegengesetzte Richtungen schwingen, wobei sowohl der Bugbereich (111) als auch der Heckbereich (112) zumindest indirekt über jeweils eine Befestigungseinrichtung (113, 114) mit dem Meeresboden (130) verbunden sind, die mit einer Wandlereinrichtung (140) versehen sind, die eine periodisch auftretende mechanische Zugspannung in elektrische Energie wandelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen, mit einem auf der Meeresoberfläche treibenden Schwimmkörper, der mittels einer Befestigungseinrichtung mit dem Meeresboden verbunden ist, wobei der Schwimmkörper langschmal ausgebildet ist und einen Bugbereich und einen Heckbereich aufweist, die bei Auftreten einer Meeresdünung in entgegengesetzte Richtungen schwingen, wobei sowohl der Bugbereich als auch der Heckbereich zumindest indirekt über jeweils eine Befestigungseinrichtung mit dem Meeresboden verbunden sind, die mit einer Wandlereinrichtung versehen sind, die eine periodisch auftretende mechanische Zugspannung in elektrische Energie wandelt.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungen verwendet.
Die bekannten Vorrichtungen weisen indes den Nachteil auf, dass sie lediglich darauf ausgerichtet sind, elektrische Energie durch die durch Meeresdünung verursachte Auf- und Abbewegung eines Schwimmkörpers zu gewinnen, der jeweils durch eine einzelne Meereswelle insgesamt angehoben wird. Dabei kann Energie jeweils nur über die eine Befestigungseinrichtung gewonnen werden.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus DE 20 2005 007 857 U1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart des Weiteren einen Schwimmkörper mit einem Gehäuse, das über wenigstens ein Seil mit einem Ankerkörper verbunden ist, wobei in dem Gehäuse wenigstens ein Element mit exzentrischer Trägheit angeordnet ist, an welches das wenigstens ein Seil angreift und das Element in Abhängigkeit von einer durch Auftriebskräfte initiierten Auftriebsbewegung des Gehäuses in Drehung versetzt, und dass das Element mit einem Generator gekoppelt ist, der die Bewegungsenergie in Stromenergie umwandelt.
Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 20 2009 002 859 U1 eine Vorrichtung zur direkten Wandlung kinetischer in elektrische Energie, in der eine mechanische Struktur wechselnde Kräfte auf Piezo-Elemente, die an der Trägerstruktur angebracht sind, überträgt.
Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der Druckschrift US 2010/0122 529 A1 bekannt.
Die Druckschrift DE 10 2006 025 888 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Gehäuse mit eingeschlossener Luft und Elektroturbine, das durch Wasserwellen vertikal nach oben gedrückt wird. Beim Wellenabgang wird das Element durch Zuggewicht und die Erdanziehungskraft nach unten gezogen.
Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 10 2005 003 580 A1 eine Vorrichtung zum Erzeugen von Elektrizität aus Wellenbewegungen, mit mindestens einem Schwimmkörper mit einem Generator und einer mit diesem verbundenen Seiltrommel, auf der ein Seil aufwickelbar ist, das mit seinem freien Ende stationär verankerbar ist und eine mit der Seiltrommel verbundenen Rückholeinrichtung aufweist.
Aus der Druckschrift DE 60 2004 006 297 T2 ist ein Energieerzeugungssystem bekannt, das Meereswellen nutzt, umfassend: wenigstens einen Schwimmkörper, einen Ballast, eine Ballastkette oder ein Ballastseil, wenigstens ein Verbindungsseil oder eine Verbindungskette zwischen der Ballastkette oder dem Ballastseil und dem Schwimmkörper, Mittel zum Umwandeln der Bewegung des Schwimmkörpers in mechanische Energie, wenigstens eine innerhalb des Schwimmkörpers angeordnete Rückstellvorrichtung, die es ermöglicht, das Seil oder die Kette während des Abfallens der Welle in seine Ausgangsposition rückzustellen, wenigstens eine Vorrichtung zum Umwandeln der mechanischen Energie in eine andere Energie als mechanische Energie, die innerhalb des Schwimmköpers angeordnet ist, und Mittel zum Übertragen der Energie zum Festland oder zu einer befestigten Anordnung, wobei der Schwimmkörper an einer Anordnung angebracht ist, die wenigstens eine horizontale Welle beinhaltet, die mit den Enden an der Anordnung angebaut ist, und wobei das Mittel zum Umwandeln der Bewegung des Schwimmkörpers in mechanische Energie ein bewegliches Gehäuse beinhaltet, um das das Verbindungsseil oder die Verbindungskette gewunden wird, wobei das Gehäuse drehbar relativ zu der horizontalen Welle auf eine Weise befestigt ist, dass es sich unter der Einwirkung des aufgerollten Seils oder der Kette dreht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen zu schaffen, mittels derer Energie über mehr als eine Befestigungseinrichtung gewonnen werden kann, und deren Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbessert ist.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Schwimmkörper ein Ausrichtungselement vorgesehen ist, mittels dessen eine Ausrichtung des Schwimmkörpers in der Weise ermöglicht ist, dass eine vom Heckbereich zum Bugbereich verlaufende Verbindungslinie senkrecht zu einer aktuellen Meeresdünung ausgerichtet ist, wobei für ein Zusammenspiel mit dem Ausrichtungselement eine ein Basisteil sowie ein oberhalb des Basisteils angeordnetes Chassis enthaltende Dreheinrichtung vorgesehenen ist, deren Basisteil und Chassis um eine lotrechte Achse gegeneinander verdrehbar gelagert sind, und die Dreheinrichtung mittels einer Befestigungseinrichtung mit dem Meeresboden verbunden ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass am Schwimmkörper ein Ausrichtungselement vorgesehen ist, mittels dessen eine Ausrichtung des Schwimmkörpers in der Weise ermöglicht ist, dass eine vom Heckbereich zum Bugbereich verlaufende Verbindungslinie senkrecht zu einer aktuellen Meeresdünung ausgerichtet ist, wobei für ein Zusammenspiel mit dem Ausrichtungselement eine ein Basisteil sowie ein oberhalb des Basisteils angeordnetes Chassis enthaltende Dreheinrichtung vorgesehenen ist, deren Basisteil und Chassis um eine lotrechte Achse gegeneinander verdrehbar gelagert sind, und die Dreheinrichtung mittels einer Befestigungseinrichtung mit dem Meeresboden verbunden ist, erreicht, dass der mit dem Bugbereich in Richtung einer periodischen Dünung ausgerichtete Schwimmkörper wie ein Kippbalken hin- und her schwingt, wobei eine Aufbewegung des Bugbereiches eine Abbewegung des Heckbereiches zur Folge hat und umgekehrt eine Abbewegung des Bugbereiches eine Aufbewegung des Heckbereiches zur Folge hat. Erfindungsgemäß wird dabei diese Kippbewegung zur Energieerzeugung genutzt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung des Bugbereiches und die Befestigungseinrichtung des Heckbereiches bei Auftreten einer Meeresdünung zeitversetzt einer Zugspannung ausgesetzt sind, wobei die Wandlereinrichtung der Befestigungseinrichtung des Bugbereiches und die Wandlereinrichtung der Befestigungseinrichtung des Heckbereiches elektrische Wechselspannungen liefern, deren Perioden um 180° zueinander verschoben sind.
Eine Wandlereinrichtung kann beispielsweise von einem piezzoelektrischen Element gebildet sein.
Vorzugsweise ist eine Wandlereinrichtung indes von einem mit einem Rotor und einem Stator versehenen Elektrogenerator gebildet, der von einer Antriebseinrichtung getrieben ist, die ausgelegt ist, um eine aufgrund einer Zugspannung verursachte Linearbewegung eines Zugelementes in eine Rotationsbewegung des Rotors zu übertragen. Die Antriebseinrichtung enthält dabei vorzugsweise ein um eine feste Achse drehbar gelagertes Zahnrad enthält, dessen Mantelfläche bei Auftreten einer Zugspannung mit einer Zahnstange zusammenwirkt und einen mit der Achse gekoppelten Rotor einer einen Stator aufweisenden elektrischen Dynamomaschine in eine erste Richtung dreht, wobei das Zahnrad mittels einer Spiralfeder vorgespannt ist, um bei Nachlassen der Zugspannung den Rotor in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zu drehen. Die Achse kann dabei vorzugsweise über ein Seil mit einer Befestigungseinrichtung verbunden sein, wobei eine Eingangsöffnung des Seils in ein Gehäuse der Wandlereinrichtung oberhalb einer mit einer Luftblase gefüllten Abdeckhabe angeordnet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Wandlereinrichtung innerhalb des Schwimmkörpers untergebracht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Ausrichtungselement mittels einer weiteren Befestigungseinrichtung mit dem Meeresboden verbunden ist.
Eine Befestigungseinrichtung kann dabei grundsätzlich von einer Kette gebildet sein. Im Bereich einer Kette können dabei ein oder mehr Auftriebskörper vorgesehen sein, um das Eigengewicht der Kette zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben;
2 die in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
3 ein Detail der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht.
Die in den 1 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen enthält einen auf der Meeresoberfläche treibenden Schwimmkörper 110, der mittels einer Befestigungseinrichtung 120 mit dem Meeresboden 130 verbunden ist.
Der Schwimmkörper 110 ist langschmal ausgebildet und weist einen Bugbereich 111 und einen Heckbereich 112 auf, die bei Auftreten einer Meeresdünung in entgegengesetzte Richtungen schwingen, wobei sowohl der Bugbereich 111 als auch der Heckbereich 112 indirekt über jeweils von einer Kette gebildete Befestigungseinrichtungen 1113, 114 mit dem Meeresboden 130 verbunden sind.
Die Befestigungseinrichtungen 113, 114 sind jeweils mit einer Wandlereinrichtung 140 versehen, die eine periodisch auftretende mechanische Zugspannung in elektrische Energie wandelt.
Die Befestigungseinrichtung 113 des Bugbereiches 111 und die Befestigungseinrichtung 114 des Heckbereiches 112 sind bei Auftreten einer periodischen Meeresdünung zeitversetzt einer Zugspannung ausgesetzt, wobei die Wandlereinrichtung 140 der Befestigungseinrichtung 113 des Bugbereiches 110 und die Wandlereinrichtung 140 der Befestigungseinrichtung 114 des Heckbereiches 112 elektrische Wechselspannungen liefern, deren Perioden um 180° zueinander verschoben sind.
Eine Wandlereinrichtung 140 ist dabei von einem mit einem Rotor 141 und einem Stator 142 versehenen Elektrogenerator gebildet, der von einer Antriebseinrichtung 143 getrieben ist, die ausgelegt ist, um eine aufgrund einer Zugspannung verursachte Linearbewegung eines Zugelementes in eine Rotationsbewegung des Rotors 141 zu übertragen.
Die Antriebseinrichtung 143 enthält ein um eine feste Achse 151 drehbar gelagertes Zahnrad 150, dessen Mantelfläche bei Auftreten einer Zugspannung mit einer Zahnstange 152 zusammenwirkt und einen mit der Achse 151 gekoppelten Rotor 141 einer einen Stator 142 aufweisenden elektrischen Dynamomaschine in eine erste Richtung dreht, wobei das Zahnrad 150 mittels einer Spiralfeder 160 vorgespannt ist, um bei Nachlassen der Zugspannung den Rotor 141 in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zu drehen.
Des Weiteren ist am Schwimmkörper 110 ein Ausrichtungselement 170 vorgesehen, mittels dessen eine Ausrichtung des Schwimmkörpers 110 in der Weise ermöglicht ist, dass eine vom Heckbereich 112 zum Bugbereich 111 verlaufende Verbindungslinie 171 senkrecht zu einer aktuellen Meeresdünung ausgerichtet ist.
Für ein Zusammenspiel mit dem Ausrichtungselement 170 ist eine ein Basisteil 191 sowie ein oberhalb des Basisteils 191 angeordnetes Chassis 192 enthaltende Dreheinrichtung 190 vorgesehenen, deren Basisteil 191 und Chassis 192 um eine lotrechte Achse 193 gegeneinander verdrehbar gelagert sind.
Das Ausrichtungselement 170 ist mittels einer von einer Kette gebildeten Befestigungseinrichtung 120 fest mit dem Meeresboden 130 verbunden.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche vorgegebenen erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims

Vorrichtung (100) zur Gewinnung elektrischer Energie aus Meereswellen, mit einem auf der Meeresoberfläche treibenden Schwimmkörper (110), der mittels einer Befestigungseinrichtung (120) mit dem Meeresboden (130) verbunden ist, wobei der Schwimmkörper (110) langschmal ausgebildet ist und einen Bugbereich (111) und einen Heckbereich (112) aufweist, die bei Auftreten einer Meeresdünung in entgegengesetzte Richtungen schwingen, wobei sowohl der Bugbereich (111) als auch der Heckbereich (112) zumindest indirekt über jeweils eine Befestigungseinrichtung (113, 114) mit dem Meeresboden (130) verbunden sind, die mit einer Wandlereinrichtung (140) versehen sind, die eine periodisch auftretende mechanische Zugspannung in elektrische Energie wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwimmkörper (110) ein Ausrichtungselement (170) vorgesehen ist, mittels dessen eine Ausrichtung des Schwimmkörpers (110) in der Weise ermöglicht ist, dass eine vom Heckbereich (112) zum Bugbereich (111) verlaufende Verbindungslinie (171) senkrecht zu einer aktuellen Meeresdünung ausgerichtet ist, wobei für ein Zusammenspiel mit dem Ausrichtungselement (170) eine ein Basisteil (191) sowie ein oberhalb des Basisteils angeordnetes Chassis (192) enthaltende Dreheinrichtung (190) vorgesehenen ist, deren Basisteil (191) und Chassis (192) um eine lotrechte Achse (193) gegeneinander verdrehbar gelagert sind, und die Dreheinrichtung (190) mittels einer Befestigungseinrichtung (120) mit dem Meeresboden (130) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (113) des Bugbereiches (111) und die Befestigungseinrichtung (114) des Heckbereiches (112) bei Auftreten einer Meeresdünung zeitversetzt einer Zugspannung ausgesetzt sind, wobei die Wandlereinrichtung (140) der Befestigungseinrichtung (113) des Bugbereiches (111) und die Wandlereinrichtung (140) der Befestigungseinrichtung (114) des Heckbereiches (112) elektrische Wechselspannungen liefern, deren Perioden um 180° zueinander verschoben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandlereinrichtung (140) von einem piezzoelektrischen Element gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandlereinrichtung (140) von einem mit einem Rotor (141) und einem Stator (142) versehenen Elektrogenerator gebildet ist, der von einer Antriebseinrichtung (143) getrieben ist, die ausgelegt ist, um eine aufgrund einer Zugspannung verursachte Linearbewegung eines Zugelementes in eine Rotationsbewegung des Rotors (141) zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (143) ein um eine feste Achse (151) drehbar gelagertes Zahnrad (150) enthält, dessen Mantelfläche bei Auftreten einer Zugspannung mit einer Zahnstange (152) zusammenwirkt und einen mit der Achse (151) gekoppelten Rotor (141) einer einen Stator (142) aufweisenden elektrischen Dynamomaschine in eine erste Richtung dreht, wobei das Zahnrad (150) mittels einer Spiralfeder (160) vorgespannt ist, um bei Nachlassen der Zugspannung den Rotor (141) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zu drehen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse über ein Seil mit einer Befestigungseinrichtung verbunden ist, wobei eine Eingangsöffnung des Seils in ein Gehäuse der Wandlereinrichtung oberhalb einer mit einer Luftblase gefüllten Abdeckhaube angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (140) innerhalb des Schwimmkörpers (110) untergebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinrichtung (190) mittels einer Befestigungseinrichtung (120) mit dem Meeresboden (130) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (120) von einer Kette gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Kette Auftriebskörper (121) vorgesehen sind, um das Eigengewicht der Kette zu reduzieren.