-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung der Bewegungsenergie einer Wassermasse auf ein im geschlossenen Leitungssystem angeordnetes Fluid.
-
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von elektrischem Strom und Süßwasser.
-
Stand der Technik
-
Bisher bekannte Vorrichtungen arbeiten unwirtschaftlich, da sie technisch aufwendig, teuer und störanfällig sind. Viele dieser Vorrichtungen haben darüber hinaus den Nachteil, dass bei starkem Wind und damit verursachten Wellenbewegungen die Überschussenergie nicht gespeichert werden kann, da wirtschaftlich vertretbare Lösungen zur Speicherung von Strom fehlen.
-
Aus der
GB 2 434 408 A ist eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Art dreieckförmiges Gestell auf dem Meerboden angeordnet, zwischen dessen auseinandergespreizten Stützstreben ein Schwimmkörper an einem Hebelsystem angeordnet ist, das dieses Hebelsystem schwenkbar antreibt. Diese Schwenkbewegung wird zum Antrieb eines Kolbens benutzt, der Druckwasser in einen Akkumulator fördert, über den ein elektrischer Generator angetrieben wird, um elektrischen Strom zu erzeugen. Alle elektrischen Komponenten, also sowohl Motoren, Generatoren, Akkumulatoren, elektrische Leitungen, Steuerventile und Steuereinrichtungen sollen sich auf See befinden und unterliegen dadurch den rauen Einflüssen der See. Aus diesem Grunde sind Vorrichtungen solcher Art schon mehrfach gescheitert. Diese Störanfälligkeit hat vermutlich auch dazu geführt, dass Vorrichtungen dieser Art nicht im Dauerbetrieb verwirklicht werden konnten.
-
Aus der
US 1,485,574 ist eine sehr alte Vorrichtung bekannt, bei welcher ein Schwimmkörper mit einem starren Hebel mit einer an Land befindlichen Getriebevorrichtung verbunden ist, die einen Generator antreibt. Die Hubbewegungen sollen hierdurch in elektrische Energie umgesetzt werden. Das Getriebe weist mehrere Zahnräder und Zahnradvorgelege, Transmissionsgetriebe und Sperrklinken auf. Die Vorrichtung wurde vor etwa 90 Jahren publiziert und hat niemals zur praktischen Anwendung geführt. Das Getriebe befindet sich auf einer Art Tischgestell unmittelbar an der Küste.
-
Aus der
WO 2013/054326 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher mehrere hebelförmige Schwimmkörper über eine lange Stange mit einer an Land befindlichen Anordnung schwingbeweglich gekuppelt sind. Im Abstand von dem Gelenk an Land ist ein Kolben angelenkt, der die Hin- und Herbewegungen der Stange in Pumpbewegungen umsetzen soll, um dadurch Druck zu erzeugen, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Mehrere derartiger Stangensysteme sollen in das Meer hineinragen, um elektrische Energie zu erzeugen.
-
Die
GB 2 028 435 A ist in dem Aufbau ähnlich. Ebenfalls durch ein Hebelsystem soll die Bewegung eines Schwingkörpers Druckenergie in ein Pumpsystem erzeugen, um elektrische Energie dadurch nutzbar zu machen.
-
Die
US 2011/0089048 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Korrosionsschutzes gegen Wasser.
-
Die
US 2010/0013229 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung elektrischer Energie durch Seewellen. Aus dem Meeresboden sollen nach Art von Strommasten Vorrichtungen aufgebaut werden, die an ihrer Spitze, etwa in Wellenhöhe eine Art Wippe tragen, wobei diese Wippe sich hin und her bewegen soll. Diese Wippe bewegt sich also auf und ab und soll dadurch Pumpenergie erzeugen, um elektrischen Strom bereitzustellen.
-
Aufgabe
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die vergleichsweise geringe Investitionskosten verursacht, betriebssicher arbeitet und mit der sich auch die Überschussenergie wirtschaftlich vernünftig verwenden lässt.
-
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Verfahrensweise zur Erzeugung elektrischen Stroms aus der potentiellen- und kinetischen Energie der Wellenbewegung einerseits und der Strömungsenergie andererseits zu nutzen, um elektrischen Strom, entweder zum Einspeisen in das Regional- oder Verbundnetz und/oder Meereswasserentsalzung bereitzustellen.
-
Lösung der Aufgabe betreffend die Vorrichtung
-
Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Patentansprüche 1 oder 2 oder 3 gelöst.
-
Die Lösung nach Patentanspruch 1 umfasst eine Vorrichtung zur Übertragung der Bewegungsenergie einer Wassermasse auf ein im geschlossenen Leitungssystem angeordnetes Fluid mit einem oder mit mehreren ortsunbeweglichen, gegen die umgebende Wassermasse abgedichteten Schwimmkörper oder Schwimmkörpern, der bzw. die an seiner bzw. ihrer Außenseite einen oder mehrere, durch die Bewegungen der Wassermasse zumindest in einer Ebene beweglichen Antriebskörper aufweist, der bzw. die über ein aus dem betreffenden Schwimmkörper abgedichtet herausgeführten Getriebeelement im Inneren des zugeordneten Schwimmkörpers angeordnetes Getriebesystem antreibt, dem mindestens ein Zylinder oder Hydromotor zugeordnet ist, in dem ein längsverschieblich und dichtend geführter Kolben angeordnet ist, der durch die Bewegung der Wassermasse durch den Auftriebskörper oder die Auftriebskörper – auch mittelbar – angetrieben ist, wobei der betreffende Kolben das Fluid in ein Leitungssystem fördert, dem wenigstens ein Motor zugeordnet ist, der einen Generator antreibt und die von diesem produzierte elektrische Energie gesteuert und/oder geregelt in ein Regionalnetz oder in ein Verbundnetz einspeist. Überschussenergie wird zur Meerwasserentsalzung genutzt und das gewonnene Süßwasser kann für Haushalte und/oder zur Berieselung von Feldern herangezogen werden, so dass auch niederschlagsarme Regionen zum Anbau von Lebensmitteln und/oder Getreide herangezogen werden können. Des weiteren lässt sich Überschussenergie in Form von Druckwasser in als Akkumulatoren dienenden Druckbehältern oder Hochdruckbehältern einspeisen, aus denen die Energie bei Bedarf abgerufen wird.
-
Die Lösung nach Patentanspruch 2 umfasst eine Vorrichtung zur Übertragung der Bewegungsenergie von Wellen im Meer auf ein im geschlossenen Leitungssystem angeordnetes Fluid mit einem oder mehreren am Meeresboden verankerten, gegen die ihn umgebende Wassermasse abgedichteten Schwimmkörper oder Schwimmkörpern, der bzw. die an seiner bzw. ihrer Außenseite einen oder mehrere, durch die Bewegung der Wellen beweglichen Antriebskörper oder Antriebskörpern aufweist, der bzw. die über aus dem zugeordneten, verankerten Schwimmkörper oder Schwimmkörpern abgedichtet herausgeführten Getriebeelement ein im jeweiligen Innern des zugeordneten Schwimmkörpers angeordnetes Hebel- und/oder Getriebesystem und über dieses einen oder mehrere in jeweils einem Zylinder längsverschieblich und dichtend geführten Kolben antreibt, wobei der betreffende Kolben das Fluid in ein Leitungssystem fördert, in welchem das Fluid einem oder mehreren Motoren unter Druck zuführbar ist, der bzw. die jeweils einen Generator antreibt bzw. antreiben, wobei die produzierte elektrische Energie gesteuert und/oder geregelt in ein Regionalnetz oder in ein Verbundnetz eingespeist wird. Überschussenergie wird zur Meerwasserentsalzung genutzt und das gewonnene Süßwasser kann für Haushalte und/oder zur Berieselung von Feldern herangezogen werden, so dass auch niederschlagsarme Regionen zum Anbau von Lebensmitteln und/oder Getreide herangezogen werden können. Des weiteren lässt sich Überschussenergie in Form von Druckwasser in als Akkumulatoren dienenden Druckbehältern oder Hochdruckbehältern einspeisen, aus denen die Energie bei Bedarf abgerufen wird.
-
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen beschreiben somit eine verbesserte und preiswerte Lösung zur Stromerzeugung aus Wasser- bzw. Wellenkraft.
-
Eine Region mit normalem Wasserverbrauch kann ihren Wasserbedarf mit dem Nachtstrom erzeugen. Der erzeugte Strom und das erzeugte Trinkwasser können sowohl regional betrieben werden wie auch in einem Verbundnetz. Die Kapazität dieser Anlagen hängt von der Anzahl der stromerzeugenden Schwimmkörper und von der Anzahl der Wasserentsalzungsanlagen ab. Durch entsprechend große Druckwasserspeicher kann bei schwächerem Wellengang die Energie zwischengespeichert werden. Bevorzugt wird man solche erfindungsgemäße Vorrichtungen dort einsetzen, wo naturbedingt ein regelmäßiger und entsprechend benötigter Wellengang zu erwarten ist. Dabei können derartige Vorrichtungen auch in strukturschwachen Gegenden eingesetzt werden. Zum Beispiel lassen sich derartige Vorrichtungen auch mit Vorteil dort anordnen, wo zum Beispiel dringend Süßwasser zur Bewässerung von landschaftlich genutzten Flächen benötigt wird.
-
Bei der Lösung nach dem unabhängigen Patentanspruch 3 wird durch die Bewegungsenergie der Wassermasse ein als Wasserrad ausgebildetes Getriebeelement angetrieben. Dieses Wasserrad kann ein Schaufelrad sein, das sowohl die Wellenenergie als auch die Strömungsenergie der Wassermassen ausnutzt und über das als Welle ausgebildete Getriebeelement einen Hydromotor antreibt, der das zum Beispiel im Kreislauf geförderte Fluid zum Beispiel einem Motor und über diesen einen Generator antreibt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Die Ausgestaltung des Wasserrades kann vielfältig geschehen. Das Wasserrad fördert kontinuierlich und kann sowohl die Strömungsenergie, als auch die potentielle Energie der Wellen ausnutzen.
-
Auf jeder Seite des betreffenden Schwimmkörpers 1 können auf den nach außen herausgeführten Getriebeelement 7, im Bedarfsfalle auch mehrere derartiger Wasserräder im Abstand sowie parallel drehbeweglich zueinander angeordnet sein, um einerseits die kinetische Energie der Wassermassen und andererseits die Strömungsenergie optimal auszunutzen.
-
Des weiteren ist es ebenfalls möglich, in axialer Richtung des jeweiligen Schwimmkörpers in unterschiedlichen Ebenen neben- und/oder hintereinander derartige Wasserräder den als Welle ausgebildeten Getriebeelementen drehbar zuzuordnen. Das bedeutet, dass die jeweiligen Wasserräder durch geeignete Kupplungen, zum Beispiel durch Nut-Feder-Verbindungen Kupplungen mit den betreffenden Getriebeelement drehfest verbunden sind.
-
Weitere erfinderische Ausgestaltungen
-
Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 4 bis 16 beschrieben.
-
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 4 ist der betreffende Schwimmkörper über Befestigungselemente – Seile oder Ketten – am Boden der Wassermasse, zum Beispiel am Meeresboden, verankert. Die Verankerung kann zum Beispiel über in den Boden eingerammte Spundlaschen oder Metallanker oder Betonblöcke, geschehen. Eine zusätzliche Niveauregulierung kann dadurch erreicht werden, dass der betreffende Schwimmkörper mit Auftriebskammern versehen ist, die bei Bedarf geflutet oder leergepumpt werden können, um so die Auftriebskraft zu regulieren.
-
Gemäß Patentanspruch 5 handelt es sich bei den Verankerungen um flexible Zugelemente – Seile oder Ketten –, deren Zugspannung einstellbar ist. Dadurch kann die Zugspannung so eingerichtet werden, dass der betreffende Schwimmkörper seine vorbestimmte Lage unabhängig vom Wellengang einhält, damit die Energie der Wassermassen möglichst zielgerichtet zum Antrieb der Antriebskörper eingesetzt werden kann. Auch hier kann wiederum der betreffende Schwimmkörper mit flutbaren Auftriebskammern versehen sein, die zur Regelung des Niveaus und damit der Vorspannung der Seile oder Ketten je nach Bedarf geflutet oder leergepumpt werden können.
-
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 6 ist der betreffende Schwimmkörper auf eine vorbestimmte Wasseroberfläche, zum Beispiel auf die mittlere Wellenhöhe, ortsunbeweglich am Boden der Wassermasse verankert.
-
Vorteilhafterweise ist bei der Vorrichtung nach Patentanspruch 7 der Schwimmkörper stromlinienförmig ausgebildet. Dadurch können auch bei starkem Wellengang die Wellen den Schwimmkörper relativ einfach passieren und genug Energie beibehalten, um die Schwimmkörper anzutreiben.
-
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 8 ist der Schwimmkörper in Richtung auf die Anbrandung der Wellen spitz oder konisch oder nach Art des Bugs eines Schiffes ausgebildet und dabei möglichst auf die Richtung ausgerichtet, in der die größte Wucht von Wellen zu erwarten ist.
-
Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 9 ist der betreffende Schwimmkörper an gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise an vier oder mehr Punkten durch die Befestigungselemente unbeweglich mit dem Boden verankert, wobei die Zugspannung der Befestigungselemente vorzugsweise automatisch je nach Schwankung des Meeresspiegels durch eine Niveauregulierungsvorrichtung automatisch auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Auch hierbei kann der betreffende Schwimmkörper wieder mit flutbaren Auftriebskörpern versehen sein, ähnlich einem U-Boot. Die Auftriebskammern können ganz oder teilweise geflutet werden, um das Niveau zu regulieren.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 10 sind die Antriebskörper Schwimmkörper, die über Hebel mit einer aus der betreffenden Schwimmkörper herausgeführten Welle verbunden sind, die die Hub- und Senkbewegung des Antriebskörpers auf das im Inneren des Schwimmkörpers angeordnete Getriebesystem und damit auf den betreffenden Kolben übertragen.
-
Die Ausführungsform nach Patentanspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass den Schwimmkörpern seitlich sie überdeckende Schutzelemente, zum Beispiel Bleche, zugeordnet sind, die den betreffenden Antriebskörper, die Welle und das außen liegende Hebelsystem gegen übermäßige Wellenkraft schützen und bei starkem Wellengang automatisch in der oberen Position arretierbar sind.
-
Wird eine Ausführungsform nach Patentanspruch 12 gewählt, so sind die Schwimmer zwischen zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordneten Hebeln angeordnet, die drehfest mit der aus dem betreffenden Schwimmkörper herausgeführten Welle getrieblich verbunden sind.
-
Dem Schwimmkörper ist mindestens ein Haspel zugeordnet, durch den sich die Zugspannung der Befestigungselemente stufenlos, zum Beispiel über eine Niveauregulierung, automatisch einstellen und vorbestimmen lässt – Patentanspruch 13.
-
Gemäß Patentanspruch 14 wird das von dem Kolben geführte Fluid einem Hochdruckspeicher zugeführt, aus dem mindestens einem oder mehreren Motoren das unter Druck stehende Fluid geregelt oder gesteuert zuführbar ist.
-
Die Vorrichtung nach Patentanspruch 15 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid nach dem Antrieb der z. B. als Hydromotoren ausgebildeten Motoren über einen Speicher den verschiedenen Zylindern in den Schwimmkörpern im Kreislauf zuführbar ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist gemäß Patentanspruch 16 das Fluid Süßwasser mit biologisch verträglichen Additiven.
-
Lösung der Aufgabe betreffend das Verfahren
-
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 17 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
-
Einige Vorteile
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine umweltfreundliche und kostengünstige Produktion von elektrischem Strom, der vielfältig verwendbar ist. Der Strom kann bevorzugt in ein Regionalstromnetz oder in ein Verbundnetz eingespeist werden. Es ist aber auch möglich, mit dem Strom, falls der Strom nicht vollständig im Netz verwendbar ist, eine Meerwasserentsalzungsanlage anzutreiben, um Süßwasser herzustellen, das besonders in niederschlagsarmen Regionen zum Berieseln von Feldern verwendbar ist. Das Süßwasser kann außerdem in ein Trinkwassernetz eingespeist werden. Des weiteren ist es möglich, Überschussenergie in einem Hochdruckspeicher bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich deshalb mit besonderem Vorteil überall dort, wo eine stetige Wellenbewegung zu erwarten ist, zum Beispiel an brandungsreichen Küsten, deren Hinterland oftmals strukturarm ist. Insbesondere fehlt in vielen Regionen Afrikas, aber auch in Spanien, Portugal und in anderen Regionen der Erde, ausreichend Trinkwasser, insbesondere auch Süßwasser zum Bewässern von landwirtschaftlich genutzten Flächen, was bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Grunde genommen im unbegrenzten Umfange produzierbar ist. Dadurch ist es möglich, auch strukturschwache Gebiete zu erschließen.
-
Bei der Vorrichtung nach Patentanspruch 18 wird einerseits die Bewegungsenergie durch den Schwimmkörper oder die Schwimmkörper energetisch weitergeleitet und in elektrische Energie umgewandet, andererseits die Strömungsenergie durch das Wasserrad oder die Wasserräder ebenfalls energetisch in Strom umgesetzt. Dabei können insbesondere in Küstennähe die sich aufbäumenden und dabei erzeugten potentiellen Energien der Wellen energetisch umgesetzt und aufgenommen werden, andererseits wird auch die Strömungsenergie durch das Wasserrad oder die Wasserräder energetisch aufgenommen und in das Netz eingespeist und dadurch in elektrischen Strom umgewandelt.
-
Patentanspruch 19 beschreibt den Aufbau einer an Land vorgesehenen Powerstation, der eine Meerwasserentsalzungsanlage an Land zugeordnet ist, welche den überschüssigen Strom nutzt, um Süßwasser zu erzeugen, wobei die Powerstation sowohl diese Meerwasserentsalzungsanlage als auch ein Verbundnetz oder ein regionales Netz mit elektrischem Strom versorgen kann.
-
In Patentanspruch 20 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der Sonnenkollektoren vorgesehen sind, die elektrischen Strom liefern können. Dies ist besonders dann günstig, wenn witterungsbedingt das Meer besonders ruhig ist, also durch die Bewegungsenergie des Wassers kein elektrischer Strom oder nur Strom in geringem Umfange erzeugt werden kann. Auf diese Art und Weise werden witterungsbedingte Schwankungen im elektrischen Netz weitgehend ausgeglichen, und die Eigenversorgung ist sichergestellt.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch und nicht maßstäblich – an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
-
1 eine Teilansicht auf eine Vorrichtung, schematisch in der Draufsicht;
-
1.1 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, schematisch in einer Teildraufsicht, teils abgebrochen dargestellt;
-
2 eine Teil-Seitenansicht eines Schwimmkörpers, teils abgebrochen dargestellt;
-
2.1 eine Stirnansicht zu der aus 1.1 ersichtlichen Ausführungsform;
-
3 einen Schwimmkörper mit Verankerung in der Draufsicht;
-
4 eine Stirnansicht eines Schwimmkörpers, verankert am Meeresboden, und
-
5 ein Anlagenlayout.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung in Anwendung auf eine Vorrichtung schematisch veranschaulicht, wie sie mit besonderem Vorteil im Meer, besonders dort einzusetzen ist, wo ein stetiger Wellengang zu erwarten ist und man elektrischen Strom und/oder Süßwasser braucht.
-
Mit dem Bezugzeichen 1 ist ein Schwimmkörper bezeichnet, der gemäß 3 in der Draufsicht bei der dargestellten Ausführungsform dreieckförmig gestaltet ist. Die Wellen treffen auf diesen Schwimmkörper 1 in Richtung A auf. Selbstverständlich kann der Schwimmkörper 1 auch eine andere Gestaltung aufweisen, zum Beispiel die Form eines Schiffsbugs besitzen, stromlinienförmig oder in sonstiger zweckmäßiger Weise gestaltet sein.
-
Wenn in der Zeichnung lediglich ein Schwimmkörper 1 dargestellt ist, so ist es selbstverständlich, dass in einer Gesamtanlage mehrere derartiger Schwimmkörper 1, zum Beispiel zahlreiche oder eine große Vielzahl, zum Beispiel hunderte, von Schwimmkörpern 1 neben- und/oder hintereinander angeordnet sind oder auch unterschiedliche oder gleiche Formgebungen aufweisen können. Zum Beispiel können mehrere derartiger Schwimmkörper 1 auf Lücke und damit versetzt zueinander angeordnet sein, um die kinetische Energie, die Wellenkraft möglichst gut ausnutzen zu können.
-
Der Schwimmkörper 1 kann aus einem geeigneten Material, zum Beispiel aus Stahl oder aus rostfreiem Stahl oder aus einem seewasser- und/oder ozonbeständigen und in der geeigneten Weise auch formstabilen und verschleißfesten Kunststoff bestehen, der die erforderlichen mechanischen Eigenschaften besitzt. Beispielsweise ist es möglich, den Schwimmkörper 1 aus einem Glasfaserkörper oder aus Carbonfasern oder aus geschweißten Blechen, herzustellen.
-
Im Gegensatz zu der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform, in der der Schwimmkörper 1 im Wesentlichen geschlossen dargestellt ist, kann der Schwimmkörper 1 mit nicht dargestellten Zugangsöffnungen, sogenannten Mannlöchern, versehen sein, um Zutritt zum Inneren des Schwimmkörpers 1 zu ermöglichen, um zum Beispiel Wartungsarbeiten durchzuführen.
-
Der Schwimmkörper 1 kann zum Beispiel eine Länge L aufweisen, die ein Mehrfaches oder Vielfaches der mittleren Wellenlänge der auf den Schwimmkörper 1 auftreffenden Wellen beträgt.
-
Die Querabmessung B der Basisseite 2 des Schwimmkörpers 1 kann gleich oder einen Bruchteil der Länge L betragen und damit ebenfalls einen Bruchteil der mittleren Wellenlänge der auftreffenden Wellen, so dass der Schwimmkörper 1 insgesamt eine längliche Grundgestalt aufweist, die weniger der Brechung der Wellen und damit der Energieeinleitung der Wellenkraft in den Schwimmkörper 1, als vielmehr zur Übertragung der Wellenenergie auf als Schwimmer ausgebildete Antriebskörper 3 dient.
-
Die Antriebskörper 3 können eine kastenförmige oder tonnenförmige oder sonstige Gestalt aufweisen, beispielsweise zur möglichst effektiven Überleitung der kinetischen Wellenenergie eine Paddelform, besitzen (nicht dargestellt). Jeder Schwimmkörper 1 hat an jeder Seite eine größere Anzahl, zum Beispiel zehn bis einhundert oder mehrere, derartige Antriebskörper 3, die in Längsachsrichtung des Schwimmkörpers 1 hintereinander und/oder höhenversetzt zueinander angeordnet sind, um möglichst die Wellenenergie effektiv aufnehmen zu können. In der Zeichnung sind aus Gründen der Vereinfachung auf jeder Seite des Schwimmkörpers 1 lediglich drei, also insgesamt sechs, derartiger Antriebskörper 3 zeichnerisch dargestellt, was allerdings nicht der Wirklichkeit zu entsprechen braucht. Dies dient lediglich der zeichnerisch klareren Übersicht.
-
Die Antriebskörper 3 können ebenfalls aus rostfreiem Stahl oder aus einem geeigneten Kunststoff wie der Schwimmkörper 1, zum Beispiel aus geschweißten Stahlblechen, bestehen. Im Bedarfsfalle können die Antriebskörper 3 ebenfalls mit verschließbaren Zugangsöffnungen versehen sein, um sie im Inneren warten zu können.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schwimmkörper 3 zwischen zwei beabstandeten, als Hebel dienenden Armen 4 und 5 auf je einer Achse 6 dreh- oder schwenkbeweglich angeordnet. Sie können in nicht dargestellten seewasserfesten, selbst schmierenden Lagern gelagert sein.
-
Der Achse 6 der Arme 4 und 5 ist ein als Welle ausgebildetes Getriebeelement 7 drehfest zugeordnet. Das Getriebeelement 7 ragt aus dem Inneren des Schwimmkörpers 1 abgedichtet (nicht dargestellt) heraus und kann den Schwimmkörper 1 – mit strichpunktierten Linien dargestellt – durchgreifen, so dass auf der koaxial gegenüberliegenden Seite ein eben solcher Antriebskörper 3 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, den Antriebskörpern 3 auf der anderen Seite des Schwimmkörpers 1 jeweils ein getrenntes Getriebeelement 7 mit Achse 6 zuzuordnen, die abgedichtet aus dem Schwimmkörper 1 herausgeführt ist (nicht dargestellt).
-
Der Schwimmkörper 1 ist jeweils über flexible Zugelemente (Seile und/oder Ketten) 8 mit am Boden, zum Beispiel am Meeresboden 9, angeordneten Ankern oder Fundamenten 10 fest, aber lösbar verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist jeder Schwimmkörper 1 in seinen Eckbereichen mit jeweils einem derartigen Zugelement 8, und zwar mit vier Zugelementen 8, mit einem zugeordneten Anker 10 verbunden. Die Zugspannung des Zugelements 8 ist über je einen zugeordneten Haspel 11 einstellbar. Die Haspel 11 oder Spillantriebe oder sonstige geeignete Zugeinstellvorrichtungen sind motorisch angetrieben (nicht dargestellt) und können über eine Niveauregulierungsvorrichtung 12 einzeln und/oder synchron hinsichtlich vorbestimmter Zugspannungswerte, zum Beispiel auf einer mittleren Wellenhöhe, eingestellt und gesteuert werden, so dass der Schwimmkörper 1 eine möglichst gleich bleibende Höhenlage in Bezug auf den Boden 9 einhält, damit die Bewegungsenergie der Wassermassen, von Wellen, auf die Antriebskörper 3 energieeffizient übertragen werden kann. Um die Zugspannung nicht zu überlasten, kann der Schwimmkörper 1 geflutet oder ganz oder teilweise leergepumpt werden, um die Auftriebskraft und damit die Zugspannung in den Zugelementen optimal einzustellen, ähnlich der Funktion eines U-Bootes.
-
Von der Oberseite her sind die Antriebskörper 3 und ihre als Hebel ausgebildeten Arme 4 und 5 durch Abdeckelemente 13 gegen zu starke Wellenenergieeinwirkung geschützt.
-
Auf der Oberseite der Schwimmkörper 1 können im Bedarfsfalle Sonnenkollektoren zur elektrischen Energieerzeugung für den Eigenverbrauch oder für die Fremdversorgung angeordnet sein (nicht dargestellt).
-
Statt – wie dargestellt – vier flexible Zugelemente 8 mit zugeordneten Haspeln 11 und Ankern 10 können auch weniger oder erheblich mehr derartiger Zugelemente 8 mit Fundamenten 10 vorgesehen sein, je nach Betriebsbedingung und je nach Größe der Schwimmkörper 1, die zum Beispiel eine Länge L von 5 bis 100 Metern, vorzugsweise von 10 bis 40 Metern, und eine Breite B von 6 bis 60, vorzugsweise von 6 bis 30, aufweisen können.
-
Das Getriebeelement 7 ist jeweils über einen Hebel 14 mit einer Kolbenstange 15 getrieblich verbunden, die mit einem in einem Zylinder 16 längsverschieblich und dichtend geführten Kolben (nicht dargestellt) gekuppelt ist. Der Kolben ist einseitig mit unter Druck stehendem Fluid zu beaufschlagen. Durch die Pumpbewegung jedes Kolbens wird das in dem Zylinder 16 befindliche Fluid über eine Leitung 17 und ein Rückschlagventil 18 in eine Leitung 19 gefördert, die an einem Hochdruckspeicher 20 (5) angeschlossen ist. Der Hochdruckspeicher 20 kann an eine geeignete Druckgasquelle (im Einzelnen nicht dargestellt) angeschlossen sein, um das in dem Hochdruckspeicher 20 befindliche Fluid unter Druck, zum Beispiel von 80–100 bar, zu halten. Der Hochdruckspeicher 20 ist über eine Leitung an einem zum Beispiel als Hydromotor ausgebildeten Antriebsmotor 21 angeschlossen, der einen Generator 22 antreibt, der Strom erzeugt und diesen in eine Leitung 23 einspeist.
-
Mit 24 ist eine Rücklaufleitung für das Fluid bezeichnet, die an einen Vorfülltank 25 angeschlossen ist, der seinerseits über eine Leitung 26 und über ein Rückschlagventil 27 an die Leitung 17 angeschlossen ist.
-
Mit 28 ist ein Netzregler bezeichnet, der über eine Leitung 29 an eine Meerwasserentsalzungsanlage 30 angeschlossen ist.
-
Bei 31 ist eine Saugleitung zum Ansaugen von Meerwasser dargestellt.
-
Die Meerwasserentsalzungsanlage 30 ist über eine Wasserleitung 32 für Süßwasser an eine Hydropumpe 33 zum Transport des Süßwassers zu geeigneten Verbrauchern 34, 35, 36, 37 angeschlossen.
-
Bei 38 ist ein Kabel schematisch angedeutet, das zum Einspeisen von elektrischem Strom in das Regional- oder in das Verbundnetz dient (letztere nicht dargestellt).
-
Das Bezugszeichen 39 bezeichnet eine Leitung zwischen dem Vorfülltank 25 und einer Speisepumpe 40, der eine Dosiereinheit 41 vorgeschaltet ist zum Einspeisen von umweltverträglichen Additiven in das wasserhydraulische System. Bei 42 ist eine Speiseleitung angeordnet, die mit der Wasserleitung 32 in leitender Verbindung steht. Das Trinkwasser wird über ein Rückschlagventil 43 und die Dosiereinheit 41 der Speisepumpe 40 zugeführt. Bei 44 ist ein weiteres Rückschlagventil in der Leitung 39 angeordnet.
-
Bei 45 ist schematisch ein Strand angedeutet. Des weiteren bezeichnet das Bezugszeichen 46 eine Meereswelle, 47 ein Flutventil, 48 ein Ablassventil und 49 eine Pumpe. Über diese Vorrichtung lassen sich geeignete Kammern in dem betreffenden Schwimmkörper mit Wasser ganz oder teilweise fluten bzw. wieder entleeren, um die Auftriebskraft des betreffenden Schwimmkörpers ähnlich wie bei einem U-Boot einzustellen und damit die Zugspannung der Zugelemente 8 optimal einzustellen.
-
Die Verbraucher 34, 35, 36 und 37 zeigen der Reihe nach ein regionales Wassernetz, einen Speichersee, ein Bewässerungssystem und bei 37 den Anschluss zu mindestens einer Zisterne.
-
Die Wirkungsweise der dargestellten Ausführungsform ist Folgende:
Die als Schwimmkörper 1 ausgebildeten Antriebskörper 3 werden durch die Wellen angehoben und wieder abgesenkt. Die flexiblen Zugelemente 8 werden durch die Niveauregulierung 12 und eine geeignete Steuerung stets auf Spannung gehalten, auch bei veränderlichem Wasserniveau. Die Regulierung der Spannung erfolgt über Fluten- bzw. Ablassen von Wasser im Schwimmkörper. Die Hubarbeit der Schwimmkörper 1 wird über die Hebel 4, 5, durch die jeweilige Achse 7 und den Hebel 14 auf die Kolbenstange 15 übertragen, die eine Hubbewegung durchführt. Die Zylinder 16 sind mit dem Schwimmkörper 1 getrieblich verbunden. Die Hubbewegung der Antriebskörper 3 führt zu einer Pumpbewegung. Das vom Vorfüllbehälter 25 über die Leitung 26 eingespeiste Fluid wird verdichtet und über die Leitung 19 in den als Druckbehälter ausgebildeten Speicher 20 gefördert. Die Leitung 19 ist eine Verbundleitung für alle Zylinder 16 innerhalb ein und desselben Schwimmkörpers 1.
-
Jeder Schwimmkörper 1 besitzt ein als Wellenschutz ausgebildetes Abdeckelement 13, der stabil und starr mit dem Schwimmkörper 1 verbunden ist. Alle hohen Wellen, die das System beschädigen können, werden somit abgelenkt. Bei sehr starker Seegang können die als Hebel ausgebildeten Arme 4 und 5 in der oberster Position automatisch arretiert werden (nicht dargestellt), um somit die Anlage zu schützen.
-
Die aus den 1.1. und 2.1 ersichtliche Ausführungsform ist je nach den vorliegenden Strömungs- und/oder Wellenbeschaffenheiten ausgestaltet. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt in einem kontinuierlichen und damit effektiven Antrieb. Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Das als Welle ausgebildete Getriebeelement 7 ragt vorzugsweise beiderseits aus dem Schwimmkörper 1 abgedichtet heraus. Auf diesen aus dem Schwimmer herausragenden Endabschnitten der Welle 7 ist mindestens je ein Wasserrad 3.1 drehfest angeordnet, so dass sowohl die Strömungs- als auch die Wellenenergie in eine Drehbewegung über die Welle 7 auf einen als Hydromotor ausgebildeten Motor 16.1 unter Zwischenschaltung eines Getriebes 15.1 übertragen wird. Das bedeutet also, dass die vorzugsweise unteren Schaufeln des Wellenrades 3.1 von der Strömungskraft bewegt und so das Wasserrad 3.1 in Drehbewegungen versetzen. Der Hydromotor 16.1 fördert das unter Druck stehende Fluid über die Leitung 19 in den Speicher 20, wo es für weitere Verwendungen zur Verfügung steht.
-
Bei der aus 1.1 ersichtlichen Ausführungsform wurden die gleichen Bezugszeichen wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen für Teile gleicher Funktion verwendet.
-
Die Ausführungsform nach 1.2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den 1 und 1.1 dadurch, dass an dem Getriebeelement endseitig ein Wasserrad 3.1 angeordnet ist, während an dem anderen Ende des Getriebeelementes 7.1 sich ein Hydromotor 16.1 befindet, der in üblicher Weise – wie aus 5 ersichtlich ist – angeschlossen ist. Über den als Schwimmer ausgebildeten Antriebskörper 3 kann somit die Wellenenergie aufgenommen werden, während über das Wasserrad 3.1 die Strömungsenergie den Hydromotor 16.1 antreibt und damit genutzt wird.
-
Die in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schwimmkörper
- 2
- Basisseite
- 3
- Antriebskörper, Schwimmer
- 3.1
- Wasserrad, Antriebskörper
- 4
- Arm, Hebel, Hebelsystem
- 5
- „ , „ , „
- 6
- Achse
- 7
- Getriebeelement, Welle oder Hohlwelle
- 7.1
- Welle
- 8
- Zugelement, Seil, Kette
- 9
- Boden
- 10
- Anker, Fundament
- 11
- Haspel
- 12
- Niveauregulierung, Steuerung
- 13
- Abdeckelement
- 14
- Hebel
- 15
- Kolbenstange
- 15.1
- Getriebe
- 16
- Zylinder
- 16.1
- Hydromotor
- 17
- Leitung
- 18
- Rückschlagventil
- 19
- Leitung
- 20
- Hochdruckspeicher, Speicher
- 21
- Antriebsmotor, Hydromotor, Motor
- 22
- Generator
- 23
- Leitung
- 24
- Rücklaufleitung
- 25
- Vorfülltank
- 26
- Leitung
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Netzregler
- 29
- Leitung
- 30
- Meerwasserentsalzungsanlage
- 31
- Saugleitung
- 32
- Wasserleitung
- 33
- Hydropumpe
- 34
- Verbraucher
- 35
- „
- 36
- „
- 37
- „
- 38
- Kabel
- 39
- Leitung
- 40
- Speisepumpe
- 41
- Dosiereinheit
- 42
- Speiseleitung
- 43
- Rückschlagventil
- 44
- „
- 45
- Strand
- 46
- Welle
- 47
- Flutventil
- 48
- Ablaßventil
- 49
- Pumpe
- A
- Wellenbewegungsrichtung
- L
- Länge eines Schwimmkörpers 1
- B
- Querabmessung eines Schwimmkörpers 1
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- GB 2434408 A [0004]
- US 1485574 [0005]
- WO 2013/054326 A [0006]
- GB 2028435 A [0007]
- US 2011/0089048 A1 [0008]
- US 2010/0013229 A1 [0009]
