DE112007002546T5

DE112007002546T5 - Wellenkraftanlage

Info

Publication number: DE112007002546T5
Application number: DE112007002546T
Authority: DE
Inventors: Bjoern Rothausen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-12-31
Also published as: GB0902527D0; US20100089052A1; WO2008064677A1; DK176417B1; DE112007002546T9; GB2455240A; GB2455240B

Abstract

Verfahren zum Erreichen eines optimalen Betriebs einer Wellenkraftanlage, wobei die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hiervon zu gewinnende Energie in den Beinen (11 und 8) bei und in dem Arbeitsgang erzeugt wird, und zwar in dem Abwärtshub der Wellenkraftanlage.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erreichen eines optimalen Betriebs einer Wellenkraftanlage, wobei die Anlage oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen mit einer integrierten Kolbenanordnung zur Übertragung von Energie besteht.
Stand der Technik
Bekannt sind bisher Wellenkraftanlagen wie ein in der französischen Patentschrift FR 2607870 A1 beschriebenes Beispiel, wobei diese Anlage ein aufrecht stehendes Bein aufweist und das Bein gleichzeitig ein Zylinder mit einem Kolben ist und die Kolbenanordnung über eine Schwimmkörperanordnung die Bewegungen des Meeresspiegels sowohl bei den Auf- als auch Abwärtsbewegungen über mehrere Ventileinrichtungen in einen hydraulischen Druck umwandelt.
Die Nachteile dieser Anordnung sind, dass man als Energiequelle gewöhnlich die entgegen der Richtung der Gravitationskraft verlaufende Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers benutzt, weshalb das Eigengewicht des Schwimmkörpers in gewissem Maße und die hydraulische Energieentnahme in besonderem Maße die Auftriebsmöglichkeit des Schwimmkörpers und damit die Größe der Energieentnahme begrenzen.
Zu lösendes technisches Problem
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Wellenkraftanlage mit aufrecht stehenden Beinen und mit darin integrierten Druckzylindern und Kolben der genannten Art zu schaffen, wobei mit einem neuen Arbeitsverfahren sowie einer Vorrichtung hierzu jetzt ein größerer Anteil der aufkommenden Wellenkraft auf die Anordnung übertragen und darin aufgenommen wird.
Die neue Technik Das Neue ist, dass die zu gewinnende Energie in den Beinen bei und in dem Abwärtshub der Wellenkraftanlage erzeugt wird.
Das Eigengewicht des Schwimmkörpers und die Gravitationskraft können sehr leicht den Widerstand der Mittel zur Entnahme der hydraulischen Energie überwinden, weshalb dieser keinen Einfluss hat.
Im Ansaughub in der Aufwärtsbewegung der Wellen übt der erhöhte Ansaugdruck einen Druck auf den Kolben des Zylinders aus, welcher Kolben ja Bodenkontakt hat, und der Gegendruck wird deshalb den Schwimmkörper heben, da der Zylinder auf dem Schwimmkörper montiert ist.
Dem Schwimmkörper wird somit in seiner Aufwärtsbewegung geholfen, und er wird außerdem entsprechend dem Druck eine höhere Lageenergie erhalten.
Die neue Technik
Das Neue ist auch, dass in einem Arbeitsgang zur Herstellung oder Gewinnung von Wellenenergie mittels der Anordnung ein erhöhter Ansaugdruck erzeugt werden soll, der in den zugehörigen Behältern der Wellenkraftanlage zu speichern ist, wobei der gespeicherte Druck selbst durch den energieerzeugenden Hub des Zylinders hervorgebracht werden soll.
Dadurch wird erreicht, dass die Anordnung mittels des durch den energieerzeugenden Hub des Zylinders hervorgebrachten gespeicherten Drucks einen erhöhten Ansaugdruck erzeugt.
Die neue Technik
Das Neue ist auch, dass die Kolbenstange in der integrierten Kolbenanordnung frei oder lose auf dem Meeresboden angeordnet ist, wobei der Zylinder selbst deshalb auf einem Schwimmkörper montiert ist, und wobei die Kolbenstange in dieser Kombination als Widerlagerbein wirkt, indem an dem dem Boden zugewandten Ende der Kolbenstange ein beweglicher und nachgiebiger Druckfuß oder Ski montiert ist, der in seinem Fuß- oder Skiebene kontinuierlich der Oberfläche des Meeresbodens folgt.
Dadurch wird erreicht, dass der Druckfuß durch die Kolbenanordnung im Bein eine optimale Unterstützung und ein Widerlager für seine Pumpfunktion erhält.
Die neue Technik
Das Neue ist weiterhin, dass das vertikal stehende Bein mit der integrierten Kolbenanordnung für einen kontinuierlichen Kontakt und ein Widerlager gegen den Boden und hierdurch einen funktionellen Kontakt zu der jetzt arbeitenden Kolbenanordnung mit einem Gleit- und Kupplungsrohr zur Kupplung und Führung des unteren sowie oberen Teils des vertikal stehenden Beins ausgestattet ist.
Hierdurch wird erreicht, dass das Widerlagersystem sowie das Pumpsystem stufenlos gleitend gekuppelt werden, so dass der Abstand zwischen ihnen vergrößert oder vermindert werden kann, wobei aber die Proportionen und die Bedingungen für eine optimale Pumpfunktion immer noch erhalten werden.
Verzeichnis der Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 einen vertikalen Schnitt durch ein vertikal stehendes Bein, hier als Widerlagerbein bezeichnet, mit einer integrierten Kolbenanordnung zur Übertragung von Energie auf die aktuelle Wellenkraftanlage, die zur Energieerzeugung auf dem Meer angeordnet ist,
2 einen vertikalen Schnitt durch ein vertikal stehendes Bein, mit Druckbehältern zur Aufnahme eines Drucks durch den Auf- und Abwärtshub der Wellenbewegungen, wobei hier der Ansaughub gezeigt wird, und
3 in einem vertikalen Schnitt ein vertikal stehendes Bein mit Druckbehältern zur Aufnahme des Drucks durch den Auf- und Abwärtshub der Wellenbewegungen, wobei hier der Verdichtungshub gezeigt wird.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt in einem vertikalen Schnitt ein vertikal stehendes Bein 11 und 8, hier als Widerlagerbein 11 und 8 bezeichnet, mit einer integrierten Kolbenanordnung 10 zur Übertragung von Energie für die aktuelle Anordnung der Wellenkraftanlage, die zur Energieerzeugung auf dem Meer angeordnet ist.
Das Bein 11 und 8 selbst, hier als Widerlagerbein 11 und 8 bezeichnet, besteht aus zwei Teilen, und zwar aus einem als Unterwasserbein 11 bezeichneten Unterwasserteil 11 und einem als Hydraulikzylinder 8 bezeichneten Oberwasserteil 8.
Das Unterwasserbein 11 ist mittels druckfester, aus schwerem Werkstoff hergestellter Kardangelenken 4 nachgiebig gemacht, mit schweren Lagerbuchsen 4A, die an eine Befestigung geschweißt werden. Das Unterwasserbein 11 hat einen doppelten konischen Tretfuß 1 mit Hissseil-Ösen 2 für Hissseile 3.
Das Unterwasserbein 11 ist in einem Gleitrohr 5 durch den Schwimmkörper geführt. Das Oberwasserteil/der Hydraulikzylinder 8 besteht aus einem Zylinder 8 mit Kolben 10 und einer Kolbenstange 10A. Der Zylinder 8, der ein Lüftungsloch 9 aufweist, ist auf dem Deck 14 montiert 7. Das Lüftungsloch 9 verhindert ein Vakuum und eine Verdichtung im Zylinder 8 unterhalb des Kolbens 10. Während der Installation wird das Unterwasserbein 11 mit der Kolbenstange 10A verschraubt, wodurch der Kolben 10 Kontakt mit dem Meeresboden 17 erhält.
Das Widerlagerbein steht lose auf dem Meeresboden 17.
Das Gleitrohr 5 durchdringt den Schwimmkörper und ist an diesem fest montiert.
Das Gleitrohr 5 hat geschweißte Rohre 3A für Hissseile und aufmontierte Hebezeuge 6 für die Hissseile, welche Hebezeuge den Auszug des Unterwasserbeins 11 regeln.
Das Gleitrohr 5 hat Endgleitlager 5A, die aus Schmiernippeln 5B einzufetten sind.
Als weitere Bestandteile der Wellenkraftanlage nach 1 seien der Boden 12 des Schwimmkörpers, das Maschinenraumdeck 13, der Maschinenraum 19, der Wasserballastraum 18 und der Meeresspiegel 16 selbst erwähnt.
2 zeigt in einem vertikalen Schnitt ein aufrecht stehendes Bein 11 und 8 mit Druckbehältern oder Kesseln 12 zur Aufnahme des Drucks durch den Auf- und Abwärtshub der Wellenbewegungen, wobei hier der Ansaughub bei einem erhöhten Ladedruck gezeigt wird,
In der Aufwärtsbewegung der Wellen erhöht sich das Volumen des Zylinders 8A oberhalb des stillstehenden Kolbens 10, weil sich der Schwimmkörper mit dem aufmontierten Zylinder 8 aufwärts bewegt.
Dadurch entsteht eine Druckdifferenz, die automatisch die Einwegventile 1, 2 und 3 öffnet und automatisch den Durchgang von den Einwegventilen 4, 5 und 8 schließt/unterbricht.
Der Ladedruck des Ansaughubs ist der ”Gashebel” des Schwimmkörpers, weil die Höhe der Produktion von diesem abhängt.
Der Ladedruck sichert den Kontakt des Widerlagerbeins zum Meeresboden. Der Ladedruck wird durch Manometer 16, Mittel zur Druckluftversorgung 17, Druckregulierschraube 18 und Ablasshahn 19 geregelt.
Das Hinweiszeichen 20 bezeichnet ein Sicherheitsventil. Der Ladedruck wird mittels einer größeren Menge Hydrauliköl aus dem Niederdruckbehälter 11 und gleichzeitig einer kleineren, aber druckerzeugenden Menge Öl aus dem Hochdruckbehälter 9A hergestellt.
Die Ölmenge ist mit einem einstellbaren Schließhahn 21 zu regeln. Der Ölstrom wird in einer Zuleitung 13 einer Dreiwegekupplung gesammelt.
3 zeigt in einem vertikalen Schnitt ein vertikal stehendes Bein 11 und 8 mit Druckbehältern 12 zur Aufnahme des Drucks durch den Auf- und Abwärtshub der Wellenbewegungen, wobei hier der Verdichtungshub bei der Abwärtsbewegung der Wellen gezeigt wird.
Das Zylindervolumen 8A oberhalb des stillstehenden Kolbens 10 vermindert sich, indem sich der Schwimmkörper mit dem aufmontierten Zylinder 8 abwärts bewegt.
Deshalb entsteht eine Druckdifferenz, die eine automatische Öffnung der Einwegventile 4, 5 und 6 und automatische Schließung oder Unterbrechung des Durchgangs von den Einwegventilen 1, 2 und 3 bewirkt.
Die Energieentnahme wird dadurch zu den Hochdruckbehältern 9A und 9B geleitet, wodurch die Luftmasse/das Luftkissen zusammengepresst wird. Das zusammengepresste Luftkissen 12 speichert die Druckenergie, um einen gleichmäßigen Öldruck für den Hydraulikmotor 14 und den stromerzeugenden Generator 15 zu schaffen.
Ergänzende Bemerkungen zu den Ausführungsbeispielen Die Wellenkraftanlage ist auf einem Schwimmkörper vom Typ ”Point Absorber” montiert und ist in offener See mit lockeren Vertäuungen auszulegen.
Das Gewicht des Schwimmkörpers lässt sich mit dem Wasserballast in Behältern regeln.
Der Schwimmkörper produziert Strom aus der Wellenkraft durch die Energieentnahme in der Abwärtsbewegung der Wellen, wobei das Eigengewicht des Schwimmkörpers sowie die Wellenhöhe Faktoren der Energiebilanz sind (Kraft × Weg).
Die Energieentnahme erfolgt mit frei auf dem Meeresboden stehendem Widerlagerbein, das durch das Gleitrohr des Schwimmkörpers geführt und anschließend mit der Zylinderkolbenstange verschraubt wird.
Der Hydraulikzylinder ist einfachwirkend mit einem Lüftungsloch in dem unteren Teil und wird auf dem Schwimmkörper montiert.
Das Unterwasserteil des Widerlagerbeins ist mittels aus schwerem Werkstoff hergestellter, druckfester Kardangelenke nachgiebig gemacht.
Das Unterwasserteil weist einen doppelkonisch ausgeführten Tretfuß mit Rissseil-Ösen für Rissseile auf.
Das Gleitrohr ist am Schwimmkörper montiert und besteht aus einem schweren Rohr mit eingefetteten Endgleitlagern und hat aufgeschweißte Hissrohre für Rissseile.
Spille regeln die Länge des Auszuges des Widerlagerbeins.
Das hydraulische System des Schwimmkörpers besteht aus: Hydraulikzylindern, Hochdruckbehältern, Niederdruckbehältern, Hydraulikmotor und Generator.
Die Druckbehälter enthalten eine Luftmasse/ein Luftkissen, die/das während der Energieentnahme durch den hydraulischen Druck zusammengepresst wird, und speichern dadurch die Druckenergie, um eine gleichmäßige und regelbare Energieversorgung des Hydraulikmotors und des Generators zu schaffen.
Die Druckbehälter sind mit Folgendem ausgestattet: Manometer, Sicherheitsventilen, einstellbaren Schließventilen für alle Rohrverbindungen zu/von den Druckbehältern, Wasserablassventil, Mitteln zur Abnahme des Luftdrucks und Luftschraube zur Luftdruckregelung. Der erhöhte Ladedruck ist mittels einer größeren Menge Hydrauliköl aus dem Niederdruckbehälter I und einer kleineren Menge druckerzeugenden Hydrauliköl aus dem Hochdruckbehälter 9A, in einer Dreiwege-Rohrverbindung für die Hydraulikzylinder gesammelt, herzustellen.
Im Arbeitsgang selbst bewegen sich der Schwimmkörper und ein auf dem Schwimmkörper montierten Zylinder auf und ab um den stets stillstehenden Kolben mit Meeresbodenkontakt.
Die Anordnung wird über die Druckbehälter (Luftdruck) angefahren.
ZUSAMMENFASSUNG
Verfahren zum Erreichen eines optimalen Betriebs einer Wellenkraftanlage, wobei die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht.
Die Kolbenstange (10A) in der integrierten Kolbenanordnung (10) ist lose oder frei auf dem Meeresboden (17) angeordnet.
Der Zylinder (8) hierzu ist auf einem Schwimmkörper (14) montiert, wobei die hierdurch zu gewinnende Energie in den Beinen (11 und 8) bei und in dem Arbeitsgang herzustellen ist, und zwar in dem Abwärtshub der Wellenkraftanlage.
Der Arbeitsgang zur Herstellung der optimalen Energie mittels der Anordnung wird durch die Erhöhung des Ansaugdrucks mit Hilfe eines Drucks, der in den zugehörigen Behältern (12) der Wellenkraftanlage zu speichern ist, etabliert.
Der gespeicherte Druck soll durch den Hub des energieerzeugenden Zylinders (10 und 8) hervorgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- FR 2607870 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Erreichen eines optimalen Betriebs einer Wellenkraftanlage, wobei die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hiervon zu gewinnende Energie in den Beinen (11 und 8) bei und in dem Arbeitsgang erzeugt wird, und zwar in dem Abwärtshub der Wellenkraftanlage.
Verfahren zum Erreichen eines optimalen Betriebs einer Wellenkraftanlage, wobei diese aus einem oder mehreren Beinen (11 und 8) mit integrierten Kolbenanordnungen (10) zur Übertragung von Energie besteht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsgang zur Gewinnung der optimalen Menge Energie mittels der Anordnung ein erhöhter Ansaugdruck mit Hilfe eines in zugehörigen Behältern (12) der Wellenkraftanlage zu speichernden Drucks etabliert werden soll, wobei der gespeicherte Druck selbst durch den energieerzeugenden Hub der Zylinder (10 und 8) hervorgebracht werden soll.
Wellenkraftanlage, bei der die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (10A) in der integrierten Kolbenanordnung (10) lose auf dem Meeresboden (17) angeordnet ist, wobei der Zylinder (8) selbst hierzu auf einem Schwimmkörper (14) montiert ist, und wobei die Kolbenstange (10A) in dieser Kombination als Widerlagerbein wirkt, indem an dem dem Boden zugewandten Ende der Kolbenstange ein beweglicher und nachgiebiger Druckfuß (1) oder Ski (1) montiert ist, der der Oberfläche des Meeresbodens folgt.
Wellenkraftanlage, bei der die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht, nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das aufrecht stehende Bein (11 und 8) mit integrierten Kolbenanordnungen (10) für einen kontinuierlichen Kontakt und ein Widerlager gegen den Boden (17) und hierdurch einen funktionellen Kontakt zu der jetzt aktiv arbeitenden Kolbenanordnung (10) mit einem Gleit- und Kupplungsrohr (5) zur Kupplung und Führung des unteren (11) sowie oberen (8) Teils ausgestattet ist.
Wellenkraftanlage, bei der die Anordnung oder Vorrichtung aus einem oder mehreren aufrecht stehenden Beinen (11 und 8) mit einer integrierten Kolbenanordnung (10) zur Übertragung von Energie besteht, nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserbein (11) an mehreren strategischen Stellen mittels druckfester, als Beispiel in druckfesten Ausführungen hergestellter Kardangelenke oder Gelenke (4) flexibel gemacht ist, wobei diese aus schwerem Werkstoff hergestellt sind und kräftige oder schwere Lagerbuchsen (4A) aufweisen, die an eine Befestigung geschweißt werden.