DE19947149A1 - Device for converting wave energy into electrical energy uses a cross flow turbine running on bearings below in a float and above in a generator carrier both connected by cylindrical connection supports hit by moving waves on all sides. - Google Patents

Device for converting wave energy into electrical energy uses a cross flow turbine running on bearings below in a float and above in a generator carrier both connected by cylindrical connection supports hit by moving waves on all sides.

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Abstract

A cross flow turbine (1) runs on bearings below in a float and above in a generator carrier. Both these are connected by cylinder-shaped connection supports (2) in such a way that the cross flow turbine floating close to the water surface is affected by moving waves from all sides, in order to extract from these as much energy as corresponds to the average of a turbine blade's (3) circular motion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie durch Anwendung einer Querstromturbine, die es ermöglicht, die Energie von Wellen zum direkten Antrieb eines Generators zu benutzen.The invention relates to a device for converting Wave energy by using a cross-flow turbine that it enables the energy of waves to drive a direct Generator.

Die Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie läßt sich verwirklichen durch Zwischenschaltung eines erhöht gelegenen Speichers, der durch auf schräger Ebene anlaufende Welle aufgefüllt wird, wie es beispielsweise in der DE-OS 38 03 570 beschrieben wird.The conversion of wave energy into electrical energy can be realize by interposing an elevated Storage, due to the wave starting at an incline is filled, as it is for example in DE-OS 38 03 570 is described.

Bei kleineren Wellen, welche die Höhe des Speichers nicht erreichen, kann die Hebung einer dem Wellenimpuls entsprechenden Wassermenge auf die Höhe des Speichers durch eine Impulspumpe, inbesondere bewerkstelligt werden, wie sie in der DE-OS 196 21 650 A1 vorgeschlagen wird. Insbesondere die dort dargestellte Fig. 4 zeigt eine Kombination von schräger Ebene und der Impulspumpe, insbesondere die Konstruktion einer durch Wellenimpuls betätigten, als Rückschlagventil wirkende Ventilplatte.In the case of smaller waves which do not reach the height of the reservoir, the raising of a quantity of water corresponding to the wave impulse to the height of the reservoir can be accomplished in particular by a pulse pump, as is proposed in DE-OS 196 21 650 A1. In particular, FIG. 4 shown there shows a combination of an inclined plane and the pulse pump, in particular the construction of a valve plate actuated by a wave pulse and acting as a check valve.

Alle derartigen Lösungen haben den Nachteil, daß das Wellenkraftwerk bzw. der zum Schutz anderer Anlagen dienende energieerzeugende Wellenbrecher auf die Laufrichtung der Wellen ausgerichtet sein muß, also bei festem Einbau nur bei bestimmter Wellenrichtung optimal arbeitet, oder auf diese Richtung einstellbar sein muß.All such solutions have the disadvantage that Wave power plant or the one used to protect other systems energy-generating breakwaters on the direction of the waves must be aligned, i.e. with fixed installation only with certain Shaft direction works optimally, or in this direction must be adjustable.

In der DE-OS 196 21 650 A1 wurde eine Ventilplatte vorgeschlagen, bei der eine vorwiegend geneigte Fläche als Rückschlagventil ausgebildet ist und bei der die geneigte Fläche eine rechteckige oder runde gitterförmige Platte ist. Die Platte ist vorwiegend der Laufrichtung der Welle entgegengeneigt, um das Durchtreten von Wasser von der Unterseite auf die Oberseite zu ermöglichen. Die auf der Oberseite der Gitterplatte angeordnete elastische Ventilklappe aus Kunststoff wird beim Betrieb im Seegang infolge der wirksamen Wellenimpulse angehoben und bildet somit eine Art Rückschlagventil, das in Kombination mit bekannten Anlagen (beispielsweise nach DE-OS 38 03 570) eine Impulspumpe zur Hebung von Wasser darstellt.A valve plate has been proposed in DE-OS 196 21 650 A1 a predominantly inclined surface designed as a check valve and the inclined surface is rectangular or round is grid-shaped plate. The plate is predominantly the direction of travel inclined towards the wave to prevent the passage of water from the Allow bottom to top. The one on the top the elastic valve flap made of plastic arranged on the grid plate  is when operating in rough seas due to the effective wave pulses raised and thus forms a kind of check valve that in Combination with known systems (for example according to DE-OS 38 03 570) represents a pulse pump for lifting water.

Eine weitere Möglichkeit ist eine Kombination der erfindungsgemäßen Impulspumpe mit dem an sich bekannten Wellenkraftwerk.Another possibility is a combination of the invention Impulse pump with the well-known wave power plant.

Die Wirkungsweise ist so zu verstehen, daß von großen Wellen der energiereiche obere Teil des Wellenkamms direkt über die schräge Fläche aufläuft, während der untere Teil unterhalb der Ventilplatte gestaut wird und von unten auf die Ventilplatte wirkt. Kleinere Wellen laufen direkt unter die Ventilplatte und wirken mit ihrer schrägen Vorderfläche auf die Ventilplatte.The mode of action is to be understood in such a way that from large waves the high-energy upper part of the wave crest directly over the sloping Surface runs up while the lower part is below the valve plate is jammed and acts on the valve plate from below. Smaller ones Waves run directly under the valve plate and act with it sloping front surface on the valve plate.

Der Nachteil dieses Vorschlages ist die Tatsache, daß bei gleichzeitigem chemischem Angriff durch Seewasser diese hochbeanspruchten Kunststoffklappen vorzeitig zerstört werden. Das bedeutet eine beträchtliche Einschränkung der Einrichtung zur Umwandlung der angebotenen Wellenenergie in elektrische Energie. Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen.The disadvantage of this proposal is the fact that simultaneous chemical attack by sea water this highly stressed plastic flaps can be destroyed prematurely. The means a considerable limitation of the facility for Conversion of the wave energy offered into electrical energy. The invention seeks to remedy this.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie zu schaffen, bei der für die Energie-Entnahme aus der Wellenbewegung eine Querstromturbine eingesetzt wird.The invention specified in claim 1 is the problem based on a device for converting wave energy create in the case of energy extraction from the wave motion a cross-flow turbine is used.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 bis 3 angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst.According to the invention this problem is characterized by the Claims 1 to 3 specified features of the invention solved.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß man die besonderen Eigenschaften der Querstromturbine nutzbringend einsetzt.The advantageous embodiment of the invention is achieved in that that one has the special properties of the cross-flow turbine usefully.

Die Querstromturbine ist in verschiedenen Ausführungen bekannt; z. B. als Schalekreuzanemometer oder als Windrad, wo sie ohne besondere Leitschaufeln verwendet wird. Sie kann aber auch zur Erzeugung eines Vordralls mit Leitschaufeln ausgestattet werden, insbesondere dann, wenn diese als Stützsäulen oder -rippen Verwendung finden können (Fig. 1; 2; 3 und 4).The cross-flow turbine is known in various versions; e.g. B. as a cross anemometer or as a wind turbine, where it is used without special guide vanes. However, it can also be equipped with guide vanes for generating a pre-twist, in particular when these can be used as support columns or ribs (FIGS . 1; 2; 3 and 4).

Ein weiterer Vorteil der Querstromturbine ist ihre Unabhängigkeit von der Anströmrichtung, was die Ausführung einer "Punktinsel" nahelegt. Darunter wird z. B. eine Anlage mit senkrechter Welle verstanden, also z. B. ein schwimmender Generatorantrieb zum Betrieb eines Leuchtfeuers, etwa zum Schutz und zur Kennzeichnung einer Offshore-Windkraftanlage oder eines Kleinkraftwerkes für die Küste von Entwicklungsländern für kleine Leistungen je nach vorherrschenden Wellenhöhen.Another advantage of the cross-flow turbine is its independence from the inflow direction, which is the execution of a "point island" suggests. Among them is z. B. a system with a vertical shaft understood, e.g. B. a floating generator drive for operation a beacon, for example to protect and identify one Offshore wind turbine or a small power plant for the coast of developing countries for small benefits depending on the prevailing Wave heights.

Bei einer derartigen Punktinsel kann erfindungsgemäß die im Seegang eintretende Schaukelbewegung - wie bei einer Boje - von der Querstromturbine ausgenutzt werden, indem diese einige Meter unter der Wasseroberfläche hin- und hergeschwenkt wird. Es entsteht dabei eine wechselnde Anströmung.With such a point island, according to the invention, it can be in rough seas rocking movement occurs - like a buoy - from the Cross-flow turbine can be exploited by placing it a few meters below  the water surface is swung back and forth. It arises an alternating inflow.

Außerdem bietet sich eine Kombination mit der Impulspumpe und dem Auflaufen der Wellen auf schräge Ebenen an. Solche Kombinationen würden die Anwendung einer Punktinsel für die oben genannten Zwecke verbessern (Fig. 3 und 4).In addition, a combination with the pulse pump and the running of the waves on inclined planes is possible. Such combinations would improve the use of a point island for the purposes mentioned above ( Figs. 3 and 4).

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated by an embodiment explained. Show it:

Fig. 1 eine Querstromturbine, direkt wellenbeaufschlagt, mit Schwimmkörper im Horizontalschnitt, Fig. 1 is a cross-flow turbine, directly wellenbeaufschlagt with float in a horizontal section,

Fig. 2 eine Querstromturbine, direkt wellenbeaufschlagt, mit Schwimmkörper im Vertikalschnitt,, Wellenbeaufschlagt directly Fig. 2 is a cross-flow turbine with floating body in vertical section,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Punktinsel als Wellenschwinger, Fig. 3 is a side view of an island as a point wave resonator,

Fig. 3a einen Schnitt gemäß A-A, Fig. 3a shows a section according to AA,

Fig. 4 eine Draufsicht einer Punktinsel als Wellenschwinger. Fig. 4 is a plan view of a point island as a wave oscillator.

In Fig. 1 wird eine Querstromturbine 1 im waagerechten Schnitt gezeigt. Die drei zylinderförmigen Verbindungsstützen 2 zwischen Schwimmkörper 4 und Generatorträger 5 sind durch einfache Verkleidungen 6 als Leitschaufeln ausgebildet und erzeugen mit dazwischenliegenden Leitschaufeln 3 einen Vordrall, um so die Leistung zu erhöhen.In Fig. 1, a cross-flow turbine 1 is shown in a horizontal section. The three cylindrical connecting supports 2 between the floating body 4 and the generator support 5 are formed by simple cladding 6 as guide vanes and, with the guide vanes 3 in between, generate a pre-twist in order to increase the power.

Nach Fig. 2 ist die Querstromturbine 1 unten im Schwimmkörper 4 und oben im Generatorträger 5 gelagert, die beide durch die zylinderförmigen Verbindungsstützen 2 verbunden sind. Eine solche verankerte und in der Nähe der Wasseroberfläche schwimmende Querstromturbine 1 ist von allen Seiten den laufenden Wellen ausgesetzt und entnimmt diesen etwa soviel Energie, wie es dem Durchmesser des Leitschaufelkreises entspricht.According to FIG. 2, the cross-flow turbine 1 is mounted in the float 4 and the top of the generator support 5 below, which are both connected by the cylindrical connecting supports 2. Such anchored and in the vicinity of the water floating cross-flow turbine 1 is exposed to the running waves from all sides and takes about as much energy as it corresponds to the diameter of the guide vane circle.

Nach den Fig. 3 und 4 wird der Betrieb einer Punktinsel als Wellenschwinger dargestellt. Zweck der Anlage ist der Antrieb des Generators 4 durch die beim Schaukeln der schwimmenden Insel unterdem Einfluß der Wellen sich drehenden Querstromturbine 1. Diese ist am tiefsten Punkt der Insel so angebracht, daß sie beim Schaukeln der Insel eine hin- und hergehende Bewegung machen muß. Dadurch tritt eine relativ zur Querstromturbine 1 wechselnde Anströmung ein, die eine gleichsinnige Drehung verursacht. FIGS. 3 and 4, the operation of a point island is represented as a wave resonator. The purpose of the system is to drive the generator 4 by means of the cross-flow turbine 1 rotating when the floating island is rocking under the influence of the waves. This is located at the lowest point of the island so that it has to make a back and forth movement when rocking the island. As a result, an inflow occurs which changes relative to the cross-flow turbine 1 and which causes a rotation in the same direction.

Kombiniert ist in dieser Darstellung die Anlage durch die Auffüllung eines Speichers 12 mit Hilfe von schrägen Ebenen 13 und Ventilplatten/Impulspumpen 10. Diese beiden Maßnahmen wirken durch die Francisturbine 9 auf die zentrale Antriebswelle 14 des Generators. In this illustration, the system is combined by filling up a reservoir 12 with the aid of inclined planes 13 and valve plates / pulse pumps 10 . These two measures act through the Francis turbine 9 on the central drive shaft 14 of the generator.

BezugszeichenlisteReference list

11

Querstromturbine
Cross-flow turbine

22nd

zylinderförmige Stütze
cylindrical support

33rd

Leitschaufel
vane

44th

Schwimmkörper
Floating body

55

Generatorträger
Generator carrier

66

Generator
generator

77

Verkleidung
Cladding

88th

99

FRANCISTURBINE
FRANCISTURBINE

1010th

Ventilplatten
Valve plates

1111

Versteifungs- und Leitrippe
Stiffening and guide rib

1212th

Speicher
Storage

1313

schräge Ebene
sloping plane

1414

zentrale Antriebswelle
central drive shaft

Claims (4)

1. Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mittels Querstromturbine, bei der der Wellenimpuls, den eine Welle ausübt, wenn sie gegen eine senkrechte oder ihr schräg entgegen geneigte Ebenen anläuft, benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querstromturbine (1) zwischen drei zylinderförmigen Verbin­ dungsstützen (2), Schwimmkörpern (4) und Generatorträger (5) angeordnet ist und und daß dazwischenliegende Leitschaufeln (3) einen Vordrall zur Leistungerhöhung vorgesehen sind.1. A device for converting wave energy into electrical energy by means of a cross-flow turbine, in which the wave impulse which a wave exerts when it hits a vertical or inclined plane inclined towards it, is used, characterized in that a cross-flow turbine ( 1 ) between three cylindrical connec tion supports ( 2 ), floats ( 4 ) and generator support ( 5 ) is arranged and that intermediate vanes ( 3 ) are provided a pre-twist to increase performance. 2. Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mittels Querstromturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstromturbine (1) unten im Schwimm­ körper (4) und oben im Generatorträger (5) gelagert ist und daß beide durch die zylinderförmigen Verbindungsstützen (2) derart verbunden sind, so daß die in der Nähe der Wasseroberfläche schwimmende Querstromturbine (1) von allen Seiten den laufenden Wellen ausgesetzt ist, um diesen etwa soviel Energie, wie es dem Durchmesser des Leitschaufelkreises entspricht, zu entnehmen.2. Device for converting wave energy into electrical energy by means of a cross-flow turbine according to claim 1, characterized in that the cross-flow turbine ( 1 ) is mounted at the bottom in the floating body ( 4 ) and at the top in the generator support ( 5 ) and that both are supported by the cylindrical connecting supports ( 2 ) are connected in such a way that the cross-flow turbine ( 1 ) floating in the vicinity of the water surface is exposed to the running waves from all sides in order to take about as much energy as corresponds to the diameter of the guide vane circle. 3. Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mittels Querstromturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidungen (7) als die Leitschaufeln (3) ausgebildet sind.3. Device for converting wave energy into electrical energy by means of a cross-flow turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the linings ( 7 ) are designed as the guide vanes ( 3 ). 4. Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mittels Querstromturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführung der Anlage nach Anspruch 1 bis 3 durch einen Speicher (12), der mit Hilfe von schrägen Ebenen (13) und Ventilplatten (Impulspumpen) (10) aufgefüllt wird, ergänzt ist und durch eine Francisturbine (9) auf die zentrale Antriebs­ welle (14) des Generators (6) wirken.4. A device for converting wave energy into electrical energy by means of a cross-flow turbine according to claim 1 to 3, characterized in that the design of the system according to claim 1 to 3 by a memory ( 12 ) with the help of inclined planes ( 13 ) and valve plates ( Impulse pumps) ( 10 ) is filled up, supplemented and act by a Francis turbine ( 9 ) on the central drive shaft ( 14 ) of the generator ( 6 ).
DE19947149A 1999-10-01 1999-10-01 Device for converting wave energy into electrical energy uses a cross flow turbine running on bearings below in a float and above in a generator carrier both connected by cylindrical connection supports hit by moving waves on all sides. Withdrawn DE19947149A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2434407A (en) * 2006-01-19 2007-07-25 Benedek Istvan Unidirectional water turbine with guides to accept flow from any direction
ITFI20100087A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-06 Marco Gatti PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRIC ENERGY, THROUGH THE EXPLOITATION OF THE MARINE OR FLUVIAL CURRENTS, ABLE TO OBTAIN THE PROBLEMS REPRESENTED BY THE STORM, BY THE SEASONS AND BY THE GLACIATION OF THE MARINE OR FLUVIAL SURFACE.
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