DE202014003764U1 - Floating device and floating system comprising a plurality of devices for generating electrical energy by water waves - Google Patents
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- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Abstract
Vorrichtung zu Gewinnung elektrischer Energie durch Wasserwellenbewegung enthaltend eine erste Vorrichtungseinheit (VE1) und eine zweite Vorrirchtungseinheit (VE2), wobei – die erste Vorrichtungseinheit (VE1) einen sich längs erstreckenden, bevorzugt rohrförmigen, Hohlkörper (3) enthält, dessen im Wasser einzutauchendes Ende offen ist und mindestens einen Schwimmkörper (5) der an der Aussenwand des Hohlkörpers (3) befestigt ist, sodass der Hohlkörper (3) der Aufwärts-/Abwärtsbewegung einer Wasserwelle folgen kann; – die zweite Vorrichtungseinheit (VE2) ist derart ausgestaltet, dass sie entlang des Innenraumes der ersten Vorirrchtungseinheit (VE1) gleiten kann, jedoch etwas beabstandet von der Innenwand des Hohlkörpers (3), sodass dazwischen ein Zwischenraum entstehet in dem Wasser fliessen kann; – an einem ersten Bereich (BE1) der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) und an einem zweiten Bereich (BE2) der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) ist mindestens ein Elektrogenerator (EG) elektromechanisch oder electromagnetisch angekoppelt, der durch die relative Gleitbewegung der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) entlang der Innenwände der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) elektrische Energie erzeugen kann; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtungseinheit (VE2) über einen dritten voluminösen Bereich (7) mit einer niedrigeren Dichte als die Dichte des Wassers verfügt und mit einem verschlossenen voluminösen Bereich (6), der ein Wasserreservoir mit Einlass- und Auslassöffnungen sein kann, versehen ist, wobei die Durchschnittsdichte des verschlossenen voluminösen Bereichs, bzw. Wasserreservoirs (6) nahezu der Dichte des Wassers entspricht und das Gesammtvolumen des verschlossenen, voluminäsen Bereichs (6), mindestens halb so viel wie das Gesammtvolumen der Schwimmkörper (4) beträgt und dass der Innenquerschnitt „QS” der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) entlang der Region in der die verschlossenen, voluminösen Bereiche (6, 7) der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) gleiten so bemessen ist, dass das Produkt der Querschnitttfläche „QS”, berechnet in Quadtratmetern mal 12, beziehungsweise mal 8 oder 6, bevorzugt mal 4 oder mal 2 oder sogar mal 1, grösser als das Gesamtvolumen der Schwimmkörper (4), berechnet in Kubikmetern, ist und dass die Durschschnittsdichte der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) so bemessen, dass bei ruhendem Wasser die voluminäsen Bereiche (6, 7) dieser Vorirrchtungseinheit (VE2) mindestens um 0,3 m, bevorzugt mindestens um 0,6 m und noch mehr bevorzugt mindestens um 0,9 m über der Wasserlinie herausragt, sodass durch Eintauchen eines wesentlichen Teils dieses im ruhenden Zustand über der Wasserlinie herausragenden Teils der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2), über die Ankoppelung an dem mindestens einem Elektrogenerator (EG) eine Aufwärtskraft gegen die ersten Vorrichtungseinheit (VE1) wirkt und zwar so, dass unter der Wirkung von Wasserwellen, der mindestens eine Elektrogenerator (EG) elektrische Energie erzeugt sowohl während der Aufwärts- als auch während der Abwertsbewegung der ersten Vorrichtungseinheit (VE1).Device for generating electrical energy by means of water wave movement, comprising a first device unit (VE1) and a second device unit (VE2), the first device unit (VE1) containing a longitudinally extending, preferably tubular, hollow body (3), the end of which is to be immersed in water and at least one floating body (5) which is attached to the outer wall of the hollow body (3) so that the hollow body (3) can follow the up / down movement of a water wave; - The second device unit (VE2) is designed such that it can slide along the interior of the first pre-alignment unit (VE1), but somewhat spaced from the inner wall of the hollow body (3), so that an intermediate space can flow between them in the water; - At least one electric generator (EG) is coupled electromechanically or electromagnetically to a first area (BE1) of the first device unit (VE1) and to a second area (BE2) of the second device unit (VE2), which by the relative sliding movement of the second device unit (VE2 ) can generate electrical energy along the inner walls of the first device unit (VE1); characterized in that the second device unit (VE2) has a third voluminous region (7) with a lower density than the density of the water and with a closed voluminous region (6), which can be a water reservoir with inlet and outlet openings is, the average density of the closed voluminous area or water reservoir (6) almost corresponds to the density of the water and the total volume of the closed, voluminous area (6) is at least half as much as the total volume of the floating bodies (4) and that Internal cross section “QS” of the first device unit (VE1) along the region in which the closed, voluminous areas (6, 7) of the second device unit (VE2) slide is dimensioned such that the product of the cross-sectional area “QS”, calculated in square meters times 12 , or times 8 or 6, preferably times 4 or times 2 or even times 1, larger than the Gesa The volume of the floating bodies (4), calculated in cubic meters, is such that the average density of the second device unit (VE2) is such that, when the water is still, the voluminous areas (6, 7) of this device (VE2) prefer at least 0.3 m protrudes at least by 0.6 m and even more preferably by at least 0.9 m above the water line, so that by immersing a substantial part of this part of the second device unit (VE2) which projects above the water line in the resting state, via the coupling to the at least one Electrical generator (EG) an upward force acts against the first device unit (VE1) in such a way that under the action of water waves, the at least one electrical generator (EG) generates electrical energy both during the upward and downward movement of the first device unit (VE1 ).
Description
1. Bekanntes1. known
Es gibt bereits viele Erfindungen, die auf Energiegewinnung durch Wasser, insbesondere dessen Bewegung, basieren. Die bereits vorhandenen Ideen über Energiegewinnung durch die Bewegung des Meereswassers, beziehen ihre Energie entweder von der vertikalen bzw. der horizontalen Bewegung der Wassermassen entsprechend der Ausbreitung der Wellen an der Oberfläche, vgl.
Weiterhin beschreibt die Japanische Patentanmeldung
Im Jahr 2009 hat die Fa. Ocean Power Technologies ”Power Buoy” Vorrichtungen mit einem stationären Teil vorgestellt, die in der Lage waren, elektrische Energie im Bereich von mehreren kW zu produzieren.In 2009, Ocean Power Technologies introduced "Power Buoy" devices with a stationary part capable of producing several kW of electric power.
In unserer internationalen Patentanmeldung
Im Jahr 2012 hat die Fa. Ocean Power Technologies eine 45 kW Vorrichtung mit einem schwimmenden Inertialteil, der mehrere hundert Tonnen wiegt, vorgestellt (Link:
Kürzlich haben wir in einer Deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen:
2. Aufgabe der Erfindung2. Object of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausnutzung von hydrostatischen Effekten für die Entwicklung von Gesamtsystemen, die eine oder mehrere energieerzeugende Vorrichtungen, bei denen das Leistungs-/Gewichts-Verhältnis weiter gesteigert werden kann, enthalten.The object of the present invention is the utilization of hydrostatic effects for the development of complete systems, which contain one or more energy-generating devices, in which the power / weight ratio can be further increased.
Zunächst wird ein Weg beschrieben, damit die Vorrichtung, die in der Deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen:
In einem anderen System wird vorgeschlagen, den Inertialteil, der von der vertikalen Bewegung der Wasserwellen nicht beeinflusst werden sollte, durch ausgeklügelte Mittel, innerhalb einer engen vertikalen Bandbreite, in einem tiefen Bereich des Meeres zu stabilisieren. Es ist ferner vorgesehen diesen, quasi-stationären Teil in Form von erheblichen lateralen Abmessungen derart auszugestalten, dass an diesem eine Vielzahl von energieerzeugenden Einheiten verbunden werden können, die jeweils über einen schwimmenden, beweglichen Teil verfügen, deren periodische, vertikale Schwankungen genutzt werden um Elektrogeneratoren anzutreiben und nützliche Energie zu erzeugen.In another system it is proposed to stabilize the inertial part, which should not be affected by the vertical movement of the water waves, by sophisticated means, within a narrow vertical bandwidth, in a deep area of the sea. It is further provided this quasi-stationary part in the form of significant lateral dimensions in such a way that at this a plurality of energy-generating units can be connected, each having a floating, movable part, the periodic vertical fluctuations are used to electric generators to drive and generate useful energy.
Das oben genannte Inertialteil, an dem mehrere Einheiten angebracht werden können, wird derart im Wasser stabilisiert, das sein Massenanteil pro energieerzeugende Einheit wesentlich kleiner ist, als ein Inertialteil der durch dynamische Effekte als Gegenstück eines mobilen Teils, entsprechend der Lehre in der internationalen Patentanmeldung
3. Das neue Prinzip 3. The new principle
Das relevante Prinzip, das in der kürzlich eingereichten Parallelanmeldung mit dem Aktenzeichen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- VE1VE1
- erste Vorrichtungseinheit (leicht beweglicher Teil, versehen mit einem Schwimmkörper)first device unit (easily movable part provided with a float)
- VE2VE2
- zweite Vorrichtungseinheit (”immobiler” Teil)second device unit ("immobiler" part)
- QSQS
- Innenquerschnitt der VE1Inner cross-section of the VE1
- DD
- maximale Bewegungsstrecke der VE1 unter der Wellenwirkungmaximum movement distance of the VE1 under the wave effect
- dd
- maximale Bewegungsstrecke der VE2 unter der Wellenwirkungmaximum movement distance of the VE2 under the wave effect
- BE1, BE2BE1, BE2
- Bereiche von VE1 bzw. VE2 an denen ein Elektrogenerator mit den jeweiligen Vorrichtungseinheiten angekoppelt istAreas of VE1 or VE2 at which an electric generator is coupled to the respective device units
- EGEC
- diagrammatische Darstellung eines elektrischen oder elektromagnetischen StromgeneratorsDiagrammatic representation of an electric or electromagnetic current generator
- VRVR
- generelle Bezeichnung von elektrischen energieerzeugenden Vorrichtungen von Typen VR1, VR2 oder VR3General description of types VR1, VR2 or VR3 electrical power generating devices
- LTLT
- langförmiges Trägerelementlong-shaped carrier element
- PTPT
- plattformförmiges Trägerelementplatform-shaped carrier element
- VGVG
- Gerüste zur Befestigung von Vorrichtungseinheiten VR, insbesondere für Trägerelemente, die dazu bestimmt sind, in einer Tiefe grösser als 8 m versenkt zu werden.Frameworks for fixing device units VR, in particular for support elements, which are intended to be sunk in a depth greater than 8 m.
- TRMTRM
- optionale Türme auf den Trägerelementen (LT, PT)optional towers on the support elements (LT, PT)
- M1, M2M1, M2
- Module zur Zusammenstellung von erweiterten, länglichen oder plattformförmigen TrägerelementenModules for assembling extended, elongated or platform-shaped support elements
- C1, C2C1, C2
- Kupplungselemente (z. B. sphärisch oder bi-axial) zur Verbindung der Module M1, M2Coupling elements (eg spherical or bi-axial) for connecting the modules M1, M2
- C3C3
- bi-axial lenkbares oder gelenkiges KopplungselementBi-axially steerable or articulated coupling element
- ZSZS
- Verbindungs-ZugseilConnection rope
- PFPF
- Puffer/StoßdämpferBuffers / shock absorbers
- SFSF
- seitliche Traversen (Seitenflügel), quer zur langen Achse eines Moduls M1, M2 gerichtetlateral trusses (side wings), directed transversely to the long axis of a module M1, M2
- MFMF
- in der Mitte angeordnete Traverse (Mittelflügel), quer zur langen Achse eines Moduls M1, M2 gerichtetarranged in the middle traverse (center wing), directed transversely to the long axis of a module M1, M2
- MTRMTR
- kleine Türme zur Befestigung von Zugseilen SL, die der mechanischen Stützung eines Mittelflügels MF dienensmall towers for attachment of traction cables SL, which serve the mechanical support of a mid-wing MF
- SLSL
- Zugseil für GerüstelementeTraction rope for scaffolding elements
- S1, S2S1, S2
- Schwimmkörper zum Aufhängen die Trägerelement LT, PTFloat for hanging the support element LT, PT
- K1K1
- Komponente der Vorrichtung VR, die mit einem Trägerelement verbunden istComponent of the device VR, which is connected to a carrier element
- K2K2
- mobile Komponente der Vorrichtung VRmobile component of the device VR
- VR1VR1
- Vorrichtung, die unidirektional im Kompressionsmodus arbeitetDevice that works unidirectionally in compression mode
- VR2VR2
- Vorrichtung, die unidirektional im Zugmodus arbeitetDevice that operates unidirectionally in train mode
- VR3VR3
- Vorrichtung, die bidirektional arbeitet, sowohl bei Bildung eines Wellenberges als auch bei Bildung eines WellentalsDevice that works bidirectionally, both in the formation of a wave crest and in the formation of a wave trough
- LK1LK1
- an einem Träger LT, PT fixiertes Element, entlang dessen, das mobile Element LK2 gleiten kannon a support LT, PT fixed element along which, the mobile element LK2 can slide
- LK2LK2
- längliches, mobiles, gleitendes Element einer Vorrichtung VRelongated mobile sliding element of a device VR
- WSWS
- Schwimmkörper der Komponente K2Float of component K2
- WSaWSa
- optional mit Wasser gefüllter Bereich des Schwimmkörper WSoptionally filled with water area of the floating body WS
- SL1SL1
- Verbindungsseil zwischen EG und WS für eine Vorrichtung des Typs VR2Connecting cable between EC and WS for a device of type VR2
- SL2SL2
- Verbindungsseil zwischen EG und Ankoppellungskomponenten des Elektrogenerators EG in bestimmten Konstruktionen vom Typ VR1, VR2, VR3Connecting cable between EG and Ankoppellungskomponenten the electric generator EG in certain designs of the type VR1, VR2, VR3
- WRWR
- Wasserreservoir, agierend als erweiterte Inertialmasse der Trägerelemente LT, PTWater reservoir, acting as extended inertial mass of the support elements LT, PT
- GWGW
- optionale Gewichte mit einer Durchschnittsdichte, die wesentlich höher ist, als die Dichte von Wasser (enthaltend z. B. Zement- oder Metallblöcke)optional weights with an average density that is significantly higher than the density of water (containing, for example, cement or metal blocks)
- VGVG
- Verstärkungsgerüst für LT, PTReinforcement scaffolding for LT, PT
- AXAX
- Rotationsachse, an der Vorrichtungen VR befestigt werden können, damit sie nicht von Schaukelbewegungen des Trägerelements LT, PT beeinflusst wirdRotation axis on which devices VR can be attached so that it is not affected by rocking movements of the support element LT, PT
- ALAL
- Seilaufhängung, die die Schwimmkörper S1, S2 mit den Trägerelementen LT, PT verbindetCable suspension, which connects the floats S1, S2 with the support elements LT, PT
- WFWF
- Bezeichnung einer WellenfrontDesignation of a wavefront
- 11
- Wasserspiegel (bzw. Wasserlinie) an der Oberfläche einer WelleWater level (or waterline) on the surface of a wave
- 22
- diagrammatische Profildarstellungen der hydrostatischen Druckschwankung in einem tiefen Bereich des MeeresDiagrammatic profile representations of the hydrostatic Pressure fluctuation in a deep area of the sea
- 33
- länglicher Hohlkörper von VE1elongated hollow body of VE1
- 44
- Wandbereich von VE2Wall area of VE2
- 55
-
Schwimmkörper, der mit dem Hohlkörper
3 der VE1 verbunden istFloating body, with thehollow body 3 the VE1 is connected - 66
- verschlossener voluminöser Bereich von VE2, insbesondere Wasserreservoir, versehen mit nicht dargestellten Öffnungen für den Einlass/Auslass von Wasserclosed voluminous area of VE2, in particular water reservoir, provided with openings, not shown, for the inlet / outlet of water
- 77
-
Hohlraum zur Anpassung der durchschnittlichen Dichte von VE1, so dass in Ruhezustand ein kleiner Bereich des Gesamtraumes, bestehend aus den Räumen
6 und7 , außerhalb des Wasserspiegels herausragtCavity for adjusting the average density of VE1, so that at rest, a small area of the total space consisting of thespaces 6 and7 , protruding outside the water level - 88th
- Platte, auf der Vorrichtungskomponenten fixiert werden könnenPlate on which device components can be fixed
- 99
- GeräteraumMachinery room
- 10, 1110, 11
- diagrammatische Darstellung eines Getriebemechanismus (Kolben, Getriebevorrichtung), zum Antreiben eines Generators EG (z. B. eines Dynamos EG)Diagrammatic representation of a transmission mechanism (piston, transmission device) for driving a generator EG (eg a dynamo EG)
- 1212
- Ballast, der den Schwerpunkt der Gesamtvorrichtung tief verlagert und extreme Neigungen verhindertBallast that shifts the center of gravity of the overall device deeply and prevents extreme inclinations
- 1313
-
Befestigungsmaterial für Ballast
12 an VE2Fixing material forballast 12 at VE2 - 1414
- Wasserspiegel im RuhezustandWater level at rest
- 1515
-
mögliche minimale Schwankung des Wasserspiegels
14 innerhalb des Hohlkörpers3 , wenn sich VE1 in maximaler Höhe befindet; die Wasserlinie15 kann knapp oberhalb oder knapp unterhalb des Wasserspiegels14 liegenpossible minimal fluctuation of thewater level 14 inside thehollow body 3 when VE1 is at maximum height; thewaterline 15 may be just above or just below thewater level 14 lie - 1616
- lenkbares Verankerungselement für die Komponente K1 einer Vorrichtung VRsteerable anchoring element for the component K1 of a device VR
- 1717
- Wickelvorrichtungen für Seile Sl1, SL2Winding devices for ropes Sl1, SL2
- 1818
- Rückspulmechanismus für Seile SL1, SL2Rewinding mechanism for ropes SL1, SL2
- 1919
- Öffnungen zur Befüllung des Wasserreservoirs WR (optional verschließbar)Openings for filling the water reservoir WR (optionally lockable)
- 2020
- Gleitvorrichtungslide
- 2121
- Halterungbracket
- 2222
-
Kolben für die hydraulische Anordnung der
4 Piston for the hydraulic arrangement of the4 - 2323
-
Betriebsflüssigkeit für die hydraulische Anordnung der
4 Operating fluid for the hydraulic arrangement of4 - 2424
- Ventil, das sich unter Überdruck in Pfeilrichtung öffnetValve that opens under pressure in the direction of the arrow
- 2525
-
Rotor, betrieben durch den Fluss der Flüssigkeit
23 , der am Rotor des Generators EG angekoppelt istRotor, operated by the flow offluid 23 , which is coupled to the rotor of the generator EG - 2626
- Rohrpipe
- 2727
- großes Ventil, das sich unter Überdruck in Pfeilrichtung öffnetlarge valve, which opens under pressure in the direction of the arrow
Gemäß der Parallelanmeldung enthält der leicht bewegliche Teil (VE1) der Vorrichtung einen langen Hohlkörper (
Der Durchmesser des ”immobilen” Teils (VE2) wird ausreichend groß ausgewählt, sodass, wenn dieses Teil um eine Strecke (d), die lediglich einem kleinen Bruchteil der Wellenhöhe entspricht (z. B. 0,75 m bei einer Wellenhöhe von 4 m), hochgezogen wird, das verdrängte Wasservolumen einem Gewicht entspricht (gemäß dem Prinzip von Archimedes), das vollkommen der Auftriebskraft des beweglichen Teils (VE1) entgegenwirkt. Dieser hydrostatische Effekt ist so wirksam, wie der des dynamischen Inertialeffektes, der ansonsten von einer Inertialmasse von mehreren 100 Tonnen erreicht werden kann.The diameter of the "immobile" part (VE2) is chosen to be sufficiently large so that if this part corresponds to a distance (d) that is only a small fraction of the wave height (eg 0.75 m at a wave height of 4 m ), the displaced volume of water corresponds to a weight (according to the principle of Archimedes), which completely counteracts the buoyancy of the moving part (VE1). This hydrostatic effect is as effective as that of the dynamic inertial effect which otherwise can be achieved by an inertial mass of several hundred tons.
4. Detaillierte Beschreibung der Erfindung4. Detailed description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Gewinnung elektrischer Energie durch Wasserwellenbewegung enthaltend eine erste Vorrichtungseinheit (VE1) und eine zweite Vorrichtungseinheit (VE2), wobei
- – die erste Vorrichtungseinheit (VE1) einen sich längs erstreckenden, bevorzugt rohrförmigen, Hohlkörper (
3 ) enthält, dessen im Wasser einzutauchendes Ende offen ist und mindestens einen Schwimmkörper (5 ) der an der Außenwand des Hohlkörpers (3 ) befestigt ist, sodass der Hohlkörper (3 ) der Aufwärts-/Abwärtsbewegung einer Wasserwelle folgen kann; - – die zweite Vorrichtungseinheit (VE2) ist derart ausgestaltet, dass sie entlang des Innenraumes der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) gleiten kann, jedoch etwas beabstandet von der Innenwand des Hohlkörpers (
3 ), sodass dazwischen ein Zwischenraum entstehet in dem Wasser fließen kann; - – an einem ersten Bereich (BE1) der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) und an einem zweiten Bereich (BE2) der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) ist mindestens ein Elektrogenerator (EG) elektromechanisch oder elektromagnetisch angekoppelt, der durch die relative Gleitbewegung der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) entlang der Innenwände der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) elektrische Energie erzeugen kann;
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Vorrichtungseinheit (VE2) über einen dritten voluminösen Bereich (
7 ) mit einer niedrigeren Dichte als die Dichte des Wassers verfügt und mit einem verschlossenen voluminösen Bereich (6 ), der ein Wasserreservoir mit Einlass- und Auslassöffnungen sein kann, versehen ist, wobei die Durchschnittsdichte des verschlossenen voluminösen Bereichs, bzw. Wasserreservoirs (6 ) nahezu der Dichte des Wassers entspricht und das Gesamtvolumen des verschlossenen, voluminösen Bereichs (6 ), mindestens halb so viel wie das Gesamtvolumen der Schwimmkörper (4 ) beträgt und dass der Innenquerschnitt „QS” der ersten Vorrichtungseinheit (VE1) entlang der Region in der die verschlossenen, voluminösen Bereiche (6 ,7 ) der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) gleiten so bemessen ist, dass das Produkt der Querschnittfläche „QS”, berechnet in Quadratmetern mal 12, beziehungsweise mal 8 oder 6, bevorzugt mal 4 oder mal 2 oder sogar mal 1, grösser als das Gesamtvolumen der Schwimmkörper (4 ), berechnet in Kubikmetern, ist und dass die Durchschnittsdichte der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2) so bemessen, dass bei ruhendem Wasser die voluminösen Bereiche (6 ,7 ) dieser Vorrichtungseinheit (VE2) mindestens um 0,3 m, bevorzugt mindestens um 0,6 m und noch mehr bevorzugt mindestens um 0,9 m über der Wasserlinie herausragt, sodass durch Eintauchen eines wesentlichen Teils dieses im ruhenden Zustand über der Wasserlinie herausragenden Teils der zweiten Vorrichtungseinheit (VE2), über die Ankoppelung an dem mindestens einem Elektrogenerator (EG) eine Aufwärtskraft gegen die ersten Vorrichtungseinheit (VE1) wirkt und zwar so, dass unter der Wirkung von Wasserwellen, der mindestens eine Elektrogenerator (EG) elektrische Energie erzeugt sowohl während der Aufwärts- als auch während der Abwärtsbewegung der ersten Vorrichtungseinheit (VE1).
- The first device unit (VE1) has a longitudinally extending, preferably tubular, hollow body (
3 ), whose end to be immersed in the water is open and at least one floating body (5 ) on the outside wall of the hollow body (3 ) is attached, so that the hollow body (3 ) can follow the upward / downward movement of a water wave; - The second device unit (VE2) is designed such that it can slide along the interior of the first device unit (VE1), but slightly spaced from the inner wall of the hollow body (FIG.
3 ), so that there is a gap between them in which water can flow; - - At a first region (BE1) of the first device unit (VE1) and at a second region (BE2) of the second device unit (VE2) is at least one electric generator (EC) electromechanically or electromagnetically coupled by the relative sliding movement of the second device unit (VE2 ) can generate electrical energy along the inner walls of the first device unit (VE1); characterized in that the second device unit (VE2) extends over a third voluminous area (
7 ) with a density lower than the density of the water and with a closed voluminous area (6 ), which may be a water reservoir with inlet and outlet openings, wherein the average density of the sealed voluminous area or water reservoir (6 ) is close to the density of the water and the total volume of the sealed voluminous area (6 ), at least half as much as the total volume of floats (4 ) and that the inner cross section "QS" of the first device unit (VE1) along the region in which the closed, voluminous areas (6 .7 ) of the second device unit (VE2) is dimensioned such that the product of the cross-sectional area "QS", calculated in square meters by 12, or by 8 or 6, preferably by 4 or by 2 or even by 1, is greater than the total volume of the floating bodies (4 ), and that the average density of the second device unit (VE2) is such that, when the water is at rest, the voluminous areas (6 .7 ) of this device unit (VE2) protrudes at least 0.3 m, preferably at least 0.6 m and even more preferably at least 0.9 m above the waterline, so that by dipping a substantial part of this protruding in the stationary state above the waterline part the second device unit (VE2) acts via the coupling to the at least one electric generator (EG) an upward force against the first device unit (VE1) in such a way that under the action of water waves, the at least one electric generator (EG) generates electrical energy both during the upward and downward movement of the first device unit (VE1).
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Erzeugung elektrischer Energie durch Wasserwellenbewegung enthaltend
- – ein längliches Trägerelement (LT) oder ein plattformförmiges Trägerelement (PT) dessen Durchschnittsdichte höher ist als die Dichte des Meerwassers, das jeweils mittels eines Gerüstes (GR) gegen Biegungsdeformation verstärkt sein kann, wobei das längliche Trägerelement (LT) oder das plattformförmige Trägerelement (PT) dazu bestimmt ist, in einer Meerestiefe versenkt zu werden, wo der hydrostatische Druck durch die Wasserwellen an der Meeresoberfläche unwesentlich schwankt,
- – mindestens zwei Schwimmkörper (S1, S2), die mit dem länglichen Trägerelement (LT) beziehungsweise mit dem plattformförmigen Trägerelement (PT) verbunden sind, sodass dieses Trägerelement (LT, PT) durch die Auftriebskraft der an der Wasseroberfläche schwimmenden Schwimmkörper (S1, S2) schwebend in einer bestimmten Meerestiefe positioniert werden kann,
- – und mindestens zwei unabhängigen Vorrichtungen (VR) zum Antreiben eines Elektrogenerators (EG), wobei jede Vorrichtung (VR) mit dem Trägerelement (LT, PT) an jeweils einer vorbestimmten Stelle fest verbunden ist und wobei jede Vorrichtung (VR) eine Komponente (K1) enthält, die mit dem Trägerelement (LT, PT) fest verbunden ist und auch eine bewegliche Komponente (K2) enthält, die mit einem eigenen Wasserschwimmer (WS) fest verbunden ist, wobei die mindestens eine Vorrichtung (VR) durch die relative Bewegung zwischen der festen Komponente (K1) und der beweglichen Komponente (K2), die aufgrund der vertikalen Bewegung des Wasserschwimmers (WS) unter dem Einfluss von Wasserwellen verursacht wird, einen eigenen oder einen gemeinsam mit mindestens einer anderen Vorrichtung (VR) angekoppelten Elektrogenerator (EG) antreibt,
- – und gegeben falls eine oder mehrere Wasserreservoirs (WR) die an dem länglichen Trägerelement (LT) beziehungsweise an dem plattformförmigen Trägerelement (PT) befestigt ist beziehungsweise sind, damit die Inertialmasse des Trägerelements (LT, PT) erheblich erhöht wird.
- An elongated support element (LT) or a platform-shaped support element (PT) whose average density is higher than the density of the seawater, which can each be reinforced by means of a frame (GR) against bending deformation, wherein the elongate support element (LT) or the platform-shaped support element (FIG. PT) is intended to be sunk at a sea depth where the hydrostatic pressure fluctuates insignificantly by the water waves at the sea surface,
- - At least two floats (S1, S2), which are connected to the elongated support member (LT) or with the platform-shaped support member (PT), so that this support element (LT, PT) by the buoyancy of floating on the water surface floats (S1, S2 ) can be positioned floating in a certain depth of the sea,
- And at least two independent devices (VR) for driving an electric generator (EG), each device (VR) being fixedly connected to the carrier element (LT, PT) at a respective predetermined location and each device (VR) comprising a component (K1 ) fixedly connected to the support element (LT, PT) and also containing a movable component (K2) fixedly connected to its own water float (WS), said at least one device (VR) being characterized by the relative movement between the fixed component (K1) and the movable component (K2), which is caused by the vertical movement of the water float (WS) under the influence of water waves, has its own or an electric generator (EG) coupled in common with at least one other device (VR) drives,
- - And given if one or more water reservoirs (WR) which is attached to the elongated support member (LT) or to the platform-shaped support member (PT) or are, so that the inertial mass of the support member (LT, PT) is considerably increased.
4.1 Figuren:4.1 figures:
4.2 Beschreibung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung4.2 Description of an embodiment of the device according to the invention
Ein Nachteil der Vorrichtung, deren Funktion anhand der
Das Endergebnis ist, dass der Elektrogenerator (EG) über die Gesamtperiode einer Wasserwelle angetrieben wird. Ein vorbestimmter Sollwert an Durchschnittsleistung kann deswegen mit einer Vorrichtung kleineren Durchschnitts (QS) erzielt werden, als im Fall in dem nützliche Energie nur während einer halben Wellenperiode gewonnen werden kann.The end result is that the electric generator (EG) is driven over the entire period of a water wave. A predetermined average power value can therefore be achieved with a smaller average (QS) device than in the case where useful energy can only be obtained during one half wave period.
4.3 Ausführungsbeispiel 14.3
(I)(I)
Dieses Ausführungsbeispiel kann am besten mit Hilfe der
(II)(II)
Das obige Beispiel wird nun wiederholt mit einer Vorrichtung bei der der Außendurchmesser des Schwimmkörpers (
(III)(III)
Nun werden die obigen Ergebnisse mit der potentiellen Energie, die erforderlich ist, einen Schwimmkörper vom Durchmesser 4 m und Höhe 0,5 m (und der mit Wasser überdeckt ist) bis auf die Spitze eines Wellenbergs von 4 m hoch zu heben (d. h. über eine freie Aufwärtsstrecke von 4 m – 0,5 = 3,5 m), verglichen. Wenn diese Energie (die unter den Bedingungen einer konstanten Auftriebskraft errechnet wird) durch 12 s dividiert wird, erhält man eine Durchschnittsleistung von 17,9 kW. Die maximal mögliche Durchschnittsleistung, unter der Bedingung einer variablen Auftriebskraft, ist in diesem Fall 19,2 kW. Diese Leistung entspricht der maximalen lieferbaren Leistung, einer im Stand der Technik bekannten Vorrichtung, (
(IV)(IV)
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet, wie es in den
4.4 Allgemeine Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems4.4 General description of the system according to the invention
(I)(I)
Das neue Konzept sieht vor, dass anstatt, die mobilen Vorrichtungselemente VE2 von schwimmenden elektrizitäterzeugenden Vorrichtungen individuell an vorrichtungseigenen relativ immobilen Vorrichtungselementen VE1 anzukoppeln, diese als mobile Komponenten K2, die an immobilen Komponenten K1 angekoppelt sind, auszugestalten, wobei die immobilen Komponenten K1 an gemeinsamen, schweren, tragenden Gerüsten fixiert werden, die über eine ausreichende Anzahl von ausreichend dimensionierten Schwimmkörpern S1, S2 in tiefen Gewässern schwimmen. Die jeweiligen tragenden Gerüste können als langförmige (LT) oder als plattformförmige (PT) Trägerelemente ausgestaltet sein. Diese Gerüste können eine modulare Struktur aufweisen und über einzelne, miteinander verbundene Module M1, M2 zu größeren Einheiten aufgebaut werden (vgl.
Im Gegensatz zu den immobilen Elementen, die gemäß dem Stand der Technik (OPT,
(II)(II)
Alternativ, kann man einen Verbund von mehreren in Längsrichtung miteinander verbundenen Trägerelementen (LT, PT) mit einer Gesamtlänge von mehreren, d. h. von zwei bis drei oder mehr Wasserwellenlängen, schräg zu einer Wellenfront anordnen (vgl.
4.5 Arbeitsmodi der Energie erzeugenden Vorrichtungen (VR) 4.5 Working Modes of Energy Generating Devices (VR)
Eine elektrische energieerzeugende Vorrichtung (VR), die dazu bestimmt ist an einer immobilen Basis befestigt zu werden, kann prinzipiell in drei unterschiedlichen Modi arbeiten:An electric power generating device (VR) intended to be mounted on an immobile base can in principle operate in three different modes:
(I) Typ VR2 – Anziehungsmodus(I) Type VR2 - attraction mode
Schon vor einigen Jahren wurde vorgeschlagen einen Elektrogenerator am Meeresboden zu befestigen und ihn mit der Auftriebskraft zu betreiben, die auf einen Schwimmer durch einen Wellenberg ausgeübt wird, wobei die Unterseite des Schwimmers über einen Seil mit dem Generator verbunden ist (
Alternativ kann sich der Elektrogenerator (EG) im Geräteraum (
(II) Typ VR1 Kompressionsmodus(II) Type VR1 compression mode
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann alternativ nur im Kompressionsmodus arbeiten. Dafür ist es nötig, dass sich der Kolben (
Alternativ kann ein entsprechend der vorstehend erläuternden Prinzipien mit potentieller Energie angereicherter, massiver Körper, bzw. ein mit Wasser gefülltes Gefäß (
(III) Typ VR3 – bidirektionaler Modus(III) Type VR3 bidirectional mode
Die Vorrichtung die im ersten Absatz unter Punkt (II) oben beschrieben wurde, kann sowohl in Anziehungs- als auch in Kompressionsmodus arbeiten wenn der Schwimmkörper (
Alternativ kann man die Ankoppelung des mobilen Elements (LK2) mit der Getriebevorrichtung (
4.6 Langförmige und plattformförmige Trägerelemente (LT, PT) – Grundstruktur4.6 Long-shaped and platform-shaped support elements (LT, PT) - basic structure
Schwerlasttraverse und Hubarme aus Spezialstählen, die über eine Länge von 25 m verfügen, können punktuell verteilte Schwerlasten tragen, die insgesamt bis um einen Faktor 20 schwerer sein können, als das eigene Gewicht der Traverse. Ein Trägerelement (LT) mit einer Länge von 25 m, das von seinen zwei Enden im Wasser schimmernd gehalten wird und gleichzeitig in einer Richtung vier Mal je eine Kraft von 100 kN (d. h. von etwa 10 Tonnen) verteilt über vier Stellen entlang seines Körpers aushalten muss, wird erwartungsgemäß mindestens zwei Tonnen wiegen. Eine Konstruktion von fünf Tonnen soll jedenfalls ausreichend Stabil sein. Aus den gleichen Überlegungen reicht es, dass das Gesamtgewicht von zwei Seitenflügel (SF) die senkrecht zum Hauptkörper des Trägerelements an seinen zwei Enden befestigt sind, nicht über sechs Tonnen beträgt. Eine Rahmenkonstruktion, die eine Last von 40 Tonnen tragen sollte und eine Form, wie in der
Die gesamte Konstruktion eines Trägerelements (LT), das vier leistungsfähige Vorrichtungen trägt, kann weniger als 60 Tonnen wiegen, was einem anteiligen Gewicht von 15 Tonnen pro Vorrichtung entspricht. Hinzu kommen die Schwimmkörper mit einem insgesamt erwünschten Leervolumen von etwa 80 m3. Auch unter Berücksichtigung des Gewichts der Schwimmkörper (S1, S2) und des dazugehörigen Befestigungsmaterials, die eine zylindrische Form haben können, wie in der
Falls sich eine dynamische Dämpfung in Randbereichen, insbesondere eines Trägerelements (LT) bestehend aus mehreren Modulen, als vorteilhaft erweisen sollte (vgl.
4.7 Modularer Aufbau4.7 Modular design
Es kann wünschenswert sein, dass die Abmessungen der langförmigen, beziehungsweise plattformförmigen Gesamtsysteme (LT, PT) die dreifache Länge der Wasserwellenlängen überschreiten, damit die lokalen Kräfte, die von den einzelnen Wellen verursacht werden, wenig Einfluss auf die Position des schwimmenden Gerüsts hat. Aus Gewichts-/Stabilitätsgründen kann es jedoch von Vorteil sein, dass die einzelnen, starren Elemente des Systems nicht wesentlich länger als 25 bis 30 m sind. Das Gesamtsystem kann deswegen aus einzelnen Modulen (M1, M2) unterschiedlicher Formen aufgebaut sein, wie es in den
Die
Die
4.8 Ausführungsbeispiel 24.8
(I) Verwendung eines plattformförmiges Systems(I) Use of a platform-shaped system
In den bekannten schwimmenden elektrische energieerzeugenden Vorrichtungen müssen die relativ immobilen Elemente solcher Vorrichtungen selbst schwimmen können und deshalb müssen sie eine Durchschnittsdichte nahe der Dichte des Wassers aufweisen. Damit solche Elemente, die über eine sehr hohe Inertialmasse besitzen müssen, von der Wellenbewegung nicht wesentlich beeinflusst werden, muss der größte Teil ihres Volumens in einer Tiefe liegen in der der Einfluss von Wasserwellen gering ist (
Eine solche Einschränkung existiert für die massiven Gerüste der länglichen und plattformförmigen Trägerelemente (LT, PT). Da solche Strukturen aus Materialien, die eine höhere Dichte als die Dichte des Wassers aufgebaut sind, ist die Kraftwirkung ihres eigenen Gewichts wesentlich bedeutsamer als der Auftrieb der aufsteigenden und absteigenden Wasserwellenmassen. Die Auftriebskraft, die solche Gerüste entsprechend der erfindungsgemäßen Konstruktionen weitestgehend erfahren, ist jene die durch die Schwimmkörper S1, S2, an welchen sie verbunden sind, übertragen wird. Diese Auftriebskraft ist stärker dort, wo momentan ein Wellenberg existiert; über einen längeren Zeitraum erfährt jede Stelle des Gerüsts an der ein entsprechender Schwimmkörper (S1, S2) verbunden ist, mehr oder weniger die gleiche Mittelkraft.Such a limitation exists for the solid frameworks of the elongate and platform-shaped support members (LT, PT). Because such structures are made of materials that have a higher density than the density of the water, the force of their own weight is much more significant than the buoyancy of the ascending and descending water wave masses. The buoyancy force that such scaffolds largely experience according to the structures of the present invention is that transmitted by the floats S1, S2 to which they are connected. This buoyancy force is stronger where there is currently a wave crest; Over a longer period of time, each point of the framework to which a corresponding floating body (S1, S2) is connected experiences more or less the same average force.
In einem Gebiet, in dem sich Wasserwellen mit einer Höhe zwischen 2 und 4 m ausbreiten, kann ein Gerüst, wie es in der
Im System dieses Beispiels werden 24 unidirektional arbeitende Vorrichtungen vorgesehen. Jede dieser Vorrichtungen ist mit Schwimmkörper einer Tragfähigkeit von je 6 t (etwa 60 kN) versehen. In einem Wassergebiet mit 3 m hohen Wellen und einer Periode von 12 s ergibt sich ein durchschnittliches Leistungsvermögen von 360 kW.The system of this example provides 24 unidirectional devices. Each of these devices is equipped with floats each carrying 6 t (about 60 kN). In a water area with 3 m high waves and a period of 12 s, the average capacity is 360 kW.
Die
(II) Verwendung eines langförmiges Systems (II) Use of a long-shaped system
Ein langförmiges System enthaltend aus vier Modulen kann in Form von Anordnungen wie in den
Das System, das in der
4.9 Schlussbemerkungen4.9 Concluding remarks
Die modular aufgebauten Gesamtsysteme sind nicht nur wegen einer effizienteren Materialnutzung von Vorteil. Da mehrere Vorrichtungseinheiten auf solidem Untergrund montiert sind ist die Verkabelung zwischen den einzelnen Vorrichtungen einfacher. Da die Gerüstelemente getrennt von den energieerzeugenden Elementen aufgebaut werden, ist die Logistik von Service und Transport ebenso einfacher. Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140731 |
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R156 | Lapse of ip right after 3 years |