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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wellenkraftwerk, das für Flüsse (Ströme und Bäche) und auch Meere geeignet ist und somit zwei Einsatzmöglichkeiten hat.
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Stand der Technik
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Elektrischer Strom ist eine der unverzichtbaren Hauptenergiequellen im modernen Leben. Gegenwärtig verwendet das Stromsystem in Taiwan hauptsächlich die Kernenergie, die thermische Energie und die Wellenkraft, um Strom zu erzeugen. Unter ihnen hat die Stromerzeugung durch Kernenergie nicht nur das Problem der schwierigen Entsorgung von Atommüll, sondern birgt auch das Risiko von Nuklearkatastrophen. Die Stromerzeugung durch thermische Energie hat einen starken Anstieg der Kohlendioxidemissionen zur Folge, was zu ernsthaften Umweltproblemen wie Treibhauseffekt und Luftverschmutzung führt. Weil die Flüsse in Taiwan kurz sind und schnell laufen, kann dadurch keine große Menge von Strom erzeugt werden. Der Anteil an der Stromerzeugung im Land ist zu gering.
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Daher ist die grüne Energieentwicklung mit Energieeinsparung, CO2-Reduktion und guter Sicherheit die Hauptentwicklungsrichtung von heute und in der Zukunft geworden. Derzeit gibt es bereits Möglichkeiten, durch grüne Energie, wie Windkraft, Wellenkraft oder Solarkraft, Strom zu erzeugen. Bei der Windkrafterzeugung bestehen die Probleme von hoher Baukosten für den Turm, großem Raumbedarf, Geräusch durch Drehen der Rotorblätter und instabiler Windrichtung und Windkraft. Bei der Solarstromerzeugung bestehen die Probleme von hohem Energieverbrauch und Umweltverschmutzung der Herstellung von Solarplatten, großem Raumbedarf und Einfluss von Klima. Sie kann tagsüber nur in der Sonnenzeit durchgeführt werden. Da die Solarstromerzeugung eine gewisse Menge an Sonnenschein benötigt (ca. 2-4 Stunden effektiver Sonnenschein pro Tag), ist sie nicht nur kostenaufwendig, sondern muss in geeigneten Gebieten installiert werden. Daher ist die Anwendung begrenzt.
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Das Wellenkraftwerk des Anmelders dieser Erfindung, für das bereits ein Patent erteilt wurde (im Folgenden als vorheriger Fall bezeichnet), wurde ursprünglich entwickelt, um der Eigenschaft langer Intervalle von Wellen zu entsprechen. Flüsse (Ströme, Bäche) sind jedoch anders. Das Wasser fließt kontinuierlich (insbesondere fließt das Bachwasser sehr schnell) und es gibt kein offensichtliches Intervall. Das Wellenaufprallende des vorherigen Falls kann nicht in die Warteposition zurückkehren, wodurch sein Konstruktionszweck verloren geht, den Wellenstoß zu empfangen, um kinetische Wellenenergie zu erhalten, so dass der vorherige Fall nicht für die Wellenkrafterzeugung von Flüssen (Strömen, Bächen) geeignet ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Die erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Wellenkraftwerk bereitzustellen, wobei das Wellenaufprallende als Teleskopstruktur ausgebildet ist. Durch die Teleskopbewegung kann das Wellenaufprallende schnell in das Wasser eintreten und in die Warteposition zurückkehren. Nachdem das Wellenaufprallende ins Wasser gelangt ist, wird es schnell wieder von den Wellen getroffen (nur 0,1 Sekunde) . Es gibt keine Wartezeit und der Vorgang kann zyklisch durchgeführt werden.
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Die zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Wellenkraftwerk bereitzustellen. Sein Einsatzort unterliegt nicht allzu vielen Beschränkungen (Jeder Flus kann Dutzende, Hunderte, Tausende, Zehntausende von Generatoren haben). Umgekehrt unterliegt der Einsatzort des vorherigen Falles vielen Beschränkungen durch die Uferform.
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Technische Lösung
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Diese Aufgaben werden durch das Wellenkraftwerk der Erfindung gelöst, mit einem Maschinenhaus, das mit einem Welleneinlass versehen ist, der unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist, wobei, nachdem die Welle in den Wellenaufprallkanal des Maschinenhauses geleitet wurde, um Arbeit zu verrichten, die Welle schließlich durch den an der anderen Seite des Maschinenhauses vorgesehenen Wellenauslass nach außen abgegeben wird; mindestens einem Wellenenergiekollektor, der eine Stützachse, eine Kollektorplatte und eine Rückstellfeder beinhaltet, wobei die Stützachse an dem Maschinenhaus befestigt ist, um die Kollektorplatte zu stützen, wobei ein Ende der Kollektorplatte ein Wellenaufprallende ist, das sich vertikal nach unten in den Wellenaufprallkanal erstreckt, wobei das andere Ende ein Doppelgeschwindigkeitsende ist, das sich horizontal entlang der Richtung des Wellenaufpralls erstreckt, wobei das Doppelgeschwindigkeitsende mit dem Wellenaufprallende einen rechten Winkel bildet, wobei die Kraftarmlänge zwischen dem Doppelgeschwindigkeitsende und der Stützachse größer als die Kraftarmlänge zwischen dem Wellensaufprallende und der Stützachse ist, wobei das Wellenaufprallende sich im Normalzustand in einer vertikalen Position befindet und auf den Wellenaufprall wartet, wobei das Wellenaufprallende auf einer Teleskopstange angeordnet ist, wobei die Teleskopstange ein Außenrohr, das an der Kollektorplatte befestigt ist, ein Innenrohr , das in dem Außenrohr aufgenommen ist und mindestens einen Abschnitt hat, und eine Hebevorrichtung aufweist, das das Innenrohr relativ zu dem äußeren Rohr für eine lineare Senk- und Hebewegung verschieben kann, wobei das Wellenaufprallende am unteren Ende des Innenrohrs angeordnet ist, wobei, wenn die Kollektorplatte von einer Welle getroffen wird, die Kollektorplatte eine Hebelbewegung um die Stützachse ausführen kann, wobei das Wellenaufprallende sich nach vorne in die horizontale Position dreht, wobei das Doppelgeschwindigkeitsende sich dann rückwärts in die vertikale Position dreht, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Doppelgeschwindigkeitsendes mit der größeren Kraftarmlänge größer als die Bewegungsgeschwindigkeit des Wellenaufprallendes mit der kleineren Kraftarmlänge ist, so dass das Doppelgeschwindigkeitsende eine schnellere Aufprallgeschwindigkeit hat, wobei nach dem Wellenaufprall die Rückstellfeder die elastische Verformungsenergie freisetzt, die in der Wellenaufprallphase angesammelt wurde, wobei die Hebevorrichtung gleichzeitig aktiviert wird, wodurch das Wellenaufprallende zunächst von der Wasseroberfläche angehoben und dann schnell abgesenkt wird und wieder ins Wasser eintaucht, um das Wellenaufprallende zurück in die normale vertikale Position zum Warten auf den nächsten Wellenaufprall zu ziehen; und einem Generator, der die Energie des Doppelgeschwindigkeitsendes empfängt und dadurch einen Strom erzeugt.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann die Kraftarmlänge des Doppelgeschwindigkeitsendes von der Stützachse das 2- bis 10-fache der Kraftarmlänge des Wellenaufprallendes von der Stützachse betragen.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann das Wellenaufprallende mit einer Leitplatte versehen sein, die die Wellenaufprallrichtung leiten kann.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann ferner mindestens eine Energiespeichervorrichtung vorgesehen sein, die mit dem Wellenenergiekollektor verbunden ist, wobei, wenn die Kollektorplatte von einer Welle getroffen wird, die Energiespeichervorrichtung synchron den Aufprall des Doppelgeschwindigkeitsendes und die vom Doppelgeschwindigkeitsende übertragene kinetische Energie empfängt und diese in kontinuierliche Energie umwandelt.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann der Generator mit der Energiespeichervorrichtung verbunden sein und die kontinuierliche Energie empfangen, die von der Energiespeichervorrichtung übertragen wird, um einen Strom kontinuierlich zu erzeugen.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann das Doppelgeschwindigkeitsende ferner mit einem Stoßvorsprung für die Energiespeichervorrichtung versehen sein.
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Beim Wellenkraftwerk der Erfindung kann ferner ein Entfernungsmesser zum Messen des Abstands zwischen dem Kraftwerk und der Wasseroberfläche vorgesehen sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Darstellung der Warteposition für den Wellenaufprall gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 zeigt eine Darstellung der Aufprallposition gemäß 1,
- 3 zeigt eine Blockdarstellung der Ausführungsform der Erfindung,
- 4 zeigt eine Darstellung der Teleskopstange gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Als nächstes wird in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Strukturen oder Einheiten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es sei darauf hinzuweisen, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur einige Beispiele der Erfindung und nicht alle Ausführungsformen sind. Andere Ausführungsformen, die auf der im Detail beschriebenen Ausführungsform basieren, oder Strukturen, die nach Bedarf modifiziert oder geändert werden können, sind alle Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wenn sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
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In der folgenden Beschreibung beziehen sich Richtungsbegriffe wie „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „innen“, „außen“ und „seitlich“ nur auf die Richtungen in den beigefügten Zeichnungen. Die Verwendung von Richtungsbegriffen dient der besseren und klareren Beschreibung und dem Verständnis der vorliegenden Erfindung und bedeutet nicht, dass die beschriebenen Geräte oder Komponenten eine bestimmte Ausrichtung, Struktur und Funktionsweise haben müssen. Sie können daher nicht als Einschränkung für den technischen Inhalt der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
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Sofern keine konkreten und eindeutigen Vorgaben und Beschränkungen vorliegen, sind in der folgenden Beschreibung die Begriffe „Montage“, „Anschluss“, „Verbindung“ oder „auf ... angeordnet" im weitesten Sinne zu verstehen, wie z. B. feste Verbindung, lösbare Verbindung, einstückige Verbindung, mechanische Verbindung, direkte Verbindung, indirekte Verbindung oder interne Verbindung zwischen zwei Elementen. Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung können die spezifischen Bedeutungen der vorstehenden Begriffe in jeder Ausführungsform und sogar in der Erfindung aufgrund allgemeiner Kenntnisse oder Erfahrung verstehen.
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1 bis 3 zeigen das Wellenkraftwerk der Erfindung, das ein Maschinenhaus 10, mindestens einen Wellenenergiekollektor 20, mindestens eine Energiespeichervorrichtung 30 und einen Generator 40 umfasst.
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Das Maschinenhaus 10 ist mit einem Welleneinlass 11 versehen, der unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist. Nachdem die Welle in den Wellenaufprallkanal 12 des Maschinenhauses 10 geleitet wurde, um Arbeit zu verrichten, wird die Welle schließlich durch den an der anderen Seite des Maschinenhauses 10 vorgesehenen Wellenauslass 13 nach außen abgegeben. Der Welleneinlass 11 befindet sich in Richtung der Wellen.
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Das Maschinenhaus 10 kann nach bekannten Typen eine Ankerstange und mindestens eine Meeresankeranordnung aufweisen. Die Ankerstange wird schräg auf dem Meeresbett befestigt. Die Meeresankeranordnung beinhaltet mindestens ein Kabel und mindestens einen Meeresanker. Ein Ende des Kabels ist mit der Ankerstange verbunden und das andere Ende ist mit dem Meeresanker verbunden. Der Meeresanker wird auf dem Meeresbett befestigt. Außerdem kann durch die Spannung des Kabels und die Kraft beim Einstecken der Ankerstange in das Meeresbett eine gute Befestigungswirkung für das Maschinenhaus 10 erreicht werden.
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Der Wellenenergiekollektor 20 beinhaltet: eine Stützachse 21, eine Kollektorplatte 22 und eine Rückstellfeder 23. Die Stützachse 21 ist an dem Maschinenhaus 10 befestigt, um die Kollektorplatte 22 zu stützen. Ein Ende der Kollektorplatte 22 ist ein Wellenaufprallende 24 , das sich vertikal nach unten in den Wellenaufprallkanal 12 erstreckt. Das andere Ende ist ein Doppelgeschwindigkeitsende 25, das sich horizontal entlang der Richtung des Wellenaufpralls erstreckt. Das Doppelgeschwindigkeitsende 25 bildet mit dem Wellenaufprallende 24 einen rechten Winkel. Darüber hinaus ist die Kraftarmlänge zwischen dem Doppelgeschwindigkeitsende 25 und der Stützachse 21 größer als die Kraftarmlänge zwischen dem Wellensaufprallende 24 und der Stützachse 21 .
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Wie in 4 gezeigt, ist das Wellenaufprallende 24 auf einer Teleskopstange 50 angeordnet. Die Teleskopstange 50 weist ein Außenrohr 51, das an der Kollektorplatte 22 befestigt ist, ein Innenrohr 52 , das in dem Außenrohr 51 aufgenommen ist und mindestens einen Abschnitt hat, und eine Hebevorrichtung 60 auf, das das Innenrohr 52 relativ zu dem äußeren Rohr 51 für eine lineare Senk- und Hebewegung verschieben kann. Das Wellenaufprallende 24 ist am unteren Ende des Innenrohrs 52 angeordnet.
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Das Wellenaufprallende 24 befindet sich im Normalzustand in einer vertikalen Position und wartet auf den Wellenaufprall (wie in 1 gezeigt). Wenn die Kollektorplatte 22 von einer Welle getroffen wird, kann die Kollektorplatte 22 eine Hebelbewegung um die Stützachse 21 ausführen. Das Wellenaufprallende 24 dreht sich nach vorne in die horizontale Position. Das Doppelgeschwindigkeitsende 25 dreht sich dann rückwärts in die vertikale Position (wie in 2 gezeigt). Die Bewegungsgeschwindigkeit des Doppelgeschwindigkeitsendes 25 mit der größeren Kraftarmlänge ist größer als die Bewegungsgeschwindigkeit des Wellenaufprallendes 24 mit der kleineren Kraftarmlänge, so dass das Doppelgeschwindigkeitsende 25 eine schnellere Aufprallgeschwindigkeit hat.
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Die beiden Enden der Rückstellfeder 23 sind mit dem Maschinenhaus 10 und der Kollektorplatte 22 verbunden. Nach dem Wellenaufprall setzt die Rückstellfeder 23 die elastische Verformungsenergie frei, die in der Wellenaufprallphase angesammelt wurde. Gleichzeitig wird die Hebevorrichtung 60 aktiviert, wodurch das Wellenaufprallende 24 zunächst von der Wasseroberfläche angehoben und dann schnell abgesenkt wird und wieder ins Wasser eintaucht, so dass das Wellenaufprallende 24 zurück in die normale vertikale Position zum Warten auf den nächsten Wellenaufprall gebracht wird.
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Es gibt viele bekannte Arten von Hebevorrichtungen, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, zum Beispiel: elektromagnetische Hebevorrichtung. Durch Stromversorgung, Stromunterbrechung und Poländerung kann eine magnetische Anziehungskraft oder eine magnetische Abstoßungskraft für das Innenrohr 52 erzeugt werden, so dass das Innenrohr 52 eine lineare Hebe- und Senkbewegung relativ zu dem Außenrohr 51 ausführt. Das Innenrohr 52 kann auch durch seine eigene Schwerkraft das Absinken in das Wasser beschleunigen. Die Hebevorrichtung bekannter Art enthält weiterhin: Motorantrieb für eine Zahngstange über ein Getrieberad, hydraulische Hebevorrichtung usw.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Kraftarmlänge des Doppelgeschwindigkeitsendes 25 von der Stützachse 21 das 2- bis 10-fache der Krafarmlänge des Wellenaufprallendes 24 von der Stützachse 21 .
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Wellenaufprallende 24 mit einer Leitplatte 26 versehen, die die Wellenaufprallrichtung leitet kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Wellenkraftwerk ferner mindestens eine Energiespeichervorrichtung 30. Die Energiespeichervorrichtung 30 ist mit dem Wellenenergiekollektor 20 verbunden. Wenn die Kollektorplatte 22 von einer Welle getroffen wird, empfängt die Energiespeichervorrichtung 30 synchron den Aufprall des Doppelgeschwindigkeitsendes 25 und die vom Doppelgeschwindigkeitsende 25 übertragene kinetische Energie und wandeln diese in kontinuierliche Energie um.
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Es gibt viele bekannte Arten von Energiespeichervorrichtungen, die auf die vorliegende Erfindung angewendet werden können, beispielsweise: Die Energiespeichervorrichtung 30 besteht aus einem Gebläse und einem Luftspeicher. Das Gebläse wird durch den Aufprall des Doppelgeschwindigkeitsendes 25 drehangetrieben, wobei die von dem Gebläse erzeugte Druckluft in den Luftspeicher eingeführt wird. Die in dem Luftspeicher gesammelte Druckluft treibt einen pneumatischen Motor an, wodurch der Generator angeschaltet wird und kontinuierlich einen Strom erzeugt.
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Eine andere Art von Energiespeichervorrichtung kann eine Pumpvorrichtung sein. Durch die hin- und hergehende Hebelbewegung des Doppelgeschwindigkeitsendes 25 wird der Kolben in der Pumpe hin und her mitbewegt, um das im niedrigeren Behälter gespeicherte Wasser in die Pumpe anzusaugen und zur Speicherung in den höheren Behälter zu pumpen. Beim Ablassen des im höheren Behälter gespeicherten Wassers entsteht eine kontinuierliche Stoßkraft, die einen Wasserkraftgenerator zur Stromerzeugung antreiben kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Generator 40 mit der Energiespeichervorrichtung 30 verbunden und empfängt die kontinuierliche Energie, die von der Energiespeichervorrichtung 30 übertragen wird, um einen Strom kontinuierlich zu erzeugen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Doppelgeschwindigkeitsende 25 ferner mit einem Stoßvorsprung 27 für die Energiespeichervorrichtung 30 versehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Wellenkraftwerk ferner einen Entfernungsmesser zum Messen des Abstands zwischen dem Kraftwerk und der Wasseroberfläche.
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Im Allgemeinen beinhaltet die Energiespeichervorrichtung 30 ein Eingangsbewegungsteil, ein Übertragungselement und ein Ausgangsbewegungsteil. Dabei ist das Eingangsbewegungsteil mit dem Wellenenergiekollektor 20 verbunden. Das Übertragungselement dient dazu, die hin- und hergehende Kraft, die durch das Eingangsbewegungsteil erzeugt wird, in die Kraft des Ausgangsbewegungsteils umzuwandeln. Der Generator 40 dient dazu, die Kraft des Ausgangsbewegungsteils in Elektrizität umzuwandeln. Zum Beispiel: Das Eingangsbewegungsteil ist eine Kolbenstange, das Übertragungselement ist ein Hydraulikzylinder und das Ausgangsbewegungsteil ist ein Hydraulikmotor. Die Kolbenstange wird von dem Doppelgeschwindigkeitsende 25 angetrieben wird. Der Hydraulikmotor ist mit dem Generator 40 angeschlossen, der dadurch einen Strom erzeugen kann.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst das Wellenkraftwerk der Erfindung einen Wellenenergiekollektor 20, eine Energiespeichervorrichtung 30 und einen Generator 40. Der Wellenenergiekollektor 20 ist in dem Maschinenhaus 10 angeordnet und erzeugt durch Wellenaufprall eine hin- und hergehende Hebelbewegung. Ein Ende der Energiespeichervorrichtung 30 ist mit dem Wellenenergiekollektor 20 verbunden. Das andere Ende ist mit dem Generator 40 verbunden. Der Wellenenergiekollektor 20 treibt den Generator 40 über die Energiespeichervorrichtung 30 an, damit der Generator kontinuierlich einen Strom erzeugt.
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Das Wellenkraftwerk der Erfindung hat im Vergleich mit dem Stand der Technik die folgenden Vorteile:
- (1) Die Erfindung stellt ein Wellenkraftwerk bereit, wobei das Wellenaufprallende als Teleskopstruktur ausgebildet ist. Durch die Teleskopbewegung kann das Wellenaufprallende schnell in das Wasser eintreten und in die Warteposition zurückkehren. Nachdem das Wellenaufprallende ins Wasser gelangt ist, wird es schnell wieder von den Wellen getroffen (nur 0,1 Sekunde). Es gibt keine Wartezeit und der Vorgang kann zyklisch durchgeführt werden.
- (2) Die Erfindung stellt ein Wellenkraftwerk bereit. Sein Einsatzort unterliegt nicht allzu vielen Beschränkungen (jeder Fluss kann Dutzende, Hunderte, Tausende, Zehntausende von Generatoren haben). Umgekehrt unterliegt der Einsatzort des vorherigen Falles vielen Beschränkungen durch die Uferform.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Wellenkraftwerk, das für Meereswellen und auch für Flüsse (Ströme und Bäche) geeignet ist. Erfindungsgemäß wird das Wellenaufprallende unter der Wasseroberfläche teleskopisch ausgebildet. Da das Wasser der Flüsse (Ströme und Bäche) Laufwasser ist (insbesondere fließt das Bachwasser sehr schnell), kann das Wellenaufprallende nicht in die Warteposition zurückkehren. Dabei wird das Wellenaufprallende verkürzt (von mehreren Abschnitten zu einem Abschnitt eingeschoben), damit es sich zurückzustellen kann. Nachdem der Zurückstellung wird das Wellenaufprallende von einem Abschnitt zu mehreren Abschnitten ausgeschoben. Gleichzeitig wird es wieder vom fließenden Flusswasser gestoßen und bewegt sich somit zyklisch.
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Ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen, können Fachleute die oben beschrieben bevorzugte Ausführungsform verstehen und ändern. Daher ist die Erfindung nicht auf die in der Beschreibung der Zeichnungen erläuterte spezifische Ausführungsform beschränkt. Alle Modifikationen, die gemäß dem Geist und dem technischen Umfang der Erfindung vorgenommen werden und durch den Schutzbereich der Schutzansprüche abgedeckt sind, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Maschinenhaus
- 11
- Welleneinlass
- 12
- Wellenaufprallkanal
- 13
- Wellenauslass
- 20
- Wellenenergiekollektor
- 21
- Stützachse
- 22
- Kollektorplatte
- 23
- Rückstellfeder
- 24
- Wellenaufprallende
- 25
- Doppelgeschwindigkeitsende
- 26
- Leitplatte
- 27
- Stoßvorsprung
- 30
- Energiespeichervorrichtung
- 40
- Generator
- 50
- Teleskopstange
- 51
- Außenrohr
- 52
- Innenrohr
- 60
- Hebevorrichtung
