DE2812495A1 - Verfahren zur nutzung der energie der wasserwellen - Google Patents

Description

• beschreibung des Verfahrens zur Nutzung der Energie der Wasserwellen.
• 1. Zweck eines solchen Verfahrens ie durch Wind angefachten ellen der Meere (Seegang)also die Windsee und aie Dünung enthalten starke Schwingungskräfte. Eine utzung dieser Wellenergie sollte in betracht gezogen werden.
• Die überragende Größe der Ozeane einerseits und die umweltfreundliche Art der Energieumwandlung und -nutzung lassen gute Anwendungsmöglichkeiten erkennen.
• 2. Grundgedanke Die vollu e energie der Welle wird in der Brandung freigesetzt.
• kleine Vorstellung geht von dem Gedanken aus, künstlich die Brandung. so wie sie an einer Steilküste als sogenannte Klippenbrandung eintritt,zu verursachen. Ein Teil der Energie wird dabei reflektiert. Diese Brandung soll auf hoher See von einem Schiff mit besonderen- Eigenschaften erzeugt werden.
• Da es üslich ist, die Bewegungen und das Verhalten von Schiffen am Modell im Wellentank zu erproben, wird auch ein solches Schiffsmodell zur Ubertragung von Wellenkräften hinreichend Aufschlüsse für eine Großanlage geben.
• Ein schwimmendes Wellenkraftwerk kann folgendermaßen arbeiten.
• (siehe auch Zeichnung Anlage Nr. 4) Ein ; Schwimmer wird durch Wellenkraft bewegt.
• l) ) Die vom Schwimmer ausgeführten Bewegungen werden auf Kolbenpumpen (geba-ut ähnlich wie hubzylinder der Hydraulik) übertragen.
• Diese Pumpen erzeugen den für den betrieb von Turbinen nötigen Was s erdruck.
• c) Wie bei einer I)ruckerhöhungsstation eines @ asserwerkes wird ein Winddruckkessel angeordnet) um die durch die Kolbenbewegungen hervorgerufenen flruckstöße zu kompensieren.
• d) Das hochgespannte Wasser treibt Freistrahlturbinen, die (leichstrommaschinen antreiben.
• e) Mit dem gewonnenenen Strom wird durch Elektrolyse Wasser zerlegt.
• Der so erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff wird komprimiert und gesammelt.
• Schiffe bringen von Zeit zu Z-eit die angesammelten Vorräte zum Festland.
• Wasserstoff ist vielseitig einsetzbar und gilt als Snergieträger der Zukunft.
• 3. Beschreibung des Modelle und seiner Eigenschaften.
• 3.1. Bauweise und orm des Modelles Das von mir erdachte, erbaute und erprobte Modell ist auf den Zeichnungen Anlage 1 und Anlage 2 maßstabsgetreu dargestellt.
• Lediglich die Bodenplattform ist am Modell am Bug um 19 cm kürzer (Vorsprung vor dem Bug fehlt), so daß die Bodenplattform des Modelles die Größe 96 x 45 cm aufweist. Außerdem hat das Modell drei leichte Verstrebungen und einen Anschlag für die Klappen.
• Diese Teile sind in den Zeichnungen aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt.
• Das Modell besteht aus einer Holzstrebenkonstruktion mit Aluminiumblechverkleidung. Als Verbindungsmittel wurden für die Verbindung von Holz und Aluminium Messingschrauben und für die Verbindung der Aluminiumteile untereinander Zweikomponentenkleber verwendet. Die Schwimmtiefe kann mit herausnehmbaren Kundstahlstäben 12 mm reguliert werden.
• Das Modell besteht im wesentlichen aus einer Bodenplattform, einem Bugteil, einem Heckteil, einem Kiel, den beweglichen Klappen und dem Schwimmer. Der Bugteil ist mit dem Heckteil durch die Bodenplattform und zwei Streben verbunden. Die beweglichen Teile, der Schwimmer und die Klappen, sind in den Zeichnungen rot markiert.
• Der Heckteil besteht aus senkrechten Leitwänden, die den zwei seitlichen Taschen und der Bucht die Form geben. Vorne am Heck sind Klappen angebracht, die die Taschen un die Buchtmündung verschließen oder öffnne. Der Bug gleicht einem Schiffsbug, nur daß er zusätzlich einen Schwimmer und eine Schwimmerkammer, deren Boden den Schwenkradius des Schwimmers angepaßt ist, aufweist.
• Die Form des Modelles ergibt sich aus den Eigenschaften der ellen.
• 3.2. Eigenschaften des Modelles Anmerkung: Die Beschreibung der Eigenschaften des kodelles wird auch für eine Großanlage zutreffen.
• a.) Wenn Wellen in eine sich verengende Bucht einlaufen, so wächst auch die Wellenhöhe. Aus diesem Grund ist die Heckform so gewählt, daß eine Bündelung der Wellenenergie erfolgt. Zudem wirkt sicn die erhöhte Welle günstig auf den weiteren Ablauf der Wasserbewegung aus.
• b.) Die Schiffsform selbst darf vom Seegang nicht wesentlich bewegt werden. Aus diesem Grund ist die Bodenplattform angeordnet. Die Wellenbewegung setzt sich nur in abgeschwächtem Naße in den unteren Schichten des Wassers fort. Das Gesetz der Abschwächung hat Rankine durch folgende Zahlenangaben gekennzeichnet: Tiefe der Schicnt als Anteil der Wellenlänge 1/9 2/9 3/9 4/9 5/9 6/9 7/9 8/9 9/9 Durchmesser des Orbitalkreises als Anteil der Wellenhöhe 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 Wt 778 256 512 Schon in geringer Tiefe wirkt die Plattform stabilisierend.
• Sie ist ein wesentlicher Bauteil und ist auch aus anderen Gründen erforderlich.(Erhöhung der Wellen, Stabilität der Schiffsform).
• c.) Trifft eine Welle auf eine starre Wand, so wird sie reflektiert.
• Die Kammerwände und die durch den Kolben einer Pumpe ausgeübte Gegenkraft auf den Schwimmer stellen für die Welle ein solches Hindernis dar, daß ein Rückstoß des Wellenschlages nach dem Hub des Schwimmers erfolgt. Das Wasser der gebremsten Welle muß bis zum Anrollen der nächsten Welle aus der Kammer abgeleitet sein, ohne die nächste Welle zu stören. Aus diesem Grund sind die beweglichen Klappen und die Taschen angeordnet. Die Klappen öffnen und schließen selbständig durch den von den Wellen erzwungenen Bewegungsablauf.
• 4. Erläuterung des Bewegungsablaufes der Wellen und des Modelles 4.1. Vorbemerkung Der Bewegungsablauf ist in vier Abschnitten auf der Zeichnung Anlage 3 dargestellt. Zu bemerken ist, daß das Modell eine langsame Vorwärtsbewegung infolge der Wellenschläge ausführt. Durch diese Bewegung und den tiefen Kiel (im Modell 51 cm Tiefe) am Heck bleibt das Heck den anrollenden Wellen mit der breiten Öffnung zugekehrt.
• 4.2. Erläuterung zu Anlage 3 Bild 1 Die Taschen sind durch die Klappen verschlossen. Die Welle hat den Schwimmer in die höchste Lage gehoben und drückt das Schiff nach vorne. Der Wasserdruck in den Taschen ist durch den Vorwärtsschub so hoch, dab die Klappen öffnen.
• Bild 2 Die Klappen verschließen die Buchtmündung recht schnell. In der Bucht steht das Wellental an. Das Wasser in der Kammer schwingt zurück und drängt durch die Taschen nach draußen. Die Umlenkkraft des Wassers bewirkt einen Rückwärtsschub auf das Schiff. Der Schwimmer senkt sich.
• Bild 3 Der Wasserspiegel in der Kammer ist gefallen. Der Schwimmer nimmt die tiefe Stellung ein. Der Rückwärts schub und die anrollende nächste Welle drücken die klappen gegen die Taschen. Die Buchtmündung ### geöffnet.
• wird Bild 4 Die anrollende Welle bewegt den Schwimmer hoch. Der Druck in den Taschen verstärkt sich durch den Vorwärts schub.
• Die Vorgänge wiederholen sich.
• Schlußbetrachtung Es handelt sich um ein erstes Modell und gewiß sind Formverbesserungen anzustreben. Ich bin aber der Meinung, daß sich am Prinzip des Verfahrens dadurch nichts ändern wird.
• Literatut#r übr Welleneigenschaften Wechmann Hydraulik 2.erweiterte und verbesserte Auflage Bauverlag Gmb Wiesbaden G.Dietrich/K.Kalle Allgemeine Meereskunde Gebrüder Borntraeger Berlin Nikolassee Dr.Ing.Erich Bruns Handbuch der Wellen der Meere u. Ozeane VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin Dr.Ing.Fi. Foerster Taschenbuch für Bauingenieure Julius Springer 1928 L e er s e i t e

Claims (1)

1. Patentansprüche zum Antrag vom 18.3.1978 P 28 12 495.0 Oberbegriff: Verfahren zur Nutzung der Energie der Wasserwellen Rennzeichnender Teil Das zu schützende Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, daß Wasserwellen mit ihrer Energie mittels einer durch nachstehende Merkmale ausgewiesenen Schiffsart mechanische arbeit verrichten.

   Dabei wird åede Welle durch Zwängung verformt und in eine Kammer geleitet, in der der Wellenschlag seine Kraft auf einen schwimmer überträgt. Bei diesem Vorgang wird die welle gebremst und reflektiert und das Wasser der Welle aus der Kammer abgeleitet, bevor die nächste Welle die Kammer erreicht hat.

   Dieser Vorgang wird durch eine besondere Schiffsart mit zum Teil beweglichen Bauteilen erreicht. Bildlich sind die Kennzeichen der Schiffsart aus den Zeichnungen zur Beschreibung des Verfahrens Anlage 1 und Anlage 2 und der Bewegungsablauf bei dem Verfahren aus der Anlage 3 ersichtlich.

   Die Kennzeichen der Schiffsart sind: Die Ausbildung des Heckes in Form einer sich zum Bug hin verengenden Bucht, die seitlich durch senkrechte Leitwände und in der Tiefe durch eine Plattform begrenzt wird. Die Heckleitwände geben darüber hinaus auch den seitlich angeordneten Taschen für die Ableitung des Wassers die äußere Begrenzung und Form. Das Heck hat am Ende eine breite Buchtöffnung, durch die die Wellen in das Schiff eintreten.

   6/ Die Anordnung zweier Klappen vorne am Heck, an der engsten 'Stelle der Bucht, die in der Beschreibung des Verfahrens als Buchtmündung bezeichnet wird. Die Klappen sind um eine senkrechte Achse derart drehbar gelagert, daß sie abwechselnd sowohl die Buchtmündung als auch die 'laschen verschließen. Die Klappen geben dem Wasserschwall sowohl in die Kammer als auch aus der Kammer die Führung. Sie schließen und öffnen selbsttätig durch Druckunterschiede des Wassers. Die Druckunterschiede werden durch die Bewegungsvorgänge des Schiffes und der Wellen herbeigeführt. Diese Vorgänge werden in der Beschreibung des Verfahrens unter Punkt 4 erläutert und sind in der Zeichnung Anlage 3 bildlich dargestellt.

   g Die Ausbildung des Buges mit einer Kammer, deren parallel der Schiffslängsachse angeordnete Wände senkrecht sind, und deren boden dem Schwenkradius des Schwimmers angepaßt ist. In dieser Kammer findet die Kraftübertragung aus der Wasserwelle auf den Schwimmer statt.

   6.Die Anordnung eines Schwimmers , drehbar um eine waagerechte über den Anfang der Kammer gelagerte Achse, auf den die Kraft des Wellenschlages beim Aufwärtshub übertragen wird. Der Schwimmer füllt in jeder lage den Querschnitt der Kammer aus.

   die Anordnung einer Bodenplattform unterhalb von Bug und Heck und die Anordnung eines kurzen tiefen Kieles am Heck. Die Bodenplattform dämpft die Schiffsbewegung und ermöglicht die Wellenerhohung in der Bucht. In Verbindung mit der Vorwärtsbewegung des Schiffes infolge von Wellenschlägen bewirkt der Kiel, daß die Richtung der Wellenbewegung mit der Schiffslä.ngsachse übereinstimmt.

   8( Die Verstellbarkeit der Tauchtiefe des Schiffes, im modell durch gewichte, bei Großanlagen durch flutbare Kammern. Die Verstellbarkeit der Tauchtiefe ermöglicht die Nutzung der Energie verschiedener Seegangsstärken.