DE2837869A1 - DEVICE FOR EXTRACTION OF ENERGY FROM LIQUID WAVES - Google Patents
DEVICE FOR EXTRACTION OF ENERGY FROM LIQUID WAVESInfo
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Description
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8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 458 MUNICH 86, POST BOX 86 02 45
Anwaltsakte 29 419 30.August 1978Lawyer File 29 419 August 30, 1978
Secretary of State for Energy, London/GroßbritannienSecretary of State for Energy, London / Great Britain
Vorrichtung zum Energieentzug aus FlüssigkeitswellenDevice for extracting energy from liquid waves
- Ansprüche -- Expectations -
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* (089) 98 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayensche Vereinsbank München 453100* (089) 98 82 72 8 Munich 80, Mauerkircherstraße 45 Banks: Bayensche Vereinsbank Munich 453100
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Vorrichtung zum Energieentzug aus FlüssigkeitswellenDevice for extracting energy from liquid waves
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Entziehen von Energie aus der Wellenenergie von Flüssigkeitswellen.The invention relates to withdrawal devices of energy from the wave energy of liquid waves.
Einige Beispiele von Schwimmvorrichtungen, welche Energie aus Wellenenergie entziehen können, sind in der Vorrichtung von Yoshio Masuda, die in der GB-PS 1 014 196 beschrieben ist, welche durch den Bezug darauf in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird, und den Vorrichtungen enthalten, welche in der DE-OS 2 737 143 beschrieben sind. Diese Vorrichtungen sind derart ausgelegt, daß sie Energie aus den Wellen vermittels der Schwingungen einer Flüssigkeitssäule entziehen und in Nutzenergie umwandeln. Some examples of swimming devices that use energy from wave energy are described in the device by Yoshio Masuda, which is described in GB-PS 1 014 196 which is incorporated into the present disclosure by reference thereto, and the devices which are described in DE-OS 2,737,143. These devices are designed in such a way that they extract energy from the waves by means of the vibrations of a column of liquid and convert it into useful energy.
Andere Beispiele für Vorrichtungen zum Entziehen von Energie aus Flüssigkeitswellenenergie sind die sogenannte Salter "Ente" (engl.: Salter "Duck"), welche in der GB-PS 1 482 085 beschrieben ist, und die "Floß"-Vorrichtung, welche Gegenstand der GB-PS 1 448 204 ist.Other examples of devices for extracting energy from liquid wave energy are the so-called Salter "Duck" (English: Salter "Duck"), which in the GB-PS 1 482 085, and the "raft" device, which is the subject of GB-PS 1,448,204.
Eine der Schwierigkeiten/ welche mit Vorrichtungen zum Energieenzug aus Wellenenergie einhergeht,liegt in der Erzielung eines guten Wirkungsgrades des Energieentzuges» Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, den WirkungsgradOne of the difficulties / which is associated with devices for drawing energy from wave energy lies in the Achieving a good efficiency of the energy extraction »The invention is therefore aimed at the efficiency
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des Energieentzuges solcher Vorrichtungen für einige Anwendungen zu verbessern.the energy extraction of such devices for some applications.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Entziehen von Energie aus Wellen einer Flüssigkeit geschaffen, auf welcher die Vorrichtung schwimmen kann. Erfindungsgemäß wird zugelassen, daß die Vorrichtung in Antwort auf die Wellen-According to the invention is a device for withdrawing from Energy created from waves of a liquid on which the device can float. According to the invention allowed that the device in response to the wave
in
bewegung'einer vertikalen Ebene sich bewegen kann, welche auf die Fortpflanzungsrichtung der an der Vorrichtung ankommenden
Wellen ausgerichtet ist. Die Vorrichtung ist an ihrem Unterwasser-Vorrichtungsteil, der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegt, derart gestaltet und hat eine derartige Schwerpunktslage und einen derartigen Trägheitsradius um den Schwerpunkt in der vertikalen Ebene, daß
die Bewegung der Vorrichtung in Antwort auf die Wellenbewegung in wesentlichem Maße der übertragung und/oder Reflexion
von Wellen durch die Vorrichtung selbst entgegenwirkt.in
movement 'of a vertical plane can move, which is aligned with the direction of propagation of the waves arriving at the device. The device is designed at its underwater device part, which is below the liquid level, and has such a center of gravity and such a radius of gyration around the center of gravity in the vertical plane that the movement of the device in response to the wave movement to a significant extent of the transmission and / or counteracts reflection of waves by the device itself.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung für den Energieentzug bei einem speziellen Spektrum von Wellenlängen der Wellen optimiert.The device is preferably optimized for the extraction of energy at a specific spectrum of wavelengths of the waves.
Die Vorrichtung kann aus den Wellen Energie vermittels der Schwingungsbewegungen einer Flüssigkeitssäule in der Vorrichtung entziehen, wobei die Flüssigkeitssäule derart aageorsähet ist, daß sie eine Nutzarbeit ausführen kann, wie Luft entweder durch eine Luftturbine, die einen elektrischenThe device can generate energy from the waves by means of the oscillating movements of a column of liquid in the device withdraw, the liquid column so aageorsähet is that it can do a useful job, like air either through an air turbine, which is an electric one
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Generator treiben kann, oder durch eine Öffnung zu treiben, so daß die Energie aus der durch die Öffnung gedrückten Flüssigkeit aufgezehrt wird und die Vorrichtung als Wellenbrecher arbeiten kann.Generator can drive, or drive through an opening, so that the energy is pushed out of the opening through the opening Liquid is consumed and the device can function as a breakwater.
Die Vorrichtung kann wenigstens zwei Komponenten aufweisen, deren Relativbewegung in Antwort auf die Wellenbewegungen ausgenutzt werden kann, um Energie aus den Wellen zu entz iehen.The device can have at least two components, the relative movement of which in response to the wave movements can be used to draw energy from the waves.
Die eine der Komponenten kann eine Salter "Ente" sein, die Gegenstand der GB-PS 1 482 085 ist.One of the components can be a "duck" salter, which is the subject of GB-PS 1,482,085.
Alternativ können die beiden Komponenten eine Vorrichtung in der Form eines Flößte* ' bilden.Alternatively, the two components can form a device in the shape of a raft * '.
Eine stationäre Schwimmvorrichtung, welche ein symmetrisches Unterwasserprofil in einer vertikalen Ebene hat, welche in der Richtung der Wellen ausgerichtet ist, welche bei der Vorrichtung ankommen, erbringt eine theoretische Leistungsabsorption von etwa 50 % der Energie der ankommenden Wellen, wobei Verluste vernachlässigt sind, die unvermeidbar mit einer praktischen Vorrichtung einhergehen.A stationary swimming device that has a symmetrical Has underwater profile in a vertical plane, which is oriented in the direction of the waves, which at arriving at the device results in a theoretical power absorption of about 50% of the energy of the incoming device Waves, neglecting losses that are inevitable with a practical device.
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Die restliche Wellenenergie geht verloren und wird gleichmäßig auf Wellen verteilt, welche von der Vorrichtung selbst übertragen werden oder an der Vorrichtung reflektiert werden.The remaining wave energy is lost and is evenly distributed among waves generated by the device itself transmitted or reflected on the device.
Eine Vorrichtung mit einer Unterwassergestaltung und einer Gewichtsverteilung gemäß der Erfindung ist derart ausgelegt, daß sie eine besondere Kombination von Translations- und/oder Rotations-Bewegungen in der oben genannten vertikalen Ebene durchführen kann, so daß alle Wellen welche durch diese Bewegungen und durch die Vorrichtung beim Entziehen von Energie aus den Wellen erzeugt werden, einander aufheben, so daß der übertragung von Wellen durch die Vorrichtung selbst und der Reflexion von Wellen an der Vorrichtung entgegengewirkt -wird.A device with an underwater design and a weight distribution according to the invention is designed in such a way that they have a special combination of translational and / or rotational movements in the vertical mentioned above Level can perform so that all waves which by these movements and by the device when Withdrawing energy from the waves are created, canceling each other out, allowing the transmission of waves through the device itself and the reflection of waves on the device is counteracted.
Für solch eine Schwimmvorrichtung sind zahlreiche Unterwassergesaltungen möglich, welche bei einer geeigneten Schwerpunktslage und einem geeigneten Wert des Trägheitsradius um den Schwerpunkt verwendet x^erden können. Wenn diese. Möglichkeiten einmal bestimmt sind,können sie proportional auf eine spezielle Vorrichtung übertragen werden, so daß die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung für das Entziehen von Energie aus den Wellenbewegungen optimiert wird. Hierdurch wird es möglich, geeignete Unterwassergestal=There are numerous underwater designs for such a swimming device possible, which can be used with a suitable center of gravity and a suitable value of the radius of gyration around the center of gravity. if these. Once the possibilities are determined, they can proportionally transferred to a special device, so that the capacity of the device for withdrawal is optimized by energy from the wave movements. This makes it possible to create suitable underwater shapes
θ±ώ.θ
tungen und'entsprechende Lage des Schwerpunktes und einenθ ± ώ.θ
and the corresponding position of the center of gravity and a
entsprechenden Wert des Trägheitsradius mit Hilfe voncorresponding value of the radius of gyration using
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Modellen in einem Wellenbecken zu ermitteln.To determine models in a wave pool.
Die Erfindung wird anhand von nur beispielhaften Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Z e ichnung ζ e igt:The invention is described on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawing. In the Acknowledgment:
Fig.1 : in schematischer Längsschnittansicht eine Vorrichtung zum Untersuchen von Modellen von Schwimmvorrichtungen,1: a device in a schematic longitudinal sectional view for examining models of swimming devices,
Fig. 1 a in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie I a - I a in Fig. 1,Fig. 1 a on an enlarged scale a section along the Line I a - I a in Fig. 1,
Fig.2 in schematischer Schnittansicht einen Umriß einer Schwimmvorrichtung mit eingetragenen Optimierungsparametern,2 shows an outline of a schematic sectional view Swimming device with entered optimization parameters,
Fig. 3 in schematischer Schnittansicht einen Umriß einer anderen Schwimmvorrichtung mit eingetragenen Optimier ungsparametern,Fig. 3 in a schematic sectional view an outline of another swimming device with entered optimizer parameters,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Enziehen von Energie aus Flüssigkeitswellen Ai t den Auslegungsgrößen der Vorrichtung aus Fig. 2,4 shows a schematic sectional illustration of a device for drawing energy from liquid waves Ai t the design parameters of the device from Fig. 2,
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V - V in Fig. 4,FIG. 5 shows a sectional view along the line V - V in FIG. 4,
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Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Sntziehen von Energie aus Wellen mit den Auslegungsgrößen der Vorrichtung aus Fig. 3,6 shows a schematic sectional illustration of a device for extracting energy from waves the design parameters of the device from FIG. 3,
Fig. 7 in schematischer Schnittansicht eine alternative Schwimmvorrichtung gegenüber den Vorrichtungen aus den Fig. 2 bis 6,7 shows an alternative in a schematic sectional view Swimming device compared to the devices from FIGS. 2 to 6,
Fig. 7 a eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 7,FIG. 7 a is a view in the direction of arrow A in FIG. 7,
Fig. 8 eine andere alternative Schwemmvorrichtung gegenüber denen aus den Fig. 2 bis 6,Fig. 8 shows another alternative flushing device opposite those from Figs. 2 to 6,
Fig. 8a eine Schnittansicht entlang der Linie VIII a - VIII a in Fig. 8 und8a shows a sectional view along the line VIII a - VIII a in FIGS. 8 and
Fig.8b. eine Teilansicht in der Richtung des Pfeiles X in Fig.Fig.8b. a partial view in the direction of arrow X in Fig.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist von rechteckiger Form in der Draufsicht und enthält ein Becken 10, welches teilweise mit Wasser gefüllt ist und an dem einen Ende eine WeIlenserzeugungsvorrichtung 12 in der Form einer nockenförmig gestalteten Schaufel aufweist, welche durch eine nicht gezeigte Einrichtung schwingend bewegt werdenThe device shown in Fig. 1 is rectangular in shape in plan view and includes a basin 10, which is partially filled with water and at one end a wave generating device 12 in the form of a Has cam-shaped blade, which by a device not shown can be moved oscillating
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kann, um Wellen entlang des Beckens 10 vorzutreiben. Eine Wellenabsorptionsvorrichtung 13 aus Streckmetall, durch
welche verhindert wird, daß daran Wellen reflektiert werden, ist an dem anderen Ende des Beckens 10 angeordnet. Ein Modell
14 einer Schwimmvorrichtung, die untersucht werden soll, ist
in dem Becken 10 angeordnet und ein Wellenhöhenmesser 15 ist nahe der Wellenabsorptionsvorrichtung 13 angeordnet,
um Wellen festzustellen, welche von dem Modell 14 übertragen werden. Zwei Wellenhöhenmesser 16 und 17, welche
voneinander uitkeinen. Abstand getrennt angeordnet sind, der
gleich einem Viertel der Wellenlänge ist, sind zwischen der Wellenerzeugungsvorrichtung 12 und dem Modell 14
angeordnet, um die Welle zu bestimmen, welche von der
WellenerZeugungsvorrichtung 12 erzeugt wird, und die
Welle zu bestimmen, welche von dem Modell 14 reflektiert wird. .can to propel waves along the pool 10. A wave absorber 13 made of expanded metal, by which waves are prevented from being reflected thereon, is arranged at the other end of the basin 10. A model 14 of a swimming device to be examined is arranged in the pool 10, and a wave altimeter 15 is arranged near the wave absorber 13 to detect waves transmitted from the model 14. Two wave altimeters 16 and 17, which are different from each other. A distance which is equal to a quarter of the wavelength is arranged separately between the wave generating device 12 and the model 14
arranged to determine which wave of the
WellenerZeugungsvorrichtung 12 is generated, and the
Determine wave which is reflected from the model 14. .
Das Modell ist aus zahlreichen vertikal übereinandergesetzten Holzblöcken 19 konstruiert, welche jeweils vier öffnungen 20 aufweisen und miteinander verbunden sind. Der obere Teil des Modells 14 besteht aus einem profilierten Holzblock 21, welcher mit dem obersten Block 19 verbunden ist und einen nach unten abstehenden Hohlansatz mit abgerundetem Ende aufweist, welcher den oberen TeilThe model is made up of numerous vertically stacked Blocks of wood 19 constructed, which each have four openings 20 and are connected to one another. The upper part of the model 14 consists of a profiled Wood block 21, which is connected to the uppermost block 19 is and has a downwardly protruding hollow extension with a rounded end, which the upper part
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einer Kammer 23 begrenzt, in welcher eine Lufttasche von einer Wassersäule eingeschlossen ist. Die Basis der Kammer 23 ist von horizontal, verlaufenden Blöcken 19 begrenzt, von denen der äußerste Block ein abgerundetes Ende hat.a chamber 23 in which an air pocket is enclosed by a column of water. The base of the chamber 23 is bounded by horizontally extending blocks 19, the outermost block of which has a rounded end.
Zwei Behälter 25 sind aneinandergefügt und an dem profilierten Block 21 befestigt. Ein Aluminiumblech 26 ist an den Behältern 25 festgelegt und erstreckt sich zwischen den Behältern und dem untersten Block der vertikal übereinandergestapelten Blöcke 19, so daß ein Hohlraum 27 gebildet wird. Eine öffnung 28 in einem Stegteil 29 des profilierten Blockes 21 mündet in die Kammer 23. An der öffnung 28 ist an der der Kammer 23 abgewendeten Seite ein Druckmesser 30 angeschlossen.Two containers 25 are joined together and attached to the profiled block 21. An aluminum sheet 26 is on the containers 25 and extends between the containers and the lowest block of the vertically stacked Blocks 19 so that a cavity 27 is formed. An opening 28 in a web part 29 of the profiled block 21 opens into the chamber 23. The opening 28 is on the side facing away from the chamber 23 a pressure gauge 30 is connected.
To© aus Fig. 1 a ersichtlich sind Perspex-Paneele 31 an beiden Seiten des Modells 14 angeordnet, brauchen jedoch nicht abdichtend an diesem anzuliegen, so daß Wasser in den Hohlraum 27 eintreten kann. Metallische, stangenförmige Gewichte 32 (von denen nur eines geseigt ist) sind in einigen der öffnungen 20 angeordnet, um für eine erforderliche Gewichtsverteilung in dem Modell su sorgen» Wie weiter aus S3Ig0 1 ersichtlich^ x-ieröen die Get-yichte 32 durch !fässer in den Ba= haltern 25 und dem Hohlansatz 22 des profiliertes Blockes swc Erzielung der erforderliehen Gewichtsverteilung ©rgänst? durch welche die Lage des Schwerpunktes und der Wert, desPerspex panels 31 can be seen from FIG. Metallic, rod-shaped weights 32 (only one of which is geseigt) are arranged to the openings 20 in some to see below for a required weight distribution in the model provide "As further from S 3 Ig 0 1 seen ^ x-ieröen the Get-yichte 32 through! barrels in the Ba = holders 25 and the hollow extension 22 of the profiled block swc Achieving the required weight distribution © rgänst? by which the location of the center of gravity and the value of the
§01111/0810§01111 / 0810
=■12== ■ 12 =
Trägheitsradius um den Schwerpunkt bestimmt werden können.Radius of gyration around the center of gravity can be determined.
Zur Untersuchung des Modells 15 wird die Wellenerzeugungsvorrichtung 12 eingeschaltet, so daß Wellen erzeugt werden, welche an dem Modell 14 ankommen und auf ihm auftreffen. Die Höhe dieser ankommenden Wellen wird· von dem vorn angeordneten Wellenhöhenmesser 16 angegeben. Das Wasser in der Kammer 23 führt aufgrund dieser an dem Modell 14 ankommenden Wellen Schwingungsbewegungen aus und die Energie, welche den ankommenden Wellen entzogen wird, wird durch den Druck bestimmt, der von dem Druckmesser 30 angegeben wird.To examine the model 15, the wave generating device 12 switched on, so that waves are generated which arrive at the model 14 and impinge on it. The height of these incoming waves is indicated by the wave altimeter 16 located in front. The water in the Chamber 23 executes vibratory movements due to these waves arriving at the model 14 and the energy which the is withdrawn from incoming waves is determined by the pressure indicated by the pressure gauge 30.
Die Höhe von irgendwelchen Wellen, welche durch das Modell übertragen werden, wird von dem Wellenhöhenmesser 15 für übertragene Wellen bestimmt und ähnlich wird die Höhe irgendwelcher Wellen, die an dem Modell 14 reflektiert werden, durch den Vergleich der Wellenhöhen bestimmt, die von den Wellenhöhenmessern 16 und 17 angegeben werden.The height of any waves transmitted through the model is determined by the wave altimeter 15 for transmitted Waves are determined and similarly the height of any waves that are reflected on the model 14, determined by comparing the wave heights indicated by wave height meters 16 and 17.
Die Form des Modells 14 und die Verteilung seiner Gewichte werden dann durch Entfernen, Hinzufügen oder Umverteilen der Blöcke 19, der Gewichte 32 und der Behälter 25 sowie durch Änderung der Wassermenge in den Behältern 25 und dem Hohlansatz 22 geändert, wobei erforderlichenfalls die Gestalt des Aluminiumbleches 27 geändert wird. Dieses umgestalteteThe shape of the model 14 and the distribution of its weights are then changed by removing, adding, or redistributing the blocks 19, the weights 32 and the container 25 and by changing the amount of water in the containers 25 and the Hollow extension 22 changed, the shape of the aluminum sheet 27 being changed if necessary. This remodeled
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Modell 14 wird dann seinerseits in der oben beschriebenen Weise untersucht. Danach werden weitere umgestaltete Modelle 14 untersucht. Dasjenige umgestaltete Modell 14, welches die besten Ergebnisse liefert, d.i. die geringesteHöhe der übertragenen und reflektierten Wellen, wird als am nächsten am Optimum liegendes Modell ausgewählt und seine:. Abmessungen, seine Gewichtsteilung, sein Schwerpunkt und sein Trägheitsradius werden derart rechnerisch erfaßt, daß sie proportional auf eine spezielle Ausführungsform übertagen werden können.Model 14 is then examined in turn in the manner described above. After that there will be more redesigned models 14 examined. The redesigned model 14 that gives the best results, i.e. the lowest height of the transmitted and reflected waves, is selected as the model closest to the optimum and its :. Dimensions, its weight division, its center of gravity and its radius of gyration are computed such that them proportionally to a specific embodiment can be transmitted.
Es wurden Modelle 14, welche mit dem in den Fig. 1 und 1 a gezeigten Modell vergleichbar sind, in der oben beschriebenen Weise untersucht. Die öptimalabmessungen,welche sich für die Unterwassergestalt, die Lage des Schwerpunktes CG und den Wert des Trägheitsradius um den Schwerpunkt ergeben haben, sind aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, auf welche nun Bezug genommen wird.There were models 14, which with the in Figs. 1 and 1 a are comparable, examined in the manner described above. The optimal dimensions, which are suitable for the underwater shape, the position of the center of gravity CG and the value of the radius of gyration around the center of gravity have, can be seen from Figs. 2 and 3, to which reference is now made.
In die schematische Schnittansicht des Modelies 14 aus Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen den Abmessungen der Unterwassergestalt, der Schwerpunktslage des Modells 14 und seines Trägheitsradius um den Schwerpunkt, der mittleren Höhe der Wassersäule in der Kammer, dem Wasserspiegel und der Wellenlänge der ankommenden Wellen eingetragen.In the schematic sectional view of the model 14 from FIG. 2, the relationship between the dimensions of the Underwater shape, the center of gravity of the model 14 and its radius of gyration around the center of gravity, the middle one Height of the water column in the chamber, the water level and the wavelength of the incoming waves.
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Die Abmessung L in Fig. 2 bezieht sich auf die Wellenlänge der ankommenden Wellen und es ist vorteilhaft, die Abmessungen aus den Fig. 2 und 3 bei Anweüungsfallen zu verwenden, bei denen die Abmessung L einem Zehntel der Wellenlänge der ankommenden Welle entspricht. Die Wellenlänge der auf dem Modell 14 auftreffenden Wellen in dem Becken 1 aus Fig. 1 kann durch Änderung der Schwingungsfrequenz der Wellenserzeugungsvorrichtung 12 geändert werden, so daß ermöglicht ist, das Modell über einen Wellenlängenbereich hin zu untersuchen, für welchen die praktisch ausgeführte Vorrichtung verwendet werden soll.The dimension L in Fig. 2 relates to the wavelength of the incoming waves and it is advantageous to use the dimensions from Figs. 2 and 3 for attachment traps, where the dimension L corresponds to one tenth of the wavelength of the incoming wave. The wavelength of the waves hitting the model 14 in the basin 1 1 can be changed by changing the oscillation frequency of the wave generating device 12 so that it is possible to examine the model over a wavelength range for which the practically implemented Device to be used.
Es wurde gefunden, daß das Modell 14 aus Fig. 2 annähernd 75 % der Energie der ankommenden Wellen in Nutzenergie umwandelt. Annähernd 5 % entfallen auf übertragene Wellen und annähernd 5, % auf reflektierte Wellen. Der Rest von 15 % der Energie wird durch Verläjite beim Betrieb des Modells aufgezehrt. Der Oberwasser-Vorrichtungsteil oberhalb des Wasserspiegels ist mit Ausnahme seines Einflusses auf die Schwerpunktslage und den Trägheitsradius unmaßgeblich und es ist ersichtlich? daß für praktisch durchgeführte Vorrichtungen, solche niedrigen Ifertexfie 5 % der Energie für übertragene*, -und reflektierte Wellen eine beträchtliche Verrlngeruag der "Verluste darstellen., welche mit-solchen Vorrichtungen eiahercjfehen-*"It has been found that the model 14 of FIG. 2 converts approximately 75% of the energy of the incoming waves into useful energy. Approximately 5% are allotted to transmitted waves and approximately 5.% to reflected waves. The rest of 15% of the energy is consumed by Verläjite while operating the model. The upstream device part above the water level is, with the exception of its influence on the position of the center of gravity and the radius of gyration, irrelevant and it can be seen? that 5% "represent losses., which eiahercjfehen--with such devices *" for practically performed devices, such low energy Ifertexfie for transmitted * -and reflected waves of a considerable Verrlngeruag
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Das aus Fig. 3 in seinen Einzelheiten ersichtliche Modell 14 ist ähnlich zu dem Modell 14 aus Fig. 2 und in entsprechender Weise bezeichnet. Jedoch ist die Verdrängung des Modells 14 aus Fig. 3 im Vergleich mit dem Modell 14 aus Fig. 2 stark reduziert, wobei sich jedoch seine Wirksamkeit für den Entzug von Energie aus Wellen nur wenig verringert. The model 14, which can be seen in detail from FIG. 3, is similar to the model 14 from FIG. 2 and in a corresponding manner Way designated. However, the displacement of the model 14 from FIG. 3 is off in comparison with the model 14 Fig. 2 greatly reduced, but its effectiveness for the extraction of energy from waves is only slightly reduced.
Die aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Abmessungsverhältnisse können für Vorrichtungen bei speziellen An-Xtfendungsfällen verwendet xverden.The dimensional relationships apparent from FIGS. 2 and 3 can be used for devices in special applications uses xverden.
Das Modell 14 aus Fig. 1 und die Gestaltung,welche aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, gehören zu Vorrichtungen, welche von den Schwingungsbewegungen einerThe model 14 from Fig. 1 and the design which 2 and 3 it can be seen, belong to devices which of the vibratory movements of a
vonfrom
Wassersäule zum Entziehen'Energie aus auftreffenden Wellen vom Unterdrucksetzen eines Gases wie Luft über der Wassersäule und Drücken des Gases -durch eine öffnung Gebrauch machen, die entweder in eine mechanische Vorrichtung wie eine Turbine führt oder deren Abmessungen derart gewählt werden, daß beim Durchgang des Strömungsmittels ein Energieverlust auftritt und die Vorrichtung als Wellenbrecher wirkt. Die Abmessungen der in den Fig= 2 und 3 gezeigten öffnung 28 beziehen sich auf eine öffnung, welche in einer solchen Wellenbrechervorrichtung verx^endet wird.Water column to withdraw 'energy from impacting waves from the Use of pressurizing a gas such as air above the water column and pushing the gas through a port make, which either leads into a mechanical device such as a turbine or whose dimensions are chosen in this way that there is a loss of energy in the passage of the fluid and the device as a breakwater works. The dimensions of the opening 28 shown in FIGS. 2 and 3 relate to an opening which is shown in FIG such a breakwater device ends.
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irir
Beispiele von Vorrichtungen, durch welche Energie aus Wellen unter Ausnutzung der Schwingungsbewegungen einer Wassersäule entzogen wird, sind in der oben erwähnten GB-PS 1 014 196 und der DE-OS 27 37 143 beschrieben und eine Vorrichtung, in welche die Erfindung einbezogen is.t und welche mit einer oszillierenden Wassersäule für den Abzug von Energie aus Wellen arbeitet, ist in Fig. 4 gezeigt, auf welche nun Bezug genommen wird.Examples of devices through which energy from waves using the vibrational movements of a Water column is removed, are described in the above-mentioned GB-PS 1 014 196 and DE-OS 27 37 143 and an apparatus in which the invention is incorporated and which has an oscillating water column for the extraction of energy from waves is shown in FIG. 4 to which reference is now made.
Die .aus Fig. 4 ersichtliche Vorrichtung ist eine Auftriebs- oder Schwimmkonstruktion und weist die Abmessungsverhältnisse und Gewichtsverteilung der Vorrichtung aus. Fig. 2 über eine vertikale Ebene hin auf, welche in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen einer Flüssigkeit (beispielsweise Seewasser) liegt, in welcher die Vorrichtung, wie gezeigt, frei schwimmt. Die Vorrichtung weist eine vordere Wand 35, eine profilierte.Rückwand 36, eine untere Endwand und einen Oberteil 38 auf, durch welchen :eimm. Kammer 23 zwischen der vorderen Wand 35 und der hinteren Wand 36 abgeschlossen wird. Eine Mündung 39 zwischen dem Boden der vorderen Wand 35 und der unteren Endwand 37 läßt zu, daß die Flüssigkeit in die Kammer 23 und aus dieser entsprechend der Bewegung der Wellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit strömen kann.The device shown in FIG. 4 is a buoyancy or floating construction and shows the dimensional relationships and weight distribution of the device. Fig. 2 looks out over a vertical plane which lies in the direction of propagation of the waves of a liquid (e.g. sea water) in which the device, as shown, floats freely. The device has a front wall 35, a profiled rear wall 36, a lower end wall and an upper part 38 through which : eimm. Chamber 23 between the front wall 35 and the rear wall 36 is closed. A mouth 39 between the bottom of the front wall 35 and the lower end wall 37 allows the liquid to flow into and out of the chamber 23 in accordance with the movement of the waves on the surface of the liquid.
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Eine Gleichricht- Ventileinrichtung ist mit einem Rückschlagventil-Lufteinlaß 40 in die Kammer 23 und einem Rückschlägventil-Luftauslaß 41 aus der Kammer 23 vorgeshen, welche an einen Luftkanal 42 angeschlossen sind, der einen Rückschlagventil-Lufteinlaß 43 aus der Atmosphäre und einen Rückschlagventil-Luftauslaß 44 in die AtmosphäE aufweist.Eine Luftturbine 45 ist in dem Luftkanal angeordnet und an einem elektrischen Generator 46 angeschlossen, so daß sie den elektrischen Generator 46 treibt, wenn Luft durch den Luftkanal 42 strömt.A rectifying valve assembly is provided with a check valve air inlet 40 into the chamber 23 and a check valve air outlet 41 from the chamber 23 provided, which are connected to an air duct 42 which has a check valve air inlet 43 from the atmosphere and a check valve air outlet 44 to atmosphere An air turbine 45 is arranged in the air duct and connected to an electrical generator 46, so that it drives the electrical generator 46 when air flows through the air duct 42.
Die Vorrichtung hat eine langgestreckte Form in einer Richtung parallel zu den Wellen, wie aus Fig. 5 ersichtlich, auf welche nun Bezug genommen wird, und weist Seitenwände 49 auf, durch welche eine Mehrzahl von Kammern 23 begrenzt werden, die jeweils an eine entsprechende Luftturbine (nicht gezeigt) und einen elektrischen Generator 46 (nicht gezeigt) angeschlossen sind.The device has an elongated shape in one direction parallel to the shafts, as can be seen from Fig. 5, to which reference is now made, and has side walls 49, through which a plurality of chambers 23 are delimited, each of which is connected to a corresponding air turbine (not shown) and an electrical generator 46 (not shown) are connected.
Im Betrieb der Vorrichtung aus den Fig. 4 und 5 wird durch die Schwingungsbewegung der Flüssigkeit in der Kammer 23 mit der Bewegung der Wellen Luft in die Kammer durch die Lufteinlässe 43 und 41 eingesaugt und anschließend Luft aus der Kammer 23 durch die Luftauslässe 40 und " 4'4 ausgestoßen. Die Richtung des Luftstroms im Luftkanal 42In operation of the device of FIGS. 4 and 5, the vibratory movement of the liquid in the Chamber 23 with the movement of the waves air is sucked into the chamber through the air inlets 43 and 41 and then Air from the chamber 23 through the air outlets 40 and "4'4 pushed out. The direction of the airflow in the air duct 42
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ist einsinnig, wie aus den Pfeilen ersichtlich, welche den Luftstrom anzeigen. Daher wird die Luftturbine 45 sowohl bei der Aufwärtsbewegung als auch bei der Abwärtsbewegung der Flüssigkeit in der Kammer 23 angetrieben. is unidirectional, as can be seen from the arrows that indicate the air flow. Therefore, the air turbine 45 becomes driven both in the upward movement and in the downward movement of the liquid in the chamber 23.
Eine in meister Hinsicht mit der Vorrichtung aus den Fig. 4 und 5 vergleichbare Vorrichtung, welche jedoch Abmessungsverhältnisse und eine Gewichtsverteilung wie die Vorrichtung in Fig. 3 hat, ist in Fig. 6 gezeigt, auf welche., nun Bezug genommemwird. Wenngleich die Vorrichtung aus Fig. 6 mit einer hinteren Wand 36 a mit parallelen Seiten anstatt der dreieckigen hinteren Wand der Vorrichtung aus Fig. 4 versehen ist, wirkt sie genauso wie die Vorrichtung, welche in Zusammenhang mit· Fig. 4 beschrieben ist, um Energie aus den Wellen zu entziehen.One in most respects with the device from the FIGS. 4 and 5 are comparable devices, but which have dimensional ratios and a weight distribution like that of FIG Apparatus in Fig. 3 is shown in Fig. 6 to which reference is now made. Albeit the device from Fig. 6 with a rear wall 36 a with parallel sides instead of the triangular rear wall of the device from FIG. 4, it acts in exactly the same way as the device which is described in connection with FIG is to draw energy from the waves.
Wenngleich die Rückschlagventile für die Lufteinlass© 43 und 41 und die Luftauslässe 40 und 44 in den Fig. 4 und 6 als Einzellklappenventile gezeigt sind, können eine Mehrzahl von Klappen (nicht gezeigt) parallel zueinander verwendet werden, und zwar je nach den Abmessungen des Lufteinlasses 43 oder 41 und des Luftauslasses 40 oder 44.Although the check valves for the air inlet © 43 and 41 and the air outlets 40 and 44 are shown in FIGS. 4 and 6 as single-flap valves a plurality of flaps (not shown) can be used in parallel depending on the dimensions the air inlet 43 or 41 and the air outlet 40 or 44.
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Ein wichtiger Gesichtpunkt der oben beschriebenen Erfindung besteht darin, daß alle größeren zyklischen Kräfte, welche auf die Vorrichtung einwirken, einschließlich der Körperkräfte in der vertikalen Ebene, welche mit der Richtung der Fortschreitung der Wellen zusammenfällt, im wesentlichen ausgeglchen sein sollen, während äußere Zwangskräfte nicht vorhanden sind.An important aspect of the invention described above is that all major cyclic Forces acting on the device, including body forces in the vertical plane, which coincides with the direction of propagation of the waves, should be essentially balanced while external constraining forces are not present.
Wenngleich die Erfindung unter Bezug auf eine Vorrichtung beschrieben ist:, in welcher die Sctwingungsbewegungen einer Wassesäule zum Abziehen von Energie aus auftreffenden Wellen verwendet wird , kann die Erfindung auch in andere Vorrichtungen einbezogen werden, welche zum Abziehen von Energie aus auftreffenden Wellen verwendet werden, beispielsweise in Vorrichtungen, in welchen der Abtrieb aus der Bewegung der einen Komponente relativ zu einer anderen Komponente abgeleitet wird, wie dies bei der Salter "Ente" aus der GB-PS 1 482 085 und der Cockerell-Floßvorrichtung aus der GB-PS 1 448 204 der Fall ist. Die Offenbarung aus diesen Patentschriften wird durch den Bezug daruf in die Offenbarung der vorliegenden Beschreibung einbezogen.Although the invention is described with reference to a device: in which the oscillating movements a column of water to draw off energy from impacting Shafts is used, the invention can also be incorporated into other devices which are used for Used to subtract energy from incident waves be, for example in devices in which the output from the movement of one component is derived relative to another component, as is the case with the Salter "duck" from GB-PS 1 482 085 and the Cockerell raft device from GB-PS 1 448 204 is the case. The disclosure from these patents becomes incorporated by reference in the disclosure of the present specification.
In den Fig. 7 und 7 a ist eine An· Ordnung gezeigt, in v/elcher mehrere Salter ■ "Enten" 50 auf einer Stange 51 montiert sind, welche in einer schwimmenden TrägervorrichtungIn FIGS. 7 and 7 a, an arrangement is shown in v / which several Salter ■ "ducks" 50 are mounted on a rod 51, which in a floating support device
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52 gelagert ist,und die Trägervorrichtung 52 weist eine Anzahl von Trennwänden 53 auf, welche parallel hintereinander entlang der Trägervorrichtung 52 verteilt angeordnet sind, um die Stange 51 zu lagern. Durch geeignete Versuche für die Gestaltung und den Trägheitsradius der zusammengesetzten Trägervorrichtung 52 und der Salter "Ente" 50 in der Weise, welche zu der Vorrichtung aus Fig. 1 beschrieben ist, können eine Gestaltung, eine Lage des Schwerpunktes und ein Wert des Trägheitsradius um den Schwerpunkt bestimmt werden, durch welche das Ausmaß und die Stärke der Wellen minimiert werden, welche durch die kombinierte Trägervorrichtung 52 und Salter "Ente" 50 übertragen und von dieser Vorrichtung reflektiert werden, so daß die Energie maximiert wird, welche aus den ankommenden Wellen durch das Nicken der Salter "Ente" 50 in Antwort auf diese Wellen abgezogen werden kann. Es ist ersichtlich, daß eine verhältnismäßig kurze Trägervorrichtung 52 verwendet werden kann, welche nur einige ader selbst nur eine einzige Salter "Ente" 50 trägt, deren Gestaltung und Wirkung aus der Zeichnung klar ersichtlich sind. Wenngleich die Salter "Ente" 50 Translationsbewegungen mit der Trägervorrichtung 52 in Antwort auf die auftreffenden Wellen ausführt, ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad für den Entzug von Wellenenergie durch die Salter "Ente" 50, und zwar aufgrund der Wahl der52 is mounted, and the carrier device 52 has a Number of partition walls 53, which are arranged distributed parallel one behind the other along the carrier device 52 to support the rod 51. Through suitable experiments for the design and radius of gyration of the composite support device 52 and the Salter "duck" 50 in the manner which is described for the device from FIG. 1, a design, a position of the Center of gravity and a value of the radius of gyration around the center of gravity are determined by which the extent and the strength of the waves caused by the combined carrier device 52 and Salter "duck" 50 are transmitted and reflected by this device, so as to maximize the energy extracted from the incoming waves by the nod of the Salter "duck" 50 can be deducted in response to these waves. It can be seen that a relatively short carrier device 52 can be used, which only a few veins only a single Salter "duck" 50 carries, their Design and effect are clearly evident from the drawing. Albeit the Salter "duck" 50 translational movements with the carrier device 52 in response to the impinging waves, a relative result results high efficiency for the withdrawal of wave energy by the Salter "duck" 50, due to the choice of
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Gestaltung der mit dieser kombinierten Trägervorrichtung und von deren Schwerpunktslage und deren Trägheitsradius entsprechend der Erfindung. Zu weiteren Einzelheiten der Salter "Ente" 50 wird auf die GB-PS 1 482 08 5 hingewiesen, auf welche Bezug genommen ist.Design of the carrier device combined with this and of its center of gravity and its radius of gyration according to the invention. For further details of the Salter "duck" 50, reference is made to GB-PS 1 482 08 5, which is referred to.
In den Fig. 8 und 8 a und 8 b sind wesentliche Merkmale der Erfindung in Anwendung auf eine Vorrichtung vom Floßtyp zum Enziehen von Energie aus auftref§nden Wellen gezeigt. Diese Vorrichtung macht von den Prinzipien des "Cockerell-Floß es" Gebrauch und weist einen Schwimmer 55 auf, der schwenkbar an zwei A-Rahmen 56 befestigt ist, welche jeweils an eine Schwenkstange 57 angeschlossen sind, welche sich quer über einen Schlitz 59 in einer Winkelförmig gestalteten oberen Fläche eines Trägerfloßea 58 erstreckt. Jeder A-Rahmen 5 6 weist einen aufwärts abstehenden Ansatz 60 auf, welcher eine Lagerung für eine Schwenkstange 61 bildet, an welche ein gegabeltes Ende 62 einer Kolbenstange 63 einer hydraulischen Kolbenpumpe 64 schwenkbar angeschlossen is t. Der Zylinder 65 der Pumpe 64 ist schwenkbar an eine Schwenkstange 67 angeschlossen, welche an dem Trägerfloß 58 angeordnet ist und sich quer über einen Schlitz 69 der oberen Fläche des 58 erstreckt.8 and 8 a and 8 b are essential features of the invention as applied to a raft-type device shown for drawing energy from incident waves. This device makes use of the principles of "Cockerell raft it" uses and has a float 55, which is pivotably attached to two A-frames 56, which are each connected to a pivot rod 57, which extends across a slot 59 in an angled upper surface of a carrier raft a 58 extends. Each A-frame 5 6 has an upwardly projecting extension 60, which is a storage for a Swivel rod 61 forms to which a forked end 62 of a piston rod 63 of a hydraulic piston pump 64 is pivotably connected. The cylinder 65 of the pump 64 is pivotably connected to a pivot rod 67, which is arranged on the carrier raft 58 and extends across a slot 69 of the upper surface of the 58 extends.
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Im Betrieb wird die Relativbewegung zwischen dem Schwimmer 55 und dem Trägerfloß 58 in Antwort auf auftreffende Wellen für die Durchführung mechanischer Arbeit durch Pumpen vonIn operation, the relative movement between the float 55 and carrier raft 58 in response to incident waves for performing mechanical work by pumping
in Hydraulikflüssigkeit in der Pumpe 64'einen Hydraulikkreisa hydraulic circuit in hydraulic fluid in the pump 64 '
(nicht gezeigt) ausgenutzt.(not shown) exploited.
Wie dies im Zusammenhang mit der Salter "Ente" beschrieben ist, können eine Gestalt, eine Schwerpunktslage und ein Wert des Trägheitsradius um den Schwerpunkt derart bestimmt werden, daß die von der Vorrichtung aus den Fig. 8 bis 8 b übertragenen und reflektierten Wellen minimiert und daher die Energie maximiert ist, welche aus den auftreffenden Wellen abgezogen wird. Eine langgestreckte Vorrichtung mit zahlreichen Schwimmern 55, welche parallel hintereinander an ein einziges Trägerfloß 58 angeschlossen sind, können entsprechend der Vorrichtung verwendet werden, welche im Zusammenhang mit der Salter "Ente" aus Fig. 7 a beschreiben ist,As described in connection with the Salter "duck" can have a shape, a center of gravity and a The value of the radius of gyration around the center of gravity can be determined in such a way that the apparatus of FIGS 8 b transmitted and reflected waves are minimized and hence the energy that is extracted from the incident waves is maximized. An elongated device with numerous floats 55, which are connected in parallel one behind the other to a single carrier raft 58, can are used in accordance with the device which is described in connection with the Salter "duck" from Fig. 7a,
Wenngleich die Vorrichtungen aus den Fig. 2 bis 8 in Vollmaterialkonstruktion gezeigt sind, ist es ersichtlich, daß geeignete Hohlräume zur Vergrößerung des Auftriebes und zu dem Zweck vorgesehen werden können, die erforderliche Lage des Schwerpunktes und den erforderlichen Wert des Trägheitsradius um den Schwerpunkt zu erhalten.Although the devices of FIGS. 2 to 8 in Solid construction are shown, it can be seen that suitable cavities to enlarge the Buoyancy and can be provided for the purpose, the required position of the center of gravity and the required Value of the radius of gyration to get the center of gravity.
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Die Wellenhöhenmesser 14, 15 und 16, welche in der Vorrichtung aus Fig. 1 verwendet sind, sind von einer Art, die zur Messung der Wellenhöhe gebräuchlich ist.The wave altimeters 14, 15 and 16, which in the Apparatus of Fig. 1 used are of a type which is conventional for measuring wave height.
Aus der vorausgehenden Beschreibung der Erfindung ist es ersichtlich, daß Translationsbewegungen der Vorrichtungen sich auf eine Vertikalbewegung und/oder eine Horizontalbewegung in der vertikalen Ebene beziehen, welche mit der Richtung der ankommenden Wellen zusammenfällt. Solche Bewegungen sind auch als "Längsbewegung" bzw. "Tauchbewegung" bekannt. Die Drehbewegung in dieser vertikalen Ebene ist andererseits als "Stampfbewegung" bekannt. Es kann auch eine Bewegung quer zu dieser Ebene gleichzeitig mit den vorstehend beschriebenen Bewegungen in dieser Ebene auftreten. Wenn die Vorrichtung in einer Richtung senkrecht zu ihrer Vertikalebene gegenüber der Länge der Vorrichtung zwischen ihrer Vorderseite und Hinterseite in der vertikalen Ebene verhältnismäßig lang "ist, ist die Bewegung der Vorrichtung in Antwort auf die Wellenbewegungen im wesentlichen zweidimensional in der vorerwähnten vertikalen Ebene.From the foregoing description of the invention it will be apparent that translational movements of the devices relate to a vertical movement and / or a horizontal movement in the vertical plane, which with the direction of the incoming waves coincides. Such Movements are also known as "longitudinal movement" or "diving movement". The rotation in this vertical plane on the other hand is known as a "stomping motion". There can also be a movement transverse to this plane simultaneously with the movements described above occur in this plane. When the device is perpendicular in one direction to its vertical plane opposite the length of the device between its front and rear in the vertical "Plane is relatively long", the movement of the device in response to the wave movements is substantial two-dimensional in the aforementioned vertical plane.
Im übrigen wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Abziehen von Energie aus Wellen auf einer Flüssigkeit geschaffen, auf welcher die Vorrichtung schwimmen kann. Die Vorrichtung ist derart ausgelegt, daß sie auf die Wellenbewegung mit einer derartigen Kombination vonIn addition, a device for extracting energy from waves on a liquid is created by the invention, on which the device can float. The device is designed in such a way that it reacts to the wave motion with such a combination of
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Längsbewegungen, Tauchbewegungen und Stampfbewegungen antwortet, daß sie im wesentlichem Maße der übertragung und/oder Reflexion von Wellen durch die Vorrichtung selbst entgegenwirkt.Longitudinal movements, diving movements and pitching movements replies that they are substantially of the transmission and / or reflection of waves by the Device itself counteracts.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |