DE3035458A1

DE3035458A1 - Wellenenergieabsorber

Info

Publication number: DE3035458A1
Application number: DE19803035458
Authority: DE
Inventors: Hideo Prof. Muroran Hokkaido Kondo
Original assignee: Muroran Institute of Technology NUC
Current assignee: Muroran Institute of Technology NUC
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS5644466A; CA1158134A; GB2058937A; AU6218280A; DE3035458C2; GB2058937B; US4403475A; FR2465838B1; FR2465838A1; AU519250B2

Description

Wellenenergieabsorber

Die Erfindung betrifft einen in eine Wellenbrecher-Mauerkonstruktion einbaubaren Wellenenergieabsorber bzw. Wellen- oder Brandungskraftwandler und insbesondere einen Resonanz-Wellenenergieabsorber bzw. -absorptionsgerät, der bzw. das als Teil eines Wellenbrechers, einer Küsten-Damm- oder -Deichanlage ο.dgl. Mauerbauwerk mit einem Mindestmaß an Installationskosten errichtbar ist und einen maximalen Energieabsorptions-Wirkungsgrad bei der Gewinnung kostengünstiger Energie aus Wellen, wie Meereswellen, gewährleistet. Die Ausgangsleistung dieses Wellenenergieabsorbers kann in Form elektrischen Stroms geliefert werden, wenn die Wellenenergie mittels einer Stromerzeugungseinrichtung entsprechend umgewandelt wird; wahlweise kann sie mittels Energieumwandlung durch eine an den Wellenenergieabsorber angeschlossene Hydraulikeinrichtung in Form von Öldruck gespeichert werden.

Bisher vorgeschlagene Wellenenergieabsorber lassen sich in die beiden Kategorien gemäß nachfolgender Tabelle I einteilen:

1300U/T324

!DABELIE I

Aufstellort und Bauweise Dynamik

I Ortsfeste Küstenkonstruktion 1. Passiver Typ

II Schwimmende Küstengewässerkon- 2. Resonanztyp struktion

Vom Standpunkt der Leistung bzw. Wirtschaftlichkeit bei der Energiegewinnung ist der zweitgenannte Typ gemäß der Tabelle» d.h. der Resonanztyp, bekanntlich vorteilhafter als der passive Typ. Die meisten bisherigen Wellenenergieabsorber des Resonanztyps sind jedoch als schwimmende Küstengewässerkonstruktionen ausgelegt (entsprechend Kategorie II nach obiger Tabelle); eine solche Konstruktion ist wegen ihres großen Schwimmkörpers unvermeidbar kostenaufwendig, und sie ist mit bisher ungelösten Problemen bezüglich der Verankerung des Schwimmkörpers behaftet. Andererseits kann eine ortsfeste Küstenkonstruktion als Teil eines Wellenbrechers, einer Damm- oder Deichanlage o.dgl. mit erheblichen Einsparungen an Baukosten gebaut werden, doch wurde bisher für eine ortsfeste Küstenkonstruktion lediglich der dynamisch passive Typ vorgeschlagen, während eine ortsfeste Küstenkonstruktion vom Resonanztyp bisher noch nicht vorgeschlagen wurde.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines wirtschaftlichen Wellenenergieabsorbers vom Resonanztyp in Porm einer ortsfesten Kü stenkonstruktion bzw. eines an der Küste errichteten Bauwerks.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentan-

13O0U/1324

~⁶~ 3035450

Sprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Peststellung, daß Wellenenergie mittels eines Flügelrades, das sich in einem Senkkasten bzw. Caisson nur in einer Richtung dreht, wirksam absorbiert bzw. gewonnen werden kann. Erfindungsgemäß sind ein oder mehrere Senkkästen an einem Wellenbrecher, einem Damm oder Deich o.dgl. als einheitlicher Teil desselben montiert, wobei jeder Senkkasten eine durch einen Boden, eine offene Seite, eine letzterer gegenüberstehende Rückwand, mindestens zwei die offene Seite und die Rückwand zwischen sich einschließende Seitenwände und einen offenen oberseitigen Teil festgelegte Wasserkammer aufweist und wobei die Wasserkammer in jedem Senkkasten eine Länge besitzt, die größer ist als ein Viertel der Wellenlänge L„ im Senkkasten, so daß sich in der Wasserkammer eine stehende Welle mit einem Knotenpunkt (node) in einem Abstand von L /4 von der Rückwand in Richtung auf die offene Seite bildet. In jedem Senkkasten sind ein oder mehrere Wellenenergie-Turbinenflügelräder in einer mit dem Knotenpunkt der stehenden Welle koinzidierenden Position drehbar gelagert. Die Erfindung stützt sich nun auf die bedeutsame Feststellung, daß sich die auf diese Weise im Senkkasten angeordneten Flügelräder (bzw. Schaufelräder) in einer bestimmten Richtung drehen und damit die Wellenenergie wirksam zu absorbieren vermögen. Die als Drehbewegung von den Flügelrädern absorbierte Wellenenergie kann mithin kostengünstig in elektrische oder thermische Energie umgewandelt werden, was mit Hilfe herkömmlicher Energiewandler geschehen kann. Erfindungswesentlich ist dabei jedoch die Stelle im Senkkasten, an welcher das Wellenenergie-Turbinenflügelrad angeordnet ist, um dadurch einen größtmöglichen Wirkungsgrad der Wellenenergiegewinnung zu erreichen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

13üOU/i324

Pig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Aufsicht auf

einen Wellenenergieabsorber mit Merkmalen nach der ' Erfindung»

Fig. 2 eine zur Hälfte im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Wellenenergieabsorbers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips bezüglich der Beziehung zwischen einer in einer Wellenkammer herrschenden Welle und der Position eines in dieser Kammer angeordneten Wellenenergie-Turbinenflügelrads»

Fig. 4 eine echematische Darstellung der Verteilung der größten Strömungsgeschwindigkeiten in einer Senkkasten-Ebene, die für den erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber ausgenützt wird,

Fig. 5A und 5B graphische Darstellungen der Ergebnisse von vorbereitenden Versuchen, welche den Einfluß der relativen Wasserkammerlänge B /L-. auf die Drehzahl N eines Flügelrads und das Leistungsgewinnungs- bzw. -ausbeuteverhältnis beim erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber zeigen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung der Art und Weise, auf welche die erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber auf Wellenbrecher- und Damm- oder Deichbauwerke anwendbar sind.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

1300U/1324

Gemäß den Fig. 1 bis 3 kann ein Senkkasten 1, z.B. aus stahlarmiertem Beton, als Teil einer Wellenbrecher- oder Damm- bzw. Deichkonstruktion so angeordnet werden, daß seine offene Seite der See zugewandt ist. Der Senkkasten 1 ist oberseitig ebenfalls offen. Zum Absorbieren bzw. Gewinnen von Wellenenergie ist im Senkkasten 1 eine Wasserkammer 2 derart festgelegt, daß in ihr eine stehende Welle mit einem Knotenpunkt in einer Position, die etwa einem Viertel der Länge L der Wasserkammer 2 entspricht, entsteht. Wenn in der Position dieses Knotenpunkts in die Wasserkammer 2 ein Wellenenergie-Turbinenflügelrad 3 eingesetzt wird, dreht sich dieses nur in einer Richtung, weil die Horizontalgeschwindigkeit der Wasserteilchen am Ort des Flügelrads 3 am größten ist. Diese Erscheinung wurde erfindungsgemäß gefunden. Auf der Grundlage dieser Erscheinung ermöglicht die Erfindung die Absorption oder Gewinnung von Wellenenergie aus Seewasser mittels der Drehung des Flügelrads 3. Die so gewonnene Energie kann in elektrischen Strom umgewandelt oder durch Antrieb einer öldruckpumpe als Öldruck gespeichert werden, der dann weiter zu thermischer Energie umgewandelt werden kann.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt der Senkkasten 1 Seitenwände 4> an deren Innenflächen den Strömungsdurchgang verengende Leitplatten 5 befestigt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine mittlere, den Strömungsdurchgang verengende Leitplatte 6 zwischen den beiden Flügelrädern 3 angeordnet. Jedes Flügelrad 3 besitzt eine in einem Lager 8 gelagerte Welle 7. Ein am oberen Ende der Welle 7 vorgesehenes Zahnrad 9 steht mit einem anderen Zahnrad 10 auf einer waagerechten Welle 11 in Eingriff. Die waagerechte Welle 11 trägt noch ein anderes Zahnrad 12, das mit einem Zahnrad 13 eines noch zu beschreibenden Energiewandlers im Eingriff steht. Auf die Oberseite des Senkkastens 1 ist ein Energiewandlergehäuse 14 aufgesetzt,- Auf einem Fundamenthügel 16 sind Wellenlängeneinstell-Blöcke 15 angeord-

1300U/13'24

-9- 303545

net, auf welche der Senkkasten 1 aufgesetzt ist.

Beim erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber kann die Welle 7 des Flügelrads 3 entweder lotrecht oder waagerecht angeordnet sein; bei lotrechter Anordnung der Welle 7 wird jedoch die Kraftübertragung vereinfacht. Das Flügelrad 3 kann aus Stahl oder aus einem faserarmierten Kunststoff bestehen. Jedes Flügelrad 3 trägt zwei oder mehr schaufelförmige Flügel. Wenn die einschnürenden Leitplatten 5 an den Seitenwänden 4 angebracht sind und die mittlere einschnürende Leitplatte 6 zwischen den beiden Flügelrädern3 angeordnet ist (vgl. Fig. 1) wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers am Ort der Flügelräder 3 so erhöht und gerichtet» daß die die Flügelräder 3 drehenden Kräfte verstärkt werden. Hie Leitplatten 5 und 6 können aus Stahl» aus faserarmiertem Kunststoff oder aus Beton bestehen.

Wenn gemäß Fig. 4 die Oberflächen der beiden Leitplatten eine identische Stromlinienform besitzen, die Leitplatten jedoch so angeordnet sind, daß sie sich gemäß Fig. 4 von der dem Flügelrad 3 am nächsten gelegenen Position aus in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, wird die Wasser—Strömungsgeschwindigkeit an der rechten Seite des Flügelrads 3» von der See zur Küste gesehen, so erhöht, daß sich die Tendenz des Flügelrads 3 zur Drehung in (ausschließlich) einer Richtung verstärkt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Stromlinienflächen der beiden einschnürenden Leitplatten 5 in dieselbe Richtung gerichtet; wenn die Verlaufs- bzw. Anströmrichtung der mittleren Leitplatte 6 gegenüber der Darstellung von Fig. 1 umgekehrt wird, wird ebenfalls das Bestreben des Flügelrads, sich nur in einer Richtung zu drehen, verbessert. Die Drehkraft der Flügelräder wird über ein Vorgelege aus den genannten Zahnrädern 9» 10, 12 und 13 zu einem Energiewandler 17 übertragen, um die Wellenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln oder sie durch Umwandlung in Φ bzw. asymmetrische

13-0-0 U

Öldruck oder thermische Energie zu speichern.

Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Oberseite des Senkkastens 1 nicht voll offen ist, ist es zweckmäßig, einen offenen Abschnitt in dem Teil der Oberseite des Senkkastens vorzusehen, welcher seiner küstenseitigen Rückwand benachbart ist. Falls nämlich der genannte Bereich der Oberseite des Senkkastens 1 geschlossen wäre» könnte die Welle an der Rückwand reflektiert werden, wobei die Wasserströmung in der Wasserkammer 2 in unerwünschter Weise turbulent werden würde. Um sich das Flügelrad 3 stets nur in einer Richtung drehen zu lassen, muß der Knotenpunkt der in der Wasserkammer 2 herrschenden stehenden Welle an einem konstanten Ort liegen, weil eine stehende Welle mit einem an einem solchen Ort befindlichen Knotenpunkt das Flügelrad 3 sich nur in einer Richtung drehen läßt.

Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß wesentlich, eine einwandfreie Beziehung zwischen der Position des Flügelrads 3 und der Länge B der Wasserkammer 2 des Senkkastens 1 einzuhalten. G-enauer gesagt: wenn die Länge B„ der Wasserkammer des Senkkastens 1 gemäß Fig. 3 nicht langer ist als ein Viertel der Wellenlänge L_c in der Wasserkammer, kann die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung nicht erzielt werden. Wenn somit die Periode T der vorherrschenden Welle groß ist, müssen zur Vermeidung einer zu großen Länge B der Wasserkammer des Senkkastens 1 die Wellenlängeneinstell-Blöcke 15, beispielsweise Betonblöcke, unter dem Senkkasten 1 angeordnet werden, um die Wellenlänge L. in der Wasserkammer 2 zu verringern.

Allgemein gesagt, setzt sich die Energie der Wasserwelle aus potentieller Energie und kinetischer Energie zusammen. Im Fall einer fortschreitenden Welle bewegen sich die Was-

14/1^2

serteilchen auf elliptischen Bahnen, so daß die unmittelbare Absorption bzw. Gewinnung der Energie einer fortschreitenden Welle schwierig ist. Wenn eine solche fortschreitende Welle auf eine lotrechte Wand trifft, etwa auf die Rückwand des Senkkastens 1, entsteht gemäß Pig. 3 eine stehende Welle W, deren Knotenpunkt P in einem Abstand L /4 von der Rückwand in Richtung auf die See liegt (L = Wellenlänge der stehenden Welle in der Wasserkammer). Die Wellenlänge L₀ läßt sich ohne Verlust an diejenige von Wellen kleiner Amplitude (Ι*_ολ) nach folgender Gleichung annähern:

¹CA ⁼ (gT²/2^)tanh(2/7h_c/L_cA)

sofern der Strömungswiderstand infolge der Elügelräder und Leitplatten vernachläsägbar ist. In obiger Gleichung bedeuten: g = Gravitationsbeschleunigung (9,8 m/Sek. ), T = Periode der stehenden Welle, tanh = hyperbolischer !Tangens und Ii = Höhe des Wasserspiegels in der Wasserkammer, von ihrem Boden aus gemessen. In der Position des Knotenpunkts P besteht die gesamte Energie der Wasserteilchen aus kinetischer Energie, und die Bewegungsbahnen der Wasserteilchen sind waagerecht, so daß sich ihre Energie vergleichsweise einfach gewinnen läßt.·, Versuche haben gezeigt, daß dann, wenn das Flügelrad 3 in die Wasserkammer 2 eingesetzt ist, der Bewegung der Wasserteilchen ein Widerstand entgegengesetzt wird und die Wellenlänge L etwas kleiner ist als die oben angegebene Wellenlänge L .. Wenn das Flügelrad 3 in der Position des Knotenpunkts P der stehenden Welle angeordnet wird, hat die Strömungsgeschwindigkeit der Wasserteilchen am Knotenpunkt P keine lotrechte Komponente, so daß eine Drehantriebskraft in einer bestimmten Richtung erzielt werden kann. Wie in Fig. 3 durch die ausgezogenen Pfeile A-A und die gestrichelten Pfeile B-B angedeutet, wird die Orientierung der Strömungsgeschwindigkeit der Wasserteilchen in der stehenden Welle in jeder Periode derselben

130 O¹U/1324

Timgekehrt, doch kann sich das Flügelrad 3 aufgrund der asymmetrischen Form seiner Flügel bzw. Schaufeln stets in der vorgesehenen einzigen Richtung drehen. Die Drehkraft bzw. das Drehmoment der so gebildeten Wellenenergieturbine wird über ein Zahnradvorgelege unter Erhöhung der Drehzahl zu einem Energiewandler 17» beispielsweise einem elektrischen Generator, übertragen.

Da der erfindungsgemäße Wellenenergieabsorber vom dynamischen Resonanztyp ist, kann eine zweckmäßige Wellenlänge L in der Wasserkammer 2 des Senkkastens 1 so gewählt werden, daß sie einer bestimmten Wellencharakteristik am Aufstellort angepaßt ist. In der Position des Knotenpunkts P einer im Senkkasten 1 herrschenden stehenden Welle werden ein oder mehrere Wellenenergie-Turbinenflügelräder 3 so angeordnet, daß sie sich zur Absorbierung der Wellenenergie in einer bestimmten Richtung drehen.

Zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit bzw. des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorbers wurden Laboratoriumsversuche bezüglich der Drehzahl des Flügelrads und des Verhältnisses zwischen der Wellenenergie-Eingabeleistung und der vom Wellenenergieabsorber absorbierten bzw. gewonnenen Leistung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den graphischen Darstellungen von Fig. 5A und 5B veranschaulicht. In der graphischen Darstellung von Fig. 5B bedeuten: W. = Leistung der einlaufenden Welle und W₊ = durch die Wellenenergieturbine des Wellenenergieabsorbers gewonnene Leistung. Fig. 5A veranschaulicht die Wirkung der relativen Wasserkammerlänge als B /L . (B = Wasserkammerlänge und L . = Wellenlänge mit der kleinsten Amplitude in der Wasserkammer ohne Verlust) auf die Drehzahl N des Flügelrads. Fig. 5B veranschaulicht die Wirkung der genannten relativen Wasserkammerlänge B /L auf das Verhältnis W./W. von gewonnener Leistung zu Eingabe-

13Q0U/1324

leistung. In der folgenden Tabelle II sind die Konstruktionen der Flügelräder und der die Strömung einschnürenden Leitplatten, die in den Laboratoriumsversuchen verwendet wurden, zusammengefaßt .

	zwei drei drei drei	TABELLE II	Leitplatte
Symbol	Flügelrad	nicht vorhanden nicht vorhanden vorhanden nicht vorhanden
• A Δ D	große Flügel große Flügel große Flügel kleine Flügel

Wie aus Fig. 5A und 5B hervorgeht, kann die lastfreie Drehzahl N des Wellenenergie-Turbinenflügelrads des Wellenenergieabsorbers maximiert werden, wenn sich die relative Wasserkammerlänge B_c/I . in der Nähe von B_c/L_ca Ci 0,2 befindet, während das Verhältnis W../W. zwischen gewonnener Leistung und Eingabeleistung dann maximiert werden kann, wenn die relative Wasserkammerlänge B_c/L_cA i^m Bereich von B /L _A 4 0,2 liegt. Durch die Laboratoriumsversuche wurden somit die vorher erwähnten dynamischen Eigenschaften der stehenden Welle belegt.

Obgleich das genannte Leistungsverhältnis aufgrund der Vorversuche nicht sehr hoch ist, kann es durch Verwendung zweckmäßiger Flügel bzw. Schaufeln und Leitplatten verbessert werden.

13 0 0 14/132 4

Durch den Einbau des erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorbers als einheitlichen Bauteil in einen Wellenbrecher, eine Deichanlage oder dergleichen Mauerkonstruktion wird deren Funktion verbessert und in keinem Fall beeinträchtigt. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorbers gewährleistet einen Reflex ionskoeffizienten von 30 bis 50 %> welcher mit den entsprechenden Werten vergleichbar ist» die von herkömmlichen Wellenbrechern des Vertikal-Wellenabsorbierertyps zur Zerstreuung von Wellenenergie als turbulente Strömung erreicht werden.

Wenn ein bisheriger Wellenenergieabsorber als schwimmende Küstengewässerkonstruktion ausgelegt ist, schlagen sich seine Installations- und Baukosten auf die Kosten für die aus dem Seegang gewonnene Energie nieder. Erfindungsgemäß werden dagegen die Installations- bzw. Baukosten für den Wellenenergieabsorber dadurch beträchtlich herabgesetzt, daß diese Vorrichtung als einheitlicher Bauteil eines Wellenbrechers, einer Damm- oder Deichanlage oder dergleichen Mauerkonstruktion eingebaut wird, so daß die Wellenenergie mit niedrigen Kosten als nutzbare Energie gewonnen werden kann.

Jährlich werden in der ganzen Welt mehrere tausend Kilometer Wellenbrecher und Damm- bzw. Deichanlagen gebaut. Wenn erfindungsgemäße Wellenenergieabsorber in einigen dieser Anlagen eingebaut werden, könnte dies zweifellos einen wesentlichen Beitrag zur Ausnutzung der Energiequellen darstellen. Der erfindungsgemäße Wellenenergieabsorber eignet sich besonders für die elektrische Stromerzeugung auf schwer zugänglichen, weitentfernten Inseln sowie in isolierten Gebieten.

Pig. 6 veranschaulicht eine durch einen erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber betriebene Warmwasser-Heizanlage unter

13 00 U-/13 24

Verwendung von Öldruck. Gemäß Fig. 6 wird die Drehung eines Schaufelrads 3 über ein Zahnrad 9 am einen Ende einer drehbaren Schaufelrad-Welle 7 und ein weiteres, auf einer waagerechten Welle 11 sitzendes und mit dem Zahnrad 9 kämmendes Zahnrad 10 auf die waagerechte Welle übertragen. Am anderen Ende der waagerechten Welle 11 ist ein Schwungrad 17a angebracht» und ein Kolben 19 eines hydraulischen bzw. Öldruckzylinders 18 ist am Schwungrad 17a so angelenkt, daß der Kolben 19 bei der Drehung der waagerechten Welle 11 im Hydraulikzylinder 18 Aufwärts- und Abwärtshübe durchführt. An den Hydraulikzylinder 18 ist über einen Umschaltventilmechanismus 21 sowie Ölleitungen 22, 23 und 24 ein Ölbehälter 20 angeschlossen. Die Ölleitungen 22 und 23 verlaufen zwischen dem Hydraulikzylinder 18 und dem Umschaltventilmechanismus 21, während die Ölleitung 24 den Ölbehälter 20 mit dem Umschaltventilmechanismus 21 verbindet. Der Ausgang des Mechanismus 21 -wird über eine Ölleitung 25 zu einer Düse 26 geleitet, welche das unter Druck gesetzte Öl in einen Wärmetauscher 27 einspritzt, der über Wannwasser-Heizröhren 28 mit einzelnen Gebäuden verbunden ist. Aus Pig. 6 geht hervor, daß beim Einspritzen des auf hohen Druck verdichteten Öls in den Wärmetauscher 27 über die Düse 26 die potentielle Wellenenergie über die kinetische Energie des Schwungrads 17a in Wärmeenergie umgesetzt wird, wobei die Wärmeenergie im Hydraulikzylinder 18 durch Teilchenkollision und Strömungsmittelreibung erzeugt wird. Auf diese Weise können die Warmwasser-Heizröhren 28 mit Wärme beschickt werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine elektrische Stromerzeugungsanlage mit erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorbern für den Antrieb von nicht dargestellten elektrischen Generatoren. Dabei sind mehrere Senkkästen 1 mit erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorbern als einheitlicher Teil eines Wellenbrechers29 sowie als einheitlicher Teil einer Küsten-Dammanla-

1300 TA/1324

ge 30 eingebaut. Die Wellenenergieabsorber in den Senkkästen 1 treiben nicht dargestellte elektrische Generatoren an, so daß die Wellenenergie in elektrische Energie bzw. elektrischen Strom umgewandelt wird, der über elektrische Stromübertragungsleitungen 31 abgeführt wird.

Überschlägige Berechnungen haben ergeben, daß dann, wenn ständig 7 m hohe Wellen zur Verfügung stehen, elektrischer Strom in einer Größenordnung von 147 kW pro Meter der Wellenfront durch Umwandlung der Wellenenergie gewonnen werden kann, sofern der Wirkungsgrad 30 % beträgt. Wenn ein Senkkasten mit einem erfindungsgemäßen Wellenenergieabsorber in einen auch zur Gewinnung der Wellenenergie ausgelegten Wellenbrecher eingebaut ist, für den die geschätzten Baukosten etwa 20 000 US-# pro Meter be tragen ,y^aie Einbaukosten für den Wellenabsorber in diesem Fall etwa 5 000 US-g! pro Meter betragen · Wenn ein solcher Wellenenergieabsorber in einen 10 m breiten Senkkasten mit Einblockkonstruktion in einen mit 2 m hohen Wellen beaufschlagten Wellenbrecher eingebaut ist, kann die Wellenenergie bei einem Wirkungsgrad von 30 % in einer Größenordnung von etwa 60 kW/m gewonnen werden.

•l

Im japanischen Meer werden derzeit Versuche mit einem schwimmenden Küstengewässer-Wellenenergieabsorber herkömmlicher Konstruktion unter Verwendung eines 80 m langen Schwimmkörpers durchgeführt, wobei eine Ausgangsleistung von 2 000 kW, nämlich 25 kW/m, angestrebt wird. Die Baukosten für den erwähnten Schwimmkörper namens KAIMEI belaufen sich auf etwa 200 Millionen Yen (etwa 1 Million US-#), so daß der Kostenanteil pro Meter Länge etwa 3 Millionen Yen (etwa 15 000 US-#) einschließlich der Verankerungseinrichtungen , b eträgt.

Wenn dagegen der erfindungsgemäße Wellenenergieabsorber als

1300U/1324

Teil von Senkkastenabschnitten eines Wellenbrechers oder einer Küsten-Damm- bzw.-Deichanlage eingesetzt wird, lassen sich die Baukosten für die Energiegewinnungsanlage erheblich verringern. Der erfindungsgemäße Wellenenergieabsorber unterscheidet sich von den schwimmenden Küstengewässer-Geräten dadurch, daß er zur Verwendung mit langen Wellenfronten» wie im Fall langer Wellenbrecher und Damm- oder Deichanlagen besonders geeignet ist.

Obgleich vorstehend nur einige derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind» sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

1300U/1324

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Wellenenergieabsorber, dadurch gekennzeichnet, daß er "~ einen Senkkasten (1) aufweist, der in eine Meereswellen zugewandte Damm- oder Mauerkonstruktion einbaubar ist und eine durch einen Boden, eine offene (Front-)Seite, eine dieser gegenüberstehende Rückwand, mindestens zwei die offene Seite und die Rückwand zwischen sich einschließende Seitenwände sowie einen offenen oberseitigen Abschnitt umrissene Wasserkammer (2) festlegt, deren Länge größer ist als ein Viertel der in der Wasserkammer (2) vorherrschenden Wellenlänge (L ), so daß sich in der Wasserkammer eine stehende Welle mit einem Knotenpunkt (P) bildet, der in einer Entfernung von L₀/4 von der Rückwand in Richtung auf die offene Seite liegt, und daß im Senkkasten (1) in einer mit dem Knotenpunkt der stehenden Welle koinzidierenden Position ein Wellenenergie-Turbinenflügelrad (3), das ausschließlich in einer Richtung umläuft, drehbar gelagert ist, wobei die Energie der in den Senkkasten einlaufenden Welle durch das Flügelrad (3) als Drehenergie desselben absorbiert bzw. gewonnen wird.

— 2 —

1300U/13 2 4

2. Wellenenergieabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß an den Seitenwanden des Senkkastens in
dom Flügelrad zugewandten oder gegenüberstehenden Positionen die Strömung einschnürende Leitplatten (5) montiert sind.

3. Wellenenergieabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß im Senkkasten mindestens zwei Wellenenergie-SDurbinenflügelräder drehbar gelagert sind und
daß zwischen benachbarten Flügelrädern Jeweils mindestens eine die Strömung einschnürende mittlere Leitplatte angeordnet ist.

4· Wellenenergieabsorber nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß im Senkkasten mindestens zwei Flügelräder drehbar gelagert sind» daß an den Seitenwänden des Senkkastens in den Flügelrädern zugewandten bzw. gegenüberstehenden Positionen die Strömung einschnürende
Leitplatten montiert sind und daß zwischen benachbarten Flügelrädern jeweils mindestens eine die Strömung
einschnürende mittlere Leitplatte angeordnet ist.

5. Wellenenergieabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungs-Leitplatten identische Querschnittsprofile besitzen und in identischer
Orientierung an den Seitenwänden befestigt sind.

6. Wellenenergieabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß die beiden Strömungs-Leitplatten jeweils identische Querschnittsprofile besitzen und in einander entgegengesetzter Orientierung an den Seitenwänden befestigt sind.

7. Wellenenergieabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

130GU/1324

zeichnet, daß das bzw. jedes Wellenenergie-Turbinen-· Flügelrad mindestens zwei asymmetrisch geformte Flügel "bzw. Schaufeln aufweist.

1300U/1324