DE3043514A1

DE3043514A1 - Verfahren zur nutzung der wellenenergie an fluessigkeitsoberflaechen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3043514A1
Application number: DE19803043514
Authority: DE
Inventors: Achim 2150 Buxtehude Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-18
Filing date: 1980-11-18
Publication date: 1982-06-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der Wel-
lenenergie an Flüssigkeitsoberf.lächen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es hat bereits vielfache Versuche gegeben, mittels geeigneter Vorrichtungen die Wellenenergie auszunutzen. So ist vorgeschlagen worden, die Wellenbewegung mittels Schwimmern auf eine Arbeitswelle zu übertragen. Ferner ist es bekannt, zwei Schiffskörper mittels einer waagerecht und querschiffs angeordneten Welle gelenkig miteinander zu verbinden, wobei durch die gegenläufige Drehbewegung eine hydraulische Krafterzeugungseinrichtung betrieben wird. Es ist auch bereits versucht worden, die Bewegungen eines Schiffes auf einen plattenförmigen Schwingflügel zu übertragen, der an einem mit dem Schiff verbundenen Träger angeordnet ist.
Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß sie relativ aufwendige kinematische Elemente aufweisen, wodurch der Wirkungsgrad derart verringert wird, daß eine wirtschaftliche Anwendung nicht mehr möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, daß bei Ausnutzung der Wellenenergie die bei bekannten Vorrichtungen auftretenden Wirkungsgradverluste vermieden werden, ohne daß hierzu technisch komplizierte Bauelemente erforderlich sind.
Erfindungsgemäß c.rfcllcJt (1ie Lösung der Aufgabe dadurch, daß ein an der Flüssigkeitsoberfläche schwimmender Behälter periodisch synchron mit dem Wellengang mit Flüssigkeit gefüllt wird und dann die im Behälter befindliche, einen höheren Flüssigkeitsstand als das mittlere Flüssigkeitsniveau der den Behälter umgebenden Flüssigkeit aufweisende Flüssigkeit durch diesen aus dem Behälter ausströmt, so daß durch den Impuls der austretenden Flüssigkeit der Behälter durch den Rückstoß vorwärtsgetrieben oder aber eine Energie<Drzeugungseinrichtung beaufschlagt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus mindestens einem als Auffangbecken oder Auffangkanal ausgebildeten an der Wasseroberfläche schwimmenden Behälter, an dessen mindestens einer Seitenwand als Düsen od. dgl. ausgebildete Wasseraustrittsöffnungen angeordnet sind.
Weitere Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüclien beschrieben und nachstehend anhand dcr in dcn Zeichnungen beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 und 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht und Queransicht, Fig. 3 bis 5 Ausführungsformen der mit dem Schwimmkörper eines Wasserfahrzeugs fest verbundenen Vorrichtung in jeweils einer Seitenansicht, Fig. 6 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer lösbaren Verhirldung mit dem Schwimmkörper eines Wasserfahrzeugs, Fig. 7 die Ausbildung der erfindungsge äßen VorrLchtung mit einem kreisringförmigen Behälter\ in der Seitenansicht im Schnitt, Fig. 8 die Vorrichtung nach Fig. 7 in der Drauf-i sicht.
In den Fig. 1 und 2 ist die Grundform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Lliese besteht aus einem Behälter 3, der als Auffangbecken ausgebildet ist und im Seitenriß die Form eines Schiffsrumpfes aufweist.
An dem Heck 20 ist geringfügig unterha.l}z der Wasseroberfläche 2 eine Wasseraustrittsöffnung 6 cvngeordnet. .Diese Wasseraustrittsöffnung 6 ist vorzugsweise als Düse 13 ausgebildet. Sobald ein Wellenberg 21 an dem Behälter 3 vorbeifließt, strömt Wasser in den oben offenen Behälter 3 ein, so daß der sich im Behälter 3 einstellende Wasserspiegel höher ist als das mittlere Niveau der Wasseroberfläche 2. Diese Höhendifferenz kann in Bewegungsenergie umgewandelt werden, indem die Düse 13 geöffnet wird und in dem Behälter 3 befindliches Wasser du:rch die Düse 13 ausströmt. Dieses Ausströmen.bewirkt einen Impuls entgegengesetzt zur Ausströmrichtung, wodurch der Behälter 3 in Richtung X fortbewegt wird. Es ist auch möglich, mehrere Düsen 13 am Heck 20 vorzusehen. Die Düsen 13 können schwenkhr ausgcb4dct sein, so daß mit ihrer Hilfe der Behälter 3 manövrierfähig ist. Ferner können jeder Düse Strömungsleiteinrichtungen 14 zugeordnet sein, die zur Optimierung des entstehenden Impulses und/oder zur Manövrierung dienen.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung 1 direkt an dem Schwimmkörper 7 eines Wasserfahrzeugs 8 auszubilden (Fig. 3 bis 5).
Hierzu wird dann in dem Schwimmkörper 7 ein Behälter 4 ausgebildet, der zur Aufnahme des mittels der Wellenberge 21 an das Schiffitransportierten Wassers dient. Der Behälter 4 kann allgemein offen ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dem1 an dem Wasserfahrzeug 8 ausgebildeten Behälter 4 Wasser über Einlaßkanäle 23 zukommen zu lassen. Diese Einaßkanäle 23 können im Rumpf des Schiffes ausgebildet oder aber dem Schanzkleid 18 zugeordnet sein. Sofern mögljch, kann der Behälter 4 auch als Seitenhochtank ausgebildet sein, der mit dem Schwimmkörper 7 des Wasserfahrzeugs 8 verbunden und zum Schanzkleid 18 offen ist. Ferner besteht die Möglichkeit, den Behälter 4 mit Schwimmbehältern an Bord des Schwimmkörpers 7 zu verbinden.
Um Behälter 3 unterschiedlichen Wellenausbildungsverhältnissen anpassen zu können, ist es möglich; die Niveauhöhe der Flüssigkeit im Behälter 3 zu regeln. Hierzu kann der Behälter 3 vertikal verschoben werden. Zu diesem Zweck können in dem Schwimmkörper 10 des Behälters 3 Fluttanks ausgebildet sein, die bei Bedarf mit Flüssigkeit gefüllt oder aber als Auftriebskörper verwendet werden. Es ist auch möglich, die Seitenwände des Behälters 3 teleskopisch vertikal zu verschieben.
In den Fig. 7 und 8 ist ein Anwendungsfall dargestellt, bei dem die Vorrichtung 1 nicht zum Vortrieb eincs Schwimmkörpers 7, sondern zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird. Der Behälter 3 ist als kreisringförmiges Auffangbecken 15 ausgebildet, das koaxial zur Mittelachse einer vertikalen Halteeinrichtung 11 angeordnet ist. An dieser befindet sich eine Drehmomentübertragungseinrichtung, mittels derer das Auffangbecken 15 mit einem Generator oder einem stromerzeugenden Spulen- und Kollektorkranz 17 in Wirkverbindung steht.
An der Seitenwand des Auffangbeckens 15 sind tangential Düsen 13 angeordnet, die bei ausreichender Befüllung des Auffangbeckens 15 mit Wasser diesem eine Drehbewegung in Richtung Y vermitteln. Das so entstehende Drehmoment kann über ein Getriebe 19 oder eine andere kraftschlüssige Einrichtung abgenommen werden. Vorteilhaft ist es, zur Erzeugung elektrischer Energie eine ringförmige Anordnung von Spule,i und Kollektoren 17 nach dem Linear-Generatorprinzip vorzusehen.
Nach der Erfindung ist es somit möglich, sowohl bei stationärem Betrieb sowie auch beim Betrieb an Wasserfahrzeugen 8, die Energie der welligen Flüssigkeitsoberfläche auszunutzen. Besonders zum Antrieb von Wasserfahrzeugen 8 bestehen die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten. Neben einer vollen Integration in den Rumpf des Wasserfahrzeugs 8 ist es auch möglich, die Vorrichtung 1 als getrennte Antriebseinrichtung mit Lastkähnen od. dgl. zusammenzukoppeln. Um eine optimale Befüllung des Behälters 3 sowie dessen EntleeruncI er iUlcrr ciic rtfisen 1 3 auch bei unterschiedlichen Wellenhöhen und Wellenfrequenzen zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, mehrere Behälter 3 zu verwenden. Hierdurch ist es möglich, einen Behälter 3 durch mehrere vorbeistreichende Wellenberge zu befüllen, während ein anderer Behälter phasenverschoben dann Wasser aus seinen Düsen 13 ausströmen läßt, wenn sich die Düsen 13 in einem Wellental befinden, so daß ein maximales Höhengefälle ausgenutzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur bei Oberflächenwässern, sondern auch bei bewegten Fluiden, die einem chemischen und/oder mechanischen Prozeß in einem Tank, Sammelbecken od. dgl. unterworfen werden, Anwendung finden.
Hierdurch ist es möglich, die z.B. durch ein Rührwerk oder thermische Prozesse verursachte Wellenbewegung der Fluidoberfläche zur Umwandlung in Energie auszunutzen. Leerseite

Claims

Bez.: Verfahren zur Nutzung der Wellenenergie an Flüssigkeitsoberflächen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Nutzung der Wellenenergie an Flüssigkeitsoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Flüssigkeitsoberfläche schwimmender Behälter periodisch synchrorl mit dem Wellengang mit Füssigkeit gefüllt wird und dann die im Behälter befindliche, einen höheren Flüssigkeitsstand als das mittlere Flüssigkeitsniveau der den Behälter umgebenden Flüssigkeit aufweisende Flüssigkeit durch Düsen aus dem Behälter ausströmt, so daß durch den Impuls der austretenden Flüssigkeit der Behälter durch den Rückstoß vorwärtsgetrieben oder aber eine Energieerzeugungseinrichtung angetrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem an der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden Behälter bis zu einem nahezu der Wellenhöhe entsprechenden Niveau Flüssigkeit gespeichert und dann durch eine oder mehrere Düsen aus dem Behälter ausgelassen wird, wenn das Flüssigkeitsniveau der den Behälter umgebenden Flüssigkeit über der oder den Düsen ein Minimum ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfrequenz und der Duchströmuerschnitt der Düsen in Abhängigkeit von Wellengang und Wellenhöhe gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveauhöhe der Flüssigkeit im Behälter in Anpassung an die Wellenhöhe geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zur Regelung der Niveauhöhe vertikal verschoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Niveauhöhe im Behälter dessen Seitenwände vertikal verschoben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der periodisch mit Flüssigkeit befüllbare Behälter auf einem freien Oberflächengewässer schwimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der periodisch mit Flüssigkeit befüllbare Behälter auf dem einem chemischen und/oder mechanischen Prozeß unterworfenen Fluid in einem Tank, Sammelbecken od. dgl. schwimmt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, insbesondere zum Antrieb von Wasserfahrzeugen und Energieerzeugungseinrichtungen, gekennzeichnet durch mindestens einen als Auffangbecken oder Aufiangkanal ausgebildeten, an der Wasseroberfläche (2) schwimmenden Behälter (3, 4), an dessen mindestens einer Seitenwand (5) als Düsen (13) od. dgl. ausgebildete Wasseraustrittsöffnungen (6) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) fest mit dem Schwimmkörper (7) eines Wasserfahrzeugs (8) oder einer Energieerzeugungseinrichtung (9) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) als Schwimmkörper (10) ausgebildet und lösbar fest mit einem oder mehreren Schwimmkörpern (7) von Wasserfahrzeugen (8) oder einer Energieerzeugungseinrichtung (9) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) beweglich mit einer Halteeinrichtung (11) verbunden ist, die an einem Ufer oder am Gewässergrund (12) verankert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) vertikal verschieblich ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schwimmkörper (10) des Behälters (3) Fluttanks ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt der Düsen (13) mittels einer Regeleinrichtung verstellbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Düse (13) zur Einstellung der Impulsrichtung eine Strömungsleiteinrichtung (14) ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (13) verschwenkbar angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) als kreisringförmiges Auffangbecken (15) ausgebildet ist, das drehbar um eine koaxial ausgerichtete vertikale Halteeinrichtung (11) angeordnet und mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung (16) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (16) mit einem Generator verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (16) mit einem an der Halteeinrichtung (11) angeordneten stromerzeugenden Spulen- und Ko11ckt-orkranz (17) in Wirkverbindung steht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) als Seitenhochtank ausgebildet ist, der mit dem Schwimmkörper (7) des Wasserfahrzeugs (8) verbunden und zum Schanzkleid (18) offen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) in einem mit einem beweglichen Fluid gefüllten Prozeßtank oder -becken auf der Oberfläche des Fluids schwimmend angeordnet ist.