DE3117099C2 - Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie - Google Patents

Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie

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Eberhard Prof. Dr.rer.nat. 6600 Saarbrücken Häusler
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie aus der DE-OS 25 29 759 bekannt ist. Dort ist eine Anordnung beschrieben, die mit einem Schwimmer arbeitet, der mittels einer oder mehrerer Trossen auf dem Meeresboden verankert ist. Die Bewegungsenergie des Schwimmers bzw. der schwimmenden Masse wird dann über Rollen in mechanische Energie gewandelt und dann einem Generator zur Umwandlung in elektrische Energie zugeführt. Durch die zweimalige Umwandlung der Energie entstehen Energieverluste und die Anordnung wird kompliziert.
Ebenfalls ist dort eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 3 beschrieben, wobei mittels eines schwingungsfähigen Feder- bzw. Fluid-Masse-Systems die Energieumwandlung durchgeführt werden kann. Hier wird das Fluid einer Turbine und ebenfalls einem Generator zugeführt.
Auch hier muß daher die hydromechanische Energie zweimal umgewandelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die hydromechanische Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln.
Dies wird durch Anordnungen nach dem Kennzeichen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 und 4 gekennzeichnet.
Aus der DE-PS 27 29 223 ist es bekannt, mechanische Energie mittels piezoelektrischer Folien in elektrische Energie umzuwandeln.
Hochpolymerfolien (z. B. aus Polyvinylfluorid) zeigen nach Vorbehandlung (Recken, Polarisierung) solche piezoelektrische Eigenschaften.
Dabei werden elektrische Ladungen frei, wenn diese Folien verformt werden. Durch Metallisierung der Oberfläche entsteht ein Kondensator, dessen Ladung durch den piezoelektrischen Effekt hervorgerufen wird. Diese Eigenschaften piezoelektrischer Folien werden schon benutzt zur Konstruktion von Mikropnonen, Lautsprechern (Sessler G. M, Fortschritte der Akustik, DAGA 76, S. 81 —95) und auch zur Messung physiologischer Größen (Elastokardiogramm, Süssner H, Dissertation, München, 1976).
In der z. B. in der DE-PS 27 29 223 dargestellten Weist, lassen sich diese piezoelektrischen Folien jedoch nicht direkt für die Umwandlung hydromechanischer Energie nutzen.
Die hydromechanische Leistung von Meereiwellen mittlerer Amplitude (3 m) bei einer Wellenlänge von 150 m (Frequenz: 0,1 Hz) beträgt pro Meter WellenfroiH etwa 50 kW. Um diese Energie z. T. ir. elektrische Energie umzuwandeln, sollen piezoelektrische Folien so aufgewickelt werden, daß sie Trossen darstellen. Die Enden sollen durch Schellen festgeklemmt werden, wodurch mechanische Stabilität hergestellt und der Anschluß von Elektroden ermöglicht wird (vgl. A b b. 1 a und b). Diese Trossen Jollen einerseits auf dem Meeresboden befestigt werden, das andere Ende soll mit dem Boden des Schwimmers verbunden werden. Schwimmer und Trosse bilden somit ein Masse-Federsystem, dessen Eigenfrequenz durch Vergrößerung der Masse (z. B. durch teilweises Fluten der Schwimmer) geändert und näherungsweise gleich der Frequenz der Meereswellen gemacht werden kann.
Auch in der DE-OS 25 29 759 wird eine Abstimmung des Systems vorgeschlagen, damit die Grundfrequenz der Anordnung etwa der charakteristischen Wellenfrequenz entspricht. Dies geschieht durch Änderung der Umfangsgeschwindigkeit eines Schwungrades, was die Regelung sehr kompliziert und die Anordnung voluminös macht
Das Trosse-Schwimmersystem ivird durch Meereswellen zu erzwungenen Schwingungen angeregt, wodurch die Trosse gedehnt wird und Ladungen an der metallisierten Oberfläche der Folien entstehen, die zur Aufladung eines (im Schwimmer angeordneten) Akkumulators nach Gleichrichtung dienen können.
Die Lage des Schwimmers zur Wasseroberfläche kann variiert werden, wenn zwischen dem oberen Ende der piezoelektrischen Trosse und dem Schwimmerboden noch eine weitere Trosse (nicht piezoelektrisch) variabler Länge angeordnet wird.
Durch einen Stellmotor in Verbindung mit einem elektrischen Spannungsfühler soll die Trossenlänge und damit die Eindringtiefe des Schwimmers so reguliert werden, daß die Ausgangsspannung den größtmöglichen Wert besitzt. Dadurch soll der Einfluß unterschiedlichen Wasserstandes (z. B. durch Ebbe und Flut) eliminiert werden.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken können im Innern eines Hohlkörpers (Schwimmer) Folientrossen der beschriebenen Art angeordnet werden, die eine Masse (z. B. den aufzuladenden Akkumulator) mit der Schwimmerwand verbinden. Dadurch entsteht ein seismisches System, dessen Eigenfrequenz näherungsweise gleich der Frequenz der Meereswellen sein soll, indem einzelne Folientrossen an- oder abgeschaltet werden, wodurch die Eigenfrequenz verändert werden kann. Die
Folientrossen sollen so angeordnet sein, daß alle möglichen quasiperiodischen Bewegungen des Schwimmers (z. B. auch Schlingern oder Stampfen) zu einer Relativbewegung von Masse und Schwimmerwand führen und dadurch Ladungen von den Folientrossen erzeugt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
10
15
20
30
35

Claims (4)

31 Yl Patentansprüche:
1. Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie mit einem Schwimmer, der mit einer oder mehreren Trossen auf dem Meeresboden verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trossen ganz oder teilweise aus aufgewickelten piezoelektrischen Hochpolymerfolien bestehen, die mit metallischen Oberzügen versehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende der Folientrosse und Schwimmer ein Kabel variabler Länge angeordnet wird, dessen Länge durch einen von der Ausgangsspannung gesteuerten Servomotor automatisch so eingestellt wird, daß die Ausgangsspannung den größtmöglichen Wert hat
3. Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie mit einem Schwimmer, der mit einer oder mehreren Trossen auf dem Meeresboden verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Schwimmers einerseits an der Schwimmerwand und andererseits an einer Masse (z. B. Akkumulator) eine aufgewikkelte, mit metallischen Überzügen versehene piezoelektrische Hochpolymerfolie befestigt ist, wobei Schwimmer, Masse und Folientrosse ein seismisches System bilden.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ri'e Eigenfrequenz des seismischen Systems durch Zu- oder Abschalten einzelner Trossen mit der Frequenz der MtereswCiien näherungsweise zur Übereinstimmung gebischt werden kann.
35
DE3117099A 1981-04-30 1981-04-30 Anordnung zur Umwandlung hydromechanischer Wellenenergie in elektrische Energie Expired DE3117099C2 (de)

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