DE3620454A1 - Wave-driven power station for use with sea waves - Google Patents

Wave-driven power station for use with sea waves

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Abstract

Attempts at using the power of the sea waves to generate electricity have so far had only a slight degree of success which has not been satisfactory. The aim of the invention is to remedy this circumstance. In accordance with the invention, a pumping system is proposed by means of which it is possible to drive a turbine with an electricity generator by using the enormous forces of sea waves. A suitable ship (tanker etc.) is anchored near shore. A plurality of pumping stations mounted laterally on the ship's side pump water into pressure vessels located in the ship's hull, from which it is fed in turn via feed pipes and adjusting valves to turbines and electricity generators. The electricity is sent ashore via cables. These systems can also be built at fixed locations on steep coasts which are situated where the flow is favourable.

Description

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nach­ stehend erläutert.The invention is based on exemplary embodiments standing explained.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anbringung mehrerer Pumpsta­ tionen an der Bootswand eines Schiffes, gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows schematically the attachment of several Pumpsta tions on the boat wall of a ship, according to the invention.

Fig. 2 eine Darstellung der Befestigung der Pumpanlage am Schiff mit Druck- bzw. Kraftverlauf des Wassers. Fig. 2 is an illustration of the attachment of the pump system to the ship with pressure or force curve of the water.

Fig. 3 eine detailierte Ansicht des Arbeitszylinders mit Kolben, Ausleger, Schwimmer und den dazugehörenden Befestigungen,von oben gesehen. Fig. 3 is a detailed view of the working cylinder with piston, boom, float and the associated fastenings, seen from above.

Fig. 4 Arbeitszylinder mit Kolben in Schnittansicht und Kugelventilen zwischen den beiden Halte- bzw. Ein­ stellspindeln. Fig. 4 working cylinder with piston in a sectional view and ball valves between the two holding or an adjusting spindles.

Fig. 5 Seitenansicht von Fig. 4. Fig. 5 side view of Fig. 4.

Ein Schiff (geeigneter Tanker ect.) ist in Ufernähe ver­ ankert. Seitlich an der Außenseite der Bordwand zur offe­ nen See hin, sind vertikal beweglich zwei Auslegerarme (1+2) angebracht und entgegengesetzt auf einem Schwimmer (3) befestigt. Zwischen den Auslegerarmen (1+2) ist ein beweglicher Zylinder (4) in der Aufhängung (11) gelagert. Von diesem Zylinder führt nach oben ein Kolben (5) der dort befestigt ist. Vertikal an der Bootswand sind zwei von oben bis nach unten ins Wasser reichende kräftige Schraubspindeln (6, 7) drehbar gelagert. An höhenmäßig verstellbaren Muttern (8, 9, 10) an den Spindeln sind in einem bestimmten Abstand zueinander, Kolben (5) sowie die beiden Auslegerarme (1, 2) und Zylinderführungen (24) be­ festigt. Die Höhen- bzw. Tiefeneinstellung der Zylinder­ konstruktion (4, 5) ist so gewählt, daß der Zylinder (4) voll unter Wasser zu liegen kommt. Beide Spindeln sind dabei Syncron zu betreiben.A ship (suitable tanker etc.) is anchored near the shore. Laterally on the outside of the dropside towards the open sea, two cantilever arms ( 1 + 2 ) are vertically movable and attached opposite to a float ( 3 ). A movable cylinder ( 4 ) is mounted in the suspension ( 11 ) between the boom arms ( 1 + 2 ). From this cylinder leads a piston ( 5 ) which is attached there. Two strong screw spindles ( 6 , 7 ) reaching vertically from top to bottom into the water are rotatably mounted vertically on the boat wall. On height-adjustable nuts ( 8 , 9 , 10 ) on the spindles at a certain distance from each other, piston ( 5 ) and the two cantilever arms ( 1 , 2 ) and cylinder guides ( 24 ) be fastened. The height or depth setting of the cylinder construction ( 4 , 5 ) is chosen so that the cylinder ( 4 ) comes to lie completely under water. Both spindles are to be operated synchronously.

Beim Wellengang gehorcht der Schwimmer (3) der Wellenbe­ wegung, wobei der Zylinder (4) gehoben und über den fest­ stehenden Kolben (5) gedrückt wird. An der Unterseite des Zylinders (4) befindet sich eine Einlaßöffnung (12) mit Kugelventil (13) und vorgelagertem Schmutzkorb (14). Auch an der Unterseite des Kolbens (5) befindliche Einlaßöffnung (15) mit Kugelventil (16) garantieren ein exaktes Öffnen und schließen der Einlaßöffnungen (12, 15). Durch das Unter­ wassersetzen des Arbeitszylinders (4) ist erstens eine Auf­ nahme von Luft mit dem einströmenden Wasser in die Einlaß­ öffnung (12) mit vorgelagertem Schmutzkorb unmöglich, die die Druckleistung negativ beeinflussen würde und zweitens wirkt sich das Gewicht des im Zylinder (4) befindlichen Wassers in der Arbeitsleistung nicht nachteilig aus und ist gleich Null. Schon bereits eine geringe vertikale Be­ wegung des Schwimmers (3) durch den Wellengang begründet, schließt das Einlaßventil (12) und führt zur Pumpleistung. When the waves swell ( 3 ) obeys the movement, the cylinder ( 4 ) is lifted and pressed over the fixed piston ( 5 ). At the bottom of the cylinder ( 4 ) there is an inlet opening ( 12 ) with a ball valve ( 13 ) and an upstream dirt basket ( 14 ). Inlet opening ( 15 ) with ball valve ( 16 ) located on the underside of the piston ( 5 ) also guarantees exact opening and closing of the inlet openings ( 12 , 15 ). By putting the working cylinder ( 4 ) under water, firstly, an intake of air with the inflowing water into the inlet opening ( 12 ) with an upstream dirt basket is impossible, which would have a negative impact on the pressure output, and secondly, the weight of the cylinder ( 4 ) water in the work performance is not disadvantageous and is zero. Already a slight vertical movement of the float ( 3 ) due to the swell, the inlet valve ( 12 ) closes and leads to pumping power.

Kolben (5) sowie auch Zylinder (4) sind ca. 15° schräg zur Schraubspindel (6, 7) aufgehängt, sodaß eine günstige Hebel­ wirkung bei den beweglichen Teilen am Auslegerarm (21, 11) bewerkstelligt ist und die Wirkung der Schubkraft von Zy­ linder (4) zu Kolben (5) auf die obere Halterung (23) und zu den Schraubspindeln geführt wird. Am unteren Teil des Zylinders (4) ist vertikal drehbar eine Führung (24) ange­ bracht, die bei der Arbeitsbewegung des Zylinders diesen genau linear zum Kolben führt. Dazu sind die Abstände von Aufhänge- bzw. zu Führungsbolzen (21, 11) und (25, 26) gleich. Desgleichen auch Abstand (21, 25) und (11, 26). Die Kolben­ aufhängung (23) ist auch drehbar gelagert um die leichte Drehbewegung aufzunehmen, die im Radius (21, 11) entsteht. Das vom nach oben gehenden Zylinder (4) gedrückte Wasser öffnet das Kugelventil am Kolbenboden (16) und füllt über die Zuleitungen im Kolbeninneren und beweglichen Druck­ schlauch (17) einen Wasserdruckbehälter (18), der im Schiffsrumpf installiert ist. Durch das einströmende Was­ ser wird die Luft im Wasserdruckbehälter (18) verdichtet und es entsteht bekanntlich der elastische Wasserdruck. Das so unter Druck gesetzte Wasser wird über eine Steig­ leitung (19) zu einer Turbine am Deck geleitet, die einen Generator zur Stromerzeugung treibt. Über ein Kabel wird an Land in das Stromnetz gespeist.Piston ( 5 ) and cylinder ( 4 ) are suspended approximately 15 ° to the screw spindle ( 6 , 7 ), so that a favorable lever effect is achieved with the moving parts on the extension arm ( 21 , 11 ) and the effect of the thrust of Zy Linder ( 4 ) to piston ( 5 ) on the upper bracket ( 23 ) and to the screw spindles. At the lower part of the cylinder ( 4 ) a guide ( 24 ) is vertically rotated, which leads to the piston during the working movement of the cylinder exactly linear. For this purpose, the distances from the suspension bolts to the guide bolts ( 21 , 11 ) and ( 25 , 26 ) are the same. Likewise also distance ( 21 , 25 ) and ( 11 , 26 ). The piston suspension ( 23 ) is also rotatably mounted to absorb the slight rotary movement that occurs in the radius ( 21 , 11 ). The water pushed up by the cylinder ( 4 ) opens the ball valve on the piston crown ( 16 ) and fills via the supply lines inside the piston and the movable pressure hose ( 17 ) a water pressure tank ( 18 ) which is installed in the ship's hull. Due to the inflowing water, the air in the water pressure container ( 18 ) is compressed and, as is known, the elastic water pressure is created. The water pressurized in this way is fed via a riser ( 19 ) to a turbine on the deck, which drives a generator to generate electricity. A cable is fed into the power grid on land.

Bei der Abwärtsbewegung des Schwimmers (3) ins Wellental genügt das Gewicht der bewegten Teile, das geschlossene Kugelventil (13) wieder zu öffnen und den Zylinder (4) zu füllen. Die Kugel (13) ist nur geringfügig schwerer als Wasser.When the float ( 3 ) moves downwards into the trough, the weight of the moving parts is sufficient to open the closed ball valve ( 13 ) again and to fill the cylinder ( 4 ). The ball ( 13 ) is only slightly heavier than water.

Ein Vorteil dieser Anlage besteht darin, das die Wellen­ energie gespeichert werden kann. Bei höherem Wellengang kann eine Überkapazität der Pumpleistung in mehrere hin­ tereinander geschaltete Wasserdruckbehälter im Rumpfin­ neren des Schiffes gespeist werden die bei Unterversor­ gung wieder dazugeschaltet werden. Zudem können mehrere Pumpanlagen nebeneinander am Schiff installiert werden die eine ausreichende Versorgung gewährleisten. Bei stürmischem Wellengang kann das Schiff bis zu 180° abgedreht werden, weil durch die untere Abschrägung des Schwimmers (3) auch bei seitlich anströmenden Wellen ein guter Aufwärtsdruck ge­ währleistet ist. Selbst bei Situationen bei der um 180° zur Brandung abgewandten Pumpanlage führt die Schaukelbewegung des Schiffes noch zur Pumpleistung. Außer den Wasserdruck­ kesseln sind im Rumpf des Schiffes noch ein oder mehrere Luftdruckkessel installiert, die mittels Luftkompressor ge­ füllt werden. Bei Unterversorgung des gepumpten Wassers kann der abnehmende Druck im Wasserdruckkessel damit er­ gänzt und der gleichmäßige Wasserdruck auf die Turbine ge­ währleistet werden.Bei höherer Pumpleistung wird bei ent­ stehendem Überdruck im Wasserdruckbehälter die überver­ dichtete Luft wieder in den Luftdruckkessel abgedrängt.An advantage of this system is that the wave energy can be stored. When the waves are higher, an overcapacity of the pumping capacity can be fed into several water pressure tanks connected in series in the interior of the ship's hull, which can be switched on again if there is insufficient supply. In addition, several pumping systems can be installed next to each other on the ship to ensure adequate supply. In stormy waves, the ship can be turned up to 180 °, because the lower bevel of the float ( 3 ) ensures good upward pressure even with waves coming in from the side. Even in situations with the pumping system turned away from the surf by 180 °, the rocking movement of the ship still leads to pumping performance. In addition to the water pressure boilers, one or more air pressure boilers are installed in the hull of the ship, which are filled using an air compressor. If the pumped water is undersupplied, the decreasing pressure in the water pressure boiler can be supplemented and the even water pressure on the turbine can be guaranteed. With higher pump power, if the pressure in the water pressure tank is too high, the over-compressed air is forced back into the air pressure boiler.

Man könnte sogar bei vollkommen ruhiger See Wasserbehälter, die im Schiffsrumpf tiefer als der Meereswasserspiegel in­ stalliert sind drucklos befluten um sie dann nachträglich durch Lultdruckkessel unter Druck zu setzen. Durch diese Einrichtungen ist es möglich größere Energiespeicherungen zu bewirken, die eine lückenlose Stromerzeugung ermögli­ chen.You could have water tanks even when the sea was completely calm, those in the hull lower than the sea water level in installed are pressurized and flooded afterwards pressurized by a pressure vessel. Through this Facilities allow larger energy storage to effect, which enable a seamless power generation chen.

Natürlich können derartige Anlagen auch an Steilküsten sta­ tionär gebaut werden die gut in der Strömung liegen.Of course, such systems can also be used on cliffs are built in a way that lies well in the current.

Claims (8)

1. Wellenkraftwerk insbesondere für Meereswellen dadurch gekennzeichnet, daß an einem in Ufernähe verankerten Schiff, seitlich außen angebrachte geeignete Pump­ systeme über einen Schwimmer die Kraft der Meeres­ wellen aufnehmen und Wasser über Zylinder in Druck­ behälter in das Innere des Schiffsrumpfes pumpen, von­ woaus unter Druck das Wasser auf Turbinen geleitet wird.1. Wave power plant, in particular for sea waves, characterized in that on a ship anchored near the shore, laterally attached suitable pumping systems absorb the force of the sea waves via a float and pump water via cylinders into pressure vessels into the interior of the ship's hull, from where under pressure the water is directed to turbines. 2. Wellenkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei kräftige Schraubspindeln (6, 7) drehbar­ an der Außenbordwand eines Schiffes gelagert sind, um eine Höheneinstellung der Pumpeinrichtung zu ermögli­ chen.2. Wave power plant according to claim 1, characterized in that two strong screw spindles ( 6 , 7 ) are rotatably mounted on the outer side wall of a ship in order to enable a height adjustment of the pumping device. 3. Wellenkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Muttern der Schraubspindel vertikal drehbar zwei Auslegerarme (1, 2) gelagert sind und an den ent­ gegengesetzten Seiten auf einem Schwimmer (3) befestigt sind.3. wave power plant according to claim 2, characterized in that on the nuts of the screw spindle vertically rotatable two cantilever arms ( 1 , 2 ) are mounted and are fixed on the opposite sides ent on a float ( 3 ). 4. Wellenkraftwerk nach Anspruch 1 oder einem der folgen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Aus­ legerarmen (1, 2) ein Zylinder beweglich gelagert ist, der unterwassergesetzt durch den Schwimmer (3) in ver­ tikaler Richtung gehoben bzw. gesenkt wird, über ein Kugelventil beim Senken Wasser aufnimmt und beim He­ ben über den feststehenden Kolben das aufgenommene Was­ ser in einen Druckkessel pumpt.4. wave power plant according to claim 1 or one of the follow, characterized in that between the two off-arms ( 1 , 2 ) a cylinder is movably mounted, which is raised or lowered under water by the float ( 3 ) in ver tical direction, absorbs water via a ball valve when lowering and pumps the absorbed water into a pressure vessel when lifting via the fixed piston. 5. Wellenkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß durch die Unterwassersetzung des Arbeitszy­ linders (4) das Gewicht des Wassers im Zylinder bei der Leistungsberechnung unberücksichtigt bleiben kann und dadurch gleich Null ist.5. wave power plant according to claim 4, characterized in that the underwater of the Arbeitszy Linders ( 4 ), the weight of the water in the cylinder can be disregarded in the power calculation and is therefore zero. 6. Wellenkraftwerk nach Anspruch 1 oder einem der nach­ folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Druckenergie der Meereswellen in einem oder mehreren Druckkesseln gespeichert werden kann.6. wave power plant according to claim 1 or one of the following characterized in that the printing energy the ocean waves in one or more pressure vessels can be saved. 7. Wellenkraftwerk nach Anspruch 1 oder einem der folgen­ den dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftwerk an der Küste bzw. Steilküste stationär gebaut wird, die geeig­ net gut in der Strömung liegt.7. wave power plant according to claim 1 or one of the follow characterized in that the power plant on the Coast or cliff is built stationary, which is suitable net lies well in the current. 8. Wellenkraftwerk nach Anspruch 1 oder einem der folgen­ den dadurch gekennzeichnet, daß eine drucklose Beflu­ tung von Wasserbehältern die im Schiffsrumpf tiefer als der Meereswasserspiegel installiert sind möglich ist, die nachträglich aus mit Kompressoren gefüllte Luftdruckkessel unter Druck gesetzt werden können.8. wave power plant according to claim 1 or one of the follow characterized in that an unpressurized flow water tanks deeper in the hull than the sea water level installed are possible is that subsequently filled with compressors Air pressure boilers can be pressurized.
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