DE3621138A1 - Vorrichtung zur umwandlung der bewegungsenergie von wellen in eine verwertbare energieform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der Bewegungsenergie von Wellen in eine verwertbare Energieform.

Es sind Gezeiten- und Wellenkraftwerke bekannt, mit denen die Energie des bewegten Meerwassers ausgenutzt wird. Hierzu wird die unregelmäßige Bewegung des Wassers in eine andere Bewegung, beispielsweise Rotationsbewegung, umgewandelt. Auf diese Weise läßt sich im Prinzip ein elektrischer Generator o. ä. antreiben. Derartige Gezeiten- oder Wellenkraftwerke sind sehr aufwendig und nur in Ausnahmefällen rentabel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu erstellen, die mit geringem Aufwand und einer einfachen und zuverlässi­ gen Funktion die Umwandlung der Wellenenergie in eine verwertbare Energieform ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schwimmkörper mit wenigstens einem in das Wasser eintauchenden, unten offenen Behälter, der einen mit einem Rückschlagventil versehenen Lufteinlaßstutzen und einen mit einer Druckluftsammelleitung verbundenen, ebenfalls mit einem Rückschlagventil versehenen Luftauslaß­ stutzen aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Art Luftpumpe dar, die aufgrund der Auf- und Abbewegung des Behälters aufgrund der Wellen arbeitet. Da der Behälter unten offen ist, führt eine Auf- und Abbewegung des Behälters dazu, daß der Wasserstand in dem Behälter variiert. Sinkt der Wasser­ stand in dem Behälter relativ zur Behälterwandung, ent­ steht ein Unterdruck, so daß durch das Lufteinlaßventil Luft, z. B. aus der Atmosphäre, angesaugt wird. Sinkt der Behälter wieder in das Wasser zurück, steigt der Wasserspiegel in dem Behälter und drückt die eingesaugte Luft in die Druck­ luftsammelleitung. Das Rückschlagventil im Luftauslaß­ stutzen sorgt für eine druckmäßige Entkopplung des Inneren des Behälters von der Druckluftsammelleitung, so daß beim nächsten Anheben des Behälters - und damit Absinken des Wasserspiegels in dem Behälter - der nötige Unterdruck er­ zeugt wird, um wieder Luft aus der Atmosphäre anzusaugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schwimm­ körper zwei derartige Behälter auf. Die Behälter werden vorzugsweise mit einem solchen Abstand voneinander montiert, der dem mittleren Abstand zwischen Wellenberg und Wellen­ tal entspricht. In diesem Fall arbeiten die beiden Behälter im Gegentakt, d. h. während des Ansaugens von Atmosphären­ luft durch den einen Behälter drückt der andere Behälter Druckluft in die Druckluftsammelleitung und umgekehrt.

Vorzugsweise sind die Druckluftsammelleitungen einer Viel­ zahl von derartigen Schwimmkörpern miteinander verbunden. Durch die Vielzahl derartiger Schwimmkörper läßt sich ein Kraftwerk erstellen, daß über die erzeugte Druckluft die Energieversorgung für Inseln o. ä. autark übernehmen kann. Sind die Behälter dabei parallel zur Küste ausgerichtet, üben sie zugleich eine wellenbrechende Funktion aus und dienen gleichzeitig dem Küstenschutz, indem sie die Ab­ tragung von Küstensand vermindern.

In vielen Fällen wird eine wesentliche Verbesserung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch zu er­ reichen sein, daß Wände vorgesehen sind, die mit starren Verbindungsgestängen verbunden sind, wobei das Gestänge ein Drehgelenk aufweist. Durch von der Wand aufgefangene Unter­ wasserströmungen wird eine Kippbewegung des Gestänges ver­ ursacht, an dem auch der Behälter hängt. Dadurch wird die Auf- und Abbewegung des Behälters um das Kippgelenk herum mit großer Kraft bewirkt. In einer bevorzugten Ausführungs­ form sind beispielsweise vier Behälter vorgesehen, die über eine zentrale, das starre Gestänge bildende Druckluftsammel­ leitung miteinander verbunden sind. Zwischen der Druckluft­ sammelleitung und den Behältern befinden sich Verbindungs­ wände, die bei ihrer Anströmung das Kippen der mit ihnen nicht verbundenen Behälter verursachen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Schwimmkörper mit vier Behältern, von denen nur zwei dargestellt sind,

Fig. 2a-c verschiedene Bewegungsphasen des Schwimmkörpers aus Fig. 1,

Fig. 2d eine Variante des Schwimmkörpers 1 mit hinter­ einander geschalteten Behältern,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anordnung aus mehreren miteinander verkoppelten Schwimmkörpern mit je vier Behältern.

Ein in der Zeichnung dargestellter Schwimmkörper 1 besteht im wesentlichen aus zwei unten offenen Behältern 2, die symmetrisch zu einer zentralen Druckluftsammelleitung 3 an­ geordnet sind. Verbindungswände 4 verbinden die Behälter 2 mit der zentralen Druckluftsammelleitung und tragen ggfs. schwimmfähiges Material, das in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Das schwimmfähige Material ist in Relation zu dem Gewicht des Schwimmkörpers 1 so dimensioniert, daß die Behälter teilweise in das Wasser eintauchen, dessen Was­ serstand in der Zeichnung gestrichelt bei 6 angedeutet ist. Die Behälter 2 weisen jeweils einen zur Atmosphäre hin offe­ nen Lufteingangsstutzen 7 mit einem Rückschlagventil 8 und einen mit der Druckluftsammelleitung 3 verbundenen Luftaus­ laßstutzen 9 mit einem Rückschlagventil 10 auf. Die Druck­ luftsammelleitung 3 mündet über ein flexibles Gelenk 12 in eine Rohrleitung 11, die die Druckluftsammelleitungen 3 ei­ ner Vielzahl von Schwimmkörpern 1 miteinander verbindet.

Die unten offenen Behälter 2 bilden ein mit der Wasserober­ fläche 6 kommunizierendes System, so daß die Wasserober­ fläche 12 im Inneren des Behälters 2 bei Atmosphärendruck in dem Behälter 2 bestrebt ist, die gleiche Höhe wie die äußere Wasseroberfläche 6 einzunehmen. Durch die Kipp­ bewegung des Schwimmkörpers 1 aufgrund von Wellen vorzugs­ weise jedoch aufgrund von gegen die Verbindungswände 4 ge­ richtete Unterwasserströmungen wird im Idealfall einer der Behälter 2 angehoben und der andere abgesenkt. In dem ange­ hobenen Behälter sinkt der relative innere Wasserstand 12, so daß ein Unterdruck in dem Behälter entsteht, wodurch das Rückschlagventil 8 des Lufteinlaßstutzens 7 öffnet und At­ mosphärendruck in das Innere des Behälters 2 hineinläßt. Wird der Behälter in einem Wellental anschließend abgesenkt, steigt der innere Wasserspiegel 12 relativ zu den Wänden des Behälters 2 stark an, so daß die angesaugte Luft über das Rückschlagventil 10 durch den Luftauslaßstutzen 9 in die zentrale Druckluftsammelleitung 3 gepumpt wird, wodurch sie anschließend in die Rohrleitung 11 gelangt. Während des Aus­ pumpens der Druckluft aus dem einen Behälter 2 ist der ande­ re Behälter 2 im Idealfall angehoben und saugt wiederum Atmosphärendruck durch den Lufteinlaßstutzen 7 an.

Das in der Zeichnung schematisch angedeutete flexible Ge­ lenk 12 erlaubt die Kippbewegung des Schwimmkörpers 1 rela­ tiv zu der Rohrleitung 11, die somit auch starr verlegt sein kann.

Die über die Rohrleitung 11 transportierte Druckluft kann in üblicher Weise zum Antrieb von Druckluftmaschinen oder zur Umwandlung in elektrischen Strom verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist außerordentlich einfach und preisgünstig herzustellen. Der Herstellungsaufwand übersteigt den Materialaufwand für die Schwimmkörper 1 nicht wesentlich. Die Dimensionierung der Schwimmkörper wird sich nach dem üblicherweise vorkommenden durchschnittlichen Abstand zwischen Wellenberg und Wellental richten. Der Durch­ messer eines Schwimmkörpers mit den beiden Behältern 2 kann daher auch mehr als 10 m betragen. Die Höhe der Behälter 2 wird - je nach zu erwartender Wellenhöhe - einige Meter, beispielsweise 4 m, betragen.

In den Fig. 2a bis 2c sind drei Kippstellungen für die Anordnung aus Fig. 1 dargestellt, die sich aus dem Wellen­ gang 6 ergeben.

Fig. 2d zeigt darüber hinaus eine Alternative der Anordnung aus Fig. 1, bei der der Ausgangsstutzen 8 des einen Behäl­ ters mit dem Einlaßstutzen 7 des anderen Behälters über eine geschlossene Rohrleitung 13 verbunden ist. Durch diese Hin­ tereinanderschaltung der beiden Behälter 2 entsteht in dem letzten Behälter, dessen Ausgangsstutzen 8 mit der zentralen Sammelleitung 3 verbunden ist, ein höherer Druck, der sich somit in die Rohrleitung 11 fortpflanzt.

Fig. 3 zeigt vier Anordnungen mit je vier Behältern 2, von denen jeweils zwei gegenüberliegende Behälter 2 mit einer Verbindungswand 4 verbunden sind. Diese Anordnungen mit vier Behältern 2 funktionieren bei jeder Strömungsrichtung des Wassers.

Die vier Anordnungen sind durch ein Rohrleitungssystem 11 miteinander verbunden.

Die Erzeugung von Druckluft mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung hat den Vorteil, daß die erzeugte verwertbare Energie gut speicherbar ist und so eine gleichmäßige Ener­ gieentnahme bei abwechselnden Zeiten mit geringem und star­ kem Wellengang möglich ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Umwandlung der Bewegungsenergie von Wellen in eine verwertbare Energieform, gekennzeichnet durch wenigstens einen in das Wasser eintauchenden, unten offenen Behälter (2), der einen mit einem Rückschlagventil (8) versehenen Lufteinlaßstutzen (7) und einen mit einer Druckluftsam­ melleitung (3) verbundenen, ebenfalls mit einem Rück­ schlagventil (10) verbundenen Luftauslaßstutzen auf­ weist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter über ein starres Gestänge (3) mit einem Drehgelenk (12) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine in das Wasser eingetauchte Wand (4), die mit dem starren Gestänge (3) starr verbunden ist und die zur Verbindung des Behälters (2) mit dem Drehgelenk (12) dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Behälter (2) symmetrisch zu einem zen­ tralen Gestänge (3) mit dem Drehgelenk (12) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge durch eine Druckluftsammelleitung (3) gebil­ det ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Behälter (2) nur teilweise in das Wasser eintauchen und daß der Lufteinlaßstutzen (7) an der Oberseite des Behälters (2) angeordnet und zur Atmosphäre hin offen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckluftsammelleitungen (3) einer Vielzahl von Behälteranordnungen miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lufteinlaßstutzen (7) eines Behäl­ ters über eine geschlossene Leitung mit dem Luftauslaß­ stutzen (8) eines anderen Behälters verbunden ist.