DE4113410A1 - Hydroelectric power generation system - uses wave-generating elements, connected to mechanical energy-generating device in water current, to produce electricity - Google Patents
Hydroelectric power generation system - uses wave-generating elements, connected to mechanical energy-generating device in water current, to produce electricityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wandlung von kinetischer Energie einer Wasserströmung in mechanische Energie mit in die Wasserströmung eingreifenden hydromechanischen Elementen.The invention relates to a method for converting kinetic Energy of a water flow into mechanical energy with the Water flow engaging hydromechanical elements.
Zur Nutzung der Energie einer Wasserströmung werden bisher entwe der Turbinen in die Wasserströmung eingebracht, oder es werden Wasserräder z. B. nach Art einer Wassermühle derart angeordnet, daß sie von dem fließenden Wasser in Rotation versetzt werden. Meist ist der Wirkungsgrad der Entnahme der Energie bei einer derartigen Methode nicht hoch genug, da sich ein Abbremsungseffekt der Wasserströmung ergibt, der diese dazu zwingt, das Hindernis zu umlaufen. Daher werden meist Dämme zum Aufstauen der Wasserströ mung benutzt, die weiter dazu dienen, dem Wasser eine potentielle Energie zu geben, indem sie eine bedeutende Wassersäule über einer Turbine entstehen lassen, so daß sich ein erheblicher Druck unterschied zwischen den beiden Seiten der Turbine ergibt.To date, the use of the energy of a water flow has been used of the turbines are introduced into the water flow, or there will be Water wheels z. B. arranged in the manner of a water mill, that they are rotated by the flowing water. Most of the time, the efficiency of extracting the energy from one Such a method is not high enough because there is a braking effect the water flow that forces them to close the obstacle circulate. This is why dams are mostly used to build up water flows mung, which further serve to make water a potential To give energy by having a significant water column over it a turbine can be created, so that there is considerable pressure difference between the two sides of the turbine results.
Eine derartiger Dammbau führt jedoch meist dazu, daß große Flächen der Erdoberfläche, die dann unter den Wassermassen liegen, nicht mehr nutzbar sind. Weiter führt die wesentlich vergrößerte Ober fläche des Wassers dazu, daß auch wesentlich mehr Wasser abdampft, und damit sowohl das lokale sowie auch das regionale Klima stark verändert wird. In heißen Gebieten der Erde verliert man dabei erhebliche Mengen an Wasser.Such dam construction usually leads to large areas the surface of the earth, which is then below the water masses, not are more usable. The much larger upper continues surface of the water so that much more water evaporates, and thus both the local and the regional climate are strong is changed. In hot areas of the world you lose significant amounts of water.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, die Energie einer Wasserströmung derart in mechanische Energie effektiv umzuwandeln, daß diese mechanische Energie z. B. zur Stromerzeugung weiterverwendet werden kann, ohne dabei größere Wasserflächen als bisher nötig zu bilden.The object of the invention is therefore to create a method the energy of a water flow in mechanical energy effectively convert that this mechanical energy z. B. for Power generation can continue to be used without doing major Form water areas than previously necessary.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer vorbestimmten Tiefe der Wasserströmung ein wellenerzeugendes Element angeordnet wird und wenigstens eine Einrichtung zur Um wandlung von Wellenenergie in mechanische Energie über ihr vorge sehen wird, wobei das Element und die Einrichtung zyklisch hori zontal relativ zueinander parallel zur Strömungsrichtung verscho ben werden.According to the invention, this object is achieved in that predetermined depth of water flow a wave-generating Element is arranged and at least one device for order conversion of wave energy into mechanical energy above it will see, the element and the device cyclically hori zontally shifted relative to each other parallel to the flow direction be.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, daß das gesamte, z. B. sich in einem Fluß befindliche Wasser, über die wellenerzeugenden Elemente fließt und dabei Quer-Wellen an der Oberfläche des Was sers erzeugt, die mit Hilfe der Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in mechanische Energie abgegriffen werden können. Wichtig ist dabei, daß sich das wellenerzeugende Element und die Wellenenergie abgreifende Einrichtung sich zueinander bewegen, so daß an der Wellenenergie abgreifenden Einrichtung jeweils unter schiedliche Wellenhöhen anfallen. Die Energie, die die unter schiedlichen Wellenhöhen auf die die Wellenenergie abgreifenden Einrichtungen übertragen können, ist erheblich, da sie sich einmal aus den unterschiedlichen potentiellen Energien an den verschie denen Höhen der Welle, andererseits aber auch aus dem Verdrän gungseffekt, den ein Wellenkamm auf z. B. einen Schwimmer ausüben kann, zusammensetzt.Such a method has the advantage that the entire, z. B. water in a river, above the wave-generating Elements flow and thereby cross waves on the surface of the What sers generated using the facility for converting Wave energy can be tapped into mechanical energy. It is important that the wave-generating element and the Device moving wave energy move towards each other, so that at the wave energy tapping device each under different wave heights arise. The energy that the under different wave heights on the tapping the wave energy Can transfer facilities is significant since they are unique from the different potential energies to the various the heights of the wave, but also from displacement effect that a wave crest on z. B. exercise a swimmer can, put together.
Gegenüber sich im Meer befindlichen Wellenenergie ausnützenden Vorrichtungen ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß die Wellen gleichartig mit gleichen Höhen und Abständen anfallen.Exploiting wave energy in the sea The decisive advantage is that the devices Waves occur in the same way with the same heights and distances.
In einer bevorzugten Weiterausgestaltung des Verfahrens wird das wellenerzeugende Element, das sich innerhalb der Wasserströmung befindet, durch diese Wasserströmung angetrieben.In a preferred further development of the method, the wave-generating element that is within the water flow is driven by this flow of water.
Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, daß auf einen gesonder ten Antrieb des wellenerzeugenden Elements verzichtet werden kann und sich die Relativbewegung somit "von alleine" einstellt.Such training has the advantage that on a separate th drive of the shaft-generating element can be dispensed with can and the relative movement thus occurs "by itself".
Es wird vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von wellenerzeugenden Elementen auf einem förderbandartigen Träger in Form von annähernd sinusförmigen Auswölbungen und Vertiefungen vorgesehen sind. Eine derartige Form mit Auswölbungen und Vertiefungen auf einem förder bandartigen Träger hat den Vorteil, daß das Wasser in Wellen einer ähnlichen Form geführt wird. Diese Wellenform ist für ein gleichmäßiges Arbeiten der wellenenergieabgreifenden Elemente vorteilhaft.It is suggested that a plurality of wave-generating Elements on a conveyor belt-like carrier in the form of approximately sinusoidal bulges and depressions are provided. A such shape with bulges and depressions on a conveyor band-like carrier has the advantage that the water ripples of a similar form. This waveform is for one uniform working of the wave energy elements advantageous.
Eine alternative bzw. fortentwickelte Ausbildung besitzt eine Abschirmung, mit der die gegen die Strömung laufenden Elemente auf dem förderbandartigen Träger abgeschirmt werden. Eine derartige Abschirmung hat den Vorteil, daß sie den Wasserwiderstand dieser Elemente erheblich senkt, da die gegenläufige Relativbewegung im wesentlichen entfällt.An alternative or advanced training has one Shielding with which the elements running against the flow on the conveyor belt-like carrier are shielded. Such one Shielding has the advantage of providing water resistance Elements significantly, since the opposite relative movement in essentially omitted.
Zusätzlich wird vorgesehen, daß die Auswölbungen auf der nicht abgedeckten (Ober-) Seite in Anströmrichtung steiler ausgebildet sind, als in der der Stromrichtung abgewandten Seite. Eine derar tige Ausbildung hat den Vorteil, daß der Wasserwiderstand zum Antrieb des Förderbandes stärker genutzt wird.In addition, it is provided that the bulges on the not covered (upper) side steeper in the direction of flow are than in the side facing away from the current direction. A derar term training has the advantage that the water resistance to Drive of the conveyor belt is used more.
Die Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie besteht bevorzugt aus drei Schwimmern, die über ein Gestänge miteinander und mit einer Achse in Wirkverbindung stehen. Eine derartige Ausbildung mit Schwimmern arbeitet, indem die Schwimmer durch den Wasserdruck nach oben gedrückt werden. Drei Schwimmer haben sich dabei als ideal erwiesen, weil die beiden äußeren Schwimmer jeweils symme trisch zueinander gegenläufig zu dem inneren Schwimmer betätigt werden. Die dabei entstehenden Kräfte werden über das Gestänge auf eine gemeinsame Achse gebracht. Von dieser Achse aus kann eine Rotationsbewegung bspw. durch einen herkömmlichen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.The device for converting wave energy is preferred consisting of three floats, which are connected to each other and with a rod are operatively connected to an axis. Such training works with floats by the float by the water pressure be pushed up. Three swimmers showed up as ideally proven because the two outer swimmers each symme trically operated counter to the inner float will. The resulting forces are generated via the linkage brought on a common axis. From this axis can a rotational movement, for example by a conventional generator be converted into electrical energy.
Es wird vorgeschlagen, daß das Gestänge nach Art eines Scheren schnabels die äußeren Schwimmer sich weiter vom mittleren Schwin mer entfernen läßt, wenn dieser sich hebt. Eine derartige Ausbil dung des Gestänges hat den Vorteil, daß die äußeren Schwimmer jeweils durch die kinetische Bewegungsenergie des strömenden Wassers, durch spezielle Formgebung begünstigt, zusätzlich angeho ben bzw. abgesenkt werden. Die Energieübertragung der Schwimmer auf die Achse geschieht dabei vorteilhafterweise mittels einer Pleuelstange.It is proposed that the linkage be like scissors the outer swimmers beak further from the middle swin can be removed when it rises. Such training extension of the boom has the advantage that the outer float each by the kinetic kinetic energy of the flowing Water, favored by a special shape, additionally raised ben or be lowered. The energy transfer of the swimmers on the axis is advantageously done by means of a Connecting rod.
In einer weiter bevorzugten Ausbildung wird vorgeschlagen, daß der förderbandartige Träger mit den wellenerzeugenden Elementen zusätzlich angetrieben wird. Die Energie zu diesem Antrieb kann von der Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie einfach zusätzlich geliefert werden.In a further preferred training it is proposed that the conveyor belt-like carrier with the wave-generating elements is additionally driven. The energy for this drive can simple from the device for converting wave energy can also be supplied.
In einer weiterhin bevorzugten Ausbildung ist die Geschwindigkeit, mit der der förderbandartige Träger angetrieben wird, direkt durch eine Kopplung mit den Hub- und den Senkbewegungen der Schwimmer koordiniert. Eine derartige Koppelung der Geschwindig keit ermöglicht es, die Einrichtung zur Umwandlung von Wellenener gie aus drei Schwimmern mit optimaler Zyklusfrequenz zu betreiben.In another preferred embodiment, the speed with which the conveyor belt-like carrier is driven, directly by coupling with the lifting and lowering movements of the Coordinated swimmers. Such a coupling of the speed speed allows the device to convert waves to operate from three floats with optimal cycle frequency.
Abschließend wird vorgeschlagen, daß die wellenerzeugenden Ele mente auf dem förderbandartigen Träger flexibel ausgeführt sind. Eine derartige flexible Ausgestaltung der Elemente ist von Vor teil, um eine wirkungsvolle Umlenkung des "Förderbandes" in die jeweils entgegengesetzte Richtung an den Enden des förderbandarti gen Trägers zu erreichen.Finally, it is proposed that the wave-generating Ele elements are carried out flexibly on the conveyor belt-like carrier. Such a flexible design of the elements is from before part to an effective deflection of the "conveyor belt" in the opposite directions at the ends of the conveyor belt to reach the carrier.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung, das anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention result from the following description of a preferred embodiment the invention, the closer with reference to the accompanying drawings is explained. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der gesamten Vorrichtung mit der auf der Wasseroberfläche an geordneten Einrichtung zur Umwandlung von Wellen energie mit den drei Schwimmern und dem unter der Wasseroberfläche angeordneten förderbandarti gen Träger mit sinusartigen Auswölbungen und einer weiteren am rechten Rand angedeuteten solchen Einrichtung und Fig. 1 is a schematic sectional view of the entire device with the on the water surface to arranged device for converting wave energy with the three floats and the conveyor belt-type carrier arranged under the water surface with sinusoidal bulges and another such device indicated on the right edge and
Fig. 2 die gesamte Vorrichtung in einer Draufsicht von oben, wobei die drei Schwimmer der Einrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie deutlich ge trennt dargestellt sind. Fig. 2 shows the entire device in a plan view from above, the three floats of the device for converting wave energy are clearly shown separately.
Das Verfahren zur Wandlung von kinetischer Energie einer Wasser strömung in mechanische Energie, das in einer vorbestimmten Tiefe der Wasserströmung ein wellenerzeugendes Element und eine Einrich tung zur Umwandlung von der Wellenenergie in mechanische Energie aufweist, wobei das Element und die Einrichtung zyklisch horizon tal relativ zueinander parallel zur Strömungsrichtung verschoben werden, wird mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwirklicht. Ein förderbandartiger Träger 20 ist dabei mit Aus wölbungen 24 versehen, die im Querschnitt annähernd sinusförmig ausgebildet sind. Sie können auf dem Träger 20 entlang seiner Er streckung fortbewegt werden. Dabei sind sie in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Gestänge 26, das Rollen 28 besitzt, versehen, mit dem sie auf dem Träger 20 entlang dessen Erstreckung geführt werden.The method for converting kinetic energy of a water flow into mechanical energy, which comprises a wave-generating element and a device for converting the wave energy into mechanical energy at a predetermined depth of the water flow, the element and the device being cyclically horizontally parallel to one another in parallel to be shifted to the direction of flow is realized with the aid of the device shown in FIG. 1. A conveyor belt-like carrier 20 is provided with bulges 24 which are approximately sinusoidal in cross section. You can be moved on the carrier 20 along its extension. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, they are provided with a linkage 26 which has rollers 28 with which they are guided on the carrier 20 along its extent.
In dem oberhalb der Auswölbungen 24 sich erstreckenden Wasserkör per 16 wird durch diese Auswölbungen 24 eine an ihre Form gekop pelte Welle ausgebildet. Diese Welle oder Wellen können mit einer oder mehreren Einrichtungen zur Umwandlung von Wellenenergie erfindungsgemäß in mechanische Energie umgewandelt werden. In Fig. 1 ist hierzu beispielhaft eine Einrichtung 10 dargestellt, die mit drei Schwimmern 12 versehen ist, wobei diese Schwimmer 12 mit einem Gestänge verbunden sind, das sie nach Art eines Scheren schnabels verbindet. Weiter erlaubt das Gestänge eine Kraftüber tragung mittels einer Pleuelstange 14 auf eine weitere Einrichtung (nicht dargestellt), die diese mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann.In the above the protrusions 24 extending body of water per 16 is formed by these protrusions 24 a shaft coupled to their shape. According to the invention, this wave or waves can be converted into mechanical energy using one or more devices for converting wave energy. In Fig. 1, a device 10 is shown as an example, which is provided with three floats 12 , these floats 12 are connected to a linkage which connects them in the manner of a pair of scissors. Furthermore, the linkage allows a power transmission by means of a connecting rod 14 to another device (not shown), which can convert this mechanical energy into electrical energy.
Der Abstand der äußeren Schwimmer wird dabei so zu bemessen sein, daß sie sich in den sich fortbewegenden Wellen, die durch den sich bewegenden förderbandartigen Träger 20 mit den sinusförmigen Ausbildungen 24 geformt werden, jeweils gleichgerichtet bewegen, während der mittlere Schwimmer sich jeweils gegenläufig bewegt. Zusätzlich wird sich durch den Scherenschnabel noch eine Relativ bewegung der beiden äußeren Schwimmer voneinander weg und zueinan der hin ausbilden, die dazu geeignet ist, beim Heben des mittleren Schwimmers die beiden äußeren Schwimmer voneinander weiter zu beabstanden. Durch diesen größeren Abstand werden die beiden äußeren Schwimmer jeweils an der tiefsten Stelle eines Wellentals liegen. Dem gegenüber liegen sie dann, wenn der mittlere Schwimmer sich selber in ein Wellental absenkt, entweder etwas hinter dem Wellenberg (linker Schwimmer) oder etwas vor dem Wellenberg (rech ter Schwimmer). Durch diese leichte Verschiebung gegenüber dem Wellenberg wird ein erhöhter Auftrieb der beiden Schwimmer ermög licht. Insbesondere der linke Schwimmer wird durch die kinetische Energie des Wassers und durch ein weiteres Anstauen des Wassers an dem Berg mit einer stärkeren Kraft nach oben gedrückt, als dies an der Spitze des Berges der Fall sein wird. Ebenso nutzt der rechte Schwimmer noch die verbleibende kinetische Energie des Wassers aus, um von ihr weiter nach oben gedrückt zu werden.The distance between the outer floats will be such that they move in the same way in the traveling waves, which are formed by the moving conveyor belt-like carrier 20 with the sinusoidal formations 24 , while the middle float moves in opposite directions. In addition, a relative movement of the two outer swimmers away from and towards each other will form through the scissor beak, which is suitable for further spacing the two outer swimmers from one another when the middle swimmer is lifted. Due to this larger distance, the two outer swimmers will each lie at the lowest point of a wave valley. On the other hand, they are when the middle swimmer sinks himself into a wave trough, either slightly behind the wave crest (left swimmer) or slightly in front of the wave crest (right swimmer). This slight shift in relation to the crest of the waves increases the buoyancy of the two swimmers. In particular, the left float is pushed up by the kinetic energy of the water and by further accumulation of the water on the mountain with a stronger force than will be the case at the top of the mountain. Likewise, the right swimmer uses the remaining kinetic energy of the water to be pushed further up by it.
Das mehrere solche Einrichtungen 10 nebeneinander in den jeweili gen Tälern und Bergen der sich über dem Träger 20 ausbildenden Wellen angeordnet werden können, ist selbstverständlich, und die Vorteile sind einfach zu sehen.That several such devices 10 can be arranged side by side in the respective valleys and mountains of the waves forming above the carrier 20 is self-evident, and the advantages are easy to see.
In Fig. 2 ist die gesamte Vorrichtung in Draufsicht dargestellt. Die drei Schwimmer 12 sind deutlich in ihrer Quererstreckung, die sich entlang eines Wellentales bzw. -berges verläuft, zu erkennen. Unterhalb der drei Schwimmer ist schematisch der förderbandartige Träger 20 mit den Auswölbungen 24 dargestellt. Die Querlinien zeigen dabei an, daß er flexibel ausgeführt ist. Oberhalb der Schwimmer 12 ist die gemeinsame Achse 30, an die die Schwimmer mittels einer Pleuelkonstrunktion angelenkt sind, dargestellt. Diese Achse 30 wird durch die Relativbewegungen der Schwimmer 12 zueinander in Rotation versetzt werden. Dabei wird sie eine re lativ geringe Geschwindigkeit haben, die jedoch mit einer sehr großen Kraft verbunden ist. Durch eine entsprechende Übersetzung liegt es im Können des Fachmannes entsprechend elektrische Energie aus der mechanischen Bewegungsenergie zu erzeugen.In Fig. 2, the entire device is shown in plan view. The three floats 12 can be clearly recognized in their transverse extension, which runs along a wave valley or mountain. Below the three floats, the conveyor belt-like carrier 20 with the bulges 24 is shown schematically. The cross lines indicate that it is flexible. Above the floats 12 , the common axis 30 to which the floats are articulated by means of a connecting rod construction is shown. This axis 30 will be set in rotation by the relative movements of the floats 12 to each other. It will have a relatively low speed, but this is associated with a very large force. By means of a corresponding translation, it is within the ability of the person skilled in the art to generate electrical energy from the mechanical kinetic energy.
Die gesamte mit dem Wasser in Kontakt kommenden Flächen sind einfach zugänglich und erlauben eine einfache Reinigung. Weiter bestehen für evtl. in dem Wasser treibende Gestände genügend große Zwischenräume zwischen allen releranten Elementen, so daß sie frei durchschwimmen können. Die Vorsehung eines aufwendigen Siebes, wie sie bei der Verwendung von Turbinen notwendig ist, ist hier nicht notwendig. Sollte einmal eine wesentlich über das normale Maß hinausgehende Wassermenge in dem Fluß geführt werden, so könnte man die Einrichtungen zur Umwandlung der Wellenenergie einfach anheben, und das Wasser würde ungehindert über den Rest der Vorrichtung hinwegfließen können. The total areas in contact with the water are easily accessible and allow easy cleaning. Continue there are sufficiently large stands that may float in the water Gaps between all relerant elements so that they are free can swim through. The provision of an elaborate sieve, how it is necessary when using turbines is here unnecessary. Should there ever be one that is significantly above normal Excess amount of water can be carried in the river, so you could use the facilities to convert the wave energy just lift it up and the water would flow freely over the rest can flow away from the device.
BezugszeichenlisteReference symbol list
10 Einrichtung (zur Wandlung der Wellen in mechanische Energie
12 Schwimmer
14 Pleuelstange
16 Wasserkörper
20 Träger
24 Auswölbungen
26 Gestänge
28 Rollen
30 Achse 10 device (for converting the waves into mechanical energy
12 swimmers
14 connecting rod
16 bodies of water
20 carriers
24 bulges
26 rods
28 rolls
30 axis
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4113410A DE4113410A1 (en) | 1991-04-20 | 1991-04-20 | Hydroelectric power generation system - uses wave-generating elements, connected to mechanical energy-generating device in water current, to produce electricity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4113410A DE4113410A1 (en) | 1991-04-20 | 1991-04-20 | Hydroelectric power generation system - uses wave-generating elements, connected to mechanical energy-generating device in water current, to produce electricity |
Publications (1)
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DE4113410A1 true DE4113410A1 (en) | 1992-10-22 |
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ID=6430273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4113410A Withdrawn DE4113410A1 (en) | 1991-04-20 | 1991-04-20 | Hydroelectric power generation system - uses wave-generating elements, connected to mechanical energy-generating device in water current, to produce electricity |
Country Status (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |