DE4310998A1 - Wellenenergiegewinnungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewässers, mit mehreren, gelenkig miteinander verbundenen Schwimmkörpern, deren von Wellen bewirkte Schwenkbewegungen in Nutzenergie gewandelt werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 36 42 060 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art be­ kannt. Aus dieser Literaturstelle geht eine schwim­ mende Energiestation hervor, die schwenkbeweglich miteinander gekoppelte Schwimmkörper aufweist, zwi­ schen denen Kolbenpumpen angeordnet sind, die auf­ grund der Verschwenkung der Schwimmkörper durch die Wellen Pumpbewegungen ausführen und Druckenergie erzeugen. Nachteilig ist, daß die bekannte Vorrich­ tung nur bei ganz bestimmten Wetterverhältnissen befriedigend arbeitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unabhängig von den Wetterverhältnis­ sen stets eine optimale Energiegewinnung zuläßt, sofern Wellen vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem Auftriebsschwerpunkt von mindestens einem der Schwimmkörper und der ihm zugeordneten Schwenkachse veränderbar einstellbar ausgebildet ist. Durch die Veränderung dieses Ab­ standes läßt sich die Vorrichtung auf die jeweils durch die Wetterverhältnisse beeinflußte Wellenhöhe optimal anpassen. Unter "Auftriebsschwerpunkt" ist der gedachte Punkt zu verstehen, an dem die Auf­ triebskraft des Schwimmkörpers theoretisch verei­ nigt werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Schwimmkörper aus zwei, zur Volumen­ vergrößerung auseinanderfahrbaren, vorzugsweise te­ leskopartig ineinandergreifenden Schwimmkörpertei­ len besteht. Werden die beiden Schwimmkörperteile auseinandergefahren, so verändern sich die Größen­ verhältnisse der Vorrichtung, wodurch eine Anpas­ sung an die Wellenhöhe, Wellenfrequenz und Wellen­ länge des Gewässers möglich ist. Es ist auch denk­ bar, daß mehr als zwei Schwimmkörperteile vorhan­ den sind, die zur Volumenvergrößerung des gesamten Schwimmkörpers verlagert werden können. Vorteilhaft ist es, wenn der Schwimmkörper an seinen beiden En­ den jeweils mit einem weiteren Schwimmkörper schwenkbeweglich gekoppelt ist. Es wird dadurch eine Schwimmkörper-Kette gebildet.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Schwimmkörper aus mindestens zwei Schwimmkörperelementen, die relativ zueinander ent­ lang einer starren Führung verlagerbar sind. Durch Verlagerung der beiden Schwimmkörperelemente ergibt sich eine Abmessungsänderung des Schwimmkörpers, so daß auch auf diese Art und Weise eine Anpassung an die Wellenhöhe und Wellenlänge und auch an die Wel­ lenfrequenz möglich ist. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenden Volumenvergrößerung des Schwimmkör­ pers ist in dem hier vorliegenden Fall keine Volu­ menvergrößerung, jedoch die genannte Abmessungsver­ größerung realisiert. Aufgrund der starren Führung sind die beiden Schwimmkörperelemente derart anein­ ander gekoppelt, daß sie zwar entlang der Führung verlagerbar sind, ansonsten jedoch in sich ein starkes Gebilde darstellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Kombination einer Volumenver­ größerungsmöglichkeit und einer Ausbildung mit der genannten starren Führung vorzunehmen.

Vorzugsweise sind benachbarte Schwimmkörperelemente derart geformt, daß sie in zusammengefahrenem Zu­ stand formschlüssig ineinandergreifen. Unter be­ nachbarten Schwimmkörperelementen sind die zu ver­ stehen, die einen gemeinsamen Schwimmkörper bilden, der über eine Schwenkachse mit einem anderen Schwimmkörper gekoppelt ist, der wiederum aus meh­ reren Schwimmkörperelementen und/oder Schwimmkör­ perteilen bestehen kann. Durch die formschlüssige Verbindung können auch besonders hohe mechanische Belastungen schadensfrei aufgenommen werden.

Zwischen jeweils benachbarten Schwimmkörpern ist mindestens eine Kolbenpumpe angeordnet, wobei der Zylinder der Kolbenpumpe mit dem einen Schwimmkör­ per und der Kolben der Kolbenpumpe mit dem anderen Schwimmkörper verbunden ist. Aufgrund der schwenk­ beweglichen Kupplung der beiden Schwimmkörper wird bei einer Wellenbewegung eine Relativbewegung herbeigeführt, die zu Pumpbewegungen der Pumpe führt. Diese Pumpe dient der Energieumwandlung, das heißt, die durch die Wellen bewirkte mechanische Energie wird in Druckenergie umgewandelt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Abstand der Anlenkpunkte der Kolben­ pumpe von der Schwenkachse der Schwimmkörper ein­ stellbar veränderbar ist. Dieses kann durch ent­ sprechende Schlittenführungen erfolgen, die bei­ spielsweise im wesentlichen radial von der Schwenkachse weglaufen. Je größer der radiale Ab­ stand der Schwenkachse ist, um so größer ist der Kolbenweg bei gleichem Schwenkwinkel zwischen den beiden Schwimmkörpern.

Der Schwenkachse kann eine die Schwenkbewegung ab­ bremsende Bremse zugeordnet sein. Beispielsweise kann hier eine Scheibenbremse eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, daß Überlastungen bei extre­ mem Wetter vermieden werden. Die Bremse kann derart konstruiert sein, daß die abgebremste Energie eben­ falls umgewandelt, vorzugsweise zur Stromerzeugung genutzt wird.

Zur Begrenzung des Schwenkbewegungswinkel können benachbarte Schwimmkörper mit Auflaufpuffern ver­ sehen sein.

Bei den im Volumen zu vergrößernden Schwimmkörpern ist es erforderlich, zwischen den beiden auseinan­ der- und zusammenfahrbaren Schwimmkörperteilen eine umlaufende Dichtung vorzusehen. Gegebenenfalls trotz Dichtung noch eindringendes Wasser kann mit­ tels einer das Innere des Schwimmkörpers aussaugen­ den Pumpe entfernt werden.

Die Kolbenpumpe erzeugt - wie bereits erwähnt - Druck in einem Medium. Dieser Druck wird über eine Tur­ bine und einen angeschlossenen Generator in elek­ trische Energie umgewandelt. Es ist nach einer be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, den erzeugten Druck in einem Druckspeicher zwi­ schenzuspeichern. Dieser Druckspeicher kann insbe­ sondere innerhalb mindestens eines Schwimmkörpers angeordnet sein oder von dem Schwimmkörper selbst gebildet werden.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an­ hand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt:

Fig. 1 zeigt einen Teleskop-Schwimmkörper (1), im folgenden als TSK bezeichnet, in geschlossenem Zustand; in drei Ansichten, wobei alle Maße und die Formen des TSKs variabel sind. Dieser TSK (1) ist mindestens in einem weiteren TSK (1) oder mehreren (Kette) durch die Drehachse (2) ver­ tikal, beweglich verbunden, die aber seitlich horizontal starr bleibt und dadurch eine "Schwänzelbewegung" verhindert. Über, sowie unter jeder Drehachse (2) befinden sich mindestens eine koppelhubige Kolben­ pumpe (3). Wobei das Zylindergestänge der Kolbenpumpe (3) auf der einen Seite mit einem TSK (1) und die andere Seite des Kolbenträgers der Kolbenpumpe (3) mit einem anderen TSK verbunden ist. Wellenberge, die den TSK (1) in Auf- und Abbewegung versetzen, ziehen das Gestänge der oberen Kolbenpumpe (3) auseinander und drücken das Gestänge der unteren Kolben­ pumpe (3) zusammen. Bewegt sich der TSK (1) in umgekehrter Richtung, also ins Wellental, wird die obere Kolbenpumpe (3) gedrückt und die untere Kolbenpumpe (3) auseinandergezogen. So entsteht bei jeder Auf- und Abbe­ wegung ein doppelter Mediumdruck - siehe Fig. 1A (Schemaskizze) -. Über Leitungen, hier nicht näher dargestellt, wird das Medium in einem Speicher aus elastischem Material (Blase), vorzugsweise in einem TSK (1) gesammelt und dann der Turbine zur Stromerzeugung zugeführt, die ebenfalls in einem TSK (1) untergebracht sein kann.

Die doppeltwirkenden Kolbenpumpen (3) sind aus einem Anlenkpunkt (7) veränderbar, einstellbar befestigt. Dies hat den Vorteil, daß die Kolben­ pumpen (3) immer auf maximale Pumpenleistung eingestellt werden können und vor Überlastung geschützt werden. Zu diesen Anlenkpunkten (7) ver­ läuft in bestimmtem Winkel eine Stütze (5), die auf dem TSK (1) verankert ist.

Fig. 2 zeigt den gleichen TSK (1) in zwei Ansichten, hier aber in maximal ausgefahrener Stellung. Damit wird erreicht, daß jeweils die vorhandene Wellenlänge optimal genutzt wird, durch variable Einstellmöglichkeiten Schnitt A-A wird in Fig. 6 zeichnerisch dargestellt und beschrieben.

Fig. 3 zeigt einen geteilten Schwimmkörper (1) in drei Ansichten, im folgenden als GSK bezeichnet, in geschlossenem, formschlüssigen Zustand. Er weist ebenso eine Drehachse (2), doppeltwirkende Kolbenpumpen (3) und einstellbare, veränderbare Anlenkpunkte (4) für die Kolbenpumpen (3), auf. Die optimale Anpassung an die vorhandene Wellenlänge geschieht hier mittels Führungen (6), wobei die Führungen (6) gleichzeitig als Antrieb für die Führungsstangen (6a) dienen, die gleichzeitig die Stabilisation der beiden geteilten Schwimmkörper übernehmen.

Fig. 4 zeigt den gleichen GSK (1) in zwei Ansichten wie Fig. 3, nur hier im maximal ausgefahrenen Zustand. Hiermit kann jeweils die optimale GSK-Länge auf die vorhandene Wellenlänge eingestellt werden.

In Fig. 1-4 befindet sich eine, nicht näher gekennzeichnete Bremse, die ein Überkippen (Zusammenschlagen) der Schwimmkörper verhindert. Ebenso gibt es an jeder schrägen Anlauffläche im Schwenkbereich der GSK und der TSK Auflaufpuffer, um auch hier Überlastungen zu vermeiden.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt zweier TSKs (1) oder GSKs (1) mit Drehpunkt (2) mit obenliegender, doppeltwirkender Kolbenpumpe (3). Der Anlenkpunkt (7) befindet sich hier in maximaler Stellung, das heißt, bei geringem Wellen­ gang. Die Halte- und Verstellelemente (8) bewirken ein Verschieben der Anlenkpunkte (7), angepaßt an den jeweiligen Wellenstand des Gewässers. Der Anlenkpunkt (7) wird achsial verändert, indem er in der Führung (4) durch die Verstellelemente (8) bewegt wird. Die Stütze (5) verhindert ein Verbiegen der Führung (4), in der der Anlenkpunkt (7) läuft, bei hoher Belastung.

Fig. 6 zeigt einen TSK (1) in der Ansicht (Teilschnitt) und im Schnitt A-A. Soll der bewegliche Teil des TSKs (1) verstellt werden, so müssen die umlaufenden Dichtungen (10 und/oder 11) entspannt (drucklos) werden. Eine Kraft (Motor) transportiert den beweglichen Teil des TSK (1) in die gewünschte Stellung und arretiert. Die zwei mal vier Rollen (9) a+b verhindern zu starke Reibung der Körper beim Verstellen und stabilisieren den geteilten TSK (1) zusätzlich. Am inneren Ende des Teleskops (1b) (beweglicher Teil) befinden sich die vier oder mehr Rollen (9b) auf dem Teleskopteil. Am Ende des festen Teils des TSKs 1a befinden sich die vier oder mehr Rollen (9a) am festen Teil des Schwimmkörpers (1). Je weiter die Rollen (9 a+b) voneinander entfernt sind, desto stabiler wird der TSK (1a). Ist die gewünschte Stellung erreicht, werden die umlaufenden Dichtungsschläuche (10 u./o. 11) wieder aufgeblasen und verhindern so während des Betriebs das Eindringen von Wasser. Damit aber die umlaufenden Dichtungsschläuche unter Druck sich nicht zu stark deformieren, stabilisieren beidseitig Sicherungsbleche (12) die Dichtungsschläuche (10 u./o. 11). Doppelte Dichtungslippen (13), die am Ende des festen Teils des TSK (1a) umlaufen, verhindern während des Betriebs das Eindringen von "Schwappwasser". Eingedrungenes Wasser wird mittels einer Pumpe, hier nicht bezeichnet, aus dem Innern des Schwimmkörpers gepumpt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewässers mit mehreren, gelenkig miteinander ver­ bundenen Schwimmkörpern, deren aufgrund von Wellen bewirkte Schwenkbewegungen in Nutzenergie gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Auftriebsschwerpunkt von mindestens einem der Schwimmkörper und der ihm zugeordneten Schwenkachse veränderbar einstellbar ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwimmkörper aus mindestens zwei, zur Volumenvergrößerung auseinanderfahrbaren, vorzugsweise teleskopartig ineinandergreifenden Schwimmkörperteilen besteht.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimm­ körper an seinen beiden Enden jeweils mit einem weiteren Schwimmkörper schwenkbeweglich gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimm­ körper aus mindestens zwei Schwimmkörperelementen besteht, die relativ zueinander entlang einer star­ ren Führung verlagerbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schwimmkörperelemente derart geformt sind, daß sie in zusammengefahrenem Zustand formschlüssig inein­ andergreifen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen be­ nachbarten Schwimmkörpern mindestens eine Kolben­ pumpe angeordnet ist, wobei der Zylinder der Kol­ benpumpe mit dem einen Schwimmkörper und der Kolben der Kolbenpumpe mit dem anderen Schwimmkörper ver­ bunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Anlenkpunkte der Kolbenpumpe von der Schwenkachse der Schwimmkörper einstellbar verän­ derbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkachse eine die Schwenkbewegung abbremsende Bremse zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbe­ wegungswinkel der Schwimmkörper mittels Auflaufpuf­ fern begrenzt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schwimmkörperteilen eine umlaufende Dichtung ange­ ordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ pumpe Druck eines Mediums erzeugt, und daß der Druck über eine Turbine und einen angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Druck in einem Druckspeicher zwischengespeichert wird.