DE4418581C2 - Vorrichtung zur Wandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in elektrische Energie und umgekehrt - Google Patents
Vorrichtung zur Wandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in elektrische Energie und umgekehrtInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wandlung der Energie von
Oberflächenwellen einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasserwellen, in elek
trische Energie und umgekehrt.
Wasserwellen gehören zu den umweltfreundlichen Energiequellen. Da ihr Ange
bot wie dasjenige an Windenergie zeit- und ortsabhängig schwankt, der Auf
wand zur Umsetzung bisher aber erheblich größer als bei der Windenergie ist,
spielt die Energie aus Wasserwellen zur Zeit eher eine sekundäre Rolle. Doch
fehlt es nicht an Versuchen, zweckmäßige Umwandlungsverfahren in elektrische
Energie zu entwickeln. Der neueste Kenntnisstand spiegelt sich in den veröffent
lichten Ergebnissen zweier Tagungen wieder, die von A. F. De O. Falcao (Pro
ceedings of the 1993 European wave energy symposium, Edinburgh, U.K., 21-24
July 1993. The Conference Centre, NEL, East Kilbride, Glasgow G75 0QU, U.K.)
und von H. Kondo (Proceedings of international symposium on ocean energy de
velopment (ODEC), Muroran, Hokkaido, Japan, 26-27 August 1993. Muroran In
stitute of Technology & Cold Region Port and Harbour Engineering Research
Center) herausgegeben wurden, sowie in einem Übersichtsartikel von Th. W.
Thorpe (A review of wave energy, vol. 1: Main report. ETSU-R-72: Renewable
Energy Enquiries Bureau, ETSU, Harwell, OX 11 0RA, U.K.). Hiernach verwenden
die meisten der bestehenden Umwandlungstechniken normale elektrische Generato
ren zur Stromerzeugung; sie unterscheiden sich gegenseitig durch die Art und
Weise, wie die Wellenbewegung in eine für den Antrieb der Generatoren nutzba
re Strömung umgesetzt oder wie aus der mit der Wellenbewegung ohnehin ver
bundenen Wasserströmung ein nutzbarer Strömungsanteil abgezweigt werden
kann; vgl. zwei Artikel von K.-U. Graw ("Shore protection and electricity by
submerged plate wave energy converter" im oben genannten Tagungsbericht von
De O. Falcao 1993, S. 379-384 und "The submerged plate wave energy conver
ter" im Tagungsbericht von H. Kondo 1993, S. 307-310). Gelegentlich wird auch
eine Energiewandlung durch piezoelektrische Kristalle erwähnt, die sich unter der
durch Wasserwellen induzierten Strömung verformen (FOCUS Nr. 49 vom 5. De
zember 1994, S. 200).
Obschon es im Grundsatz gleichgültig ist, welcher Generatorentyp unter den
obigen Bedingungen eingesetzt wird, sei im Hinblick auf das Folgende ein
spezieller Typ erwähnt, der sich allerdings in der Praxis weder im Zusam
menhang mit Wasserwellen noch in anderem Zusammenhang durchgesetzt hat.
Dies liegt an den unten zu erläuternden Nachteilen im Vergleich etwa zum
herkömmlichen Dynamogenerator. Und zwar handelt es sich um sogenannte
parametrische oder parametererregte Generatoren. Sie beruhen auf dem Prin
zip der vom Standpunkt der technischen Grundlagen her wohlverstandenen
parametererregten Schwingungen: Wenn in einem elektromagnetischen Schwing
kreis der Parameter eines Bauelementes, etwa die Selbstinduktion L der Spule
oder die Kapazität C des Kondensators, mit einer gewissen Periode T perio
disch verändert wird und die Eigenperiode Tnat des Schwingkreises annähernd
das Doppelte jener Änderungsperiode oder eines ganzzahligen Bruchteiles des
Doppelten beträgt, bilden sich im Schwingkreis elektrische Wechselströme, die
bei zu geringer Erregungsamplitude A abklingen, sich bei zu großer Amplitude
A aufschaukeln und die nur bei einem oder bei wenigen bestimmten Amplituden
werten A nutzbar periodisch mit der Erregungsperiode T oder mit der Periode
T/2 verlaufen. Unter praktischen Gesichtspunkten gelingt die Parametererregung
freilich nur im Falle Tnat ≈ T/2. Für elektrische Generatoren wurde speziell
die Parametererregung durch Kapazitätsänderung vorgeschlagen, wobei sich ähn
lich dem in der Rundfunktechnik üblichen Drehkondensator geeignete, jetzt auf
der Generatorwelle montierte Kondensatorplatten oder dielektrische Platten gegen
über feststehenden Kondensatorplatten bewegen. Hierüber gibt es mehrere Paten
te.
Durch das neueste zugehörige Patent US 4 622 510 (identisch mit
DD 2 08 714) wurde eine Verbesserung jenes parametrischen Generatorprinzips
zwecks Behebung zweier Nachteile bekannt: Der Instabilität der Stromerzeugung
(entweder keine Schwingung bei zu kleinen Erregungsamplituden A, sich theore
tisch bis ins Unendliche aufschaukelnde Schwingungen bei zu großen Erregungs
amplituden A) und des im allgemeinen nicht-sinusförmigen Verlaufes des erzeug
ten Wechselstromes. Diese Nachteile werden behoben oder verringert, indem
zusätzlich zur zeitabhängigen Parametererregung im Schwingkreis entweder die
Kapazität, die Induktivität der Spule oder ein eingebauter Widerstand vom flie
ßenden, parametrisch erzeugten Strom abhängt. Nach Umkehr des Wirkungsprin
zips läuft der Generator auch als elektrische Maschine. Eine Parametererregung
durch Flüssigkeitswellen ist nicht vorgesehen.
Das EP 0233947 A1 bezieht sich auf eine Anordnung von Plattenkonden
satoren, zwischen deren Platten das Dielektrikum
geradlinig periodisch hin- und hergeschoben wird oder umläuft.
Jedoch tritt keine Parameterer
regung auf. Vielmehr müssen durch geeignete Schalt- und Abgreifvorgänge erst
Ladungen auf den Kondensator aufgebracht und nach der Verschiebung des Di
elektrikums wieder abgegriffen werden. Nach Umkehr des Wirkungsprinzips läuft
der Generator auch als elektrische Maschine. Eine Erregung durch Flüssigkeits
wellen ist nicht vorgesehen.
Auch gemäß der Offenlegungsschrift DE 40 33 390 A1 wird der Kondensator
erst geladen und nach der Kapazitätsänderung, auf entsprechend höherem Ener
gieniveau, wieder entladen. Doch wird die Kapazitätsänderung jetzt durch eine
Abstandsänderung der Kondensatorplatten infolge des Druckes eines erwärmten
Gases hervorgerufen; es handelt sich also um einen thermischen Antrieb. Die
elektrische Be- und Entladung des Kondensators erfolgt ohne mechanische
Schalt- bzw. Abgreifvorgänge jetzt über elektromagnetische Kopplungen, wobei
der Kondensator Teil eines Schwingkreises ist. Doch wird die Parametererre
gung praktisch ausgeschlossen, da die Eigenfrequenz
des Schwingkreises wesentlich größer als die Erregungsfrequenz ist (Tnat«T).
Unter den einschlägigen Patenten bezieht sich als einziges das unter SU
1368476 A1 beschriebene auf die Wandlung der Energie von Wasserwellen
("Brandungswellen") in elektrischen Strom. Und zwar wird die Kapazität eines
Plattenkondensators im Rhythmus der Wasserwellen direkt dadurch periodisch
geändert, daß die Wellen durch den Spalt zwischen den Platten laufend wobei
sich dort der Wasserspiegel hebt und senkt. Freilich ist der Kondensator
nicht in einen elektromagnetischen Schwingkreis eingebaut. Vielmehr ist er pa
rallel zu einem bestehenden Stromkreis bestehend aus Stromquelle und Ver
braucher angeordnet; er wird über ein im Wasser unter ihm angebrachtes
Manometer mit Differenziervorrichtung nur während der abnehmenden Wasser
wellenphase zugeschaltet. Die Wirkungsweise ist nicht offensichtlich; durch das
Patent wird auch keine eigentliche Energiewandlung beansprucht, sondern nur
eine Erhöhung des Wirkungsgrades (der daneben vorhandenen Stromquelle) und
eine Senkung des Strompreises.
Der in der vorliegenden Schrift beschriebenen Erfindung liegt das Problem ei
ner direkten Wandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in
elektrische Energie oder umgekehrt zugrunde, und zwar ohne die Verwendung
strömungsgetriebener Generatoren oder anderer Maschinen mit beweglichen
Teilen. Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst.
Gegenüber den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen zur Wandlung der Energie
von Flüssigkeitswellen in elektrische Energie mittels eines Generator- oder mit
tels verformter piezoelektrischer Kristalle besitzt die neue Vorrichtung den Vor
teil, gänzlich ohne bewegte oder sich verformende Bauteile auszukommen, so
daß sie einem nur geringen Verschleiß unterliegt und sich technisch auf sehr
einfache Weise verwirklichen läßt. Hierbei wird auch der Hauptnachteil parame
tererregter Schwingungen, wie er bei den üblichen parametrischen - Maschinen
ohne die in US 4 662 510 niedergelegte Verbesserung vorliegt, vermieden -
nämlich die oben erwähnte Instabilität des entnehmbaren Stromverlaufes (Abklin
gen auf 0 bei zu geringer oder Aufschaukeln bis zu unzulässig großen Werten
bei zu großer periodischer Kapazitätsänderung). Wenn nämlich die ankommen
den Wellen groß genug sind, um überhaupt eine Wandlung zu gewährleisten,
und wenn sie genug Energie herantransportieren, um den maximal zu erwar
tenden Stromverbrauch zu decken, kann man dem System auf stabile Weise
genau soviel Strom entziehen, wie der Verbraucher zum jeweiligen Zeitpunkt
benötigt. Dies liegt an der Kraft-Rückwirkung des Kondensators auf die
durchlaufenden Oberflächenwellen. Dadurch werden diese um den richtigen Be
trag gedämpft, so daß die Energiedifferenz zwischen den einlaufenden und den
auslaufenden Wellen gerade der entnommenen Energie nebst unvermeidbarer
Verluste durch Reibung beziehungsweise Erwärmung entspricht. Ein weiterer
Vorteil: Die beschriebene Vorrichtung läßt sich auch zur gezielten Dämpfung
von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit heranziehen, zum Beispiel des Wassers
in einem Hafenbecken, wobei die anfallende elektrische Energie zusätzlich
genutzt werden kann. Wie im Patentanspruch 1 formuliert, läßt sich ferner
das Wirkungsprinzip umkehren: Wenn man nämlich den Schwingkreis durch
Zufuhr elektrischer Energie zu elektromagnetischen Schwingungen anregt, so
übertragen sie sich durch die erwähnte mechanische Kraftwirkung des Kon
densators auf die als Dielektrikum agierende Flüssigkeit und erregen diese zu
Schwingungen oder Wellen. Eine solche Anordnung kommt beispielsweise für
den Antrieb von Wellenschwimmbädern in Betracht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
6 angegeben.
Patentanspruch 2 betrifft die Ausgestaltung des nach Anspruch 1 erforderli
chen Kondensators, dessen Kapazität durch die hindurchlaufenden Flüssigkeits
wellen periodisch geändert wird. Und zwar besteht ein Kondensator aus alter
nierend gepolten Ladungsträgern (Platten, Schalen, Wicklungen), die durch das
Dielektrikum getrennt sind. Wenn man nun den für das Dielektrikum vorgese
henen Zwischenraum frei sowie nach außen offen läßt und ihn teilweise in die
Flüssigkeit eintaucht, so wirkt das umgebende Medium, bestehend aus der
Flüssigkeit (das heißt im allgemeinen Wasser) und dem darüber lagernden Gas
(im allgemeinen also der atmosphärische Luft), selbst als Dielektrikum des
insgesamt ruhend angeordneten Kondensators. Die Flüssigkeitswellen verdrängen
dort das Gas ganz oder teilweise aus dem Spalt zwischen den Ladungsträ
gern, ändern so die über Gas und Flüssigkeit gemittelte globale Dielektrizitäts
konstante und damit auch die Kapazität.
Entsprechend Patentanspruch 3 kann man zur Vermeidung von Korrosion oder
zur Erzielung einer wirksameren Dielektrizitätskonstanten im Kondensator neben
Gas (insbesondere: Luft) und Flüssigkeit (insbesondere Wasser) ein drittes,
vorzugsweise festes Dielektrikum zwischenschalten, das von den Oberflächen
wellen der Flüssigkeit im Spalt zwischen den Ladungsträgern des Kondensators
hin und her beziehungsweise auf und ab bewegt wird und dort das Gas oder
die Flüssigkeit ganz oder teilweise ersetzt.
Um die Eigenfrequenz des Schwingkreises beziehungsweise seine Eigenperiode
Tnat im Verhältnis zur Periode T der erregenden Flüssigkeitswellen zunächst
grob auf den Wert 2 abzustimmen und um diese Abstimmung auch nach einer
bei natürlichen Wasserwellen unvermeidlichen Änderung der Wellenperiode T
grob beizubehalten, kann man nach Patentanspruch 4 die Ladungsträger des
Kondensators einzeln bzw. paarweise hinzu- oder abschalten oder die Ladungs
träger in mehrere gegeneinander isolierte Teile zerlegen und diese bei Bedarf
zu- oder abschalten. Hierdurch stimmt man zusätzlich die Abmessung der Ge
samtheit aller eingeschalteten Ladungsträger in bezug auf die Länge der Oberflä
chenwellen ab. In der Tat sollte diese Gesamtabmessung der aktivierten Ladungs
träger, wie unten ersichtlich wird, gewisse Verhältnisse zur jeweiligen Länge
der Oberflächenwellen weder über- noch unterschreiten.
Die Feinabstimmung der Eigenperiode gelingt gemäß Patentanspruch 5 durch
die Änderung anderer, von der Wellenbewegung nicht beeinflußter Parameter
des Schwingkreises - etwa der Selbstinduktivität L der Spule bzw. einer zu
sätzlichen Spule oder der Kapazität C₀ eines weiteren nicht notwendigerweise
in die Flüssigkeit tauchenden Kondensators. Diese Parameteränderungen sowie
die Zu- oder Abschaltung einzelner Ladungsträger oder deren Teile kann
durch Steuerung von Hand, durch automatische Steuerung oder durch automa
tische Regelung erfolgen.
Schließlich kann man gemäß Patentanspruch 6 die Ladungsträger des Konden
sators durch eine dielektrische Schicht gegen Korrosion oder gegen mechani
sche Beschädigungen schützen und dadurch gleichzeitig auch eine Ionenleitung
in der Flüssigkeit unterbinden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt als Beispiel zwei Schwingkreise mit dem Kondensator der Kapazität
C, einer Spule der Induktivität L und des Draht-("Kupfer"-)Widerstandes
RCu, dem Verbrauchswiderstand R sowie dem Gesamt-Spannungsgefälle U des
Kondensators, wobei in Fig. 1b ein Hilfs-Spannungsgefälle bedeutet. Wenn
man erreichen will, daß der überwiegende Teil der erzeugten elektrischen Lei
stung dem Verbraucher (R) zugute kommt, so muß man
(RT/L) « (RCuT/L) + 4π², RCu « R (1)
gewährleisten, je nachdem, ob es sich um den Schwingkreis nach Fig. 1a oder
1b handelt. Anhand von Gl. (1) kann man unter gegebenen Bedingungen den
jeweils geeigneteren der beiden Kreise auswählen.
Fig. 2 zeigt schematisch einen für das umgebende Medium offenen, alternie
rend gepolten Plattenkondensator und Fig. 3 einen entsprechenden, aus Zylin
derschalen als Ladungsträgern aufgebauten Kondensator.
Fig. 4 zeigt schematisch, wie sich eine Wasserwelle, deren Oberfläche in x,y-
Koordinaten abhängig von der Zeit t durch die Funktion y = z(x,t) gegeben
ist, mit der Wellengeschwindigkeit c oder der Gruppengeschwindigkeit V durch
die parallel zur Fortpflanzungsrichtung gestellten Platten P+, P- eines Platten
kondensators bewegt. g ist die Fallbeschleunigung, ρ die Flüssigkeitsdichte, b
die Plattenbreite, H die mittlere Eintauchtiefe, h der mittlere Flüssigkeitsstand
in den Platten, λ die Wasserwellen-Länge und l die Wellenamplitude. Das Medi
um (1) stellt das umgebende Gas (Luft), (2) die Flüssigkeit (Wasser) dar.
Man sieht, daß die Breitenabmessung b der Platten gegenüber der Wel
lenlänge λ abgestimmt sein sollte. Im Falle der Gleichheit b = λ bliebe die
flüssigkeitsbedeckte Plattenfläche nämlich trotz des Fortschreitens der Welle
zeitlich konstant, so daß überhaupt kein Strom erzeugt werden könnte. Dies
gilt natürlich auch für eine verschwindende Fläche (b = 0). Somit liegt das
Optimum etwa zwischen b/λ = 1/4 und b/λ = 3/4. Um b geeignet abzu
stimmen, kann man die Platten in gegeneinander isolierte Plattenstreifen der
Breite δx zerlegen (schraffiert) und jeweils so viele dieser Streifen zusammen
schalten, wie man für eine optimale Breite b benötigt.
Fig. 5 zeigt den (mittleren) Flüssigkeitsstand (FL) in den Zwischenräumen von
Kondensatorplatten (PL); in Fig. 5b ist ein weiteres, auf der Flüssigkeit
schwimmendes dielektrisches Medium (MED) zwischen die Flüssigkeit und das
umgebende Gas (Luft) geschaltet. Es verringert je nach Bedarf die Plattenkorro
sion oder erhöht die mittlere Dielektrizitätskonstante.
Statt die Platten wie in Fig. 4 oder Fig. 5 senkrecht in die Flüssigkeit zu
hängen, kann man sie auch parallel zur mittleren Flüssigkeitsoberfläche (x = 0)
anordnen, wobei das Wellenprofil in horizontale Parallelstreifen zerschnitten
wird. Durch eine fortschreitende Welle werden dann die Platten zeitlich verän
derlich in unterschiedlicher Weise von der Flüssigkeit bedeckt, so daß ebenso
wie bei der senkrechten Anordnung der Platten ein zeitlich periodischer Kapazi
tätsverlauf entsteht. Dementsprechend dürfen die Platten auch schräg in die
Flüssigkeit gehängt werden. Bei einer Anordnung quer zur Wellenrichtung gibt
es zwar ebenfalls eine parametrische Erregung, doch wird sie durch den
behinderten Wellendurchlauf weniger effektiv sein. Bei einem zylindrischen Kon
densator nach Fig. 1b, der mit der Achse senkrecht zur mittleren Flüssigkeits
oberfläche aufgehängt wird, ist die Erregung dann ebenfalls weniger effektiv,
aber unabhängig von der Fortpflanzungsrichtung der Wellen. Eine Aufhängung
mit zur Wasseroberfläche paralleler Achse in Richtung der Wellenfortpflanzung
empfiehlt sich bei räumlich beengten Verhältnissen, beispielsweise also bei der
Ausnutzung von Wellen auf der Oberfläche eines Baches oder eines anderen
Gerinnes. Hier kommen auch halbzylindrische oder anders geformte Schalen
als Ladungsträger in Betracht.
Als Auslegungsbeispiel wurde ein Schwingkreis nach Fig. 1b mit einem Platten
kondensator in der Anordnung von Fig. 4 in einer Wasseroberfläche mit um
gebender Luft ohne Zusatzkondensator durchgerechnet; Abmessungen a = 2 m,
b = 1 m, Plattenabstand d = 2 cm, Plattendicke s = 4 mm. Dies ergibt einen Kon
densatorblock von insgesamt 2,88 m Dicke. Man kann zum Beispiel einen
Hafendamm von 100 m Länge oder mehr aus solchen Blöcken zusammensetzen,
die Wellen im Hafenbecken dämpfen und gleichzeitig elektrischen Strom gewin
nen. Umgekehrt läßt sich der genannte Kondensatorblock oder eine Reihung
solcher Blöcke zur Wellenerzeugung etwa in einem Wellenschwimmbecken be
nutzen.
Nachfolgend sei nur ein einzelner Block der genannten Größe betrachtet. Die
mittlere Wassertiefe betrage H = 4 m, die mittlere Eintauchtiefe h = 1 m und die
Wellenlänge λ = 4 m, so daß ein Verhältnis b/λ = 1/4 in sinnvoller Größenord
nung besteht. Bei einer Wellenperiode von T = 2 s verlangt die Abstimmung des
Schwingkreises auf ein Resonanzverhältnis von Tnat/T = 2 eine sehr hohe
Selbstinduktivität von L = 100 000 Vs/A, die sich bei einer rechnerisch zu
erwartenden Stromstärke von maximal 0.7 A aber durchaus mit technischen
Standardmitteln verwirklichen läßt. Dann würde bei einer ankommenden Wellenam
plitude von bis zu 42 cm gar keine Energie umgewandelt; die Wellen blieben
ungedämpft. Bei steigender Wellenamplitude stiege der umgewandelte Energie
anteil an und erreichte theoretisch bei einer Amplitude von ca. 59 cm bereits
den vollen Energieinhalt der ankommenden Wellen von ca. 12 kW. Hier hätten
die austretenden Wellen die Amplitude 0. Steigt die Amplitude der ankommen
den Wellen über 59 cm an, so bleibt der theoretische Wirkungsgrad zunächst
konstant bei 100%, sinkt aber wieder bis auf 0 ab, wenn die Wellen den
Kondensator voll überspülen.
Freilich wurden die eintretenden oder austretenden Wellen am Kondensator für
die Berechnung als ideal sinusförmig angesetzt, alsdann wurde bei der theo
retischen Ermittelung der Wirkungsgrade der Verlust durch Reibung und Er
wärmung sowie durch Reflexion oder Streuung der Wellen nicht berücksichtigt,
so daß in der Praxis geringere Wirkungsgrade als oben angegeben zu erwar
ten sind.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Wandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssig
keit, insbesondere von Wasserwellen in elektrische Energie oder umgekehrt, bestehend aus einem elektri
schen Schwingkreis mit nachgeschaltetem Verbraucherstromkreis sowie mit
einer in den Schwingkreis integrierten Spule und einem Kondensator, dessen
Kapazität sich bei gegenseitig unbeweglich angeordneten Platten, Schalen
oder Wicklungen als Ladungsträgern allein durch die Bewegung der Oberflä
chenwellen in deren Rhythmus verändert, wobei im Schwingkreis parameterer
regte elektrische Schwingungen erzeugt und dadurch die Oberflächenwellen
gedämpft werden oder wobei umgekehrt aufgrund vorgegebener, durch elek
trische Energiezufuhr erzeugter elektrischer Schwingungen die Oberflächen
wellen angefacht werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der im Kondensator die Zwischenräume
für das Dielektrikum nach außen offen sind und sich durch das umgebende
gasförmige, flüssige oder zweiphasig gasförmig/flüssige Medium je nach Flüs
sigkeitsstand ganz mit Gas, ganz mit Flüssigkeit oder teils mit Gas und
teils mit Flüssigkeit als Dielektrikum füllen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich das Dielektrikum aus dem umge
benden Gas, der umgebenden Flüssigkeit sowie mindestens einem weiteren
festen oder flüssigen Medium zusammensetzt, wobei dieses weitere Medium
von den Oberflächenwellen der umgebenden Flüssigkeit im Rhythmus der Wel
len hin- und herbewegt wird und dabei das Gas entsprechend verdrängt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Platten, Schalen oder Wick
lungen als Ladungsträger des Kondensators in kleinere ladungstragende Ele
mente unterteilt sind, die individuell von Hand, durch automatische Steuerung
oder durch einen automatischen Regler zu- oder abgeschaltet werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Induktivität der Spule oder
einer zusätzlich eingebauten Spule oder die Kapazität eines zusätzlich einge
bauten Kondensators und dadurch die Eigenfrequenz des elektrischen
Schwingkreises individuell von Hand oder automatisch gesteuert oder durch
einen Regelkreis automatisch in einem einstellbaren Verhältnis zur Frequenz
der Oberflächenwellen der umgebenden Flüssigkeit gehalten wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die ladungstragenden Platten,
Schalen oder Wicklungen gegenüber dem für das Dielektrikum vorgesehenen
Zwischenraum durch eine zusätzliche feste dielektrische Schicht isoliert
sind.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE4418581A DE4418581C2 (de) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | Vorrichtung zur Wandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in elektrische Energie und umgekehrt |
| JP12289495A JP3633665B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-23 | 液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
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| DE19503563C1 (de) * | 1995-02-03 | 1996-03-28 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Umwandlung der Energie von Wasserwellen in elektrische Energie |
| NZ611214A (en) * | 2010-12-09 | 2015-09-25 | Seabased Ab | An electric device and a method for a wave power plant |
| CN107605645B (zh) * | 2017-08-22 | 2019-07-16 | 哈尔滨工程大学 | 自动适应波长的波浪能发电装置 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4126822A (en) * | 1977-05-27 | 1978-11-21 | Wahlstrom Sven E | Electrostatic generator and motor |
| DE3007392A1 (de) * | 1980-02-27 | 1981-09-03 | Bernard Arthur Rockhampton North Queensland Packer | Vorrichtung zum energieumwandeln |
| DD208714A5 (de) * | 1981-10-29 | 1984-04-04 | Hitzinger Gmbh | Parametrische elektrische maschine |
| WO1984004119A1 (en) * | 1983-04-15 | 1984-10-25 | Thomas Szolnoky | Apparatus to use wave energy |
| DE3419565A1 (de) * | 1984-05-25 | 1985-11-28 | Rolf Dr. 5090 Leverkusen Brück | Vorrichtung zur erzeugung von energie aus meereswellen |
| EP0233947A1 (de) * | 1985-08-20 | 1987-09-02 | Research Development Corporation of Japan | Energieumwandler |
| DE8532791U1 (de) * | 1985-11-21 | 1987-09-17 | Thyssen Edelstahlwerke AG, 4000 Düsseldorf | Wellengenerator |
| WO1988000655A1 (en) * | 1986-07-21 | 1988-01-28 | Burns Joseph R | Ocean wave energy conversion using piezoelectric material members |
| JPH01255485A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-12 | Agency Of Ind Science & Technol | 波力発電装置 |
| DE2637373C2 (de) * | 1975-08-20 | 1989-10-12 | Univ Edinburgh | |
| DE4033390A1 (de) * | 1990-10-20 | 1992-04-30 | Tralau Guenter Dipl Phys | System zur erzeugung elektromagnetischer energie aus dem waermeinhalt eines gases |
| DE4143011C1 (en) * | 1991-12-24 | 1993-04-15 | Hans 5000 Koeln De Lambrecht | Floating wave machine for generating electrical power - has jointed floats resting on water surface coupled to fly-wheel via interconnecting rods and gearing |
| US5226747A (en) * | 1991-04-23 | 1993-07-13 | Tianjin University | Adaptive control artificial wavemaking device |
-
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-
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Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2637373C2 (de) * | 1975-08-20 | 1989-10-12 | Univ Edinburgh | |
| US4126822A (en) * | 1977-05-27 | 1978-11-21 | Wahlstrom Sven E | Electrostatic generator and motor |
| DE3007392A1 (de) * | 1980-02-27 | 1981-09-03 | Bernard Arthur Rockhampton North Queensland Packer | Vorrichtung zum energieumwandeln |
| DD208714A5 (de) * | 1981-10-29 | 1984-04-04 | Hitzinger Gmbh | Parametrische elektrische maschine |
| US4622510A (en) * | 1981-10-29 | 1986-11-11 | Ferdinand Cap | Parametric electric machine |
| WO1984004119A1 (en) * | 1983-04-15 | 1984-10-25 | Thomas Szolnoky | Apparatus to use wave energy |
| DE3419565A1 (de) * | 1984-05-25 | 1985-11-28 | Rolf Dr. 5090 Leverkusen Brück | Vorrichtung zur erzeugung von energie aus meereswellen |
| EP0233947A1 (de) * | 1985-08-20 | 1987-09-02 | Research Development Corporation of Japan | Energieumwandler |
| DE8532791U1 (de) * | 1985-11-21 | 1987-09-17 | Thyssen Edelstahlwerke AG, 4000 Düsseldorf | Wellengenerator |
| WO1988000655A1 (en) * | 1986-07-21 | 1988-01-28 | Burns Joseph R | Ocean wave energy conversion using piezoelectric material members |
| JPH01255485A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-12 | Agency Of Ind Science & Technol | 波力発電装置 |
| DE4033390A1 (de) * | 1990-10-20 | 1992-04-30 | Tralau Guenter Dipl Phys | System zur erzeugung elektromagnetischer energie aus dem waermeinhalt eines gases |
| US5226747A (en) * | 1991-04-23 | 1993-07-13 | Tianjin University | Adaptive control artificial wavemaking device |
| DE4143011C1 (en) * | 1991-12-24 | 1993-04-15 | Hans 5000 Koeln De Lambrecht | Floating wave machine for generating electrical power - has jointed floats resting on water surface coupled to fly-wheel via interconnecting rods and gearing |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CAP, Ferdinand: Ein elektrostatischer Stromgene- rator. In: E und M, Elektrotechnik und Maschinen- bau, Dez. 1985, S.495-505 * |
| HAFNER, Edzard: Umwandlung von Wellenenergie durchdoppelt wirkende Turbinen. In: Wasserwirtschaft 75, 1985, 10, S.440-447 * |
| JP 1-255485 A., In: Patents Abstracts of Japan, E-871, Jan. 11, 1990, Vol. 14, No. 12 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19734077A1 (de) * | 1997-08-06 | 1998-10-15 | Klaus Ranz | Magneto-Hydrostatischer Antrieb |
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