WO2001063734A2 - Vorrichtung zur umwandlung von wellenenergie in elektrische energie - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung von wellenenergie in elektrische energie Download PDF

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WO2001063734A2
WO2001063734A2 PCT/DE2001/000698 DE0100698W WO0163734A2 WO 2001063734 A2 WO2001063734 A2 WO 2001063734A2 DE 0100698 W DE0100698 W DE 0100698W WO 0163734 A2 WO0163734 A2 WO 0163734A2
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WO
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pump
pump chamber
connecting line
pumping
line system
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PCT/DE2001/000698
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Inventor
Erhard Otte
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Erhard Otte
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1845—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem
    • F03B13/1875—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem and the wom is the piston or the cylinder in a pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to a device for converting wave energy into electrical energy.
  • WO 99/44410 proposes a device for recharging electrical accumulators which can be mounted on watercraft and which uses the vertical rocking movements of the watercraft in question to generate electrical energy.
  • an oscillating mass which can essentially consist of the rechargeable battery to be charged, is attached to a frame or housing which is mounted in the watercraft so as to be able to oscillate. Due to the inertia, the vibrating mass moves relative to the frame or housing when the watercraft is rocking. The relative movements are used to operate an electrical generator.
  • Such devices can also be used to independently supply other floating devices such as signal or measuring barrels with electrical energy.
  • the device has a pump device carried by a floating object, which has a displacement body which is arranged in a pump chamber and is freely movable along a longitudinal axis of the pump chamber and which divides the pump chamber into two sub-chambers. These two subspaces are connected to one another by a connecting line system.
  • This pump device is designed in such a way that, due to a horizontal rocking movement generated by the waves, the pump chamber swings about a horizontal axis running transversely to its longitudinal axis, the longitudinal axis being essentially horizontally oriented during this rocking movement.
  • the displacement body is moved back and forth in the pump chamber, as a result of which the pump medium is pumped back and forth through the connecting line system, whereby a generator connected to the connecting line system is driven.
  • the floating object can be, for example, a ship, a barrel or the like on which the pump device is mounted.
  • the floating object need not be part of the device itself. However, it can also be a special float specially provided for the device.
  • the device according to the invention does not use the vertical relative movements generated by the wave movements and the inertia of an oscillating mass. Instead, the inclination behavior of the pump chamber, which arises due to the passage of waves, is used, which is sometimes inclined to the horizontal in one direction and sometimes in the other. This means that, depending on the inclination of the pump chamber, the displacement body, which is movable in the pump chamber, is moved on an inclined plane by the gravitational force, and the pump medium is pumped through the connecting line system.
  • the devices working with the inertia have a good effectiveness especially with relatively small and quite quickly successive waves. Such waves are used in areas where floating marine signs are normally used are predominantly given. Since the aim is for signal tones to make small wobble movements and, if possible, only move up and down, these devices according to the prior art are well suited for such uses.
  • the devices according to the invention have considerable advantages.
  • By appropriately selecting the dimensioning of the pump device it is possible to adapt the device quite well to the wave conditions of the respective location or also to the object which the pump device is carrying.
  • the device according to the invention it is possible to design the device according to the invention so that it serves to cover a small energy requirement on boats or the like.
  • devices can be built according to the same principle, which are able to generate more energy. This can, for example, be fed into the normal power grid via submarine cables or used to supply larger units such as seawater desalination plants, offshore platforms or the like. By coupling several devices according to the invention, power plant systems can be built.
  • the pump chamber can have any cross section. It is only necessary to ensure that the displacement body, which acts like a piston in the pump chamber, has a correspondingly adapted cross section.
  • the cross section of the pumping chamber is preferably circular, its front ends in turn having any shape or preferably being adapted to the shape of the displacement body.
  • the displacement body can have a cylinder shape, for example, like a conventional piston.
  • the displacement body preferably has a spherical shape.
  • a "ball piston” requires no further guidance or storage within a pump chamber with a circular cross-section. Since the ball rolls downward within the pump chamber depending on its inclined position, mechanical wear is also minimal, so that the structure as a whole is almost maintenance-free.
  • the pumping medium is preferably a flowable substance which has a lubricating effect and does not cause any environmental damage when it gets into the water surrounding the device according to the invention.
  • the device has an expansion tank for the pump medium.
  • the expansion tank is preferably closed, the pump medium being pressurized, for example, by means of a suitable gas in the expansion tank.
  • the type and drive mode of the generator used can be varied depending on the special requirements.
  • the connecting line system can have a corresponding valve system which is designed such that the pump medium flows against the turbine from the same direction regardless of the direction of movement of the displacement bodies.
  • two counter-rotating turbine wheels can also be used, each of which is mounted on a clutch that can only transmit torque in one direction of rotation.
  • a fluid with a lubricating effect is used as the pump medium, such couplings are to be used without the wear becoming too great.
  • the turbine runner can be supported on both sides. Flying storage can be avoided.
  • the length of the connecting line allows an optimal overall length of the turbine including stationary guide vanes.
  • a special turbine for example a so-called “Wells turbine”, can be used, which is driven in the same direction of rotation irrespective of the direction of flow of the pump medium.
  • the connecting line system which the Parts of the pump room connects together, consist of a simple connecting line.
  • the performance to be achieved with the device depends on the amount of pump medium pumped with each swing and the static pressure under which this amount is pumped.
  • devices with different nominal power can be built. Larger outputs can also be achieved by connecting several pumping chambers in parallel, each with a displacement body, it being possible for the subspaces of the parallel pumping chambers to be connected to one another by a common connecting line system.
  • the length of the pump room is sensibly to be chosen so that the displacement of the displacement body in the pump room is optimally adapted to the respective wave conditions at the place of use.
  • Important parameters determined by the waves are the size and frequency of the changes in inclination of the longitudinal axis of the pump chamber.
  • FIG 2 is a schematic representation of the operation of the device according to the invention according to Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a device according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a device according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a top view with a partial section through a device according to the invention with a plurality of pumping spaces arranged in parallel;
  • FIG. 6 shows a cross section through a device according to FIG. 5 along the section line A'-A;
  • FIG. 7 shows a cross section through a device with a plurality of pump spaces lying next to one another as in FIG. 5, but in a variant; 8 shows a plan view of a plurality of devices according to FIG. 5 coupled one behind the other.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a device according to the invention in a particularly simple but efficient embodiment.
  • a floating body 32 here a tank
  • a pump device 1 which essentially consists of a pump chamber 2, the front ends of which are connected to one another via a connecting line system 10 consisting of a single and direct connecting line 11.
  • the pump chamber 2 has a circular cross section and in it there is a spherical displacement body 3, the diameter of which is adapted to the diameter of the pump chamber 2.
  • the tolerance is selected in the present exemplary embodiment such that the ball 3 can just freely roll in the longitudinal direction of the pump chamber 2.
  • the displacement body in spherical shape 3 divides the pump space 2 with sufficient tightness into two subspaces.
  • the front sides of the pump chamber 2 are dome-shaped, the radius corresponds to that of the spherical displacement body 3.
  • the pump chamber 2 and the connecting line 11 are completely filled with a pump medium 30, an environmentally compatible liquid with a lubricating effect.
  • a turbine 20 is located in the connecting line 11 and is connected to a generator 22 via a shaft 23. So that the shaft 23 does not have to be too long, the turbine 20 is located in a short, double-angled elbow 12 within the connecting line 11. At its free end and at the passage from the elbow 12 to the generator 22, the shaft 23 is in bearings 24 , 25 mounted on the elbow 12.
  • expansion tank 29 on the connecting line 11, which is partially filled with the pump medium 30. It is a closed container 29, the interior of which is only connected to the connecting line 11 and in which the pump medium 30 is pressurized by a gas 31.
  • an upwardly open container instead of the closed expansion tank, which is connected to the connecting line system 10 or the pump chamber 2, for example, via check valves or the like.
  • the direction of inclination will then change again, so that the ball 3 is continuously rolled back and forth in the longitudinal direction L of the pump chamber 2 by the wave movements and the pump medium 30 pumps accordingly back and forth through the connecting line 11.
  • the turbine 20 which in turn is connected to the generator 22, is driven.
  • a Wells turbine is used which rotates in the same direction of rotation irrespective of the flow direction, so that the generator 22 is also driven in the same direction.
  • a simpler turbine or a simple propeller wheel or the like can also be used, which changes the direction of rotation depending on the direction of flow and alternately drives the generator 22, or the direction of rotation is rectified by a suitable intermediate gear.
  • FIG. 3 shows an alternative, particularly relating to the connecting line system 10.
  • the connecting line system 10 does not consist of a simple connecting line 11, but of a plurality of connecting lines 16, 17 and 18, which are connected to one another by check valves 26 and a pressure switch valve 27 in such a way that a simple turbine 21 always consists in the same direction.
  • This turbine 21 is also connected to a generator 22 by a shaft 23.
  • the pump medium 30 is pumped through the lines 16 and 17 to the pressure switch valve 27, which closes the line arriving in each case from the other side of the pump chamber 2.
  • the pump medium 30 is pumped by the pressure switch valve 27 through the turbine 21 and then runs through the line 18 and the check valve 26 and further through the line 16 to the respective suction side of the pump chamber 2.
  • An expansion tank 29 is also connected through a line 19 the lines 18 connected.
  • control valve 28 Directly in front of the turbine 21 there is a control valve 28, through which the inflow to the turbine 21 is interrupted and thus the further pumping process is interrupted and the ball 3 can be prevented from moving.
  • a control valve can also be inserted into a connecting line according to FIG. 1. This can be a simple two-position valve, but it can also be one with which the flow rate can be continuously reduced.
  • FIG. 4 shows a further alternative exemplary embodiment.
  • a cylinder-shaped piston 4 is used as the displacement body 4, which is mounted on a guide rod 9 arranged centrally and coaxially to the longitudinal axis L of the pump chamber 2.
  • the piston 4 is drilled centrally along its longitudinal axis and has guide elements 8, for example ball or slide bearings, at the ends.
  • the guide rod 9 prevents the piston 4 from being misaligned within the pump chamber 2.
  • such a guide rod 9 can be dispensed with, in particular in the case of small-sized pump devices.
  • the piston 4 can have guide bearings on the outside, with which the piston 4 is guided on the walls of the pump chamber 2.
  • the end faces 5 of the pump chamber 2 shown here are flat in accordance with the cylindrical shape of the piston 4.
  • Such a pump device 1 can of course also be mounted on board a ship or the like instead of in a floating body 32. It is only necessary that the object carrying the pump device 1 performs sufficient rocking movements so that the displacement body 3, 4 is moved back and forth in the pump chamber 2 and the pump medium 30 pumps through the connecting line system 10.
  • the floating bodies 32 in FIGS. 1 to 4 each have a fastening eyelet 35 on the underside, with the aid of which the respective floating body can be anchored.
  • the floating body 32 is shaped or anchored by means of the fastening eyelet 35 in such a way that the floating body 32 largely or automatically aligns itself so that the longitudinal axis L of the pumping chamber 2 is as perpendicular as possible to the respectively starting wavefront W and the pumping device 1 is maximal is tilted.
  • cross sections of the pump chamber 2 and the displacement body 3, 4 of any size can be selected.
  • the main limits here are the technical possibilities of manufacturing.
  • Spheres up to 2m in diameter are not a fundamental problem.
  • the optimal length of the pump chamber 2 and thus the optimal length of the path of the respective displacement body 3, 4 depends very much on the expected average wave height and the expected average frequency with which these waves be passed through at the intended location of the device. Because this determines which static pressure the displacement body can apply and how much time it has to get from one end position to the other. Due to the dimensioning of the cross section of the pump chamber and its length, the device can be optimally adapted to the wave conditions to be expected at the intended location.
  • the choice of the material of the spherical surface and the inner wall of the pump chamber is determined on the one hand by minimizing wear.
  • the mass of the ball should be as large as possible in order to optimize the power density.
  • a weighting material for example lead shot.
  • the use of crushed weighting material can be useful if the thermal expansion coefficient of the spherical shell differs significantly from that of the weighting material and a massive filling of the hollow sphere would therefore lead to problems.
  • the parallel pumping spaces 2 each have dome-shaped end faces 6.
  • Each of the pumping spaces 2 is equipped with a spherical displacement body 3.
  • the floating bodies 33, 34 each have, in a section facing the pumping chambers 2, a continuous chamber 14 running across all pumping chambers 2, which are each connected to the central connecting line 15.
  • a continuous chamber 14 running across all pumping chambers 2, which are each connected to the central connecting line 15.
  • the connecting line system 10 in this embodiment consists of the curved lines 13, the two continuous chambers 14 and the central connecting line 15.
  • a turbine 20 preferably a Wells turbine, is located in the central connecting line 15 and is connected to a generator 22 by a turbine shaft 23.
  • a cross section along the section line A'-A of FIG. 5 is shown in FIG.
  • the shape and size of the floating bodies 33, 34 with the pumping spaces 2 is selected such that the distance between the two floating bodies 33, 34 is kept short in relation to the length of the pumping spaces 2, so that the entire structure is sufficient even for smaller waves with shorter wavelengths reacts and under the influence of the waves the greatest possible inclinations of the pumping spaces 2 can be achieved.
  • the distance between the floating bodies 33, 34 and the length of the pumping spaces 2 can be varied and adapted to the expected wave conditions.
  • FIG. 7 shows in cross section a varied form of the device according to FIGS. 5 and 6, the distance between the floats 33, 34 being selected to be even shorter in relation to the length of the pumping spaces 2. As FIGS. 6, 7 and 1 show in comparison, the length of the device can be varied almost as desired.
  • FIGS. 5, 6 and 7 there are springs 38 in the flange pieces 7 on the end faces 6 of the pumping spaces 2, which serve as damping elements 38 for the balls 3 abutting in their end positions.
  • Such springs 38 or other damping elements can of course also be used in the devices according to FIGS. 1 to 4.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 7 also each have a fastening device in the form of an eyelet 35 on the underside, to which the devices can be anchored in such a way that the floats 33, 34 can automatically align themselves such that the longitudinal axes of the pumping spaces 2 stand as perpendicular to the incoming wave fronts as possible.
  • connection elements 36, 37 here eyelets 36, 37, which are arranged laterally suitably on the Schwirnrnkö ⁇ ern 33, 34, several of the devices according to Figure 5 can be coupled in series, as shown in Figure 8.
  • the eyelets 36, 37 are each dimensioned and arranged in such a way that they fit into one another and can be connected to one another by simple bolts. In this way, almost any length of chains of "energy recovery modules" can be put together. The energy generated by such chains is much less pulsating than that of a single device. The energy obtained can be conducted onshore by submarine cables.
  • the generator 22 can, for example when used for the self-sufficient energy supply of signal bins, boats or the like, be connected to an accumulator via a suitable charger or in some other way to an energy store If only small rocking movements are to be carried out, for example floating signal tones, it is sensible to position a device according to the invention with its own floating bodies at the same location and to connect it to the floating body to be supplied by suitable connections.
  • the device according to the invention can in principle be used universally and can be adapted to the respective intended use by changing the size ratios.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung (1) zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mit einer von einem schwimmenden Objekt getragenen Pumpeinrichtung (1), die einen in einem Pumpraum (2) angeordneten, frei entlang einer Längsachse (L) des Pumpraums (2) beweglichen Verdrängungskörper (3, 4) aufweist, welcher den Pumpraum (2) in zwei Teilräume trennt. Die beiden Teilräume sind durch ein Verbindungsleitungssystem (10) untereinander verbunden. An das Verbindungsleitungssystem (10) ist ein Generator (22) angeschlossen. Die Pumpeinrichtung ist so ausgelegt, dass aufgrund einer durch Wellen erzeugten horizontalen Schaukelbewegung des Pumpraums (2) dieser um eine quer zu seiner Längsachse (L) verlaufende horizontale Achse schwingt, wobei der Mittelwert der Lage der Längsache (L) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Dabei wird der Verdrängungskörper (3, 4) im Pumpraum (2) hin und her bewegt und drückt ein Pumpmedium (30), welches den Generator (22) antreibt, durch das Verbindungsleitungssystem (10).

Description

Titel
Vorrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie.
Zur Nutzbarmachung von sogenannten umweltfreundlichen, regenerativen Energie= quellen hat es in den letzten Jahren bzw. Jahrzehnten zahlreiche Entwicklungen auf dem Gebiet der Windenergie gegeben. Infolge dessen bestehen inzwischen zahlreiche Windenergie- Anlagen, die in größerem kommerziellen Stil Windenergie nutzbar machen. Obwohl ein wesentlicher Teil des weltweiten Windenergiepotentials auf offener See durch Reibung an der Wasseroberfläche in Wellenenergie umgewandelt wird und folglich ein erhebliches zusätzliches Energiepotential bei einer Nutzung der Meereswellenenergie zur Verfügung stehen würde, liegt die Entwicklung dieser Technologie, was eine Nutzung in größerem Umfang betrifft, im Verhältnis zu anderen Technologien zur Nutzung regenerativer Energien, noch weit zurück.
Abgesehen von einzelnen Versuchsprojekten bestehen derzeit noch keine Anlagen, die dieses riesige Potential in ernsthaftem Umfang nutzen.
Selbst auf Wasserfahrzeugen, auf denen üblicherweise ebenfalls Bedarf an elektrischer Energie besteht, wird diese Energiequelle in der Regel heutzutage noch nicht genutzt. Bei Schiffen, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, wird hier ent= sprechend elektrische Energie abgezweigt. Wasserfahrzeuge, die nicht von Verbren= nungsmotoren angetrieben werden, nutzen als unmittelbare Energiequelle üblicherweise elektrische Akkumulatoren die entweder an Netzanschlussmöglichkeiten an Stegen und Bootsanlegern, über spezielle durch Verbrennungsmotoren angetriebene Klein= generatoren oder ggf. auch durch Wind- oder Solargeneratoren auf dem Boot nach= geladen werden.
Als Alternative hierzu wird in der WO 99/44410 ein Gerät zum Nachladen elektrischer Akkumulatoren vorgeschlagen, welches auf Wasserfahrzeugen montiert werden kann, und welches die vertikalen Schaukelbewegungen des betreffenden Wasserfahrzeugs zur Gewinnung elektrischer Energie nutzt. Hierbei wird eine Schwingmasse, die im Wesentlichen aus dem aufzuladenden Akkumulator bestehen kann, in einem Gestell oder Gehäuse, welches im Wasserfahrzeug montiert ist, schwingfahig angebracht. Aufgrund der Massenträgheit bewegt sich die Schwingmasse relativ zum Gestell oder Gehäuse, wenn das Wasserfahrzeug schaukelt. Die Relativbewegungen werden zum Betrieb eines elektrischen Generators genutzt. Solche Geräte können auch dazu genutzt werden, andere schwimmende Einrichtungen wie Signal- oder Messtonnen autark mit elektrischer Energie zu versorgen. Aufgrund der elastischen Kopplung der Schwing= masse zum Gestell oder Gehäuse müssen solche Geräte regelmäßig gewartet und ggf. Lagerungen sowie Dämpfungs- und Federelemente ausgetauscht werden. Zudem sind solche Geräte in erster Linie so ausgelegt, dass mit ihnen der relativ geringe Energie= bedarf eines kleinen Wasserfahrzeugs oder einer schwimmenden Signaleinrichtung gedeckt werden kann. Zur Gewinnung größerer Energiemengen sind derartige Geräte nicht vorgesehen und auch nicht geeignet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu diesem Stand der Technik zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine von einem schwimmenden Objekt getragene Pumpeinrichtung auf, die einen in einem Pumpraum angeordneten, frei entlang einer Längsachse des Pumpraums beweglichen Verdrängungskörper aufweist, welcher den Pumpraum in zwei Teilräume trennt. Diese beiden Teilraume sind durch ein Verbindungsleitungssystem miteinander verbunden. Dies Pumpeinrichtung ist so ausgelegt, dass aufgrund einer durch die Wellen erzeugten horizontalen Schaukelbe= wegung der Pumpraum um eine quer zu seiner Längsachse verlaufende horizontale Achse schwingt, wobei die Längsachse bei dieser Schaukelbewegung im Mittel im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Dabei wird der Verdrängungskörper im Pumpraum hin und her bewegt, wodurch das Pumpmedium durch das Verbindungs= leitungssystem hin und her gepumpt wird, wodurch ein am Verbindungsleitungssystem angeschlossener Generator angetrieben wird.
Bei dem schwimmen Objekt kann es sich dabei beispielsweise um ein Schiff, eine Tonne oder ähnliches handeln, worauf die Pumpeinrichtung montiert ist. Das schwimmenden Objekt muss nicht Teil der Vorrichtung selbst sein. Es kann sich jedoch auch um einen speziellen, besonders für die Vorrichtung vorgesehenen Schwimmkörper handeln.
Im Gegensatz zu der vom Stand der Technik her bekannten Einrichtung nutzt die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht die durch die Wellenbewegungen und die Trägheit einer Schwingmasse erzeugten vertikalen Relativbewegungen aus. Stattdessen wird das durch das Durchlaufen von Wellen entstehende Neigungsverhalten des Pumpraums ausgenutzt, der sich mal in die eine Richtung, mal in die andere Richtung schräg zur Horizontalen stellt. Das bedeutet, dass der im Pumpraum bewegliche Verdrängungs= körper je nach Neigung des Pumpraums durch die Gravitationskraft wie auf einer schiefen Ebene bewegt und dabei das Pumpmedium durch das Verbindungsleitungs= System gepumpt wird.
Die mit der Massenträgheit arbeitenden Einrichtungen haben vornehmlich bei relativ kleinen und recht schnell aufeinander folgenden Wellen eine gute Effektivität. Derartige Wellen sind in Bereichen, in denen schwimmende Seezeichen normalerweise eingesetzt werden, überwiegend gegeben. Da angestrebt wird, dass Signaltonnen geringe Schlingerbewegungen ausführen und sich möglichst lediglich auf und ab bewegen, sind diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik für solche Verwendungen gut geeignet.
In Bereichen dagegen, in denen größere Wellenhöhen und Wellenlängen sowie bei einer Verwendung auf bzw. in Schwimmkörpern, die größeren Schlingerbewegungen aus= gesetzt sind, haben die erfmdungsgemäße Vorrichtungen erhebliche Vorteile. Durch entsprechende Wahl der Dimensionierung der Pumpeinrichtung ist eine recht gute Anpassung der Vorrichtung an die Wellenbedingungen des jeweiligen Liegeorts bzw. auch an das Objekt, welches die Pumpeinrichtung trägt, möglich.
Das heißt, es ist einerseits möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszulegen, dass sie zur Deckung eines kleinen Energiebedarfs auf Booten oder dergleichen dient. Andererseits können nach dem gleichen Prinzip Vorrichtungen gebaut werden, die in der Lage sind, im größeren Umfang Energie zu gewinnen. Diese kann beispielsweise über Seekabel in das normale Stromnetz eingespeist werden oder zur Versorgung von größeren Einheiten wie Meerwasserentsalzungsanlagen, Offshore-Plattformen oder dergleichen dienen. Durch die Kopplung mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen können Kraftwerksanlagen gebaut werden.
Da der mechanische Aufbau solcher erfindungsgemäßen Vorrichtungen vom Grundsatz her sehr einfach, mit einem Minimum an sich gegeneinander bewegenden mechanischen Teilen ist, sind solche Vorrichtungen außerdem äußerst wartungsarm.
Der Pumpraum kann im Prinzip einen beliebigen Querschnitt haben. Es ist lediglich dafür zu sorgen, dass der wie ein Kolben im Pumpraum wirkende Verdrängungskörper einen entsprechend angepassten Querschnitt aufweist. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Pumpraums jedoch kreisförmig, wobei seine stirnseitigen Enden wiederum beliebig geformt sein können bzw. vorzugsweise der Form des Verdrängungsköφers angepasst sind. Um den Anschlag des Verdrängungsköφers in seinen Endlagen im Pumpraum zu dämpfen, befinden sich in diesen Endlagen vorzugsweise Auffangeinrichtungen, beispielsweise in Form von Federn.
Der Verdrängungsköφer kann beispielsweise wie ein üblicher Kolben eine Zylinder= form aufweisen.
Vorzugsweise weist der Verdrängungsköφer jedoch Kugelform auf. Ein solcher „Kugelkolben" benötigt keine weitere Führung oder Lagerung innerhalb eines Pump^ raums mit kreisförmigem Querschnitt. Da die Kugel innerhalb des Pumpraums je nach dessen Schräglage nach unten rollt, ist auch der mechanische Verschleiß minimal, so dass der Aufbau insgesamt nahezu wartungsfrei ist. Das Pumpmedium ist vorzugsweise ein fließfahiger Stoff, der eine schmierende Wirkung hat und keine Umweltschäden verursacht, wenn er in das die erfindungs^ gemäße Vorrichtung umgebende Wasser gelangt. Um Volumenänderungen des Pump= mediums durch Temperaturwechsel oder gegebenenfalls durch undichte Stellen auszu= gleichen, weist die Vorrichtung einen Ausgleichsbehälter für das Pumpmedium auf. Der Ausgleichsbehälter ist vorzugsweise geschlossen, wobei das Pumpmedium beispiels= weise mittels eines geeigneten Gases im Ausgleichsbehälter mit Druck beaufschlagt ist.
Bauart und Antriebsweise des verwendeten Generators können je nach den Besonderen Anforderungen variiert werden.
Eine Möglichkeit stellt ein rotativer Generator dar, der durch eine im Verbindungs^ leitungssystem angeordnete Turbine angetrieben wird. Um bei einer solchen Anordnung den Generator unabhängig von der Bewegungsrichtung des Verdrängungsköφers im Pumpraum gleichgerichtet antreiben zu können, bestehen verschiedene Möglichkeiten.
Zum einen kann das Verbindungsleitungssystem ein entsprechendes Ventilsystem auf= weisen, welches so gestaltet ist, dass die Turbine unabhängig von der Bewegungs= richtung der Verdrängungsköφers aus der gleichen Richtung vom Pumpmedium angeströmt wird.
Im Prinzip können auch zwei gegenläufig arbeitende Turbinenräder verwendet werden, die jeweils auf einer Kupplung montiert sind, die nur in einer Drehrichtung Dreh= moment übertragen kann. Insbesondere, wenn als Pumpmedium eine Flüssigkeit mit Schmierwirkung verwendet wird, sind solche Kupplungen einzusetzen, ohne dass der Verschleiß zu groß werden kann.
Die Turbinenläufer können beidseitig gelagert werden. Fliegende Lagerungen können vermieden werden. Die Länge der Verbindungsleitung erlaubt eine optimale Baulänge der Turbine einschließlich stationärer Leitschaufeln.
Bei einer besonders einfachen Variante kann eine spezielle Turbine, beispielsweise eine sogenannte „Wells-Turbine", verwendet werden, die unabhängig von der Strömungs= richtung des Pumpmediums in der gleichen Drehrichtung angetrieben wird. Bei der Verwendung einer solchen Turbine kann das Verbindungsleitungssystem, welches die Teilräume des Pumpraums miteinander verbindet, aus einer einfachen Verbindungsleitung bestehen.
Die mit der Vorrichtung zu erreichende Leistung hängt von der mit jeder Schaukel= bewegung gepumpten Menge des Pumpmediums und dem statischen Druck, unter welchem diese Menge gepumpt wird, ab. Durch verschieden große Pumpräume und entsprechend angepasste Verdrängungsköφer lassen sich Vorrichtungen mit verschieden großer Nennleistung bauen. Größere Leistungen lassen sich auch durch Parallelschalten mehrerer Pumpräume mit jeweils einem Verdrängungsköφer erreichen, wobei die Teilräume der parallelen Pumpräume durch ein gemeinsames Verbindungsleitungssystem miteinander verbunden sein können.
Die Länge des Pumpraums ist sinnvollerweise so zu wählen, dass der Laufweg des Verdrängungsköφers im Pumpraum optimal an die jeweiligen Wellenverhältnisse am Einsatzort angepasst ist. Wichtige, durch die Wellen bestimmte Parameter sind die Größe und Frequenz der Neigungsänderungen der Längsachse des Pumpraums.
Bei der Verwendung einer solchen Vorrichtung in bzw. an speziellen Schwimmköφern sollten diese Schwimmköφer (bzw. dieser Schwimmköφer) nach Form, Anordnung und Art der Verankerung so ausgelegt sein, dass sich die Längsrichtung des Pump= raums (der parallelen Pumpräume) selbsttätig quer zur den durchlaufenden Wellen= fronten einstellen kann, um dadurch eine optimale Effektivität zu erzielen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dort dargestellten sowie die oben und nachfolgend beschriebenen Merkmale können nicht nur in den genannten Kombinationen, sondern auch einzeln und in anderen Kombinationen erfindungs= wesentlich sein. Es stellen dar:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel mit einem kugelförmigen Verdrängungs= köφer;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine schematische Schmttdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausfuhrungsbeispiel;
Figur 5 eine Draufsicht mit Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren parallel angeordneten Pumpräumen;
Figur 6 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß Figur 5 entlang der Schnitt= linie A'-A;
Figur 7 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit mehreren nebeneinander liegenden Pumpräumen wie in Figur 5, jedoch in einer Variante; Figur 8 eine Draufsicht auf mehrere hintereinander gekoppelte Vorrichtungen gemäß Figur 5.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer besonders einfachen aber effizienten Ausfuhrungsform. In einem Schwimmköφer 32, hier ein Tank, befindet sich eine Pumpvorrichtung 1, welche im Wesentlichen aus einem Pumpraum 2 besteht, dessen stirnseitigen Enden über ein aus einer einzelnen und direkten Verbindungsleitung 11 bestehendes Verbindungsleitungssystem 10 unter= einander verbunden sind. Der Pumpraum 2 hat einen kreisförmigen Querschnitt und in ihm befindet sich ein Verdrängungsköφer in Kugelform 3, dessen Durchmesser an den Durchmesser des Pumpraums 2 angepasst ist. Die Toleranz ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel so gewählt, dass die Kugel 3 gerade noch frei in Längsrichtung des Pumpraums 2 rollen kann. Der Verdrängungsköφer in Kugelform 3 teilt den Pump= räum 2 mit ausreichender Dichtigkeit in zwei Teilräume. Die Stirnseiten des Pump= raums 2 sind kalottenfbrmig ausgebildet, der Radius entspricht dem des Verdrängungs^ köφers in Kugelform 3. Der Pumpraum 2 und die Verbindungsleitung 11 sind voll= ständig mit einem Pumpmedium 30, einer umweltverträglichen Flüssigkeit mit Schmierwirkung, gefüllt.
In der Verbindungsleitung 11 befindet sich eine Turbine 20, die über eine Welle 23 mit einem Generator 22 verbunden ist. Damit die Welle 23 nicht zu lang sein muss, befindet sich die Turbine 20 in einem kurzen, doppelt abgewinkelten Kniestück 12 innerhalb der Verbindungsleitung 11. An ihrem freien Ende und am Durchtritt aus dem Kniestück 12 zum Generator 22 hin ist die Welle 23 in Lagern 24,25 am Kniestück 12 gelagert.
An der Verbindungsleitung 11 befindet sich ein Ausgleichsbehälter 29, welcher teil= weise mit dem Pumpmedium 30 befüllt ist. Es handelt sich um einen an sich geschlossenen Behälter 29, dessen Inneres nur mit der Verbindungsleitung 11 verbunden und in dem das Pumpmedium 30 durch ein Gas 31 mit Druck beaufschlagt ist. Durch diese Anordnung können Volumenänderungen - z.B. durch Temperatur= änderungen hervorgerufen - des Pumpmediums 30 ausgeglichen werden und es wird verhindert, dass bei geringen Undichtigkeiten im System andere Stoffe als das Pump= medium 30 in das System einlaufen können. Grundsätzlich ist es selbstverständlich möglich, anstelle des geschlossenen Ausgleichsbehälters auch einen nach oben offenen Behälter zu verwenden, welcher beispielsweise über Rückschlagventile oder der= gleichen mit dem Verbindungsleitungssystem 10 bzw. dem Pumpraum 2 verbunden ist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist anhand der Figur 2 besonders gut darzustellen. Bei einem in der Laufrichtung R der Wellen auflaufenden Weilenberg W wird der Schwimmköφer 32 mit der Pumpeinrichtung 1 zunächst in eine Richtung gekippt
(siehe linke Seite der Figur 2). Aufgrund der Schwerkraft wird die Kugel 3 im Pump= räum 2 nach unten - also in diesem Fall nach links-unten - rollen und das Pumpmedium 30 vom linken Teil des Pumpraums 2 durch die Verbindungsleitung 11 in den rechten Teil des Pumpraums 2 drücken. Wenn der Schwimmköφer 32 dem Kamm des Wellenbergs W passiert hat, wird er automatisch auf der ablaufenden Seite des Wellenbergs W in die entgegengesetzte Richtung gekippt (siehe rechte Seite der Figur 2). Die Kugel 3 wird aufgrund der Schwerkraft nach rechts-unten rollen und das Pumpmedium 30 durch die Verbindungs= leitung 11 vom rechten Teil des Pumpraums 2 in dessen linken Teil zurückdrücken. Im folgenden Wellental wird dann wieder die Neigungsrichtung wechseln, sodass die Kugel 3 durch die Wellenbewegungen ständig in Längsrichtung L des Pumpraums 2 hin und her gerollt wird und das Pumpmedium 30 entsprechend durch die Verbindungs= leitung 11 hin und her pumpt. Auf diese Weise wird die Turbine 20, die ihrerseits mit dem Generator 22 verbunden ist, angetrieben. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Wells-Turbine eingesetzt, die unabhängig von der Anströmrichtung in der gleichen Drehrichtung rotiert, sodass auch der Generator 22 gleichgerichtet angetrieben wird. Selbstverständlich kann auch eine einfachere Turbine beziehungsweise ein einfaches Propellerrad oder dergleichen verwendet werden, welches je nach Anströmrichtung die Drehrichtung wechselt und den Generator 22 wechselweise antreibt oder die Drehrichtung wird durch ein geeignetes, zwischengeschaltetes Getriebe gleichgerichtet.
Figur 3 zeigt eine Alternative, besonders das Verbindungsleitungssystem 10 betreffend. Anders als beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht das Verbindungs= leitungssystem 10 nicht aus einer einfachen Verbindungsleitung 11, sondern aus mehreren Verbindungsleitungen 16, 17 und 18, welche durch Rückschlagventile 26 und ein Druckschalterventil 27 so untereinander verbunden sind, dass eine einfache Turbine 21 immer aus der gleichen Richtung angeströmt wird. Auch diese Turbine 21 ist durch eine Welle 23 mit einem Generator 22 verbunden. Beim Pumpvorgang wird das Pump= medium 30 jeweils durch die Leitungen 16 und 17 zum Druckschalterventil 27 gepumpt, welches die jeweils gegenüberliegend ankommende Leitung von der andern Seite des Pumpraums 2 schließt. Vom Druckschalterventil 27 wird das Pumpmedium 30 durch die Turbine 21 gepumpt und läuft dann durch die Leitung 18 und das Rück= schlagventil 26 und weiter durch die Leitung 16 zur jeweils saugenden Seite des Pump= raums 2. Ein Ausgleichsbehälter 29 ist durch eine Leitung 19 mit den Leitungen 18 verbunden.
Direkt vor der Turbine 21 befindet sich ein Steuerventil 28, durch welches der Zufluss zur Turbine 21 unterbrochen und somit der weitere Pumpvorgang unterbrochen und die Kugel 3 an der Bewegung gehindert werden kann. Selbstverständlich lässt sich ein solches Steuerventil auch in eine Verbindungsleitung entsprechend Figur 1 einfügen. Dieses kann ein einfaches Zwei- Stellungsventil, aber auch ein solches sein, mit welchem sich die Durchflussmenge stufenlos reduzieren lässt.
Figur 4 zeigt ein weiteres alternatives Ausfuhrungsbeispiel. Hierbei besteht der wesentliche Unterschied zu Figur 1 darin, dass als Verdrängungsköφer 4 ein zylinderfδrmiger Kolben 4 verwendet wird, welcher auf einer zentrisch koaxial zur Längsachse L des Pumpraums 2 angeordneten Führungsstange 9 gelagert ist. Hierzu ist der Kolben 4 zentrisch entlang seiner Längsachse durchbohrt und weist endseitig jeweils Führungselemente 8, beispielsweise Kugel- bzw. Gleitlager, auf. Die Führungsstange 9 verhindert, dass sich der Kolben 4 innerhalb des Pumpraums 2 verkannten kann. Im Prinzip kann jedoch, insbesondere bei kleiner dimensionierten Pumpeinrichtungen, auf eine solche Führungsstange 9 verzichtet werden. Dann kann beispielsweise der Kolben 4 außenseitig Führungslager aufweisen, mit denen der Kolben 4 an den Wandungen des Pumpraums 2 geführt wird. Die Stirnseiten 5 des hier dargestellten Pumpraums 2 sind entsprechend der Zylinderform des Kolbens 4 flach ausgebildet.
Eine derartige Pumpeinrichtung 1 , wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, kann selbst= verständlich auch an Bord eines Schiffes oder dergleichen anstelle in einem Schwimm= köφer 32 montiert sein. Es ist lediglich erforderlich, dass das die Pumpeinrichtung 1 tragende Objekt ausreichende Schaukelbewegungen durchführt, so dass der Verdrängungsköφer 3, 4 im Pumpraum 2 hin und her bewegt wird und das Pump= medium 30 durch das Verbindungsleitungssystem 10 pumpt.
Die Schwimmköφer 32 in den Figuren 1 bis 4 weisen jeweils untenseitig eine Befestigungsöse 35 auf, mit deren Hilfe der jeweilige Schwimmköφer verankert werden kann. Der Schwimmköφer 32 ist so ausgeformt bzw. die Verankerung mittels der Befestigungsöse 35 erfolgt so, dass sich der Schwimmköφer 32 weitgehend selbst= tätig so ausrichtet, dass die Längsachse L des Pumpraums 2 möglichst rechtwinklig zur jeweils anlaufenden Wellenfront W steht und die Pumpeinrichtung 1 so maximal gekippt wird.
Im Prinzip können beliebig große Querschnitte des Pumpraums 2 und des Verdrängungsköφers 3, 4 gewählt werden. Grenzen sind hier in erster Linie durch die technischen Möglichkeiten der Fertigung gegeben. Kugeln bis 2m Durchmesser stellen aber kein grundsätzliches Problem dar. Die optimale Länge des Pumpraums 2 und damit die optimale Länge des Laufweges des jeweiligen Verdrängungsköφers 3, 4 hängt ganz wesentlich von der zu erwartenden durchschnittlichen Wellenhöhe und der zu erwartenden durchschnittlichen Frequenz, mit der diese Wellen durchlaufen werden, am vorgesehenen Liegeort der Vorrichtung ab. Denn dadurch wird bestimmt, welchen statischen Druck der Verdrängungsköφer aufzubringen vermag und wie viel Zeit er hat, um von einer Endlage in die andere zu gelangen. Durch die Dimensionierung von Querschnitt des Pumpraums und seiner Länge ist die Vorrichtung optimal an die zu erwartenden Wellenverhältnisse an dem für sie vorgesehenen Liegeort anzupassen.
Die Wahl des Materials der Kugeloberfläche und der Innenwandung des Pumpraums wird einerseits durch die Minimierung des Verschleißes bestimmt. Andererseits sollte die Masse der Kugel möglichst groß sein um die Leistungsdichte zu optimieren. Aus Kostengründen wird es sinnvoll sein, eine Hohlkugel, beispielsweise aus Stahl, die mit einem Beschwerungsmaterial, beispielsweise Bleischrot, gefüllt ist, vorzusehen. Die Verwendung von geschrotetem Beschwerungsmaterial kann sinnvoll sein, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kugelmantels wesentlich von dem des Beschwerungsmaterials abweicht und ein massives Ausfüllen der Hohlkugel deshalb zu Problemen fuhren würde.
Berechnungen haben ergeben, dass von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer mit Bleischrot gefüllten Stahlhohlkugel mit dem Durchmesser 1700 mm und einer Pumpraumlänge von 2000 mm bei einem Wirkungsgrad von 70% - 80% eine Nenn= leistung von ca. 15 kW erwartet werden kann.
Sehr viel größere Leistungen sind erreichbar, indem mehrere parallele Pumpräume gekoppelt werden, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 der Fall ist. Diese Vorrichtung besteht aus zwei Schwimmköφern 33, 34, welche durch vier rohr= formige Pumpräume 2 sowie eine zentrale, rohrförmige Durchgangsleitung 15 unter= einander verbunden sind. Die parallelen Pumpräume 2 weisen jeweils kalottenformige Stirnseiten 6 auf. Jeder der Pumpräume 2 ist mit einem kugelförmigen Verdrängungs= köφer 3 bestückt.
Die Schwimmköφer 33, 34 weisen jeweils in einem zu den Pumpräumen 2 weisenden Abschnitt eine quer über alle Pumpräume 2 verlaufende durchgehende Kammer 14 auf, welche jeweils mit der zentralen Verbindungsleitung 15 verbunden sind. An den Stirn= Seiten 6 der Pumpräume 2 befinden sich Anschlussstutzen 7, an denen jeweils gekrümmte Leitungen 13 befestigt sind, welche ihrerseits in die durchgehenden Kammern 14 führen. Auf diese Weise sind durch die Leitungen 13, die durchgehenden Kammern 14 und die zentrale Durchgangsleitung 15 jeweils die rechten Seiten aller Pumpräume 2 untereinander und mit den linken Seiten aller Pumpräume 2 verbunden, die ihrerseits wieder alle untereinander verbunden sind. Das Verbindungsleitungssystem 10 besteht bei dieser Ausführung aus den gekrümmten Leitungen 13, den beiden durchgehenden Kammern 14 und der zentralen Verbindungsleitung 15.
In der zentralen Verbindungsleitung 15 befindet sich eine Turbine 20, vorzugsweise eine Wells-Turbine, welche durch eine Turbinenwelle 23 mit einem Generator 22 verbunden ist. An der dem Generator 22 gegenüberliegenden Seite befindet sich an der durchgehenden Kammer 14 ein Ausgleichsbehälter 29. Ein Querschnitt entlang der Schnittlinie A'-A der Figur 5 ist in Figur 6 gezeigt.
Die Form und Größe der Schwimmköφer 33, 34 mit dem Pumpräumen 2 ist so gewählt, dass der Abstand der beiden Schwimmköφer 33, 34 im Verhältnis zur Länge der Pumpräume 2 kurz gehalten ist, so dass der gesamte Aufbau auch bei kleineren Wellen mit kürzeren Wellenlängen ausreichend reagiert und unter dem Einfluss der Wellen möglichst große Neigungen der Pumpräume 2 erreicht werden. Der Abstand der Schwimmköφer 33, 34 und die Länge der Pumpräume 2 können variiert und den zu erwartenden Wellenbedingungen angepasst werden. Figur 7 zeigt im Querschnitt eine variierte Form der Vorrichtung gemäß den Figuren 5 und 6, wobei der Abstand zwischen den Schwimmköφern 33, 34 im Verhältnis zur Länge der Pumpräume 2 noch kürzer gewählt ist. Wie die Figuren 6,7 und 1 im Ver= gleich zeigen, ist die Vorrichtung bezüglich ihrer Längenverhältnisse nahezu beliebig zu variierbar.
In den Figuren 5, 6 und 7 befinden sich in den Flanschstücken 7 an den Stirnseiten 6 der Pumpräume 2 jeweils Federn 38, die als Dämpfungselemente 38 für die in ihren End= lagen anstoßenden Kugeln 3 dienen. Derartige Federn 38 oder andere Dämpfungs^ elemente können selbstverständlich auch in den Vorrichtungen gemäß Figuren 1 bis 4 verwendet werden.
Auch die Ausfuhrungsbeispiele gemäß den Figuren 5 bis 7 weisen untenseitig jeweils eine Befestigungseinrichtung in Form einer Öse 35 auf, an der die Vorrichtungen so verankert werden können, dass sich die Schwimmköφer 33, 34 selbsttätig so aus= richten können, dass die Längsachsen der Pumpräume 2 möglichst rechtwinklig zu den anlaufenden Wellenfronten stehen.
Mit Hilfe von an den Schwirnrnköφern 33, 34 jeweils seitlich passend angeordneten Verbindungselemente 36, 37 , hier Ösen 36, 37, sind mehrere der Vorrichtungen gemäß Figur 5 hintereinander koppelbar, wie in Figur 8 dargestellt ist. Die Ösen 36, 37 sind jeweils so dimensioniert und angeordnet, dass sie passend ineinander gesteckt und durch einfache Bolzen untereinander verbunden werden können. Auf diese Weise lassen sich nahezu beliebig lange Ketten von , J5nergiegewinnungsmodulen" zusammenstellen. Die Energiegewinnung durch solche Ketten erfolgt wesentlich weniger pulsierend als die einer einzelnen Vorrichtung. Die gewonnenen Energie kann durch Seekabel an Land geleitet werden. Dort kann eine Stromaufbereitung, beispielsweise eine Frequenzan= gleichung, erfolgen. Der Generator 22 kann, zum Beispiel bei der Verwendung zur autarken Energieversorgung von Signaltonnen, Booten oder dergleichen, über ein geeignetes Ladegerät mit einem Akkumulator oder auf andere Weise mit einem Energiespeicher verbunden sein. Bei Verwendung zur Energieversorgung von Schwimmköφern, die möglichst nur geringe Schaukelbewegungen ausführen sollen, wie zum Beispiel schwimmende Signaltonnen, ist es sinnvoll, am gleichen Liegeort eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit eigenen Schwimmköφern zu positionieren und durch geeignete Verbindungen mit dem zu versorgenden Schwimmköφer zu verbinden.
Wie die Beispiel zeigen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Prinzip universell einsetzbar und kann durch Veränderung der Größenverhältnisse an den jeweiligen Nutzungszweck angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung ( 1 ) zur Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie mit einer von einem schwimmenden Objekt getragenen Pumpeinrichtung (1), die einen in einem Pumpraum (2) angeordneten, frei entlang einer Längsachse (L) des Pumpraums (2) beweglichen Verdrängungsköφer (3, 4) aufweist, welcher den Pumpraum (2) in zwei Teilraume trennt, mit einem Verbindungsleitungssystem
(10), welches die beiden Teilraume verbindet, und mit einem an das Verbindungs= leitungssystem (10) angeschlossenen Generator (22), wobei die Pumpeinrichtung so ausgelegt ist, dass aufgrund einer durch Wellen erzeugten horizontalen Schaukelbewegung des Pumpraums (2) um eine quer zu seiner Längsachse (L) verlaufende horizontale Achse schwingt, wobei der Mittelwert der Lage der
Längsachse (L) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, und dabei der Ver= drängungsköφer (3, 4) im Pumpraum (2) hin und her bewegt wird und ein Pump= medium (30), welches den Generator (22) antreibt, durch das Verbindungs= leitungssystem (10) pumpt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpraum (2) im wesentlichen zylinderfbrmig ist.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungsköφer (4) eine Zylinderform aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpraum (2) einen kreisförmige Querschnitt und in seiner Längsachse (L) einseitig oder beid= seitig im wesentlichen halbkugelformige, zum Pumpraum (2) hin konvex verlaufende Stirnseiten (5) aufweist.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungsköφer (3) Kugelform aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungs= köφer (3) eine mit einem Beschwerungsmaterial gefüllte Hohlkugel ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpmedium (30) eine Flüssigkeit ist, die Korrosion verhindert,
Schmierwirkung hat und keine Umweltschäden verursacht, wenn sie in das die Vorrichtung (1) umgebende Gewässer gerät.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Verbindungsleitungssystem (10) angeordnete Turbine (20, 21) zum Antrieb des
Generators (22).
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine die Teilräume des Pumpraums (2) direkt miteinander verbindende Verbindungsleitung (11, 15) und eine darin angeordnete Turbine (20), die unab= hängig von der Strömungsrichtung des Pumpmediums (30) durch die Verbindungsleitung (11, 15) den Generator (22) in der gleichen Richtung antreibt.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsleitungssystem (10) ein Ventilsystem (26, 27) aufweist, welches so geschaltet ist, das die Turbine (21) unabhängig von der Bewegungs= richtung des Verdrängungsköφers (3) im Pumpraum (2) vom Pumpmedium (30) aus der gleichen Richtung angeströmt wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Dämpfungseinrichtungen (38), welche jeweils den Anschlag des Verdrängungs= köφers (3) in seinen Endlagen im Pumpraum (2) dämpfen.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere einander zugeordnete Pumpräume (2) mit jeweils einem Verdrängungs= köφer (3).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpräume (2) einander parallel zugeordnet sind.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugeordneten Pumpräume (2) durch ein gemeinsames Verbindungs= leitungssystem (10) miteinander verbunden sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgleichsbehälter (29) für das Pumpmedium (30).
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichs= behälter (29) ein geschlossener Behälter (29) ist und das Pumpmedium (30) von dem Ausgleichsbehälter (29) ausgehend mit Druck beaufschlagt wird.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere die Pumpeinrichtung (1) tragende Schwimmköφer (32, 33, 34), welcher/welche so ausgebildet und/oder verankert ist/sind, dass eine automatische Ausrichtung der Vorrichtung (1) so erfolgt, dass die Längsachse (L) des Pump= raums/der Pumpräume (2) im Mittel rechtwinklig zur anlaufenden Wellenfront steht.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2483270A (en) * 2010-09-02 2012-03-07 Ian Thaxter Buoyant wave energy converter
CN103590966A (zh) * 2013-11-13 2014-02-19 山东大学 环保长寿命可矩阵组合式波浪发电机组
CN104329210A (zh) * 2014-09-04 2015-02-04 长沙理工大学 一种点吸收式液压波浪能装置
CN104389726A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 长沙理工大学 一种利用气轮机的浮力摆式波浪能装置
CN104389727A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 长沙理工大学 一种重力摆式波浪能液压发电装置
CN104405571A (zh) * 2014-10-09 2015-03-11 长沙理工大学 一种水平运动的浮子式液压波浪能装置
CN104405572A (zh) * 2014-10-09 2015-03-11 长沙理工大学 一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置
CN104481786A (zh) * 2014-10-09 2015-04-01 长沙理工大学 一种浮力摆式波浪能液压发电装置
CN104481787A (zh) * 2014-10-09 2015-04-01 长沙理工大学 一种利用气轮机的点吸收式波浪能装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE423431B (sv) * 1978-08-16 1982-05-03 Sven Anders Noren Aggregat for tillvaratagnade av rorelseenergi, som er bunden i vattnets vagrorelse
DE3109398A1 (de) * 1981-03-12 1983-07-28 Arno 2100 Hamburg Ulbricht Verfahren zur nutzung der wellenenergie von oberflaechenwaessern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
US4851704A (en) * 1988-10-17 1989-07-25 Rubi Ernest P Wave action electricity generation system and method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2483270A (en) * 2010-09-02 2012-03-07 Ian Thaxter Buoyant wave energy converter
CN103590966A (zh) * 2013-11-13 2014-02-19 山东大学 环保长寿命可矩阵组合式波浪发电机组
CN104329210A (zh) * 2014-09-04 2015-02-04 长沙理工大学 一种点吸收式液压波浪能装置
CN104389726A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 长沙理工大学 一种利用气轮机的浮力摆式波浪能装置
CN104389727A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 长沙理工大学 一种重力摆式波浪能液压发电装置
CN104405571A (zh) * 2014-10-09 2015-03-11 长沙理工大学 一种水平运动的浮子式液压波浪能装置
CN104405572A (zh) * 2014-10-09 2015-03-11 长沙理工大学 一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置
CN104481786A (zh) * 2014-10-09 2015-04-01 长沙理工大学 一种浮力摆式波浪能液压发电装置
CN104481787A (zh) * 2014-10-09 2015-04-01 长沙理工大学 一种利用气轮机的点吸收式波浪能装置

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