WO2015075264A1 - Energy-generating ship stabilizer - Google Patents
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- Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
- Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions
Definitions
- the invention relates to a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, characterized in that masses are stored on a ship flexible on a means for pressure and volume transfer, the vibrations of the masses are damped by the means for pressure and volume transfer, and at the same time the pressure fluctuations occurring as a result of the means for pressure and volume transfer are used to convert the kinetic energy of the flexibly stored masses into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy.
- the invention further provides an apparatus for carrying out the method.
- the marine stabilizer according to the invention is applicable to all seagoing vehicles, whether at sea, river, sea or ocean, regardless of size, purpose, drive type and hull shape, which wave-induced ship movements into energy (eg electrical energy, hydraulic energy or heat energy) converts without hindering the task of the ship (eg transport).
- Characteristic feature is the flexible storage with energy-generating damping (eg hydraulics, pneumatics, water, etc.) of any mass oscillating with the ship (eg ship's cargo, persons, ship's installations and superstructures or ballast).
- WO2009 / 1 20066 discloses a sea state compensation system in which energy must first be expended to actively move a mass. Only part of the applied energy is regenerated. A flexible storage with energy-generating damping is not described.
- WO201 1 0601 83 discloses ships which convert the fluctuating buoyancy forces on the water surface occurring in the electrical energy by means of floating bodies suspended on lever arms. A disadvantage over the invention is that such a ship with considerable effort in electricity Stores accumulators and only after longer travel time feeds into the power grid on land. On land, a high proportion of electrical energy is already generated by renewable energy sources. Another disadvantage is that more personnel and capital are tied up.
- the invention disclosed in WO201 1060183 is characterized in that the ship first oil-driven drive in areas with high wave power in order to collect energy and store and then oil-powered back to the power grid back to land. The stored energy is not used to directly propel or stabilize the ship.
- GB 2442718 A discloses a wind and wave power plant comprising a platform and generating wind and wave energy.
- the energy source is wind or a fluctuating water column (OSC).
- the power generation system disclosed herein describes a stationary unit which is not intended for the transportation of goods or persons.
- DE 10 2009 004 284 A1 discloses a power plant for converting mechanical primary energy into another energy form and method for converting mechanical primary energy in a power plant.
- a power plant for wave energy conversion is described in another form of energy.
- the source of energy is the wave itself and not the inertia of a moving mass.
- the power generation system disclosed herein describes a stationary unit which is not intended for the transportation of goods or persons.
- JP S57-138494 A discloses a ship stabilization system comprising a pendulum which initiates a partial rotation in a generator. This means that only rolling movements can be converted into energy, ie only one of six ship movements.
- the pendulum is located in the middle of the ship in the area of the pivot point of the rolling motion and thus the energy yield is low due to the short lever.
- the pendulum requires significant amounts of space, as the entire pendulum must be kept free. With the solution described here, no mass for damping the ship movements and simultaneous Energy conversion / energy generation are used, which is already on the ship.
- Ship stabilizers are also known to those skilled in the art. There are snake keelers, fin stabilizers, tank stabilizers and gyrostabilizers. Schlingerkiele are laterally on the hull firmly attached steel profiles, which are simple, maintenance-free and inexpensive, however, trigger a constant braking effect and have little stabilizing effect. Fin stabilizers are movable fins attached to the fuselage, which raise the ship by pressure on the water flow. Fins are more effective than whorls, but they slow down in operation. Tank stabilizers regulate water flow between tanks attached to the ship's side walls and connected to pipes, thereby reducing roll. Disadvantages are the high space requirement and the added mass in the ship.
- gyrostabilizers such as disclosed in DE385287
- one or more gyros in the ship act and can greatly slow down the ship's "roll.”
- gyrostabilizers often hold the ship longer in extreme positions, so the stabilizers must be turned off, especially in stormy weather conditions
- the effect of existing systems is limited primarily to the reduction of rolling, ie the movement about the longitudinal axis of the ship.
- DE3425426 A1 An example which also reduces the ramming movement and also should generate energy is disclosed in DE3425426 A1.
- This is a ship-stabilizing energy generator.
- a part of the ship oscillating with a degree of freedom is transmitted at the bow and stern to a generator shaft or directly to the propeller shaft, with which the ship is driven.
- a similar pendulum is also disclosed in DE3109446 A1.
- a disadvantage of these solutions is the considerable space required (volume and mass) within the ship. Correspondingly less freight can be transported.
- you can superimposed pounding and rolling movements let the propeller shaft out of round and thus disrupt the process of energy transfer.
- a pendulum connected to a screw or generator shaft can also oscillate only in a single direction of rotation axis and compensate for ship movements and generate energy.
- Hydraulic or pneumatic shock absorbers associated with a spring are known in the automotive industry. This application is so ubiquitous and subject to constant improvement, so that a more detailed description based on references omitted here.
- the ship fulfills its purpose, namely the transport of goods.
- a separate ship including crew only for power generation is not necessary in the solution according to the invention.
- Advantage of the present invention is that electrical energy can be used directly from a ship to the drive, which otherwise burns not only climate-damaging, but also sulfur-containing and carcinogenic heavy oil in the ship's diesel engine.
- the cost of energy production from oil is significantly higher than the average cost of generating energy on land.
- Advantage of the invention is to reduce the combustion of oil for energy production and thus the CO2 emissions from ships on the high seas.
- the present inventive solution uses only the fluctuation of the ship to generate energy. Although the waves are the cause of the ship's fluctuation but not energy sources in this solution.
- Advantage of the present invention is that all ship movements, no matter from which direction, reduced and from this electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy can be generated.
- the object is achieved by providing a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, which is characterized in that masses are flexibly stored and steamed on a ship and the power generation takes place by means of a motor, preferably a hydraulic motor.
- a motor preferably a hydraulic motor.
- waves is the straight-line movement along the longitudinal axis.
- Rollers is the rotational movement about the longitudinal axis.
- Schwoien is the straight-line movement along the transverse axis.
- Pounding is the rotational movement about the transverse axis. Diving is the movement along the vertical axis.
- Yawing is the rotation about the vertical axis.
- the ship's movements can reach acceleration forces of up to 1 G at the areas of the ship farthest from the longitudinal, transverse and vertical axis.
- G-forces of at least 1 G occur.
- the principle of the shock absorber is utilized. Shock absorbers are known from the automotive industry: on each wheel of a motor vehicle, a spring and a shock absorber is mounted.
- the spring compensates for the weight and causes the shock absorber, which equates to a hydraulic cylinder, to be pressed at standstill to the desired extent (eg exactly halfway).
- the shock absorber which equates to a hydraulic cylinder, to be pressed at standstill to the desired extent (eg exactly halfway).
- the height change of the wheels acts on the piston of the shock absorber, so that this is expressed and expressed. This dampens the acceleration effect of the altitude change and the motor vehicle does not rock up.
- a drive with defective shock absorbers is like driving over a lake with waves, because the moving mass is not dampened hydraulically, but continues to rise.
- the mass on a ship can also be placed on a hydraulic cylinder (or other pressure and volume transfer unit) to dampen the vibration.
- a hydraulic cylinder or other pressure and volume transfer unit
- this can take place in conjunction with a spring or another counterpressure which releases the weight (for example hydraulic pressure, compressed air, etc.).
- the present invention goes one step further and converts the regular or even irregular pressure fluctuations into a directed energetic process.
- the invention provides a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, characterized in that
- the flexibly stored masses on a ship are, for example, persons, freight, build-ins and ballast.
- Flexibly mounted in the context of the invention means that the occurring seaward acceleration forces can be absorbed.
- a flexible storage according to the invention can be done, for example, standing or hanging using a means for pressure and volume transfer.
- the means for pressure and volume transfer in the method according to the invention comprises at least one vibration damper, such as a hydraulic cylinder or shock absorber.
- the means for pressure and volume transfer in the inventive method comprises an overpressure accumulator and a vacuum accumulator. This may be any type of conventionally known pressure vessels.
- the inner volumes of the overpressure accumulator and the vacuum reservoir are the same size.
- the size of the overpressure accumulator and the vacuum accumulator is also adaptable to the requirements, such as the weight of flexibly stored masses.
- this comprises the means for pressure and volume transfer in the method according to the invention comprises a motor.
- the engine is preferably selected from a hydraulic motor or a pneumatic motor.
- the motor is coupled to a generator.
- the means for pressure and volume transfer comprises a turbine or other means for energy conversion.
- the overpressure vessel which is arranged in front of the engine or the means for energy conversion as part of the means for pressure and volume transfer, it comes to an overpressure when the G-force is directed downward, while it is in the vacuum tank behind the motor unit or the means for energy conversion to a negative pressure comes as soon as the G-force is directed upward.
- the pressure difference is converted by the, preferably hydraulic, engine with attached generator or other suitable means for energy conversion into electrical energy. Due to the constant back and forth, up and down of the ship's motion, the system is constantly supplied with energy from outside.
- the flexible storage of the masses takes place by or in combination with a mechanical spring.
- the flexible storage and / or the damping of the masses and / or the energy transfer to the motor or the means for energy conversion by compressed air or in combination with compressed air takes place.
- a hydraulic fluid, oil, water or another pressure fluid is used.
- the method according to the invention comprises a valve-directed flow of compressed air or a hydraulic fluid, oil or water.
- the inventive method comprises a pulsating flow of compressed air or a hydraulic fluid, oil or water.
- the invention further provides an apparatus for carrying out the method according to the invention.
- the inventive device is used for the flexible storage of masses 29, such as containers 22, on a ship 20, sailboat 30, multihulls 60, hydrofoil pleasure boats 70, multihulls 80 or other seaworthy vehicles and the simultaneous generation of electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy.
- the device according to the invention comprises check valves 13 at the connection points between the working cylinder 11 and the overpressure accumulator 14 or the vacuum accumulator 15.
- the device according to the invention between both accumulators 14 and 15 a suitable means for energy conversion 16.
- the means for energy conversion 16 is preferably a motor, more preferably a hydraulic motor, with a connected generator or other suitable means for converting kinetic energy (Eg, the energy of the flow of hydraulic fluid from the pressure vessel 14 into the vacuum tank 15) into electrical energy.
- the power cylinder 1 1 in combination with the piston 17 usually comprises a spring for generating a force counteracting the weight force, such as in a conventional shock absorber.
- the device according to the invention further comprises hydraulic lines 18, which connect the means for energy conversion 16, preferably a hydraulic motor, with the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
- the device according to the invention for the flexible storage of masses on a ship can comprise:
- the flexible storage of the whole ship or parts thereof by means of double hull With the method according to the invention and the device according to the invention, it is possible to dampen at least one ship's movement selected from waves, rollers, rocking, pounding, diving or yawing. Preferably, at least two of said ship movements are damped. In a particularly preferred embodiment, several ship movements, particularly preferably all ship movements selected from waves, rolls, Schwoien, pounding, diving or yawing are attenuated.
- the method according to the invention or the device according to the invention comprise a controller for controlling the damping for non-destructive and efficient operation of the means for energy conversion 16.
- the control ensures that the hydraulic cylinders 1 1 always perform the greatest possible working path, but not in the Attach end position.
- the damping is the stronger, the greater the pressure difference between the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
- This can be electronically controlled by a generator connected to the means for energy conversion 16, preferably a hydraulic motor. The higher the requested torque when driving the generator, the greater the damping hardness and the generated power per generator revolution and piston stroke.
- the inventive method and the device according to the invention have the advantage that ship movements can be reduced and at the same time the ship movements can be converted into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy and both space and cost saving can be implemented that results in an economic advantage.
- Another advantage of the method according to the invention and the device according to the invention is that the unwanted ship movements in all directions: waves, rolling, rocking, pounding, diving and yaw, which the on board persons are exposed to psychological and physiological stress until they reach seasickness. Likewise, the forces acting on the transported cargo are mitigated by the ship's own motion: Slipping, pushing in and falling overboard from heavy sea containers are not uncommon events. These can be reduced or prevented. Finally, the safety of the ship itself is improved by the reduced own motion. By the method according to the invention, the ship stabilization works even in the heaviest seas, where most conventional systems fail.
- Another advantage of the method and the device according to the invention is that the self-motion of the ship extracted energy can be converted into electrical energy, stored and various uses of the otherwise scarce electrical power can be supplied to sea.
- electrical energy z. B. on a sailing yacht for power generation without fossil fuels and without loss of speed (as in the wind or water generator) serve.
- the method according to the invention makes it possible to provide a supply of electric current at sea for all possible electrical consumers (eg navigation systems, light, household appliances, heating) and it is possible, e.g. Live TV transmissions are also made possible by the ship itself during a deep-sea sailing race.
- sailing yachts can load the on-board batteries for driving an electric auxiliary motor with a sailing trip, with which they enter and exit the port.
- This allows, inter alia, the use of auxiliary engines on drinking water lakes, where the use of internal combustion engines is prohibited.
- the regeneratively obtained energy can, for. B. on a container ship the otherwise used to drive heavy oil partially replace. Most of the energy can be generated at times of the heaviest sea and be provided to the ship propulsion, so that bad weather areas can be traversed safely and quickly.
- Another advantage of the method and apparatus of the invention is that the ship stabilizers of the invention less Occupy space on the ship (volume or mass) compared to previous ship stabilizers, so that more freight can be carried.
- the device according to the invention is simple and inexpensive. Thus, there is an economic advantage over conventional solutions of the prior art.
- FIG. 1 shows in Figure 1 A, the initial state of a device 10 according to the invention, without energy is generated, for example, when the ship without wave motion, z. B. in the harbor.
- FIG. 1B shows the container ship 20 with the bow 21 immersed in the waterline 23 normally. There is no movement.
- the working cylinder 1 1 is connected with hydraulic hoses 12 to the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
- the check valves 13 are arranged for easy representation in the example at the input and output of the pressure accumulator 14 and 15.
- the arrangement of the check valves 13 directly on the working cylinder 1 1 is possible.
- This offers the advantage that the hydraulic hoses 12 additionally or with a correspondingly small volume of the hydraulic fluid also can only act as an accumulator.
- a hydraulic motor 16 is arranged, which converts pressure differences between the two pressure accumulators 14 and 15 into kinetic energy. Since the container ship 20 is not in motion, acts on the container 22 only the weight.
- On the power cylinder 1 1 only the static weight of the container is exerted by means of piston 17 and pushes this exactly in half.
- the power cylinder 1 1 in combination with the piston 17 usually comprise a spring for generating a force counteracting the weight force, such as in a conventional shock absorber.
- Figure 2 shows min Figure 2C curves to illustrate the dynamic principle of action:
- the black continuous curve corresponds to the curve that performs the container 22 at the very front of the ship.
- the curve is very simplified as sinusoid.
- the sine curve starts at Pi in this example.
- the container 22 of the foremost row is 140 meters from the fulcrum, moving 7.33 meters from the horizontal, then 14.66, at 3 ° ship movement Meters up and again down 7.33 meters.
- the idealized curve in Figure 2B shows an amplitude of 7.33 meters at a wavelength of 8 seconds.
- the bow 21 makes a downward movement from the horizontal first and then an upward movement at 4 seconds to the nearest horizontal, this arc is convex and the measure of the curvature is the acceleration caused by the buoyancy.
- the bow is braked for 2 seconds until it dives 7.33 meters deep and then accelerates to 4 seconds horizontally. The deeper the bow dips, the more it is accelerated again. The reason for the deep immersion is the mass transported, which transfers its potential energy unrestrained to the ship's hull 24.
- the dotted curve represents the acceleration direction and strength.
- the pressure in the working cylinder 1 1 falls below the pressure in the vacuum reservoir 15, the check valve 13 at the vacuum reservoir 15 opens.
- the hydraulic fluid flows from the vacuum reservoir 15 in the working cylinder 1 first
- the volume displacement of the hydraulically effective mass slows the upward movement from this point, the pounding is reduced.
- the hydraulic motor 16 and the power generation by means of a connected generator run.
- the dotted arrows in FIG. 4A again show the directional pressure and volume flow triggered by the G-force.
- the ship's bow has reached the highest point in the upward movement (FIG. 5B).
- the downward potential energy of the weight of the bail 21 projecting from the water is maximum.
- Each upward and downward pounding is slowed down and converted to energy.
- the illustrated process can attenuate all ship movements on all seagoing vehicles and convert the energy withdrawn from the ship's movement into electrical energy.
- different types of damping for example hydraulic, pneumatic or water
- motors for example hydraulic, pneumatic or turbines
- a spring for lifting the weight and alignment within the work area as well as hydraulics and pneumatics can be used.
- FIG. 7B shows the foredeck buoy 30 of a seagoing sailing yacht and an exemplary working cylinder 31.
- the weight of the glider 32, the berth 33 and the drinking water tank 34 located under the foredeck buoy 30 are flexibly mounted so that the working cylinder 31 can move in and out as soon as ship movements occur.
- the piston 36 is fixed in this case, the hull 35, the working cylinder 31 resonates with the hydraulically effective mass.
- the solution according to the invention is also applicable with compressed air, as shown in FIG. 7C, by placing the pneumatically effective mass (berth 33, glider 32 and tank 34) on an air cushion 37 and the pneumatics as in the hydraulic process described by the fluctuation of the G force Direction spring-in and rebound.
- a conversion of the compressed air thus generated is also possible in combination with various pneumatic motors 38, such as gas expansion engine or vane motor.
- various pneumatic motors 38 such as gas expansion engine or vane motor.
- the fluctuations between compressed air and mass of the water are absorbed by a piston 39.
- a valve-directed or pulsating air flow can be used. This can be an advantage here, since the hull of such yachts is made of fiberglass and hydraulic cylinders mounted perpendicular to the hull in conjunction with oscillating masses mean a certain risk potential. Insufficiently secured cylinders could blow through the side wall in a storm and cause water ingress.
- weight loss is an important factor and both Printing medium and components are often lighter in pneumatic applications.
- water can be used as a hydraulic medium for damping the ship movement with simultaneous power generation according to this inventive solution application.
- ocean-going racing yachts eg the "Volvo Ocean Race” class
- ballast water tanks with several tons of water content for weight trimming and fill these tanks with seawater when needed.
- High speeds of over 30 knots in rough seas at hardly any arched underwater hulls lead to hard impacts on the water surface with correspondingly high G-forces
- the tank can be flexibly stored on such a yacht, so that the weight force is neutralized eg by means of a spring and the G-force in the hydraulic system
- the bulk of the liquid can be used as an energetic mass even without the tank 7.
- a system 40 is shown as the liquid 41 forced down by G-force in a pipe 42 onto a piston 43 and this acts on the working cylinder 1 1.
- tanks 50 with flexibly displaceable tank walls 51 and 52 (Fig ur 7E) are conceivable.
- a suitable turbine with generator in the triggered by the fluctuating G-forces pulsating or directed by valves water flow can be arranged so that electrical energy is generated.
- seawater itself as a hydraulic fluid is conceivable in this application, if you use suitable hydraulic motors that can handle this aggressive medium.
- ballast water 61 would act on a funnel-shaped tank 62 including venting as shown in Figure 7A by dashed arrow on the power generation units: hoses 12, check valves 13, pressure 14 and negative pressure accumulator 15 and motor 16 act in the form described above. Also in various other ships ballast water is carried. Use according to this solution according to the invention is to be investigated. Likewise, the application with built-in furniture, parts of the ship, bulkheads, sections or with the ship as a whole z. B. conceivable as in a double-walled tanker. In the defined and limited scope, a ship's hull could then oscillate in a flexible manner relative to the other and be damped in accordance with this solution according to the invention and generate energy.
- a mass be it a solid body such as a container, a person or a liquid
- G forces on a ship are subject to fluctuating G forces on a ship, and these forces can be converted into energy through flexible storage associated with energy-generating damping
- Claim this solution according to the invention is that all ship movements (waves, roles, Schwoien, pounding, diving and yawing) can be used to generate energy.
- FIG. 8 shows a ship 20 from the front (FIG. 8B). Again, it will be shown how the G-forces for energy production can generate energy via a flexibly mounted mass with hydraulic cylinders. Rolling is the unwanted ship movement in this example. Again, as in pounding, the masses furthest away from the axis of rotation 22 and 22 'are flexibly supported by means of a spring so that the working cylinder 11 is pressed in exactly halfway (FIG. 8A).
- the black container 22 the hatched container 22 ', which is also stored, performs the exact countermovement. The vibration between 2 extreme points is not caused by the interplay between entering and exiting bow and stern, but port side 26 and starboard side 25 when rolling.
- FIG. 8B shows a ship 20 from the front
- FIG. 8A shows the initial state of a device 10 according to the invention, without energy being generated, for example when the ship is moving without undulations, e.g. B. in the harbor.
- Figure 8B shows the container ship 20 with the hull 24 immersed in the waterline 23 normally. There is no movement.
- the containers 22 and 22 'are, as shown in FIG. 8C, mounted on hydraulic cylinders working cylinder 1 1. Again, only one of the four mounted on the container 22 working cylinder 1 1 Figure 8A considered.
- the working cylinder 1 1 is connected with hydraulic hoses 12 to the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
- the check valves 13 are arranged for easy representation in the example at the input and output of the pressure accumulator 14 and 15.
- the arrangement of the check valves 13 directly on the working cylinder 1 1 is possible.
- a hydraulic motor 16 is arranged, which pressure differences between the two accumulators 14 and 15 converts into kinetic energy. Since the container ship 20 is not in motion, acts on the container 22 only the weight. On the power cylinder 1 1 only the static weight of the container is exerted by means of piston 17 and pushes this exactly in half.
- the spring tension can be adjusted during loading so that the piston 17 is always pressed exactly halfway through in the working cylinder 11 and thus the "neutral" working pressure (eg 100 bar) is provided in the hydraulic system thus the same pressure, the check valves 13 are closed
- the hydraulic motor 16 and the generator connected thereto are not in motion
- the hydraulic motor 16 is connected via hydraulic lines 18 to the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
- the dotted arrows in Figure 8A again show the oil flow direction, but due to the lack of movement of the ship, no hydraulic pressure and volume flow is generated.
- FIG. 9 shows that the G-force acts on the working cylinder 11, so that the pressure rises and is transmitted by hydraulic hose 12 to the overpressure accumulator 14.
- the check valve 13 opens and the pressure accumulator fills with simultaneous relief of the working cylinder 1 1, as shown by the dotted arrows in Figure 9A.
- the volume displacement of the hydraulically active mass slows the downward movement and the upward acceleration caused by the deep submersion of the starboard side from this point. Rolling is reduced.
- the pressure gradient between the overpressure accumulator 14 and vacuum accumulator 15 is converted by the hydraulic motor 16 into mechanical and by a connected generator into electrical energy.
- the dotted arrows in FIG. 10A again show the oil flow direction to the overpressure side, while acceleration (dotted) and G-force (dashed) increase in magnitude at both times.
- FIG. 11 Shows the three rotational movements (arrows) of a ship 20.
- FIGS. 11A (rolls) and 11B (pounding) are already known from the previous figures
- FIG. 11C (yaw) shows the container ship 20 from above in the rotary motion around the vertical axis.
- the container ship 20 the first and last rows, the uppermost containers and the containers for damping and / or power generation should preferably be used, which are on the sides (black and gray patterned containers).
- the damping and energy-generating effect decreases more and more in the direction of the axes of rotation for the forces of the rotational movements.
- Figure 12 shows an example of the use of the mass of the anchor chain case 27 of a ship 20 with the anchor chain therein.
- the mass of the anchor chain lying in use at anchor has the purpose to compensate for the pitching movements of the ship by a part of the chain stretched and raised or falls back to the ground. As a result, ramming movements of the ship can not act on the anchor and tear it. If the ship is in motion, the chain can according to this method, in particular by the position at the very front of the ship 20 and thus far from the axes of rotation of the ship 20 perform the same purpose.
- the mass of the chain in the anchor chains boxes 27 is used stabilizing by the anchor chains boxes 27 including chain on the ship's movement delivered hull by means of flexible storage and energy-generating damping (shown by the dashed arrows on the bow of the fuselage 24) is suspended.
- the flexible storage and energy-generating damping for example, by working cylinder 1 1, as already described above, take place. If the ship is excited by waves or sea state 28 to move, so the working cylinder 1 1 withdraw the kinetic energy of the ship's movement.
- By 3-dimensionally inclined and also obliquely to the port and starboard side aligned working cylinder 1 1 both rolling motions as well as pounding and Schwoien can be attenuated and the withdrawn Energy to be transformed. Since the mass of the anchor chain is designed in proportion to the size of the ship and thus the forces occurring and the purpose is used in anchoring, the use of the mass of the anchor chain for energy-generating damping in the ship is close.
- Figure 13 shows an example of the use of masses 29 within the ship 20, which in turn hung or placed on deck, flexibly stored and supported laterally.
- 29 represents the mass used, 1 1 the working cylinder incl.
- Spring, 24 which is subject to the ship's movement hull which is excited by seaway 28 to move.
- Figure 14 shows the application of the method with a mass 29 outside the ship 20 with the keel. If the mass 29 on the keel, such as in Volvo Ocean Race monohull racing yachts equipped with a Kimmkiel, so the keel, and thus the mass 29, rotatably mounted. If the hull 24 subjected to a wave motion 28, so arise acceleration forces, which can be used by spring and cylinder 1 1 energetically and. Starts the ship 20 to roles, so the inertial mass 29 urges the counter and acts on the cylinder 1 1.
- FIG. 15 shows the use of the method with multihull boats 60, in which a hull 24 projects out of the water here.
- the hull 24 'in the water is subjected to a wave motion 28, the mass in the other hull 24 but not or the movement of another wave. This acceleration forces acting on the spring and cylinder 1 1 and are damped.
- FIG. 16 shows the application of the method with hydrofoil sports boats 70, in which only one or more hydrodynamically acting blades 71 are in contact with the water surface and thus the wave motion in the water.
- the wing 71 in the water is subjected to a wave motion 28, but the masses 24 and 24 'in the fuselages not when the hydrofoil is flexibly supported and damped by means of spring and working cylinders 1 1.
- acceleration forces acting on the spring and cylinder 1 1, but to a lesser extent on the floating hulls 24 and 24 '.
- FIG. 17 shows the use of the method with a multi-hull vessel 80 (for example an express ferry) in which the floats 61 are energy-converted in the water by means of spring and power cylinder 11.
- the mass 29 without water contact is also decoupled from the wave motion as the floats with each other.
- the figures illustrate a small section of the various applications in which a mass is stored flexibly on a ship and attenuated to produce energy.
- the design of the hydraulic units should be adapted to minimum and maximum measurement and empirical values of the G-forces occurring as a function of the sea area and ship type.
- the dimensioning is also dependent on the moving mass in connection with the hydraulically usable way.
- the energy system To cope with changing conditions at sea, the energy system must function equally well in light seas and during severe storms. In stronger sea conditions, both the pressure difference between the overpressure accumulator and the vacuum reservoir and thus the torque at the hydraulic motor, as well as the volume flow at the motor for a higher speed, increases. For easy controllability z.
- B. axial piston motors are used as hydraulic motors.
- the decentralized nature of the system also contributes to the adaptability to changing conditions at sea: Each individual energy unit or units in groups can be switched on or off for this process. If a calm sea with only very small waves, especially near the coast, causes only minor ship movements, only individual energy units with the highest marginal yield are to be activated. In a pure ramming motion only the energy units at the front and rear are to be activated, with a pure rolling motion only the systems at the side.
- the deactivability for example, mechanically by locking the spring or by closing valves z.
- the amount of energy produced by the method according to the invention or the device according to the invention depends on the mass on a ship: the more mass used on a ship in this way for generating energy, the lower the ship's movement and thus the energy source.
- Ship stabilizers acting on a mass basis require at least 5-7% of the ship's weight.
- 10% of the ship's cargo is equipped with energy systems in normal swell. If a container weighing 20 t can swing 20 cm more effectively at an average of 0.4 G, this will generate approximately 150 kN of force and at a wavelength of 8 seconds approximately 3.5 kW of electrical power per container. If 10% of a seagoing vessel with 10,000 containers is used in this process, this gives 3.5 MW of power during normal sea conditions.
- approx. 630 liters ⁇ 630 kg heavy fuel oil are needed every hour. A ton of heavy oil currently costs about 600 USD.
- Another advantage is that the path through the water is shorter due to the reduced ship movement, in particular during pounding.
- the sinusoid as shown in the figures is flatter.
- a less pounding ship is hydrodynamically cheaper in the water. The more the ship stomps, the deeper the bow plunges and is wider at the point where the water strikes head-on. If the bow does not dip so deeply, the counter-attacking wave slows down to a lesser extent.
- the stern if the tail dips above the optimum level, the flow breaks off at the stern (transition from a laminar to a turbulent flow) and the water resistance increases. The speed is reduced.
- the hull is not aligned linearly to the direction of travel, but subjected to a constant rotational movement. This deviation slows down.
- Another advantage of the invention also and especially those masses that are used to generate energy.
- the effect of damping is strongest here. So z.
- As fragile goods, dangerous goods or tropical fruits are protected during transport. It is recommended to place containers with sensitive cargo preferably on the power-generating ship stabilizer.
- a bunk that reduces the G-forces protects people better from seasickness and allows them to sleep more peacefully.
- Hydraulic motors Hydraulic motors, pressure accumulators, hydraulic power cylinders, generators, hydraulic hoses and non-return valves are available in many variants as mass-produced and standardized components. These components are mainly used in construction machinery, in automatic transmissions and commercial vehicles worldwide. It is necessary to select and configure existing components for this application according to the purpose. In a mass production, the costs of producing the energy units would continue to decrease due to the economies of scale that occur. List of reference numbers
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Abstract
The invention relates to a method for ship stabilization and energy generation on seagoing vehicles, characterized in that masses on a ship are supported flexibly on a means for transferring pressure and volume, the oscillations of the masses are damped by the means for transferring pressure and volume, and simultaneously the pressure fluctuations thereby occurring on the means for transferring pressure and volume are used to convert kinetic energy of the flexibly supported masses into electrical energy and/or thermal energy. The invention further relates to a device for performing the method. The ship stabilizer according to the invention can be used for all seagoing vehicles, whether on a lake, river, sea, or ocean, regardless of size, purpose, drive type, and hull shape, which ship stabilizer converts ship movements caused by waves into energy (e.g., electrical energy or thermal energy) without impeding the task of the ship (e.g., transport). The invention is characterized by the flexible support with energy-generating damping (e.g., hydraulics, pneumatics, water, etc.) of any mass that oscillates with the ship (e.g., cargo, persons, ship installations and superstructures, or ballast).
Description
Energieerzeugender Schiffsstabilisator Gebiet der Erfindung Energy Generating Vessel Stabilizer Field of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schiffsstabilisierung und Energieerzeugung auf seegehenden Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet , dass Massen auf einem Schiff flexibel auf einem Mittel zur Druck- und Volumenübertragung gelagert werden, die Schwingungen der Massen durch das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung gedämpft werden, und gleichzeitig die dadurch an dem Mittel zur Druck- und Volumenübertragung auftretenden Druckschwankungen zur Umwandlung von Bewegungsenergie der flexibel gelagerten Massen in elektrische Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie genutzt werden. Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereit. Der erfindungsgemäße Schiffstabilisator ist für alle seegehenden Fahrzeuge, ob auf See, Fluss, Meer oder Ozean einsetzbar, unabhängig von Größe, Zweck, Antriebsart und Rumpfform, welcher durch Wellen ausgelöste Schiffsbewegungen in Energie (z. B. elektrische Energie, hydraulische Energie oder Wärmeenergie) umwandelt, ohne die Aufgabe des Schiffes (z. B. Transport) zu behindern. Kennzeichnend ist die flexible Lagerung mit energieerzeugender Dämpfung (z. B. Hydraulik, Pneumatik, Wasser etc.) irgendeiner mit dem Schiff schwingenden Masse (z. B. Schiffsladung, Personen, Schiffs- Ein- und Aufbauten oder Ballast). The invention relates to a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, characterized in that masses are stored on a ship flexible on a means for pressure and volume transfer, the vibrations of the masses are damped by the means for pressure and volume transfer, and at the same time the pressure fluctuations occurring as a result of the means for pressure and volume transfer are used to convert the kinetic energy of the flexibly stored masses into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy. The invention further provides an apparatus for carrying out the method. The marine stabilizer according to the invention is applicable to all seagoing vehicles, whether at sea, river, sea or ocean, regardless of size, purpose, drive type and hull shape, which wave-induced ship movements into energy (eg electrical energy, hydraulic energy or heat energy) converts without hindering the task of the ship (eg transport). Characteristic feature is the flexible storage with energy-generating damping (eg hydraulics, pneumatics, water, etc.) of any mass oscillating with the ship (eg ship's cargo, persons, ship's installations and superstructures or ballast).
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Das Aufhalten des Klimawandels bedarf weltweiter Anstrengung. In Zeiten verheerender Flut- und Sturmkatastrophen treten die Folgen der durch den Einfluss des Menschen verursachten Treibhausgase zu Tage. Die Energiewende in Deutschland ist in vollem Gange, doch eine steigende Zahl immer größer werdender Seeschiffe verbrennt nach wie vor Schweröl in Schiffsdieseln. Ziel dieser Erfindung ist die Einführung regenerativer Energieerzeugung und gleichzeitig die Erhöhung der Sicherheit auf hoher See.
Wellenkraftwerke auf See und auf Schiffen sind bekannt. Es gibt verschiedene Lösungen mit in Küstennähe schwimmenden Bojen, welche die Schwankung der Wasseroberfläche durch Wellen zu einer auf dem Meeresboden verankerten Energieeinheit mit Generator oder hydraulischer Einheit mit Hydromotor und Generator übertragen. Eine solche Lösung wird beispielsweise durch DE1 02009004284 A1 offenbart. Halting climate change requires worldwide effort. In times of devastating flood and windstorm catastrophes, the consequences of the greenhouse gases caused by man's influence come to light. The energy transition in Germany is in full swing, but an increasing number of ever-expanding seagoing vessels are still burning heavy fuel oil in marine diesels. The aim of this invention is the introduction of renewable energy production and at the same time increasing safety on the high seas. Wave power plants at sea and on ships are known. There are various solutions with buoys floating near the coast, which transmit the fluctuation of the water surface by waves to an anchored on the seabed energy unit with generator or hydraulic unit with hydraulic motor and generator. Such a solution is disclosed for example by DE1 02009004284 A1.
DE1 02008050238 A1 offenbart als „Seeschlange" (Pelamis) bezeichnete Anlagen, welche aus mehreren hintereinander mit Gelenken und Hydraulikelementen verbundene rechtwinklig zur Küste und damit zur Wellenlinie ausgerichteten Tanks bestehen. Die Bewegung der Tanks untereinander erzeugt über die hydraulische Einheit Energie. Diesen Anwendungen von Wellen kraftwerken an der Küste ist gemein, dass sie einzig und allein dem Zweck der Energieerzeugung dienen, nicht aber dem Transport von Massen, wie Waren und Gütern. Nachteilig ist insbesondere, dass die Wellenbewegung und damit die auftretenden Kräfte an der Küste deutlich geringer ausfallen als mitten auf dem Ozean. Die Entstehung der Wellen wird bestimmt durch die Streichlänge (Fetch) F (= Einwirkungsdistanz des Windes an der Wasseroberfläche), die Windgeschwindigkeit U und die Winddauer als sogenannte Ausreifzeit D min des Seegangs. Je weiter die Küste entfernt ist, desto größer ist die durchschnittliche Kraft der Wellen. Rollt eine Welle auf die Küste zu, wird sie bereits kilometerweit vor der Küste durch die Reibung gebremst. Die Verwertung der Wellenenergie auf hoher See bietet den Vorteil der besseren Energieausbeute gegenüber Wellenkraftwerken an der Küste. WO2009/1 20066 offenbart ein Seegangskompensationssystem, bei dem zunächst Energie aufgewendet werden muss, um eine Masse aktiv zu bewegen. Nur ein Teil der aufgebrachten Energie wird regeneriert. Eine flexible Lagerung mit energieerzeugender Dämpfung wird nicht beschrieben. WO201 1 0601 83 offenbart Schiffe, die mittels an Hebelarmen aufgehängten Schwimmkörpern die durch die Wellen auftretenden schwankenden Auftriebskräfte an der Wasseroberfläche in elektrische Energie umwandeln. Nachteilig gegenüber der Erfindung ist, dass ein solches Schiff mit erheblichem Aufwand Strom in
Akkumulatoren speichert und erst nach längerer Fahrzeit in das Stromnetz an Land einspeist. An Land wird bereits ein hoher Anteil der elektrischen Energie durch regenerative Energiequellen erzeugt. Nachteilig ist auch, dass in höherem Maße Personal und Kapital gebunden werden. Die in WO201 1060183 offenbarte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schiff zunächst ölbetrieben in Gebiete mit hoher Wellenkraft fahren muss, um dort Energie zu sammeln und zu speichern und dann wieder ölbetrieben zum Stromnetz an Land zurückfahren muss. Die gespeicherte Energie wird nicht dazu genutzt, um das Seeschiff direkt anzutreiben oder zu stabilisieren. DE1 02008050238 A1 discloses installations referred to as "sea snake" (Pelamis) consisting of several tanks connected in series with joints and hydraulic elements, perpendicular to the coast and thus to the wavy line, and the movement of the tanks together generates energy through the hydraulic unit Power plants on the coast have in common that they are used solely for the purpose of energy production, but not the transport of masses, such as goods and goods.The disadvantage is in particular that the wave motion and thus the forces occurring on the coast are much lower than in the middle The formation of waves is determined by the strike length (fetch) F (= impact distance of the wind at the surface of the water), the wind speed U and the duration of the wind as so-called dipping time D min of the sea is the average force of the waves If a wave approaches the coast, it is already braked by the friction kilometers away from the coast. The exploitation of wave energy on the high seas offers the advantage of better energy yield compared to wave power plants on the coast. WO2009 / 1 20066 discloses a sea state compensation system in which energy must first be expended to actively move a mass. Only part of the applied energy is regenerated. A flexible storage with energy-generating damping is not described. WO201 1 0601 83 discloses ships which convert the fluctuating buoyancy forces on the water surface occurring in the electrical energy by means of floating bodies suspended on lever arms. A disadvantage over the invention is that such a ship with considerable effort in electricity Stores accumulators and only after longer travel time feeds into the power grid on land. On land, a high proportion of electrical energy is already generated by renewable energy sources. Another disadvantage is that more personnel and capital are tied up. The invention disclosed in WO201 1060183 is characterized in that the ship first oil-driven drive in areas with high wave power in order to collect energy and store and then oil-powered back to the power grid back to land. The stored energy is not used to directly propel or stabilize the ship.
GB 2442718 A offenbart eine Wind- und Wellenenergieanlage, die eine Plattform umfasst und die Wind- und Wellenenergie generiert. Die Energiequelle ist Wind- bzw. eine schwankende Wassersäule (OSC). Das hier offenbarte Energieerzeugungssystem beschreibt eine stationäre Einheit, welche nicht zum Transport von Gütern oder Personen bestimmt ist. GB 2442718 A discloses a wind and wave power plant comprising a platform and generating wind and wave energy. The energy source is wind or a fluctuating water column (OSC). The power generation system disclosed herein describes a stationary unit which is not intended for the transportation of goods or persons.
Die DE 10 2009 004 284 A1 offenbart ein Kraftwerk zur Umwandlung mechanischer Primärenergie in eine andere Energieform und Verfahren zur Umwandlung mechanischer Primärenergie in einem Kraftwerk. U.a. wird ein Kraftwerk zur Wellenenergieumwandlung in eine andere Energieform beschrieben. Als Energiequelle dient die Welle selbst und nicht die Trägheit einer sich bewegenden Masse. Das hier offenbarte Energieerzeugungssystem beschreibt eine stationäre Einheit, welche nicht zum Transport von Gütern oder Personen bestimmt ist. JP S57-138494 A offenbart ein Schiffsstabilisationssystem, das ein Pendel umfasst, welches eine Teil-Drehbewegung in einem Generator auslöst. Damit sind ausschließlich Rollbewegungen in Energie umwandelbar, also nur eine von sechs Schiffsbewegungen. Das Pendel befindet sich in Schiffsmitte im Bereich des Drehpunkts der Rollbewegung und damit ist die Energieausbeute durch den kurzen Hebel gering. Das Pendel benötigt erhebliche Mengen an Platz, da der gesamte Pendelweg frei gehalten werden muss. Mit der hier beschriebenen Lösung kann keine Masse zur Dämpfung der Schiffsbewegungen und gleichzeitigen
Energieumwandlung/Energieerzeugung eingesetzt werden, die sich schon auf dem Schiff befindet. DE 10 2009 004 284 A1 discloses a power plant for converting mechanical primary energy into another energy form and method for converting mechanical primary energy in a power plant. Among other things, a power plant for wave energy conversion is described in another form of energy. The source of energy is the wave itself and not the inertia of a moving mass. The power generation system disclosed herein describes a stationary unit which is not intended for the transportation of goods or persons. JP S57-138494 A discloses a ship stabilization system comprising a pendulum which initiates a partial rotation in a generator. This means that only rolling movements can be converted into energy, ie only one of six ship movements. The pendulum is located in the middle of the ship in the area of the pivot point of the rolling motion and thus the energy yield is low due to the short lever. The pendulum requires significant amounts of space, as the entire pendulum must be kept free. With the solution described here, no mass for damping the ship movements and simultaneous Energy conversion / energy generation are used, which is already on the ship.
Die Energiequelle bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wellenkraftwerken auf Schiffen ist stets die schwankende Wellenhöhe, auch im Verhältnis zu einem dazu asynchron schwankenden Schiff, nicht jedoch die Schwankungen des Schiffes selbst The energy source in wave power plants known from the prior art on ships is always the fluctuating wave height, also in relation to an asynchronously fluctuating ship, but not the fluctuations of the ship itself
Schiffsstabilisatoren sind dem Fachmann an sich ebenfalls bekannt. Es gibt Schlingerkiele, Flossenstabilisatoren, Tankstabilisatoren und Kreiselstabilisatoren. Schlingerkiele sind seitlich am Schiffsrumpf fest angebrachte Stahlprofile, welche zwar einfach, wartungsfrei und kostengünstig sind, allerding eine ständige Bremswirkung auslösen und kaum stabilisierende Wirkung haben. Flossenstabilisatoren sind beweglich am Rumpf angebrachte Flossen, die durch Druck auf die Wasserströmung das Schiff aufrichten. Flossen sind wirksamer als Schlingerkiele, Sie bremsen allerdings im Betrieb. Bei Tankstabilisatoren wird Wasser zwischen an den Bordwänden des Schiffes angebrachten und mit Rohren verbundenen Tanks beim Durchfluss reguliert und so das Rollen vermindert. Nachteilig sind der hohe Platzbedarf und die hinzugefügte Masse im Schiff. Bei Kreiselstabilisatoren (wie z.B. in DE385287 offenbart) wirken ein oder mehrere im Schiff befindliche Kreisel und können die Schiffsbewegung„Rollen" stark verlangsamen. Allerdings halten Kreiselstabilisatoren das Schiff häufig länger in extremen Positionen fest, so dass die Stabilisatoren insbesondere bei stürmischen Wetterbedingungen ausgeschaltet werden müssen. Die Wirkung vorhandener Systeme beschränkt sich vorrangig auf die Minderung des Rollens, also der Bewegung um die Längsachse des Schiffs. Ship stabilizers are also known to those skilled in the art. There are snake keelers, fin stabilizers, tank stabilizers and gyrostabilizers. Schlingerkiele are laterally on the hull firmly attached steel profiles, which are simple, maintenance-free and inexpensive, however, trigger a constant braking effect and have little stabilizing effect. Fin stabilizers are movable fins attached to the fuselage, which raise the ship by pressure on the water flow. Fins are more effective than whorls, but they slow down in operation. Tank stabilizers regulate water flow between tanks attached to the ship's side walls and connected to pipes, thereby reducing roll. Disadvantages are the high space requirement and the added mass in the ship. In gyrostabilizers (such as disclosed in DE385287), one or more gyros in the ship act and can greatly slow down the ship's "roll." However, gyrostabilizers often hold the ship longer in extreme positions, so the stabilizers must be turned off, especially in stormy weather conditions The effect of existing systems is limited primarily to the reduction of rolling, ie the movement about the longitudinal axis of the ship.
Ein Beispiel, welches auch die Stampfbewegung reduziert und zudem Energie erzeugen soll wird in DE3425426 A1 offenbart Dabei handelt es sich um einen schiffsstabilisierenden Energieerzeuger. Bei dieser Vorrichtung wird an Bug und Heck ein mit einem Freiheitsgrad schwingender Teil des Schiffes auf eine Generatorwelle oder direkt die Schraubenwelle übertragen, mit der das Schiff angetrieben wird. Ein ähnliches Pendel wird auch in der DE3109446 A1 offenbart. Nachteilig bei diesen Lösungen ist der erhebliche Platzbedarf (Volumen und Masse) innerhalb des Schiffes. Entsprechend weniger Fracht kann transportiert werden. Zudem können sich
überlagernde Stampf- und Rollbewegungen die Schraubenwelle unrund laufen lassen und den Prozess der Energieübertragung so stören. Ein mit einer Schrauben- oder Generatorwelle verbundenes Pendel kann auch nur in eine einzige Drehachsenrichtung schwingen und Schiffsbewegungen ausgleichen sowie Energie erzeugen. An example which also reduces the ramming movement and also should generate energy is disclosed in DE3425426 A1. This is a ship-stabilizing energy generator. In this device, a part of the ship oscillating with a degree of freedom is transmitted at the bow and stern to a generator shaft or directly to the propeller shaft, with which the ship is driven. A similar pendulum is also disclosed in DE3109446 A1. A disadvantage of these solutions is the considerable space required (volume and mass) within the ship. Correspondingly less freight can be transported. In addition, you can superimposed pounding and rolling movements let the propeller shaft out of round and thus disrupt the process of energy transfer. A pendulum connected to a screw or generator shaft can also oscillate only in a single direction of rotation axis and compensate for ship movements and generate energy.
Hydraulische oder pneumatische Stoßdämpfer im Zusammenhang mit einer Feder sind aus dem Automobilbau bekannt. Diese Anwendung ist so allgegenwärtig und unterliegt mit einer ständigen Verbesserung, so dass auf eine nähere Beschreibung anhand von Fundstellen hier verzichtet wird. Hydraulic or pneumatic shock absorbers associated with a spring are known in the automotive industry. This application is so ubiquitous and subject to constant improvement, so that a more detailed description based on references omitted here.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird Energie praktisch nebenbei erzeugt, während das Schiff seinem Zweck, nämlich dem Gütertransport nachkommt. Ein separates Schiff samt Mannschaft nur zur Energieerzeugung ist in der erfindungsgemäßen Lösung nicht nötig. Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass elektrische Energie direkt von einem Seeschiff zum Antrieb genutzt werden kann, welches sonst nicht nur klimaschädliches, sondern auch schwefelhaltiges und krebserregendes Schweröl im Schiffsdieselaggregat verbrennt. Gleichzeitig sind die Kosten der Energieerzeugung durch Öl deutlich höher als die durchschnittlichen Energieerzeugungskosten an Land. Zudem entfallen bei dieser erfindungsgemäßen Lösung die Kosten für die Akkumulatoren und Hafengeld beim Entladen der Akkumulatoren. Vorteil der Erfindung ist es, die Verbrennung von Öl zur Energieerzeugung und damit den CO2- Ausstoß durch Schiffe auf hoher See zu mindern. Die vorliegende erfindungsgemäße Lösung nutzt aber allein die Schwankung des Schiffes zur Energieerzeugung. Die Wellen sind zwar Ursache der Schiffsschwankung aber nicht Energieträger in dieser Lösung. In the solution according to the invention energy is generated practically incidentally, while the ship fulfills its purpose, namely the transport of goods. A separate ship including crew only for power generation is not necessary in the solution according to the invention. Advantage of the present invention is that electrical energy can be used directly from a ship to the drive, which otherwise burns not only climate-damaging, but also sulfur-containing and carcinogenic heavy oil in the ship's diesel engine. At the same time, the cost of energy production from oil is significantly higher than the average cost of generating energy on land. In addition, accounts for this solution according to the invention, the cost of the batteries and harbor dues when unloading the batteries. Advantage of the invention is to reduce the combustion of oil for energy production and thus the CO2 emissions from ships on the high seas. However, the present inventive solution uses only the fluctuation of the ship to generate energy. Although the waves are the cause of the ship's fluctuation but not energy sources in this solution.
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass alle Schiffsbewegungen, ganz gleich aus welcher Richtung, vermindert und daraus elektrische Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie erzeugt werden kann. Advantage of the present invention is that all ship movements, no matter from which direction, reduced and from this electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy can be generated.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Description of the invention The object of this invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Schiffsstabilisierung und Energieerzeugung auf seegehenden Fahrzeugen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Massen auf einem Schiff flexibel gelagert und gedämpft werden und die Energieerzeugung mittels Motor, vorzugsweise einem hydraulischen Motor stattfindet. Die Eigenbewegungen eines Schiffes sind erheblich und erfolgen in gradliniger Bewegung und Rotationsbewegung: Wogen ist die gradlinige Bewegung entlang der Längsachse. Rollen ist die Rotationsbewegung um die Längsachse. Schwoien ist die gradlinige Bewegung entlang der Querachse. Stampfen ist die Rotationsbewegung um die Querachse. Tauchen ist die Bewegung entlang der Hochachse. Gieren ist die Rotationsbewegung um die Hochachse. Die Schiffsbewegungen können an den von Längs-, Quer- und Hochachse am weitesten entfernten Bereichen des Schiffes Beschleunigungskräfte von bis zu 1 G erreichen. Wenn man beim Vorsegelwechsel am Bug einer stampfenden Yacht wie schwerelos abhebt, treten G-Kräfte von mindestens 1 G auf. (Bedingung: G-Kraft = Erdbeschleunigung (g) = 9,80665 m/s2= 1 G). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Eigenbewegungen eines Schiffes zu dämpfen und gleichzeitig energetisch nutzen. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei das Prinzip des Stoßdämpfers ausgenutzt. Stoßdämpfer sind aus dem Automobilbau bekannt: An jedem Rad eines Kraftfahrzeugs ist eine Feder und ein Stoßdämpfer angebracht. Die Feder gleicht die Gewichtskraft aus und bewirkt, dass der Stoßdämpfer, der einem Hydraulikzylinder gleichzusetzen ist, im Stillstand im gewünschten Maß (z. B. genau zur Hälfte) eingedrückt ist. Bei der Fahrt über Bodenwellen wirkt die Höhenänderung der Räder auf den Kolben des Stoßdämpfers, so dass dieser ein- und ausgedrückt wird. Dies dämpft die Beschleunigungswirkung der Höhenänderung und das Kraftfahrzeug schaukelt sich nicht auf. Eine Autofahrt mit defekten Stoßdämpfern gleicht einer Fahrt
über einen See mit Wellen, weil die bewegte Masse nicht hydraulisch gedämpft wird, sondern sich immer weiter aufschaukelt. The object is achieved by providing a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, which is characterized in that masses are flexibly stored and steamed on a ship and the power generation takes place by means of a motor, preferably a hydraulic motor. The proper movements of a ship are significant and occur in straight-line motion and rotational motion: waves is the straight-line movement along the longitudinal axis. Rollers is the rotational movement about the longitudinal axis. Schwoien is the straight-line movement along the transverse axis. Pounding is the rotational movement about the transverse axis. Diving is the movement along the vertical axis. Yawing is the rotation about the vertical axis. The ship's movements can reach acceleration forces of up to 1 G at the areas of the ship farthest from the longitudinal, transverse and vertical axis. When you lift the foresail change at the bow of a pounding yacht like weightless, G-forces of at least 1 G occur. (Condition: G-force = gravitational acceleration (g) = 9.80665 m / s 2 = 1 G). With the method according to the invention, it is possible to dampen the proper movements of a ship while using energy. In one embodiment of the method according to the invention, the principle of the shock absorber is utilized. Shock absorbers are known from the automotive industry: on each wheel of a motor vehicle, a spring and a shock absorber is mounted. The spring compensates for the weight and causes the shock absorber, which equates to a hydraulic cylinder, to be pressed at standstill to the desired extent (eg exactly halfway). When driving over bumps, the height change of the wheels acts on the piston of the shock absorber, so that this is expressed and expressed. This dampens the acceleration effect of the altitude change and the motor vehicle does not rock up. A drive with defective shock absorbers is like driving over a lake with waves, because the moving mass is not dampened hydraulically, but continues to rise.
Die Masse auf einem Schiff (z. B. Personen, Fracht, Ein- und Aufbauten sowie Ballast) kann ebenso auf einen Hydraulikzylinder (oder eine andere Druck- und Volumenübertragungseinheit) gesetzt werden, um die Schwingung zu dämpfen. Wie bei einem Kraftfahrzeug kann dies im Zusammenspiel mit einer Feder oder einem anderen die Gewichtskraft aufhebenden Gegendruck (z. B. Hydraulikdruck, Druckluft usw.) erfolgen. Die vorliegende Erfindung geht noch einen Schritt weiter und wandelt die regelmäßigen oder auch unregelmäßigen Druckschwankungen in einen gerichteten energetischen Prozess um. The mass on a ship (eg, people, cargo, build-ins and ballast) can also be placed on a hydraulic cylinder (or other pressure and volume transfer unit) to dampen the vibration. As in the case of a motor vehicle, this can take place in conjunction with a spring or another counterpressure which releases the weight (for example hydraulic pressure, compressed air, etc.). The present invention goes one step further and converts the regular or even irregular pressure fluctuations into a directed energetic process.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung deshalb eine Verfahren zur Schiffsstabilisierung und Energieerzeugung auf seegehenden Fahrzeugen bereit, dadurch gekennzeichnet, dass In a preferred embodiment, therefore, the invention provides a method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, characterized in that
i) Massen auf einem Schiff flexibel auf einem Mittel zur Druck- und Volumenübertragung gelagert werden, i) masses are flexibly stored on a ship on a means of pressure and volume transfer,
ii) die Schwingungen der Massen durch das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung gedämpft werden, ii) the vibrations of the masses are damped by the means for pressure and volume transmission,
iii) gleichzeitig die dadurch an dem Mittel zur Druck- und Volumenübertragung auftretenden Druckschwankungen zur Umwandlung von Bewegungsenergie der flexibel gelagerten Massen in elektrische Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie genutzt werden. Bei den flexibel gelagerten Massen auf einem Schiff handelt es sich beispielsweise um Personen, Fracht, Ein- und Aufbauten und Ballast. iii) at the same time the pressure fluctuations occurring thereby at the means for pressure and volume transfer for the conversion of kinetic energy of the flexibly stored masses into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy are used. The flexibly stored masses on a ship are, for example, persons, freight, build-ins and ballast.
Flexibel gelagert im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet, dass die auftretenden Seegangsbeschleunigungskräfte absorbiert werden können. Eine flexible Lagerung im Sinne der Erfindung kann beispielsweise stehend oder hängend unter Verwendung eines Mittels zur Druck- und Volumenübertragung erfolgen.
Das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung in dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst mindestens einen Schwingungsdämpfer, wie z.B. ein Hydraulikzylinder oder Stoßdämpfer. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung in dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Überdruckspeicher und einen Unterdruckspeicher. Dabei kann es sich um jede Art von herkömmlich bekannten Druckbehältern handeln. Vorzugsweise sind die Innenvolumina des Überdruckspeichers und des Unterdruckspeichers gleich groß. Die Größe des Überdruckspeichers und des Unterdruckspeichers ist außerdem an die Erfordernisse, wie zum Beispiel das Gewicht der flexibel zu lagernden Massen, anpassbar. Flexibly mounted in the context of the invention means that the occurring seaward acceleration forces can be absorbed. A flexible storage according to the invention can be done, for example, standing or hanging using a means for pressure and volume transfer. The means for pressure and volume transfer in the method according to the invention comprises at least one vibration damper, such as a hydraulic cylinder or shock absorber. In a further embodiment, the means for pressure and volume transfer in the inventive method comprises an overpressure accumulator and a vacuum accumulator. This may be any type of conventionally known pressure vessels. Preferably, the inner volumes of the overpressure accumulator and the vacuum reservoir are the same size. The size of the overpressure accumulator and the vacuum accumulator is also adaptable to the requirements, such as the weight of flexibly stored masses.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung in dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Motor umfasst. Der Motor ist vorzugsweise ausgewählt aus einem hydraulischen Motor oder einem pneumatischen Motor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Motor mit einem Generator gekoppelt. In a further embodiment, this comprises the means for pressure and volume transfer in the method according to the invention comprises a motor. The engine is preferably selected from a hydraulic motor or a pneumatic motor. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the motor is coupled to a generator.
In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen In a preferred alternative embodiment of the invention
Verfahrens umfasst das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung eine Turbine oder ein anderes Mittel zur Energieumwandlung. Method, the means for pressure and volume transfer comprises a turbine or other means for energy conversion.
Beim Betrieb eines Schiffes kommt es in dem Überdruckbehälter, der vor dem Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung als Bestandteil des Mittels zur Druck- und Volumenübertragung angeordnet ist, zu einem Überdruck, wenn die G-Kraft nach unten gerichtet ist, währenddessen es in dem Unterdruckbehälter hinter der Motoreinheit bzw. dem Mittel zur Energieumwandlung zu einem Unterdruck kommt, sobald die G-Kraft nach oben gerichtet ist. Die Druckdifferenz wird durch den, vorzugsweise hydraulischen, Motor mit angeschlossenem Generator bzw. ein anderes geeignetes Mittel zur Energieumwandlung in elektrische Energie umgewandelt. Durch das ständige hin und her, auf und ab der Schiffsbewegung wird dem System dabei ständig Energie von außen zugeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die flexible Lagerung der Massen durch oder in Kombination mit einer mechanischen Feder. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die flexible Lagerung und/oder die Dämpfung der Massen und/oder die Energieübertragung zum Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung durch Druckluft oder in Kombination mit Druckluft. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die flexible Lagerung und/oder die Dämpfung der Massen und/oder die Energieübertragung zum Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung durch Hydraulik oder in Kombination mit hydraulischen Elementen erfolgt. Dazu wird vorzugsweise eine Hydraulikflüssigkeit, Öl, Wasser oder eine andere Druckflüssigkeit verwendet. During operation of a ship, in the overpressure vessel, which is arranged in front of the engine or the means for energy conversion as part of the means for pressure and volume transfer, it comes to an overpressure when the G-force is directed downward, while it is in the vacuum tank behind the motor unit or the means for energy conversion to a negative pressure comes as soon as the G-force is directed upward. The pressure difference is converted by the, preferably hydraulic, engine with attached generator or other suitable means for energy conversion into electrical energy. Due to the constant back and forth, up and down of the ship's motion, the system is constantly supplied with energy from outside. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the flexible storage of the masses takes place by or in combination with a mechanical spring. In a further embodiment of the method according to the invention, the flexible storage and / or the damping of the masses and / or the energy transfer to the motor or the means for energy conversion by compressed air or in combination with compressed air. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the flexible storage and / or the damping of the masses and / or the energy transfer to the motor or the means for energy conversion by hydraulics or in combination with hydraulic elements takes place. For this purpose, preferably a hydraulic fluid, oil, water or another pressure fluid is used.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen durch Ventile gerichteten Strom von Druckluft oder einer Hydraulikflüssigkeit, Öl oder Wasser. In a further embodiment, the method according to the invention comprises a valve-directed flow of compressed air or a hydraulic fluid, oil or water.
Alternativ ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren einen pulsierenden Strom von Druckluft oder einer Hydraulikflüssigkeit, Öl oder Wasser umfasst. Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereit. Alternatively, it is also possible that the inventive method comprises a pulsating flow of compressed air or a hydraulic fluid, oil or water. The invention further provides an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der flexiblen Lagerung von Massen 29, wie zum Beispiel Containern 22, auf einem Schiff 20, Segelboot 30, Mehrrumpfbooten 60, Hydrofoil- Sportbooten 70, Mehrrumpfschiffen 80 oder anderen seegängigen Fahrzeugen sowie der gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, hydraulischer Energie und/oder Wärmeenergie.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindesten ein Mittel zur Druck- und Volumenübertragung 10, umfassend einen Hydraulikzylinder = Arbeitszylinder 1 1 , einen Überdruckspeicher 14 und einen Unterdruckspeicher 15, sowie Hydraulikschläuchen 12, die den Arbeitszylinder 1 1 mit dem Überdruckspeicher 14 bzw. dem Unterdruckspeicher 15 verbinden. The inventive device is used for the flexible storage of masses 29, such as containers 22, on a ship 20, sailboat 30, multihulls 60, hydrofoil pleasure boats 70, multihulls 80 or other seaworthy vehicles and the simultaneous generation of electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy. In a preferred embodiment, the device according to the invention comprises at least one means for pressure and volume transmission 10, comprising a hydraulic cylinder = working cylinder 1 1, a pressure accumulator 14 and a vacuum accumulator 15, and hydraulic hoses 12, the working cylinder 1 1 with the excess pressure accumulator 14 and the Connect vacuum reservoir 15.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Rückschlagventile 13 an den Verbindungstellen zwischen Arbeitszylinder 1 1 und Überdruckspeicher 14 bzw. dem Unterdruckspeicher 15. In a further embodiment, the device according to the invention comprises check valves 13 at the connection points between the working cylinder 11 and the overpressure accumulator 14 or the vacuum accumulator 15.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen beiden Druckspeichern 14 und 15 ein geeignetes Mittel zur Energieumwandlung 16. Das Mittel zur Energieumwandlung 16 ist vorzugsweise ein Motor, besonders bevorzugt ein hydraulischer Motor, mit angeschlossenem Generator bzw. ein anderes geeignetes Mittel zur Umwandlung von Bewegungsenergie (z.B. der Energie der Strömung der Hydraulikflüssigkeit von dem Überdruckbehälter 14 in den Unterdruckbehälter 15) in elektrische Energie. In a further embodiment, the device according to the invention between both accumulators 14 and 15 a suitable means for energy conversion 16. The means for energy conversion 16 is preferably a motor, more preferably a hydraulic motor, with a connected generator or other suitable means for converting kinetic energy (Eg, the energy of the flow of hydraulic fluid from the pressure vessel 14 into the vacuum tank 15) into electrical energy.
Der Arbeitszylinder 1 1 in Kombination mit dem Kolben 17 umfasst üblicherweise eine Feder zur Erzeugung einer der Gewichtskraft entgegenwirkenden Kraft, wie etwa bei einem herkömmlichen Stoßdämpfer. The power cylinder 1 1 in combination with the piston 17 usually comprises a spring for generating a force counteracting the weight force, such as in a conventional shock absorber.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin Hydraulikleitungen 18, die das Mittel zur Energieumwandlung 16, vorzugsweise einen Hydraulikmotor, mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbinden. The device according to the invention further comprises hydraulic lines 18, which connect the means for energy conversion 16, preferably a hydraulic motor, with the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur flexiblen Lagerung von Massen auf einem Schiff umfassen: In a further embodiment, the device according to the invention for the flexible storage of masses on a ship can comprise:
a) ein Gestell zur Ladungsfixierung von Containern auf dem die Masse im festgelegten Maße frei schwingen kann; und/oder b) eine Anordnung von Kojen in einer flexiblen Lagerung; und/oder c) hydrodynamisch günstig gestaltete Tanks zur flexiblen Lagerung von Flüssigkeiten; und/oder
d) mit einem Drucksystem verbundene Luftkissen; und /oder a) a frame for charge fixation of containers on which the mass can oscillate freely to a specified extent; and / or b) an arrangement of bunks in a flexible storage; and / or c) hydrodynamically favorable designed tanks for the flexible storage of liquids; and or d) airbags connected to a printing system; and or
e) die flexible Lagerung des ganzen Schiffes oder von Teilen davon mittels doppelter Hülle. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, mindestens eine Schiffsbewegung ausgewählt aus Wogen, Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen oder Gieren zu dämpfen. Vorzugsweise werden mindestens zwei der genannten Schiffsbewegungen gedämpft. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Schiffsbewegungen, insbesondere bevorzugt alle Schiffsbewegungen ausgewählt aus Wogen , Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen oder Gieren gedämpft. e) the flexible storage of the whole ship or parts thereof by means of double hull. With the method according to the invention and the device according to the invention, it is possible to dampen at least one ship's movement selected from waves, rollers, rocking, pounding, diving or yawing. Preferably, at least two of said ship movements are damped. In a particularly preferred embodiment, several ship movements, particularly preferably all ship movements selected from waves, rolls, Schwoien, pounding, diving or yawing are attenuated.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerung zur Regelung der Dämpfung zum zerstörungsfreien und effizienten Betrieb des Mittels zur Energieumwandlung 16. Die Steuerung gewährleistet, dass die hydraulischen Zylinder 1 1 immer den größtmöglichen Arbeitsweg vollführen, aber nicht in der Endstellung anschlagen. Die Dämpfung ist umso stärker, je größer die Druckdifferenz zwischen dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 ist. Diese kann elektronisch gesteuert werden durch einen mit dem Mittel zur Energieumwandlung 16, vorzugsweise einem hydraulischen Motor, verbundenen Generator. Je höher das abgeforderte Drehmoment beim Antrieb des Generators, desto größer ist die Dämpfungshärte und der erzeugte Strom je Generatorumdrehung und Kolbenhub. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, dass Schiffsbewegungen reduziert und gleichzeitig die Schiffsbewegungen in elektrische Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie umgewandelt werden können und beides so platz- und kostensparend umsetzbar ist, dass sich ein wirtschaftlicher Vorteil ergibt. In a further embodiment, the method according to the invention or the device according to the invention comprise a controller for controlling the damping for non-destructive and efficient operation of the means for energy conversion 16. The control ensures that the hydraulic cylinders 1 1 always perform the greatest possible working path, but not in the Attach end position. The damping is the stronger, the greater the pressure difference between the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15. This can be electronically controlled by a generator connected to the means for energy conversion 16, preferably a hydraulic motor. The higher the requested torque when driving the generator, the greater the damping hardness and the generated power per generator revolution and piston stroke. The inventive method and the device according to the invention have the advantage that ship movements can be reduced and at the same time the ship movements can be converted into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy and both space and cost saving can be implemented that results in an economic advantage.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass die unerwünschten Schiffsbewegungen in alle Richtungen: Wogen, Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen und Gieren, welche die an Bord
befindlichen Personen psychologischem und physiologischem Stress bis zur Seekrankheit aussetzen, gemindert werden können. Ebenso werden die auf die transportierte Fracht einwirkenden Belastungen durch die Eigenbewegung des Schiffes gemindert: Verrutschen, Eindrücken und über Bord fallen von Containern in schwerer See sind keine seltenen Ereignisse. Diese können vermindert bzw. verhindert werden. Schließlich wird die Sicherheit des Schiffes selbst durch die verminderte Eigenbewegung verbessert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert die Schiffsstabilisierung auch in schwerster See, wo die meisten herkömmlichen Systeme versagen. Another advantage of the method according to the invention and the device according to the invention is that the unwanted ship movements in all directions: waves, rolling, rocking, pounding, diving and yaw, which the on board persons are exposed to psychological and physiological stress until they reach seasickness. Likewise, the forces acting on the transported cargo are mitigated by the ship's own motion: Slipping, pushing in and falling overboard from heavy sea containers are not uncommon events. These can be reduced or prevented. Finally, the safety of the ship itself is improved by the reduced own motion. By the method according to the invention, the ship stabilization works even in the heaviest seas, where most conventional systems fail.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die der Eigenbewegung des Schiffes entzogene Energie in elektrische Energie umgewandelt, gespeichert und verschiedensten Verwendungszwecken des sonst knappen elektrischen Stroms auf See zugeführt werden kann. Auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens kann elektrische Energie z. B. auf einer Segelyacht zur Stromerzeugung ohne fossile Brennstoffe und ohne Geschwindigkeitsverlust (wie beim Wind- oder Wassergenerator) dienen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Versorgung mit elektrischem Strom auf See für alle möglichen elektrischen Verbraucher (z. B. Navigationssysteme, Licht, Hausgeräte, Heizung) bereitgestellt werden und es können z.B. auch Live-TV Übertragungen vom Schiff selbst während eines Hochsee-Segelrennens ermöglicht werden. . Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Segelyachten bei einem Segeltörn die bordeigenen Batterien zum Antrieb eines elektrischen Hilfsmotors laden, mit dem sie in den Hafen ein- und ausfahren. Dies ermöglicht unter anderem die Nutzung von Hilfsmotoren auf Trinkwasserseen, wo die Nutzung von Verbrennungsmotoren verboten ist. Die regenerativ gewonnene Energie kann z. B. auf einem Containerschiff das sonst zum Antrieb benutzte Schweröl teilweise ersetzen. Am meisten Energie kann zu Zeiten schwerster See erzeugt und dem Schiffsantrieb zur Verfügung gestellt werden, so dass Schlechtwettergebiete sicher und zügig durchquert werden können. Another advantage of the method and the device according to the invention is that the self-motion of the ship extracted energy can be converted into electrical energy, stored and various uses of the otherwise scarce electrical power can be supplied to sea. On the basis of the method according to the invention, electrical energy z. B. on a sailing yacht for power generation without fossil fuels and without loss of speed (as in the wind or water generator) serve. The method according to the invention makes it possible to provide a supply of electric current at sea for all possible electrical consumers (eg navigation systems, light, household appliances, heating) and it is possible, e.g. Live TV transmissions are also made possible by the ship itself during a deep-sea sailing race. , Using the method according to the invention sailing yachts can load the on-board batteries for driving an electric auxiliary motor with a sailing trip, with which they enter and exit the port. This allows, inter alia, the use of auxiliary engines on drinking water lakes, where the use of internal combustion engines is prohibited. The regeneratively obtained energy can, for. B. on a container ship the otherwise used to drive heavy oil partially replace. Most of the energy can be generated at times of the heaviest sea and be provided to the ship propulsion, so that bad weather areas can be traversed safely and quickly.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Schiffsstabilisatoren weniger
Platz auf dem Schiff (Volumen oder Masse) gegenüber bisherigen Schiffsstabilisatoren einnehmen, so dass mehr Fracht mitgeführt werden kann. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und kostengünstig. Somit ergibt sich ein wirtschaftlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Lösungen des Standes der Technik. Another advantage of the method and apparatus of the invention is that the ship stabilizers of the invention less Occupy space on the ship (volume or mass) compared to previous ship stabilizers, so that more freight can be carried. In addition, the device according to the invention is simple and inexpensive. Thus, there is an economic advantage over conventional solutions of the prior art.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Masse der zu transportierenden Güter, Personen oder einer anderen an Bord befindlichen Masse zur energieerzeugenden Schwingungsdämpfung zu nutzen. Dem Schiff muss keine zusätzliche Masse für ein Stabilisierungssystem hinzugefügt werden. Gewicht kann gespart oder zusätzliche Fracht transportiert werden. Die gewonnene elektrische Energie kann vielseitig eingesetzt werden. Eine solche Lösung ist im Stand der Technik nicht bekannt. Alle bekannten Lösungen für Schiffsstabilisatoren fügen dem Schiff eine Masse hinzu und/oder können keine Energie erzeugen. Alle bekannten Lösungen für Wellenkraftwerke auf Schiffen vernachlässigen den Zweck des Schiffes, Güter zu transportieren. With the method according to the invention and the device according to the invention, it is possible to use the mass of goods to be transported, persons or another mass on board for energy-generating vibration damping. The ship does not need to add extra mass to a stabilization system. Weight can be saved or additional freight transported. The recovered electrical energy can be used in many ways. Such a solution is not known in the prior art. All known solutions for marine stabilizers add mass to the vessel and / or can not generate energy. All known solutions for wave power plants on ships neglect the purpose of the ship to transport goods.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an 17 Figuren verdeutlicht. Zunächst soll die Wirkungsweise beispielhaft an einem Containerschiff in einer Stampfbewegung (Rotationsbewegung um die Querachse) vorgestellt werden: The features and advantages of the invention will become apparent from 17 figures. First, the mode of action is to be presented as an example on a container ship in a ramming motion (rotational movement about the transverse axis):
Figur 1 zeigt in Figur 1 A den Ausgangszustand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, ohne dass Energie erzeugt wird, beispielsweise wenn das Schiff ohne Wellenbewegung, z. B. im Hafen, liegt. Figur 1 B zeigt das Containerschiff 20 mit normal in die Wasserlinie 23 eingetauchtem Bug 21 . Es gibt keine Bewegung. Ein Container 22 ist beispielhaft markiert, dieser Container 22 ist wie Fig. 1 C gezeigt, auf Hydraulikzylindern = Arbeitszylinder 1 1 gelagert. Wiederum wird nur einer der vier am Container 22 angebrachten Arbeitszylinder 1 1 im Bild 1 . betrachtet. Der Arbeitszylinder 1 1 wird mit Hydraulikschläuchen 12 mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbunden. Die Rückschlagventile 13 sind zur einfachen Darstellung im Beispiel am Eingang und Ausgang der Druckspeicher 14 und 15 angeordnet. Ebenso ist die Anordnung der Rückschlagventile 13 direkt am Arbeitszylinder 1 1 möglich. Dies bietet den Vorteil, dass die Hydraulikschläuche 12 zusätzlich oder bei entsprechend geringem Volumen der Hydraulikflüssigkeit auch
ausschließlich als Druckspeicher fungieren kann. Zwischen beiden Druckspeichern 14 und 15 ist ein Hydraulikmotor 16 angeordnet, welcher Druckunterschiede zwischen den beiden Druckspeichern 14 und 15 in Bewegungsenergie umwandelt. Da das Containerschiff 20 nicht in Bewegung ist, wirkt auf den Container 22 ausschließlich die Gewichtskraft. Auf die Arbeitszylinder 1 1 wird nur die statische Gewichtskraft des Containers mittels Kolben 17 ausgeübt und drückt diese genau zur Hälfte ein. Der Arbeitszylinder 1 1 in Kombination mit dem Kolben 17 umfassen üblicherweise eine Feder zur Erzeugung einer der Gewichtskraft entgegenwirkenden Kraft, wie etwa bei einem herkömmlichen Stoßdämpfer. Die Federspannung kann beim Beladen so eingestellt werden, dass der Kolben 17 immer genau um die Hälfte im Arbeitszylinder 1 1 eingedrückt ist und im Hydrauliksystem so der„neutrale" Arbeitsdruck (z. B. 100 bar) bereitgestellt wird. In allen Elementen des Hydrauliksystems herrscht somit der gleiche Druck, die Rückschlagventile 13 sind geschlossen. Die gepunkteten Pfeile in Figur 1 A verdeutlichen den durch die auf den durch die Wirkung der Trägheit der Masse auf den hydraulischen Zylinder ausgelösten Druck- und Volumenstrom. Mangels Bewegung in Figur 1 A wird noch kein Druck- und Volumenstrom erzeugt. Der Hydraulikmotor 16 und der daran angeschlossene Generator sind nicht in Bewegung. Der Hydraulikmotor 16 ist über Hydraulikleitungen 18 mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbunden. Es wird so keine Energie durch Wellen erzeugt, da das Schiff nicht schwankt. Die Wasserlinie 23 ist auch in allen weiteren Darstellungen der Einfachheit halber gerade dargestellt. Auslöser der Schiffsbewegung sind die Wellen. Energiequelle im hier vorgestellten Verfahren ist aber nicht die Welle selbst, sondern die durch das Schwanken des Schiffes fortlaufend beschleunigte und gebremste Masse eines Körpers, die energetisch wirksam gemacht wird. Figure 1 shows in Figure 1 A, the initial state of a device 10 according to the invention, without energy is generated, for example, when the ship without wave motion, z. B. in the harbor. FIG. 1B shows the container ship 20 with the bow 21 immersed in the waterline 23 normally. There is no movement. A container 22 is exemplified, this container 22 is shown as shown in FIG. 1 C, mounted on hydraulic cylinders = cylinder 1 1. Again, only one of the four attached to the container 22 working cylinder 1 1 in Figure 1. considered. The working cylinder 1 1 is connected with hydraulic hoses 12 to the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15. The check valves 13 are arranged for easy representation in the example at the input and output of the pressure accumulator 14 and 15. Likewise, the arrangement of the check valves 13 directly on the working cylinder 1 1 is possible. This offers the advantage that the hydraulic hoses 12 additionally or with a correspondingly small volume of the hydraulic fluid also can only act as an accumulator. Between the two pressure accumulators 14 and 15, a hydraulic motor 16 is arranged, which converts pressure differences between the two pressure accumulators 14 and 15 into kinetic energy. Since the container ship 20 is not in motion, acts on the container 22 only the weight. On the power cylinder 1 1 only the static weight of the container is exerted by means of piston 17 and pushes this exactly in half. The power cylinder 1 1 in combination with the piston 17 usually comprise a spring for generating a force counteracting the weight force, such as in a conventional shock absorber. The spring tension can be adjusted during loading so that the piston 17 is always pressed exactly halfway through in the working cylinder 11 and thus the "neutral" working pressure (eg 100 bar) is provided in the hydraulic system Thus, the same pressure, the check valves 13 are closed The dotted arrows in Figure 1 A illustrate the by the effect on the inertia of the mass on the hydraulic cylinder triggered pressure and flow rate.For lack of movement in Figure 1 A is still no The hydraulic motor 16 and the generator connected thereto are not in motion and the hydraulic motor 16 is connected to the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15 via hydraulic lines 18. No energy is generated by waves as the ship does not fluctuate The water line 23 is straight dargest in all other representations for the sake of simplicity The waves are triggered by the ship's movement. However, the source of energy in the method presented here is not the wave itself, but the mass of a body, which is continuously accelerated and decelerated by the swaying of the ship, and which is made energetically effective.
Figur 2: zeigt min Figur 2C Kurven zur Verdeutlichung des dynamischen Wirkprinzips: Die schwarze durchgehende Kurve entspricht der Kurve, die der Container 22 ganz vorne auf dem Schiff vollführt. Die Kurve ist sehr vereinfacht als Sinuskurve dargestellt. Die Sinuskurve beginnt in diesem Beispiel bei Pi. Bei einem Schiff 20 von 300 Meter Länge ist der Container 22 der vordersten Reihe 140 Meter vom Drehpunkt entfernt und bewegt sich damit bei 3° Schiffsbewegung 7,33 Meter von der Waagerechten abwärts, dann 14,66 Meter aufwärts und wieder 7,33 Meter abwärts. Entsprechend
zeigt die idealisierte Kurve in Figur 2B eine Amplitude von 7,33 Meter bei einer Wellenlänge von 8 Sekunden. Wenn der Bug 21 von der Waagerechten aus zunächst eine Abwärtsbewegung und dann zur nächsten Waagerechten bei 4 Sekunden eine Aufwärtsbewegung vollführt, ist dieser Bogen konvex und das Maß der Krümmung ist die Beschleunigung verursacht durch den Auftrieb. Zunächst wird der Bug 2 Sekunden gebremst bis er 7,33 Meter tief eintaucht und dann bis zur Waagerechten bei 4 Sekunden beschleunigt. Je tiefer der Bug 22 eintaucht, desto stärker wird er wiederum beschleunigt. Ursache für das tiefe Eintauchen ist die transportierte Masse, die ihre potentielle Energie ungebremst an den Schiffsrumpf 24 überträgt. Die gepunktete Kurve stellt die Beschleunigungsrichtung und -stärke dar. Das ist die zweite Ableitung der Sinusfunktion f(x)=SIN X ; f"(x)= -SIN. Beispielhaft wird von mittlerem Seegang und G-Kräften von 0,4 g ausgegangen. Die G - Kraft - Richtung ist der Beschleunigung entgegen gerichtet und als gestrichelte Kurve dargestellt. Der Zeitpunkt der Betrachtung zeigt den einstampfenden Bug 21 in der Abwärtsbewegung, der durch den Auftrieb des Wassers bereits in der Abwärtsbewegung gebremst, also nach oben beschleunigt wird. Die Waagerechte ist bereits überschritten. Die G-Kraft wirkt auf den Arbeitszylinder 1 1 , so dass der Druck ansteigt an und per Hydraulikschlauch 12 zum Überdruckspeicher 14 übertragen wird. Am Eingang des Überdruckspeichers 14 öffnet sich das Rückschlagventil 13 und der Überdruckspeicher 14 füllt sich bei gleichzeitiger Entlastung des Arbeitszylinders 1 1 mit Hydraulikflüssigkeit. Die Volumenverlagerung der hydraulisch wirksamen Masse bremst ab diesem Punkt die Abwärtsbewegung, indem die Masse auf die Hydraulik 10 (Figur 2A) wirkt und nicht auf den Bug 21 . Der Bug 21 taucht somit nicht ganz so tief ein wie ohne Dämpfung. Das Stampfen wird reduziert. Die gepunkteten Pfeile in Figur 2A stellen den ausgelösten Druck- und Volumenstrom dar, welcher nun vor dem Motor einen Überdruck- und hinter dem Motor einen Unterdruck verursacht. Das Druckgefälle zwischen Überdruckspeicher 14, in dem beispielsweise ein Druck von 120 bar herrscht, und Unterdruckspeicher 15, in dem beispielsweise ein Druck von 100 bar herrscht, setzt den Hydraulikmotor 16 und den angeschlossenen Generator in Gang, wodurch Hydraulikflüssigkeit von dem Überdruckspeicher 14 in den Unterdruckspeicher 15 gepumpt wird.
Figur 3 zeigt in Figur 3B das Containerschiff 20 mit voll eingestampftem Bug 21 , der den tiefsten Punkt gerade überschritten hat (Figur 3B). Der Zeitpunkt der höchsten Beschleunigung und G-Kraft ist ebenso marginal überschritten. Der Druck im Arbeitszylinder 1 1 der Figur 3A ist minimal kleiner als im Überdruckspeicher 14. Das Rückschlagventil 13 am Überdruckspeicher 14 schließt sich. Das Druckgefälle zwischen Überdruckspeicher 14 (beispielsweise 200 bar) und Unterdruckspeicher 15 (beispielsweise 120 bar) wird durch den Hydraulikmotor 16 aufgrund der durch die Hydraulikleitungen 18 fließenden Hydraulikflüssigkeit in kinetische Energie und durch den angeschlossenen Generator in elektrische Energie gewandelt. Die Masse des Containers 22 hat in ihrer Abwärtsbewegung einen Teil ihrer Energie nicht an das Schiff 20 übertragen, so dass es tief einstampft, sondern an das hydraulische System 10, welches die Energieerzeugung bewirkt. Das Schiff 20 stampft nicht so tief ein, stattdessen wird elektrische Energie erzeugt. Ein weniger tief eingestampfter Bug 21 verursacht auch weniger Auftrieb und damit ist die folgende Aufwärtsbeschleunigung abgeschwächt. Die gepunkteten Pfeile in Figur 3A zeigen wieder den gerichteten Druck- und Volumenstrom. Figur 3C beschreiben (Kurven) zeigen wiederum die Höhe des Bugs (durchgezogen), die Beschleunigung (gepunktet) und die G-Kraft (gestrichelt). In Figur 4 wird dargestellt, wenn die Aufwärtsbewegung des Bugs 22 (Figur 4B) anhält und die maximale Geschwindigkeit (maximale kinetische Energie) erreicht hat. Die Wasser-Nulllinie 23 und damit die Wendestelle der Sinuskurve (Wechsel von konvex auf konkav, siehe Figur 4C) wird passiert (2. Ableitung der Sinuskurve ist gleich 0). Die Beschleunigung durch den Auftrieb und damit die G-Kräfte sinken auf 0. Der Druck im Arbeitszylinder 1 1 unterschreitet den Druck im Unterdruckspeicher 15, das Rückschlagventil 13 am Unterdruckspeicher 15 öffnet sich. Die Hydraulikflüssigkeit strömt aus dem Unterdruckspeicher 15 in den Arbeitszylinder 1 1 . Die Volumenverlagerung der hydraulisch wirksamen Masse bremst ab diesem Punkt die Aufwärtsbewegung, das Stampfen wird reduziert. Der Hydraulikmotor 16 und die Energieerzeugung mittels angeschlossenem Generator laufen. Die gepunkteten Pfeile in Figur 4A zeigen wieder den durch die G-Kraft ausgelösten gerichteten Druck- und Volumenstrom.
In Figur 5: hat der Schiffsbug in der Aufwärtsbewegung den höchsten Punkt erreicht (Figur 5B). Die nach unten gerichtete potentielle Energie der Gewichtskraft des aus dem Wasser ragenden Bugs 21 ist maximal. Gleichzeitig drückt das Heck des Containerschiffs 24 ins Wasser und verursacht durch den Auftrieb am Heck die Rotationsbewegung„Stampfen" im gleichen Maße, da der ganze Rumpf 24 vom Bug 21 zum Heck fest verbunden ist. Die am Bug 21 nach oben gerichtete G-Kraft ist maximal (Figur 5C). Unter der Annahme, dass die Feder die reine Gewichtskraft des Containers 22 ausgleicht, führt die maximale nach oben gerichtete G-Kraft (Figur 5C) zum vollständig ausgezogenen Kolben 17 am Arbeitszylinder 1 1 mit minimalem Druck. Die gepunkteten Pfeile in Figur 5A verdeutlichen die kurzzeitig geschlossenen Rückschlagventile am Umkehrpunkt des Druck- und Volumenstroms. Sobald die Schiffsbewegung diesen Punkt marginal überschreitet, führt der dann im Arbeitszylinder 1 1 marginal höhere Druck zum Schließen des Rückschlagventils 13 am Unterdruckspeicher 15. Der Unterdruck bleibt im Unterdruckspeicher 15 und kann nur über den Hydraulikmotor 16 ausgeglichen werden. Die hydraulisch wirksame Masse hat somit auch in der Aufwärtsbewegung das Energiepotential an das hydraulische System 10 (Figur 5A) übertragen. Die Energieerzeugung läuft. Figure 2: shows min Figure 2C curves to illustrate the dynamic principle of action: The black continuous curve corresponds to the curve that performs the container 22 at the very front of the ship. The curve is very simplified as sinusoid. The sine curve starts at Pi in this example. For a ship 20 of 300 meters in length, the container 22 of the foremost row is 140 meters from the fulcrum, moving 7.33 meters from the horizontal, then 14.66, at 3 ° ship movement Meters up and again down 7.33 meters. Corresponding For example, the idealized curve in Figure 2B shows an amplitude of 7.33 meters at a wavelength of 8 seconds. If the bow 21 makes a downward movement from the horizontal first and then an upward movement at 4 seconds to the nearest horizontal, this arc is convex and the measure of the curvature is the acceleration caused by the buoyancy. First, the bow is braked for 2 seconds until it dives 7.33 meters deep and then accelerates to 4 seconds horizontally. The deeper the bow dips, the more it is accelerated again. The reason for the deep immersion is the mass transported, which transfers its potential energy unrestrained to the ship's hull 24. The dotted curve represents the acceleration direction and strength. This is the second derivative of the sine function f (x) = SIN X; f "(x) = -SIN For example, assuming a mean sea state and G forces of 0.4 g, the G force direction is opposite to the acceleration and shown as a dashed curve, the time of observation shows the impacting bow 21 in the downward movement, which is already braked by the buoyancy of the water in the downward movement, that is accelerated upward.The horizontal is already exceeded.The G-force acts on the working cylinder 1 1, so that the pressure increases and by hydraulic hose 12th to the overpressure accumulator 14. At the entrance of the overpressure accumulator 14, the check valve 13 opens and the overpressure accumulator 14 fills with simultaneous relief of the working cylinder 1 1. The volume displacement of the hydraulically effective mass decelerates from this point the downward movement by the mass on the Hydraulic 10 (Figure 2A) acts and not on the bow 21. The bow 21 thus does not dive t as deep as without attenuation. The pounding is reduced. The dotted arrows in Figure 2A represent the triggered pressure and flow, which now causes a positive pressure in front of the engine and a negative pressure behind the engine. The pressure gradient between the overpressure accumulator 14, in which, for example, a pressure of 120 bar prevails, and vacuum accumulator 15, in which, for example, a pressure of 100 bar, sets the hydraulic motor 16 and the connected generator in motion, whereby hydraulic fluid from the excess pressure accumulator 14 in the vacuum reservoir 15 is pumped. FIG. 3B shows in FIG. 3B the container ship 20 with the nose 21 fully struck in, which has just passed the lowest point (FIG. 3B). The time of highest acceleration and G-force is also marginally exceeded. The pressure in the working cylinder 1 1 of Figure 3A is minimally smaller than in the pressure accumulator 14. The check valve 13 on the pressure accumulator 14 closes. The pressure gradient between overpressure accumulator 14 (for example 200 bar) and vacuum accumulator 15 (for example 120 bar) is converted by the hydraulic motor 16 into kinetic energy and due to the hydraulic fluid flowing through the hydraulic lines 18 in kinetic energy and by the connected generator into electrical energy. The mass of the container 22 in its downward movement has not transferred part of its energy to the ship 20, so that it collapses deeply, but to the hydraulic system 10, which causes the power generation. The ship 20 does not stomp so deeply, instead electrical energy is generated. A less deeply impacted bow 21 also causes less lift and thus the following upward acceleration is mitigated. The dotted arrows in Figure 3A again show the directional pressure and flow. Figure 3C (curves) again show the height of the bow (solid), the acceleration (dotted) and the G-force (dashed). In Figure 4 is shown when the upward movement of the bug 22 (Figure 4B) stops and reaches the maximum speed (maximum kinetic energy). The water zero line 23 and thus the turning point of the sine curve (change from convex to concave, see FIG. 4C) are passed (second derivative of the sinusoid is equal to 0). The acceleration through the buoyancy and thus the G-forces fall to 0. The pressure in the working cylinder 1 1 falls below the pressure in the vacuum reservoir 15, the check valve 13 at the vacuum reservoir 15 opens. The hydraulic fluid flows from the vacuum reservoir 15 in the working cylinder 1 first The volume displacement of the hydraulically effective mass slows the upward movement from this point, the pounding is reduced. The hydraulic motor 16 and the power generation by means of a connected generator run. The dotted arrows in FIG. 4A again show the directional pressure and volume flow triggered by the G-force. In FIG. 5, the ship's bow has reached the highest point in the upward movement (FIG. 5B). The downward potential energy of the weight of the bail 21 projecting from the water is maximum. At the same time, the stern of the container ship 24 pushes into the water and caused by the buoyancy at the rear of the rotation "pounding" to the same extent, since the entire fuselage 24 is firmly connected from the bow 21 to the rear 5C) assuming that the spring balances the net weight of the container 22, the maximum upward G-force (Figure 5C) results in the fully extended piston 17 on the working cylinder 11 with minimal pressure As soon as the ship's movement marginally exceeds this point, the pressure then marginally higher in the working cylinder 11 leads to the closing of the check valve 13 on the vacuum reservoir 15. The negative pressure remains in the vacuum reservoir 15 and 15 can only be compensated by the hydraulic motor 16. The hydraulically effective mass has Thus, in the upward movement, the energy potential to the hydraulic system 10 (Figure 5A) transmitted. The energy production is running.
In Figur 6 bewegt sich der Schiffsbug 21 abwärts, hat die Wasserlinie 23 im Normalwasserstand ohne Schiffsbewegung und damit die höchste Abwärtsgeschwindigkeit aber noch nicht erreicht. Die nach unten gerichtete Beschleunigung und damit die nach oben gerichtete G-Kraft nehmen weiter ab, bis der Bug 22 die Wasserlinie 23 erreicht. Beide Rückschlagventile 13 sind geschlossen. Die Energieerzeugung läuft weiter auf Basis der verbleibenden Druckunterschiede zwischen Überdruckspeicher 14 und Unterdruckspeicher 15. Das Schiff bewegt sich weiter zum Zustand wie in der Figur 2 gezeigt, und der gesamte Prozess beginnt von Neuem. Die gepunkteten Pfeile in Figur 6A zeigen den erneut einsetzenden Druck und Volumenstrom durch die Wirkung der G-Kraft (gestrichelte Kurve) und der entgegengesetzten Beschleunigung (gepunktet) während der Bewegung des Bugs (durchgezogen) gemäß Fig. 6C.
Der Prozess läuft ununterbrochen weiter solange das Schiff 20 schwankt. Jede Aufwärts- und jede Abwärtsbewegung des Stampfens wird gebremst und zu Energie umgewandelt. Der dargestellte Prozess kann aber auf allen seegehenden Fahrzeugen alle Schiffsbewegungen dämpfen und die der Schiffsbewegung entzogene Energie in elektrische Energie umwandeln. Je nach Einsatzumgebung, Zielstellung und Schiffstyp können verschiedene Dämpfungen (beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder Wasser) und Motoren (beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder Turbinen) angewendet werden. Statt einer Feder zur Aufhebung der Gewichtskraft und Ausrichtung innerhalb des Arbeitsbereiches können ebenso Hydraulik und Pneumatik eingesetzt werden. In FIG. 6, the ship's bow 21 moves downwards, but has not yet reached the waterline 23 in the normal water level without ship movement and thus the highest downward speed. The downward acceleration and thus the upward G-force continue to decrease until the bow 22 reaches the waterline 23. Both check valves 13 are closed. The power generation continues based on the remaining pressure differences between positive pressure accumulator 14 and vacuum accumulator 15. The ship continues to move to the state shown in Figure 2, and the entire process begins again. The dotted arrows in Figure 6A show the reoccurring pressure and flow rate through the action of the G force (dashed curve) and the opposite acceleration (dotted) during the movement of the bug (solid) in Figure 6C. The process continues uninterrupted as long as the ship 20 fluctuates. Each upward and downward pounding is slowed down and converted to energy. However, the illustrated process can attenuate all ship movements on all seagoing vehicles and convert the energy withdrawn from the ship's movement into electrical energy. Depending on the operating environment, target position and type of vessel, different types of damping (for example hydraulic, pneumatic or water) and motors (for example hydraulic, pneumatic or turbines) can be used. Instead of a spring for lifting the weight and alignment within the work area as well as hydraulics and pneumatics can be used.
Figur 7: Figur 7B zeigt die Vorschiffskoje 30 einer seegehenden Segelyacht und einen beispielhaften Arbeitszylinder 31 . Wieder wird mittels Feder das Gewicht des Seglers 32, der Koje 33 und des unter der Vorschiffskoje 30 befindlichen Trinkwassertanks 34 flexibel so gelagert, dass der Arbeitszylinder 31 ein- und ausfahren kann, sobald Schiffsbewegungen auftreten. Der Kolben 36 wird in diesem Fall fest am Bootsrumpf 35 befestigt, der Arbeitszylinder 31 schwingt mit der hydraulisch wirksamen Masse mit. Anwendbar ist die erfindungsgemäße Lösung auch mit Druckluft wie in Figur 7C gezeigt, indem die pneumatisch wirksame Masse (Koje 33, Segler 32 und Tank 34) auf ein Luftkissen 37 gebracht wird und die Pneumatik wie im beschriebenen hydraulischen Prozess durch die Schwankung der G-Kraft Richtung ein- und ausfedert. Eine Umwandlung der so erzeugten Druckluft ist auch in Kombination mit verschiedenen Druckluftmotoren 38, z.B. Gasexpansionsmotor oder Lamellenmotor möglich. Die Schwankungen zwischen Druckluft und Masse des Wassers werden durch einen Kolben 39 aufgenommen. Je nach Anwendung kann ein mittels Ventilen gerichteter oder auch pulsierender Luftstrom genutzt werden. Das kann hier von Vorteil sein, da der Bootsrumpf solcher Yachten aus GFK besteht und hydraulische Zylinder senkrecht zum Rumpf in Verbindung mit schwingenden Massen angebracht ein gewisses Gefahrenpotential bedeuten. Nicht ausreichend befestigte Zylinder könnten im Sturm durch die Bordwand hindurchschlagen und einen Wassereinbruch verursachen. Zudem ist die Gewichtsreduktion ein wichtiger Faktor und sowohl
Druckmedium als auch Bauteile sind bei pneumatischen Anwendungen häufig leichter. Auch Wasser kann als hydraulisches Medium zur Dämpfung der Schiffsbewegung bei gleichzeitiger Energieerzeugung nach dieser erfindungsgemäßen Lösung Anwendung finden. Es ist bekannt, dass beispielsweise Hochsee-Rennyachten (z. B. der Klasse „Volvo Ocean Race") Ballastwassertanks mit mehreren Tonnen Wasserinhalt zum Gewichtstrimm mitführen und diese Tanks bei Bedarf mit Seewasser füllen. Hohe Geschwindigkeiten von über 30 Knoten in rauer See bei kaum gewölbtem Unterwasserschiff führen zu harten Aufschlägen auf die Wasseroberfläche mit entsprechend hohen G-Kräften. Wiederum kann der Tank auf einer solchen Yacht flexibel gelagert werden, so dass die Gewichtskraft z. B. mithilfe einer Feder neutralisiert wird und die G-Kraft in dem hydraulischen System in geeignete Richtungen hinwirkt. Ebenso kann die Masse der Flüssigkeit selbst ohne den Tank als energetisch wirksame Masse eingesetzt werden. In Figur 7D ist ein System 40 gezeigt, wie die durch die G-Kraft nach unten gedrückte Flüssigkeit 41 in einem Rohr 42 auf einen Kolben 43 und dieser auf den Arbeitszylinder 1 1 wirkt. Auch Tanks 50 mit flexibel verschiebbaren Tankwänden 51 und 52 (Figur 7E) sind denkbar. Ebenso kann eine geeignete Turbine mit Generator in den durch die schwankenden G-Kräfte ausgelösten pulsierenden oder per Ventile gerichteten Wasserstrom so angeordnet werden, dass elektrische Energie erzeugt wird. Auch die Anwendung des Meerwassers selbst als hydraulisches Fluid ist in dieser Anwendung denkbar, wenn man geeignete hydraulische Motoren einsetzt, die mit diesem aggressiven Medium umgehen können. Das Ballastwasser 61 würde an einem trichterförmigen Tank 62 inkl. Entlüftung wie in Figur 7A mittels gestricheltem Pfeil dargestellt auf die Energieerzeugungseinheiten: Schläuche 12, Rückschlagventile 13, Überdruck- 14 und Unterdruckspeicher 15 und Motor 16 in der zuvor beschriebenen Form einwirken. Auch in verschiedenen anderen Schiffen wird Ballastwasser mitgeführt. Eine Nutzung entsprechend dieser erfindungsgemäßen Lösung ist zu untersuchen. Ebenso ist die Anwendung mit eingebauten Möbeln, Teilen des Schiffs, Schotten, Sektionen oder mit dem Schiff als Ganzes z. B. wie bei einem doppelwandigem Tanker denkbar. Im definierten und limitierten Umfang könnte dann eine Schiffshülle gegenüber der anderen flexibel gelagert schwingen und gemäß dieser erfindungsgemäßen Lösung gedämpft werden und Energie erzeugen.
Allen Anwendungsbeispielen ist gemein, dass eine Masse, sei es ein fester Körper wie ein Container, eine Person oder eine Flüssigkeit, auf einem Schiff schwankenden G- Kräften ausgesetzt ist und diese Kräfte durch eine flexible Lagerung verbunden mit einer energieerzeugenden Dämpfung in Energie umgewandelt werden können. Anspruch dieser erfindungsgemäßen Lösung ist, dass alle Schiffsbewegungen (Wogen, Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen und Gieren) zur Energieerzeugung genutzt werden können. FIG. 7: FIG. 7B shows the foredeck buoy 30 of a seagoing sailing yacht and an exemplary working cylinder 31. Again, by means of spring, the weight of the glider 32, the berth 33 and the drinking water tank 34 located under the foredeck buoy 30 are flexibly mounted so that the working cylinder 31 can move in and out as soon as ship movements occur. The piston 36 is fixed in this case, the hull 35, the working cylinder 31 resonates with the hydraulically effective mass. The solution according to the invention is also applicable with compressed air, as shown in FIG. 7C, by placing the pneumatically effective mass (berth 33, glider 32 and tank 34) on an air cushion 37 and the pneumatics as in the hydraulic process described by the fluctuation of the G force Direction spring-in and rebound. A conversion of the compressed air thus generated is also possible in combination with various pneumatic motors 38, such as gas expansion engine or vane motor. The fluctuations between compressed air and mass of the water are absorbed by a piston 39. Depending on the application, a valve-directed or pulsating air flow can be used. This can be an advantage here, since the hull of such yachts is made of fiberglass and hydraulic cylinders mounted perpendicular to the hull in conjunction with oscillating masses mean a certain risk potential. Insufficiently secured cylinders could blow through the side wall in a storm and cause water ingress. In addition, weight loss is an important factor and both Printing medium and components are often lighter in pneumatic applications. Also, water can be used as a hydraulic medium for damping the ship movement with simultaneous power generation according to this inventive solution application. It is known that, for example, ocean-going racing yachts (eg the "Volvo Ocean Race" class) carry ballast water tanks with several tons of water content for weight trimming and fill these tanks with seawater when needed., High speeds of over 30 knots in rough seas at hardly any arched underwater hulls lead to hard impacts on the water surface with correspondingly high G-forces Again, the tank can be flexibly stored on such a yacht, so that the weight force is neutralized eg by means of a spring and the G-force in the hydraulic system Likewise, the bulk of the liquid can be used as an energetic mass even without the tank 7. In Figure 7D, a system 40 is shown as the liquid 41 forced down by G-force in a pipe 42 onto a piston 43 and this acts on the working cylinder 1 1. Also tanks 50 with flexibly displaceable tank walls 51 and 52 (Fig ur 7E) are conceivable. Likewise, a suitable turbine with generator in the triggered by the fluctuating G-forces pulsating or directed by valves water flow can be arranged so that electrical energy is generated. The use of seawater itself as a hydraulic fluid is conceivable in this application, if you use suitable hydraulic motors that can handle this aggressive medium. The ballast water 61 would act on a funnel-shaped tank 62 including venting as shown in Figure 7A by dashed arrow on the power generation units: hoses 12, check valves 13, pressure 14 and negative pressure accumulator 15 and motor 16 act in the form described above. Also in various other ships ballast water is carried. Use according to this solution according to the invention is to be investigated. Likewise, the application with built-in furniture, parts of the ship, bulkheads, sections or with the ship as a whole z. B. conceivable as in a double-walled tanker. In the defined and limited scope, a ship's hull could then oscillate in a flexible manner relative to the other and be damped in accordance with this solution according to the invention and generate energy. Common to all application examples is that a mass, be it a solid body such as a container, a person or a liquid, is subject to fluctuating G forces on a ship, and these forces can be converted into energy through flexible storage associated with energy-generating damping , Claim this solution according to the invention is that all ship movements (waves, roles, Schwoien, pounding, diving and yawing) can be used to generate energy.
Figur 8 zeigt ein Seeschiff 20 von vorne (Figur 8B). Wieder soll gezeigt werden, wie die G-Kräfte zur Energieerzeugung über eine flexibel gelagerte Masse mit Hydraulikzylinder Energie erzeugen können. Rollen ist die unerwünschte Schiffsbewegung in diesem Beispiel. Wieder werden, wie beim Stampfen, die am weitesten von der Rotationsachse entfernten Massen 22 und 22' mithilfe einer Feder flexibel so gelagert, dass der Arbeitszylinder 1 1 genau zur Hälfte eingedrückt ist (Figur 8A). Betrachtet wird wieder der schwarze Container 22, der schraffierte Container 22', welcher ebenso gelagert wird, vollführt die exakte Gegenbewegung. Die Schwingung zwischen 2 Extrempunkten wird beim Rollen nicht durch das Wechselspiel zwischen ein- und austauchen von Bug und Heck, sondern Backbordseite 26 und Steuerbordseite 25 verursacht. Figur 8A zeigt den Ausgangszustand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, ohne dass Energie erzeugt wird, beispielsweise wenn das Schiff ohne Wellenbewegung, z. B. im Hafen, liegt. Figur 8B zeigt das Containerschiff 20 mit normal in die Wasserlinie 23 eingetauchtem Rumpf 24. Es gibt keine Bewegung. Die Container 22 und 22' sind, wie Fig. 8C gezeigt, auf Hydraulikzylindern = Arbeitszylinder 1 1 gelagert. Wiederum wird nur einer der vier am Container 22 angebrachten Arbeitszylinder 1 1 Figur 8A betrachtet. Der Arbeitszylinder 1 1 wird mit Hydraulikschläuchen 12 mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbunden. Die Rückschlagventile 13 sind zur einfachen Darstellung im Beispiel am Eingang und Ausgang der Druckspeicher 14 und 15 angeordnet. Ebenso ist die Anordnung der Rückschlagventile 13 direkt am Arbeitszylinder 1 1 möglich. Dies bietet den Vorteil, dass die Hydraulikschläuche 12 zusätzlich oder bei entsprechend geringem Volumen der Hydraulikflüssigkeit auch ausschließlich als Druckspeicher fungieren kann. Zwischen beiden Druckspeichern 14 und 15 ist ein Hydraulikmotor 16 angeordnet, welcher Druckunterschiede zwischen
den beiden Druckspeichern 14 und 15 in Bewegungsenergie umwandelt. Da das Containerschiff 20 nicht in Bewegung ist, wirkt auf den Container 22 ausschließlich die Gewichtskraft. Auf die Arbeitszylinder 1 1 wird nur die statische Gewichtskraft des Containers mittels Kolben 17 ausgeübt und drückt diese genau zur Hälfte ein. Die Federspannung kann beim Beladen so eingestellt werden, dass der Kolben 17 immer genau um die Hälfte im Arbeitszylinder 1 1 eingedrückt ist und im Hydrauliksystem so der„neutrale" Arbeitsdruck (z. B. 100 bar) bereitgestellt wird. In allen Elementen des Hydrauliksystems herrscht somit der gleiche Druck, die Rückschlagventile 13 sind geschlossen. Der Hydraulikmotor 16 und der daran angeschlossene Generator sind nicht in Bewegung. Der Hydraulikmotor 16 ist über Hydraulikleitungen 18 mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbunden. Es wird so keine Energie durch Wellen erzeugt, da das Schiff nicht schwankt. Die gepunkteten Pfeile in Figur 8A zeigen wieder die Ölflussrichtung, mangels Bewegung des Schiffes aber kein hydraulischer Druck- und Volumenstrom erzeugt wird. FIG. 8 shows a ship 20 from the front (FIG. 8B). Again, it will be shown how the G-forces for energy production can generate energy via a flexibly mounted mass with hydraulic cylinders. Rolling is the unwanted ship movement in this example. Again, as in pounding, the masses furthest away from the axis of rotation 22 and 22 'are flexibly supported by means of a spring so that the working cylinder 11 is pressed in exactly halfway (FIG. 8A). Consider again the black container 22, the hatched container 22 ', which is also stored, performs the exact countermovement. The vibration between 2 extreme points is not caused by the interplay between entering and exiting bow and stern, but port side 26 and starboard side 25 when rolling. FIG. 8A shows the initial state of a device 10 according to the invention, without energy being generated, for example when the ship is moving without undulations, e.g. B. in the harbor. Figure 8B shows the container ship 20 with the hull 24 immersed in the waterline 23 normally. There is no movement. The containers 22 and 22 'are, as shown in FIG. 8C, mounted on hydraulic cylinders = working cylinder 1 1. Again, only one of the four mounted on the container 22 working cylinder 1 1 Figure 8A considered. The working cylinder 1 1 is connected with hydraulic hoses 12 to the pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15. The check valves 13 are arranged for easy representation in the example at the input and output of the pressure accumulator 14 and 15. Likewise, the arrangement of the check valves 13 directly on the working cylinder 1 1 is possible. This offers the advantage that the hydraulic hoses 12 can also act exclusively as an accumulator in addition or with correspondingly small volume of the hydraulic fluid. Between the two pressure accumulators 14 and 15, a hydraulic motor 16 is arranged, which pressure differences between the two accumulators 14 and 15 converts into kinetic energy. Since the container ship 20 is not in motion, acts on the container 22 only the weight. On the power cylinder 1 1 only the static weight of the container is exerted by means of piston 17 and pushes this exactly in half. The spring tension can be adjusted during loading so that the piston 17 is always pressed exactly halfway through in the working cylinder 11 and thus the "neutral" working pressure (eg 100 bar) is provided in the hydraulic system thus the same pressure, the check valves 13 are closed The hydraulic motor 16 and the generator connected thereto are not in motion The hydraulic motor 16 is connected via hydraulic lines 18 to the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15. Thus, no energy is generated by waves, Since the ship does not fluctuate, the dotted arrows in Figure 8A again show the oil flow direction, but due to the lack of movement of the ship, no hydraulic pressure and volume flow is generated.
Figur 9: Der Zeitpunkt der Betrachtung zeigt die Steuerbordseite 25 (Seite des schwarzen Containers 22) in der Abwärtsbewegung, der durch den Ballast im Kiel 25. bereits in der Abwärtsbewegung gebremst, also nach oben beschleunigt wird (Figur 9B). Die Waagerechte ist bereits überschritten. Figur 9A zeigt, dass die G-Kraft auf den Arbeitszylinder 1 1 wirkt, so dass der Druck ansteigt und per Hydraulikschlauch 12 zum Überdruckspeicher 14 übertragen wird. Am Eingang des Überdruckspeichers 14 öffnet sich das Rückschlagventil 13 und der Druckspeicher füllt sich bei gleichzeitiger Entlastung des Arbeitszylinders 1 1 , wie durch die gepunkteten Pfeile in Figur 9A dargestellt. Die Volumenverlagerung der hydraulisch wirksamen Masse bremst ab diesem Punkt die Abwärtsbewegung und die durch das tiefe Eintauchen der Steuerbordseite verursachte Aufwärtsbeschleunigung. Das Rollen wird reduziert. Das Druckgefälle zwischen Überdruckspeicher 14 und Unterdruckspeicher 15 setzt aufgrund des Hindurchfließens von Hydraulikflüssigkeit durch die Hydraulikleitungen 18 den Hydraulikmotor 16 in Gang. Der schraffierte Container 22' befindet sich zum Zeitpunkt der Betrachtung in der Sinus-Schwingung genau um Pi entfernt. Figur 9C zeigt wiederum Größe und Richtung der Beschleunigung (gepunktete Kurve), die Höhe des Bugs (durchgezogen) und die verursachten G-Kräfte (gestrichelt).
In Figur 10 hat die Steuerbordseite 25 bei der Abwärtsbewegung den tiefsten Punkt gerade überschritten (Figur 10B). Der Zeitpunkt der höchsten Beschleunigung und G- Kraft ist ebenso marginal überschritten. Der Druck im Arbeitszylinder 1 1 ist minimal kleiner als im Überdruckspeicher 14. Das Rückschlagventil 13 am Überdruckspeicher 14 schließt sich (Figur 10A). Das Druckgefälle zwischen Überdruckspeicher 14 und Unterdruckspeicher 15 wird durch den Hydraulikmotor 16 in mechanische und durch einen angeschlossenen Generator in elektrische Energie gewandelt. Die gepunkteten Pfeile in Figur 10A zeigen wieder die Ölflussrichtung zur Überdruckseite, während Beschleunigung (gepunktet) und G-Kraft (gestrichelt) zu beiden Zeitpunkten betragsmäßig ansteigen. Figure 9: The time of observation shows the starboard side 25 (side of the black container 22) in the downward movement, which is already braked by the ballast in the keel 25 in the downward movement, that is accelerated upwards (Figure 9B). The horizontal is already exceeded. FIG. 9A shows that the G-force acts on the working cylinder 11, so that the pressure rises and is transmitted by hydraulic hose 12 to the overpressure accumulator 14. At the entrance of the overpressure accumulator 14, the check valve 13 opens and the pressure accumulator fills with simultaneous relief of the working cylinder 1 1, as shown by the dotted arrows in Figure 9A. The volume displacement of the hydraulically active mass slows the downward movement and the upward acceleration caused by the deep submersion of the starboard side from this point. Rolling is reduced. The pressure gradient between the overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15 sets the hydraulic motor 16 in motion due to the passage of hydraulic fluid through the hydraulic lines 18. The hatched container 22 'is located at the time of viewing in the sinusoidal oscillation exactly at Pi. Figure 9C again shows the magnitude and direction of the acceleration (dotted curve), the height of the bow (solid), and the G forces (dashed). In FIG. 10, the starboard side 25 has just passed the lowest point during the downward movement (FIG. 10B). The time of highest acceleration and G-force is also marginally exceeded. The pressure in the working cylinder 1 1 is minimally smaller than in the excess pressure accumulator 14. The check valve 13 at the excess pressure accumulator 14 closes (Figure 10A). The pressure gradient between the overpressure accumulator 14 and vacuum accumulator 15 is converted by the hydraulic motor 16 into mechanical and by a connected generator into electrical energy. The dotted arrows in FIG. 10A again show the oil flow direction to the overpressure side, while acceleration (dotted) and G-force (dashed) increase in magnitude at both times.
Die Parallelität der Figuren 9 und 10 zu den Figuren 2 und 3 macht deutlich: Unabhängig welche Schiffsbewegung ausgeführt wird, sie kann durch flexibel gelagerte Massen gebremst und zu Energie umgewandelt werden. Bei Rotationsbewegungen (Rollen, Stampfen und Gieren) sind diejenigen Massen für die Energieerzeugung einzusetzen, welche so weit wie möglich von der Rotationsachse entfernt sind: Stampfen und Gieren werden optimal mit an Bug und Heck flexibel gelagerten Massen gemindert, das Rollen kann durch flexibel gelagerte Container an Backbord- und Steuerbordseite gemindert werden. Einer Rollbewegung auf einer Yacht könnte z. B. entgegengewirkt werden, indem die Mannschaft auf der„hohen Kante" (weites herauslehnen zu einer Seite zum Ausgleich der Schräglage) auf z. B. luftgefederten und mit einem Drucksystem verbundenen Sitzkissen Platz nimmt. Bei 10 Personen ä 80 kg sind das 8 % der Bootsmasse (z. B. bei 10 t Bootsmasse), was sowohl energetisch als auch stabilisierend relevant ist. Zur Minderung der geradlinigen Bewegungen (Wogen, Schwoien und Tauchen) ist es unerheblich, wo die flexibel gelagerten Massen eingesetzt werden. Beim Wogen werden beispielsweise beim Container abwechselnd die vorderen und hinteren hydraulischen Zylinder der flexibel gelagerten Masse gestaucht oder entlastet, beim Schwoien sind es abwechselnd die linken und rechten Zylinder und beim Tauchen werden alle 4 Zylinder gleichzeitig gestaucht und in der Gegenbewegung entlastet. Der energieerzeugende Schiffsstabilisator ist demnach in der Lage, alle auftretenden Schiffsbewegungen zu mindern.
Bei den Rotationsbewegungen wirken hohe G-Kräfte auf einzelne Bereiche, bei den linearen Bewegungen sind die Kräfte geringer und überall gleichmäßig auf dem Schiff verteilt. Die Wirkung der Dämpfung und Energieerzeugung ist für die linearen Bewegungen also überall gleich. Die Auswahl der zu dämpfenden Massen muss sich demnach an den Schiffsbewegungen Stampfen, Gieren und Rollen orientieren. The parallelism of Figures 9 and 10 to Figures 2 and 3 makes it clear: Regardless of which ship's motion is performed, it can be braked by flexibly stored masses and converted to energy. For rotational movements (rolling, pounding and yawing) those masses are to be used for the energy production, which are as far away as possible from the axis of rotation: Pounding and yawing are optimally reduced with flexibly stored at bow and stern masses, the rolling can by flexibly mounted containers be reduced on port and starboard side. A rolling motion on a yacht could z. B. can be counteracted by the team on the "high edge" (far leaning to a side to compensate for the tilt) on eg air-suspended and seated with a pressure system seat cushion takes place. which is both energetically and stabilizingly relevant In order to reduce the linear movements (waves, rocking and diving), it is irrelevant where the flexibly stored masses are used alternately the front and rear hydraulic cylinders of the flexibly stored mass are compressed or relieved at the container, while alternately the left and right cylinders are swung and during diving all 4 cylinders are simultaneously compressed and relieved in the countermovement to reduce all occurring ship movements. In the case of rotational movements, high G forces act on individual areas; in linear movements, the forces are lower and distributed uniformly throughout the ship. The effect of damping and energy production is the same for linear movements everywhere. The selection of the masses to be damped must therefore be based on the ship movements pounding, yawing and rolling.
Figur 11 : Zeigt die 3 Rotationsbewegungen (Pfeile) eines Schiffes 20. Die Figuren 1 1 A (Rollen) und 1 1 B (Stampfen) sind von den vorherigen Figuren bereits bekannt, Figur 1 1 C (Gieren) zeigt das Containerschiff 20 von oben in der Drehbewegung um die Hochachse. Am Beispiel des Containerschiffes 20 sollten bevorzugt die ersten und letzten Reihen, die obersten Container sowie die Container zur Dämpfung und/oder Energieerzeugung eingesetzt werden, die an den Seiten stehen (schwarze und grau gemusterte Container). Die dämpfende und energieerzeugende Wirkung lässt in Richtung der Drehachsen für die Kräfte der Rotationsbewegungen immer mehr nach. FIG. 11: Shows the three rotational movements (arrows) of a ship 20. FIGS. 11A (rolls) and 11B (pounding) are already known from the previous figures, FIG. 11C (yaw) shows the container ship 20 from above in the rotary motion around the vertical axis. Using the container ship 20 as an example, the first and last rows, the uppermost containers and the containers for damping and / or power generation should preferably be used, which are on the sides (black and gray patterned containers). The damping and energy-generating effect decreases more and more in the direction of the axes of rotation for the forces of the rotational movements.
Figur 12 zeigt beispielhaft die Nutzung der Masse des Ankerkettenkastens 27 eines Schiffes 20 mit der darin befindlichen Ankerkette. Die Masse der Ankerkette hat bei Benutzung vor Anker liegend den Zweck, die Stampfbewegungen des Schiffes auszugleichen, indem ein Teil der Kette gestreckt und angehoben bzw. wieder auf dem Grund absinkt. Dadurch können Stampfbewegungen des Schiffes nicht auf den Anker einwirken und ihn losreißen. Ist das Schiff in Fahrt, kann die Kette gemäß diesem Verfahren insbesondere durch die Lage ganz vorne im Schiff 20 und damit weit von den Drehachsen des Schiffes 20 entfernt den gleichen Zweck ausführen. Die Masse der Kette in dem Ankerketten kästen 27 wird stabilisierend eingesetzt, indem der Ankerketten kästen 27 inkl. Kette an dem der Schiffsbewegung ausgelieferten Rumpf mittels flexibler Lagerung und energieerzeugender Dämpfung (dargestellt durch die gestrichelten Pfeile am Bug des Rumpfes 24) aufgehängt wird. Die flexible Lagerung und energieerzeugende Dämpfung kann beispielsweise durch Arbeitszylinder 1 1 , wie oben bereits beschrieben, erfolgen. Wird das Schiff durch Wellen bzw. Seegang 28 zu einer Bewegung angeregt, so entziehen die Arbeitszylinder 1 1 die kinetische Energie der Schiffsbewegung. Durch 3-dimensional schräg gestellte und auch schräg zur Backbord- und Steuerbordseite ausgerichtete Arbeitszylinder 1 1 können sowohl Rollbewegungen als auch Stampfen und Schwoien gedämpft und die entzogene
Energie umgewandelt werden. Da die Masse der Ankerkette proportional zur Schiffsgröße und damit den auftretenden Kräften ausgelegt wird und der Zweck beim Ankern verwandt ist, liegt der Einsatz der Masse der Ankerkette zur energieerzeugenden Dämpfung im Schiff nahe. Figure 12 shows an example of the use of the mass of the anchor chain case 27 of a ship 20 with the anchor chain therein. The mass of the anchor chain lying in use at anchor has the purpose to compensate for the pitching movements of the ship by a part of the chain stretched and raised or falls back to the ground. As a result, ramming movements of the ship can not act on the anchor and tear it. If the ship is in motion, the chain can according to this method, in particular by the position at the very front of the ship 20 and thus far from the axes of rotation of the ship 20 perform the same purpose. The mass of the chain in the anchor chains boxes 27 is used stabilizing by the anchor chains boxes 27 including chain on the ship's movement delivered hull by means of flexible storage and energy-generating damping (shown by the dashed arrows on the bow of the fuselage 24) is suspended. The flexible storage and energy-generating damping, for example, by working cylinder 1 1, as already described above, take place. If the ship is excited by waves or sea state 28 to move, so the working cylinder 1 1 withdraw the kinetic energy of the ship's movement. By 3-dimensionally inclined and also obliquely to the port and starboard side aligned working cylinder 1 1 both rolling motions as well as pounding and Schwoien can be attenuated and the withdrawn Energy to be transformed. Since the mass of the anchor chain is designed in proportion to the size of the ship and thus the forces occurring and the purpose is used in anchoring, the use of the mass of the anchor chain for energy-generating damping in the ship is close.
Figur 13 zeigt beispielhaft die Nutzung von Massen 29 innerhalb des Schiffes 20, welche wiederum gehängt oder an Deck gestellt, flexibel gelagert und seitlich abgestützt werden. Dabei stellt 29 die benutzte Masse, 1 1 die Arbeitszylinder inkl. Feder, 24 den der Schiffsbewegung unterworfenen Rumpf dar welcher durch Seegang 28 zur Bewegung angeregt wird. Figure 13 shows an example of the use of masses 29 within the ship 20, which in turn hung or placed on deck, flexibly stored and supported laterally. In this case, 29 represents the mass used, 1 1 the working cylinder incl. Spring, 24 which is subject to the ship's movement hull which is excited by seaway 28 to move.
Figur 14 zeigt die Anwendung des Verfahrens mit einer Masse 29 außerhalb des Schiffes 20 mit dem Kiel. Wird die Masse 29 am Kiel, wie zum Beispiel bei Volvo Ozean Race Einrumpf-Rennyachten mit einem Kimmkiel ausgerüstet, so ist der Kiel, und somit auch die Masse 29, drehbar gelagert. Wird der Rumpf 24 einer Wellenbewegung 28 unterworfen, so entstehen Beschleunigungskräfte, welche per Feder und Arbeitszylinder 1 1 energetisch genutzt und werden können. Beginnt das Schiff 20 zu Rollen, so drängt die träge Masse 29 dem entgegen und wirkt auf den Arbeitszylinder 1 1 . Wird die träge Masse 29 im Kiel von den Bewegungen mittels flexibler Lagerung und Dämpfung von den Bewegungen des Schiffes entkoppelt, so muss die Masse 29 im Kiel auch nicht immer wieder im gleichen Maße wie ohne Anwendung des Verfahrens neu beschleunigt werden. Eine 2-dimensional flexible Lagerung ermöglicht auch die Nutzung der Stampfbewegungen. Figur 15 zeigt die Anwendung des Verfahrens mit Mehrrumpfbooten 60, bei denen hier ein Rumpf 24 aus dem Wasser ragt. Der Rumpf 24' im Wasser ist einer Wellenbewegung 28 unterworfen, die Masse im dem anderen Rumpf 24 jedoch nicht bzw. der Bewegung einer anderen Welle. Damit wirken Beschleunigungskräfte auf Feder und Arbeitszylinder 1 1 und werden gedämpft. Figure 14 shows the application of the method with a mass 29 outside the ship 20 with the keel. If the mass 29 on the keel, such as in Volvo Ocean Race monohull racing yachts equipped with a Kimmkiel, so the keel, and thus the mass 29, rotatably mounted. If the hull 24 subjected to a wave motion 28, so arise acceleration forces, which can be used by spring and cylinder 1 1 energetically and. Starts the ship 20 to roles, so the inertial mass 29 urges the counter and acts on the cylinder 1 1. If the inertial mass 29 in the keel is decoupled from the movements of the ship by the movements by means of flexible support and damping, the mass 29 in the keel does not have to be accelerated again and again to the same extent as without the use of the method. A 2-dimensionally flexible storage also allows the use of ramming movements. FIG. 15 shows the use of the method with multihull boats 60, in which a hull 24 projects out of the water here. The hull 24 'in the water is subjected to a wave motion 28, the mass in the other hull 24 but not or the movement of another wave. This acceleration forces acting on the spring and cylinder 1 1 and are damped.
Figur 16 zeigt die Anwendung des Verfahrens mit Hydrofoil-Sportbooten 70, bei denen lediglich ein oder mehrere hydrodynamisch wirkendende Flügel 71 im Wasser Kontakt zur Wasserfläche und damit der Wellenbewegung hat. Allein der Flügel 71 im Wasser
ist einer Wellenbewegung 28 unterworfen, die Massen 24 und 24' in den Rümpfen jedoch nicht, wenn der Hydrofoil mittels Feder und Arbeitszylindern 1 1 flexibel gelagert und gedämpft wird. Damit wirken Beschleunigungskräfte auf Feder und Arbeitszylinder 1 1 , jedoch in geringerem Maße auf die schwebenden Rümpfe 24 und 24'. FIG. 16 shows the application of the method with hydrofoil sports boats 70, in which only one or more hydrodynamically acting blades 71 are in contact with the water surface and thus the wave motion in the water. Alone the wing 71 in the water is subjected to a wave motion 28, but the masses 24 and 24 'in the fuselages not when the hydrofoil is flexibly supported and damped by means of spring and working cylinders 1 1. Thus, acceleration forces acting on the spring and cylinder 1 1, but to a lesser extent on the floating hulls 24 and 24 '.
Figur 17 zeigt die Anwendung des Verfahrens mit einem Mehrrumpfschiff 80 (z.B. einer Expressfähre) bei dem die Schwimmer 61 im Wasser mittels Feder und Arbeitszylinder 1 1 energieumwandelnd gedämpft werden. Die Masse 29 ohne Wasserkontakt ist ebenso von der Wellenbewegung entkoppelt wie die Schwimmer untereinander. 17 shows the use of the method with a multi-hull vessel 80 (for example an express ferry) in which the floats 61 are energy-converted in the water by means of spring and power cylinder 11. The mass 29 without water contact is also decoupled from the wave motion as the floats with each other.
Die Figuren verdeutlichen einen kleinen Ausschnitt der vielfältigen Anwendungsformen, bei denen eine Masse auf einem Schiff flexibel gelagert und energieerzeugend gedämpft wird. The figures illustrate a small section of the various applications in which a mass is stored flexibly on a ship and attenuated to produce energy.
Die Einbindung in bestehende Frachtsysteme ist wichtig, um sicherzustellen, dass diese mit wenig Aufwand an Möglichkeiten dieser energieerzeugenden Schiffsstabilisierung angepasst werden können. Um die durch die starke Schiffsbewegung an Bug und Heck gefährdeten Container zu sichern, werden häufig Gestelle zur Ladungsfixierung angebracht. Solche Gestelle müssen so angepasst werden, dass die Container einzeln oder in Gruppen mit einem ausreichenden hydraulischen Weg z. B. 20 cm flexibel schwingen können. Es muss also zwischen den Containern in den Gestellen eine Lücke bleiben. Der dazu benötigte Platz würde durch das Weglassen, der nicht mehr benötigten Schiffsstabilisatoren überkompensiert werden. Die größte Distanz zu den Rotationsachsen der Schiffsbewegung und damit die größten Energiepotentiale haben die Container, die nicht nur ganz vorne oder hinten, backbord oder steuerbord, sondern auch noch ganz oben auf allen anderen Containern stehen. Dies gilt insbesondere bei Rollbewegungen. Da unter freiem Himmel genug Platz nach oben ist, beansprucht die Anwendung bei diesen Containern gar keinen Raum und verursacht so keine Opportunitätskosten.
Die Ausgestaltung der Hydraulikeinheiten sollte auf minimalen und maximalen Mess- und Erfahrungswerten der auftretenden G-Kräfte in Abhängigkeit vom Seegebiet und Schiffstyp angepasst werden. Die Dimensionierung ist ebenso abhängig von der bewegten Masse in Verbindung mit dem hydraulisch nutzbaren Weg. Um wechselnden Bedingungen auf See gerecht zu werden, muss das Energiesystem bei leichtem Seegang und bei schwersten Stürmen gleichermaßen funktionieren. Bei stärkerem Seegang erhöht sich sowohl die Druckdifferenz zwischen Überdruckspeicher und Unterdruckspeicher und damit das Drehmoment am Hydraulikmotor, als auch der Volumenstrom am Motor für eine höhere Drehzahl. Zur einfachen Regelbarkeit können z. B. Axialkolbenmotoren als hydraulische Motoren eingesetzt werden. Zur Anpassungsfähigkeit an wechselnde Bedingungen auf See trägt auch der dezentrale Charakter der Anlage bei: Jede einzelne Energieeinheit oder -einheiten in Gruppen können für diesen Prozess zu- oder abgeschaltet werden. Wenn eine ruhige See mit nur sehr kleinen Wellen insbesondere in Küstennähe, nur geringfügige Schiffsbewegungen auslöst, sind nur einzelne Energieeinheiten mit dem höchsten Grenzertrag zu aktivieren. Bei einer reinen Stampf beweg ung sind nur die Energieeinheiten vorne und hinten zu aktivieren, bei einer reinen Rollbewegung nur die Systeme an der Seite. Die Deaktivierbarkeit kann beispielsweise mechanisch durch ein Arretieren der Feder oder durch das Schließen von Ventilen z. B. steuerbaren oder selbsttätig regelnden Rückschlagventilen (V) oder Magnetventile oder durch eine andere Art von Ventilen gelöst werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Mindestmaß an Schiffsbewegung zur Energieerzeugung erhalten bleibt und nicht aktive Einheiten gewartet werden können. Zudem gilt es den Verschleiß an den Energiesystemen zu mindern: Bei einer 8 Sekunden dauernden Schiffsbewegung werden die oben beschriebenen Abläufe täglich 10.800-mal vollzogen. In einem schweren Sturm können hingegen alle verfügbaren Energiesysteme (z. B. 30% aller Container mit deren Masse) eingesetzt werden. Diese flexibel gelagerte und mit einer hydraulischen Dämpfung ausgerüstete Masse kann entsprechend der Wetterbedingungen und der gewünschten Schwingungsreduktion ausgeweitet werden und übertrifft dann die Masse aller bekannten Schiffsstabilisatoren sowie die Masse der auf das Schiff wirkenden Wellen. Das Potential zur Energieumwandlung ist somit größer als das Potential der Energieentstehung. Die Energie die durch Wellen auf das Schiff übertragen wird, kann also vollständig in elektrische Energie umgewandelt
werden. Limitierungen der Anwendbarkeit im Sturm wie bei bekannten Stabilisatoren z. B. Kreiselstabilisatoren ergeben sich theoretisch nicht. Dies ist in Tests zu validieren. Integration into existing freight systems is important to ensure that these can be adapted with little effort to the possibilities of this energy-generating ship stabilization. In order to secure the endangered by the strong ship movement at the bow and stern container, frames are often attached to the charge fixation. Such racks must be adapted so that the containers individually or in groups with a sufficient hydraulic path z. B. 20 cm can swing flexible. So there must be a gap between the containers in the racks. The space required for this would be overcompensated by omitting the ship stabilizers that are no longer needed. The largest distance to the axes of rotation of the ship's movement and thus the largest energy potentials have the containers, which are not only the front or rear, port or starboard, but also at the top of all other containers. This is especially true for rolling movements. Since there is enough space in the open air, the application does not take up any space with these containers and thus causes no opportunity costs. The design of the hydraulic units should be adapted to minimum and maximum measurement and empirical values of the G-forces occurring as a function of the sea area and ship type. The dimensioning is also dependent on the moving mass in connection with the hydraulically usable way. To cope with changing conditions at sea, the energy system must function equally well in light seas and during severe storms. In stronger sea conditions, both the pressure difference between the overpressure accumulator and the vacuum reservoir and thus the torque at the hydraulic motor, as well as the volume flow at the motor for a higher speed, increases. For easy controllability z. B. axial piston motors are used as hydraulic motors. The decentralized nature of the system also contributes to the adaptability to changing conditions at sea: Each individual energy unit or units in groups can be switched on or off for this process. If a calm sea with only very small waves, especially near the coast, causes only minor ship movements, only individual energy units with the highest marginal yield are to be activated. In a pure ramming motion only the energy units at the front and rear are to be activated, with a pure rolling motion only the systems at the side. The deactivability, for example, mechanically by locking the spring or by closing valves z. B. controllable or self-regulating check valves (V) or solenoid valves or be solved by another type of valves. This has the advantage that a minimum amount of ship movement for power generation is maintained and non-active units can be maintained. In addition, it is necessary to reduce the wear on the energy systems: In an 8-second vessel movement, the processes described above are performed 10,800 times a day. In a severe storm, on the other hand, all available energy systems (eg 30% of all containers with their mass) can be used. This flexibly supported and equipped with a hydraulic damping mass can be extended according to the weather conditions and the desired vibration reduction and then exceeds the mass of all known marine stabilizers and the mass of the waves acting on the ship. The potential for energy conversion is therefore greater than the potential of energy generation. The energy that is transmitted by waves to the ship can thus be completely converted into electrical energy become. Limitations of applicability in the storm as with known stabilizers z. B. gyrostabilizers do not arise theoretically. This has to be validated in tests.
Die Menge an erzeugter Energie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist abhängig von der Masse auf einem Schiff: Je mehr Masse auf einem Schiff auf diese Weise zur Energieerzeugung eingesetzt wird, desto geringer ist die Schiffsbewegung und damit die Energiequelle. Schiffsstabilisatoren, die auf Basis von Massen wirken, benötigen mindestens 5-7% des Schiffsgewichtes. Beispielhaft werden 10% der Schiffsladung bei normalem Seegang mit Energiesystemen ausgerüstet. Wenn ein 20 t schwerer Container bei durchschnittlich 0,4 G um 20 cm effektiv schwingen kann, erzeugt dies ca. 150 kN Kraft und bei einer Wellenlänge von 8 Sekunden ca. 3,5 KW elektrische Leistung pro Container. Wenn bei einem Seeschiff mit 10.000 Containern 10% in diesem Verfahren eingesetzt werden, ergibt das 3,5 MW Leistung bei normalem Seegang. Bei effizient laufenden Dieselmotoren mit einem Verbrauch von ca. 180 g/kWh sind dazu in jeder Stunde ca. 630 Liter ~ 630 kg Schweröl nötig. Eine Tonne Schweröl kostet aktuell ca. 600 USD. The amount of energy produced by the method according to the invention or the device according to the invention depends on the mass on a ship: the more mass used on a ship in this way for generating energy, the lower the ship's movement and thus the energy source. Ship stabilizers acting on a mass basis require at least 5-7% of the ship's weight. As an example, 10% of the ship's cargo is equipped with energy systems in normal swell. If a container weighing 20 t can swing 20 cm more effectively at an average of 0.4 G, this will generate approximately 150 kN of force and at a wavelength of 8 seconds approximately 3.5 kW of electrical power per container. If 10% of a seagoing vessel with 10,000 containers is used in this process, this gives 3.5 MW of power during normal sea conditions. For efficiently running diesel engines with a consumption of approx. 180 g / kWh, approx. 630 liters ~ 630 kg heavy fuel oil are needed every hour. A ton of heavy oil currently costs about 600 USD.
Bei einem Sturm rechnen die Frachtversicherer des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. für die an den äußersten Enden eines Schiffes beförderten Frachteinheiten mit Beschleunigungskräften von 1 G. In Schlechtwetterperioden könnten demnach bis zu 8,75 MW elektrische Leistung mit diesen 10% der Container bereitgestellt werden. Wenn im Sturm weitere 20% der Container ergänzend zur Dämpfung und Energieerzeugung eingesetzt werden und man für diese Container noch durchschnittlich 0,6 G annimmt, könnten weitere ca. 10 MW elektrische Energie erzeugt werden. Das entspricht in Summe ca. 30% der Motorleistung eines solchen Schiffs. Das bedeutet, dass wenn sich diese Erfindung im Alltag bewährt und zuverlässig läuft, auch der Dieselmotor des Schiffes kleiner dimensioniert werden kann, da sich die Auslegung der Dieselaggregate an der benötigten Motorleistung im Sturm zur Erhaltung der Manövrierfähigkeit orientiert. Ein Sturm würde dann das Schiff nicht mehr wie im heutigen Maße bremsen und damit die Einhaltung der Termine für Be- und Entladung in den Häfen gefährden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die verminderte Schiffsbewegung insbesondere beim Stampfen der Weg durch das Wasser kürzer ist. Die Sinuskurve wie in den Figuren dargestellt ist flacher. Ein weniger stampfendes Schiff liegt hydrodynamisch günstiger im Wasser. Umso mehr das Schiff stampft, desto tiefer taucht der Bug ein und ist breiter an der Stelle an der das Wasser frontal entgegenschlägt. Taucht der Bug nicht so tief ein, so bremst die entgegenschlagende Welle im geringeren Maße. Das gleiche gilt für das Heck: taucht das Heck über das optimale Maß ein, so reißt die Strömung am Heck ab (Übergang von einer laminaren zu einer turbulenten Strömung) und der Wasserwiderstand wird größer. Die Geschwindigkeit wird verringert. Durch ein stampfendes Schiff ist zudem der Rumpf nicht linear zur Fahrtrichtung ausgerichtet, sondern einer ständigen Drehbewegung unterworfen. Diese Abweichung bremst. In a storm, freight insurers of the Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft eV reckon with acceleration forces of 1 G for the freight units carried at the extreme ends of a ship. In bad weather periods, it would therefore be possible to provide up to 8.75 MW of electrical power with these 10% of the containers. If another 20% of the containers are used in the storm as a supplement to the damping and energy generation and an average of 0.6 G is assumed for these containers, an additional 10 MW of electrical energy could be generated. This corresponds to a total of about 30% of the engine power of such a ship. This means that if this invention is proven in everyday life and runs reliably, the diesel engine of the ship can be made smaller, since the design of the diesel engines based on the required engine power in a storm to maintain maneuverability. A storm would then no longer brake the ship as it does today and thus jeopardize compliance with loading and unloading schedules in the ports. Another advantage is that the path through the water is shorter due to the reduced ship movement, in particular during pounding. The sinusoid as shown in the figures is flatter. A less pounding ship is hydrodynamically cheaper in the water. The more the ship stomps, the deeper the bow plunges and is wider at the point where the water strikes head-on. If the bow does not dip so deeply, the counter-attacking wave slows down to a lesser extent. The same is true for the stern: if the tail dips above the optimum level, the flow breaks off at the stern (transition from a laminar to a turbulent flow) and the water resistance increases. The speed is reduced. By a stamping ship also the hull is not aligned linearly to the direction of travel, but subjected to a constant rotational movement. This deviation slows down.
Einen weiteren Vorteil bietet die Erfindung auch und vor allem denjenigen Massen, die energieerzeugend eingesetzt werden. Der Effekt der Dämpfung ist hier am stärksten. So können z. B. zerbrechliche Güter, Gefahrgut oder Südfrüchte beim Transport besonders geschont werden. Es ist zu empfehlen, Container mit empfindlicher Fracht bevorzugt auf den energieerzeugenden Schiffsstabilisator zu stellen. Durch eine die G-Kräfte dämpfenden Koje werden Personen besser vor Seekrankheit geschützt und können ruhiger schlafen. Auf einer Segelyacht befinden sich Kojen ganz vorne und hinten im Schiff, dort wo die Drehbewegungen Stampfen und Gieren am stärksten wirken. Another advantage of the invention also and especially those masses that are used to generate energy. The effect of damping is strongest here. So z. As fragile goods, dangerous goods or tropical fruits are protected during transport. It is recommended to place containers with sensitive cargo preferably on the power-generating ship stabilizer. A bunk that reduces the G-forces protects people better from seasickness and allows them to sleep more peacefully. On a sailing yacht there are berths in the front and back of the ship, where the pounding and yawing movements are strongest.
Gleichzeitig kann dieses System zu überschaubaren Kosten umgesetzt werden: Sowohl hydraulische Motoren, Druckspeicher, hydraulische Arbeitszylinder, Generatoren, Hydraulikschläuche und auch Rückschlagventile, gibt es in vielen Varianten als massenhaft produzierte und standardisierte Bauteile. Diese Bauteile werden vor allem bei Baumaschinen, in Automatikgetrieben und Nutzfahrzeugen weltweit eingesetzt. Es gilt vorhandene Bauteile für diese Anwendung entsprechend dem Einsatzzweck auszuwählen und zu konfigurieren. In einer Massenfertigung würden die Kosten zur Produktion der Energieeinheiten durch die auftretenden Skaleneffekte weiter sinken.
Liste der Bezugszeichen At the same time, this system can be implemented at manageable costs: Hydraulic motors, pressure accumulators, hydraulic power cylinders, generators, hydraulic hoses and non-return valves are available in many variants as mass-produced and standardized components. These components are mainly used in construction machinery, in automatic transmissions and commercial vehicles worldwide. It is necessary to select and configure existing components for this application according to the purpose. In a mass production, the costs of producing the energy units would continue to decrease due to the economies of scale that occur. List of reference numbers
10 Mittel zur Druck- und Volumenübertragung10 means for pressure and volume transfer
1 1 Arbeitszylinder, Hydraulikzylinder 1 1 working cylinder, hydraulic cylinder
12 Hydraulikleitung, Hydraulikschlauch 12 hydraulic line, hydraulic hose
13 Rückschlagventil 13 check valve
14 Überdruckspeicher 14 overpressure accumulator
15 Unterdruckspeicher 15 vacuum reservoir
16 Mittel zur Energieumwandlung 16 means of energy conversion
17 Kolben 17 pistons
18 Hydraulikleitung 18 hydraulic line
20 Schiff, Containerschiff 20 ship, container ship
21 Bug 21 bug
22, 22' Container 22, 22 'container
23 Wasserlinie 23 waterline
24, 24' Schiffsrumpf 24, 24 'hull
25 Backbordseite 25 port side
26 Steuerbordseite 26 starboard side
27 Ankerketten kästen 27 anchor chains boxes
28 Wellengang 28 waves
29 Masse 29 mass
30 Segelschiff 30 sailing ship
31 Arbeitszylinder 31 working cylinders
32 Segler 32 sailors
33 Koje 33 berth
34 Tank 34 tank
35 Bootsrumpf 35 boat hull
36 Kolben 36 pistons
37 Luftkissen 37 air cushions
38 Druckluftmotor 38 Air motor
39 Kolben 39 pistons
40 System ohne Tank 40 system without tank
41 Flüssigkeit
Rohr 41 liquid pipe
Kolben piston
Tank tank
Flexible Tankwände Mehrrumpfboot Schwimmer Hydrofoil-Sportboot Flügel Flexible tank walls multi-hull float boat hydrofoil sport boat wing
Mehrrumpfschiff
Multi-hull vessel
Claims
1 . Verfahren zur Schiffsstabilisierung und Energieerzeugung auf seegehenden Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet , dass 1 . Method for ship stabilization and power generation on seagoing vehicles, characterized in that
i) Massen auf einem Schiff flexibel auf einem Mittel zur Druck- und i) masses on a ship flexible on a means of printing and
Volumenübertragung gelagert werden, Be stored volume transfer,
ii) die Schwingungen der Massen durch das Mittel zur Druck- und ii) the vibrations of the masses by the means for pressure and
Volumenübertragung gedämpft werden, Volume transfer are attenuated,
iii) gleichzeitig die dadurch an dem Mittel zur Druck- und Volumenübertragung auftretenden Druckschwankungen zur Umwandlung von Bewegungsenergie der flexibel gelagerten Massen in elektrische Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie genutzt werden. iii) at the same time the pressure fluctuations occurring thereby at the means for pressure and volume transfer for the conversion of kinetic energy of the flexibly stored masses into electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy are used.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Massen auf einem Schiff ausgewählt sind aus Personen, Fracht, Ein- und Aufbauten und Ballast. 2. The method according to claim 1, characterized in that the masses are selected on a ship from persons, cargo, inputs and superstructures and ballast.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung mindestens einen Schwingungsdämpfer, wie z.B. ein Hydraulikzylinder oder Stoßdämpfer, umfasst. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure and volume transfer means comprise at least one vibration damper, e.g. a hydraulic cylinder or shock absorber.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung einen Überdruckspeicher und einen Unterdruckspeicher umfasst. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for pressure and volume transfer comprises a positive pressure accumulator and a vacuum reservoir.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung einen Motor umfasst. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for pressure and volume transmission comprises a motor.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein hydraulischer Motor oder ein pneumatischer Motor ist.. 6. The method according to claim 5, characterized in that the motor is a hydraulic motor or a pneumatic motor.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Mittel zur Druck- und Volumenübertragung eine Turbine oder ein anderes Mittel zur Energieumwandlung umfasst.
7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the means for pressure and volume transfer comprises a turbine or other means for energy conversion.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Lagerung der Massen durch oder in Kombination mit einer mechanischen Feder erfolgt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flexible storage of the masses takes place by or in combination with a mechanical spring.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Lagerung und/oder die Dämpfung der Massen und/oder die 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flexible storage and / or damping of the masses and / or the
Energieübertragung zum Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung durch Druckluft oder in Kombination mit Druckluft erfolgt. Energy transfer to the motor or the means for energy conversion by compressed air or in combination with compressed air takes place.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Lagerung und/oder die Dämpfung der Massen und/oder die 10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the flexible storage and / or damping of the masses and / or the
Energieübertragung zum Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung durchEnergy transfer to the engine or the means for energy conversion by
Hydraulik (z.B. Hydraulikflüssigkeit, Öl, Wasser oder einer anderen Druckflüssigkeit) oder in Kombination mit hydraulischen Elementen erfolgt. Hydraulics (e.g., hydraulic fluid, oil, water, or other pressurized fluid) or in combination with hydraulic elements.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible1 1. A method according to claim 10, characterized in that the flexible
Lagerung und/oder die Dämpfung der Massen und/oder die Energieübertragung zum Motor oder dem Mittel zur Energieumwandlung durch eine Hydraulikflüssigkeit, Öl, Wasser oder eine andere Druckflüssigkeit erfolgt. Storage and / or the damping of the masses and / or the energy transfer to the engine or the means for energy conversion by a hydraulic fluid, oil, water or other pressure fluid is carried out.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen durch Ventile gerichteten Strom von Druckluft oder einer Hydraulikflüssigkeit, Öl oder Wasser umfasst. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method comprises a valve-directed flow of compressed air or a hydraulic fluid, oil or water.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen pulsierenden Strom von Druckluft oder einer 13. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the method comprises a pulsating flow of compressed air or a
Hydraulikflüssigkeit, Öl oder Wasser umfasst. Hydraulic fluid, oil or water.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schiffsbewegung ausgewählt aus Wogen , Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen oder Gieren gedämpft wird.
14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one ship's motion is selected from waves, roles, Schwoien, pounding, diving or yawing is attenuated.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Schiffsbewegungen ausgewählt aus Wogen , Rollen, Schwoien, Stampfen, Tauchen oder Gieren gedämpft werden. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two or more ship movements selected from waves, roles, Schwoien, pounding, diving or yawing are attenuated.
16. Vorrichtung zur flexiblen Lagerung von Massen und gleichzeitig zur Erzeugung von elektrischer Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie auf einem Schiff, umfassend mindesten ein Mittel zur Druck- und Volumenübertragung 10, umfassend einen Hydraulikzylinder = Arbeitszylinder 1 1 , einen Überdruckspeicher 14 und einen Unterdruckspeicher 15, sowie Hydraulikschläuchen 12, die den Arbeitszylinder 1 1 mit dem Überdruckspeicher 14 bzw. dem Unterdruckspeicher 15 verbinden. 16. A device for the flexible storage of masses and at the same time for the generation of electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy on a ship, comprising at least one means for pressure and volume transfer 10, comprising a hydraulic cylinder = working cylinder 1 1, an excess pressure accumulator 14 and a Vacuum accumulator 15, and hydraulic hoses 12, which connect the working cylinder 1 1 with the excess pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, weiterhin umfassend Rückschlagventile 13 an den Verbindungstellen zwischen Arbeitszylinder 1 1 und Überdruckspeicher 14 bzw. dem Unterdruckspeicher 15. 17. The apparatus of claim 16, further comprising check valves 13 at the connection points between the working cylinder 1 1 and overpressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15th
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin umfassend ein geeignetes Mittel zur Energieumwandlung 16 zwischen beiden Druckspeichern 14 und 15. 18. The apparatus of claim 16 or 17, further comprising a suitable means for energy conversion 16 between the two pressure accumulators 14 and 15th
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass das Mittel zur Energieumwandlung 16 ein Motor, vorzugsweise ein hydraulischer Motor, mit angeschlossenem Generator; oder ein anderes geeignetes Mittel zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie ist. 19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the means for energy conversion 16 is a motor, preferably a hydraulic motor, with a connected generator; or another suitable means for converting kinetic energy into electrical energy.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet dass der Arbeitszylinder 1 1 in Kombination mit dem Kolben 17 eine Feder zur Erzeugung einer der Gewichtskraft entgegenwirkenden Kraft umfasst. 20. Device according to one of claims 16 to 19, characterized in that the working cylinder 1 1 in combination with the piston 17 comprises a spring for generating a force counteracting the weight force.
21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, weiterhin umfassend Hydraulikleitungen 18, die das Mittel zur Energieumwandlung 16 mit dem Überdruckspeicher 14 und dem Unterdruckspeicher 15 verbinden. 21. Device according to one of claims 16 to 20, further comprising hydraulic lines 18, which connect the means for energy conversion 16 with the excess pressure accumulator 14 and the vacuum accumulator 15.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, weiterhin umfassend
a) ein Gestell zur Ladungsfixierung von Containern auf dem die Masse im festgelegten Maße frei schwingen kann; und/oder b) eine Anordnung von Kojen in einer flexiblen Lagerung; und/oder c) hydrodynamisch günstig gestaltete Tanks zur flexiblen Lagerung von Flüssigkeiten; und/oder 22. Device according to one of claims 16 to 20, further comprising a) a frame for charge fixation of containers on which the mass can oscillate freely to a specified extent; and / or b) an arrangement of bunks in a flexible storage; and / or c) hydrodynamically favorable designed tanks for the flexible storage of liquids; and or
d) mit einem Drucksystem verbundene Luftkissen; und /oder e) die flexible Lagerung des ganzen Schiffes oder von Teilen davon mittels doppelter Hülle. d) airbags connected to a printing system; and / or e) the flexible storage of the whole ship or parts thereof by means of double hull.
23. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22 zur flexiblen Lagerung von Massen und zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, hydraulische Energie und/oder Wärmeenergie auf einem Schiff. 23. Use of the method according to any one of claims 1 to 15 and / or the device according to one of claims 16 to 22 for the flexible storage of masses and for the simultaneous generation of electrical energy, hydraulic energy and / or heat energy on a ship.
24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiff ausgewählt ist aus einem Segelboot 30, Mehrrumpfbooten 60, Hydrofoil- Sportbooten 70, Mehrrumpfschiffen 80 oder anderen seegängigen Fahrzeugen.
24. Use according to claim 23, characterized in that the ship is selected from a sailboat 30, multihulls 60, hydrofoil pleasure boats 70, multihulls 80 or other seaworthy vehicles.
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