WO2023084088A1 - Wasserkraftwerk zur konversion der wellenbewegung in elektrischen strom - Google Patents

Wasserkraftwerk zur konversion der wellenbewegung in elektrischen strom Download PDF

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WO2023084088A1
WO2023084088A1 PCT/EP2022/081818 EP2022081818W WO2023084088A1 WO 2023084088 A1 WO2023084088 A1 WO 2023084088A1 EP 2022081818 W EP2022081818 W EP 2022081818W WO 2023084088 A1 WO2023084088 A1 WO 2023084088A1
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Ali Fekri
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Ali Fekri
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40312—Ratchet wheels

Definitions

  • the invention relates to a hydroelectric power station for converting the movement of waves into electricity, having a frame, a shaft that runs freely in one direction of rotation, an energy conversion device, several lever arms coupled to the shaft that runs freely in one direction of rotation, with at least two lever arms on each side of the shaft that runs freely in one direction of rotation are arranged, wherein the lever arms are parts of a lever drive system which is suitable and intended for driving the free-running shaft in one direction of rotation in the direction opposite to free-wheeling by the up and down movement of the lever arms, with a float being arranged at the end of a lever arm, and a method for generating energy using the power of water waves with the method steps moving a first lever arm of a lever drive system of a hydroelectric power station, converting the movement of the first lever arm into a rotational movement of a shaft of the lever drive system, moving a second lever arm of the lever drive system, converting the movement of the second lever arm into a rotational movement of a shaft of the lever drive system, wherein the first
  • Previously known wave power plants use in particular the vertical force of the wave motion.
  • Tidal power plants use the horizontal force of the current that occurs when the tides are strong.
  • conventional wave power plants use the power of the water wave only a few times, so they have a low level of efficiency.
  • Known wave power plants require several attachment points in the seabed, such as concrete blocks. Their installation is therefore very complex, their location must be constantly monitored and readjusted.
  • the hydroelectric power plant according to the invention for converting the wave movement into electric power has a frame, a shaft that runs freely in a direction of rotation, and an energy conversion device for converting kinetic energy into electric energy.
  • the shaft freely rotating in a direction of rotation is arranged in the frame.
  • the hydroelectric power plant according to the invention has lever arms coupled to the shaft running freely in a direction of rotation.
  • at least two arms are arranged on both sides of the free-running shaft in a direction of rotation.
  • the lever arms are parts of a lever drive system adapted and intended to drive the freewheeling shaft in one direction of rotation in the opposite direction of freewheeling by the up and down movement of the lever arms.
  • An up and down movement of the lever arms is defined in this document as a movement of the lever arms essentially perpendicular to the mean water level, with an upward movement of a lever arm increasing the distance between mean water level and lever arm, and a downward movement of a lever arm reducing the distance between mean water level and lifting arm.
  • a float is arranged at the end of a lever arm.
  • the float is dimensioned in such a way that the lever arm rests on the water surface and the up and down movement of the water wave results in an up and down movement of the lever arm.
  • a lever arm is connected to the shaft by e.g.
  • the lever drive system comprises a plurality of lever arms arranged both on either side of the unidirectional idler shaft and in tandem on one side of the unidirectional idler shaft.
  • the distance between the first and last lever arms on one side of the unidirectional freewheeling wave is greater than or equal to the average length of a water wave.
  • a continuous water wave causes the lever arms, which are arranged one behind the other, to move up and down in such a way that the free-running wave in one direction is set in continuous rotary motion.
  • the distance between the first and the last arm on one side of the free-running shaft in one direction of rotation is greater than or equal to 10 m.
  • a continuous water wave shifts the lever arms arranged one behind the other in up and down motion in such a way that the free-running shaft in one direction is set in continuous rotary motion.
  • two of the lever arms have different lengths on one side of the shaft running freely in one direction of rotation. in order to translate the widthwise expansion of the water wave into an up and down movement of the lever arms.
  • two of the floats of two lever arms on one side of the shaft running freely in one direction of rotation are of different sizes. Due to different lengths of the lever arms on one side of the unidirectional shaft, the lever arms generally have different weights. However, so that the lever arms all rest on the water surface in the same way, the floats must be dimensioned differently.
  • the arms are connected via cable connections with a fixed length to a carrier arranged above the shaft running freely in one direction of rotation.
  • the lever arms are also pivotally connected to the free-running shaft in one direction, so that when there is water pressure, e.g. due to water flow in the direction of the plane of the water surface, the water pressure hits flow resistance arranged vertically on a lever arm, and the lever arms thus move in the direction of the free-running shaft in one direction Shaft and at the same time deflects vertically. This also drives the free-running shaft in one direction.
  • This advantageous design increases the efficiency of the hydropower plant.
  • the hydroelectric power station has a modular structure.
  • the modular design makes the hydroelectric power plant easier to repair, since a module in need of repair can be easily replaced.
  • the hydroelectric power plant can be adapted to different conditions, in particular the spatial conditions, the power of the hydroelectric power station can also be changed easily and quickly.
  • a module has at least one frame, a part of the shaft that runs freely in one direction of rotation, and two opposite arms.
  • a module therefore has a lever drive system.
  • the modules can be connected to one another.
  • the modules are usually connected via screw and/or plug-in connections, which can be easily detached again and at the same time ensure that the modules are securely connected to one another.
  • the modules can be connected to one another in the longitudinal direction of the shaft running freely in one direction of rotation.
  • the modules can be connected to one another in such a way that the free-running shaft of each individual module is coupled to the free-running shaft of the adjacent module in one direction and thus form a common free-running shaft in one direction when the modules are connected.
  • the output of the hydroelectric power station according to the invention is therefore all the greater, the longer the free-running shaft in one direction and thus the number of lever arms.
  • the mutually opposite lever arms can be moved independently of one another.
  • both the upward movement and the downward movement of the lever arms are used to exert a torque on the axis, which rotates freely in one direction, thus increasing the efficiency of the hydroelectric power plant.
  • the lever arms lying one behind the other can be moved independently of one another. The water wave passing through causes the lever arms lying one behind the other to move up and down at different times in such a way that the free-running wave in one direction is constantly set in rotational motion.
  • floating bodies are arranged on the frame, which are provided and suitable for supporting the frame on the water.
  • the floating bodies are dimensioned in such a way that the immersion depth of the frame is kept constant and at the same time the lever arms rest with their floats on the water surface.
  • the lever arms are connected to the roof structure via a cable.
  • the immersion depth of the individual lever arms can be adjusted using a rope tensioner. This means that the immersion depth of the lever arms can be adjusted via the rope tensioner and the rope and can be optimized depending on the height of the water surface.
  • the method according to the invention for generating energy using the power of water waves has four method steps: In the first method step, a first lever arm of a lever drive system of a hydroelectric power station is moved. In the second method step, the movement of the first lever arm is converted into a rotational movement of a shaft of the lever drive system. In the third method step, a second lever arm of the lever drive system is moved. In the fourth method step, the movement of the second lever arm is converted into a rotational movement of a shaft of the lever drive system. In particular, the first and second lever arms are caused to move up and down by a water wave.
  • the first and second lever arms are each connected to the shaft by means of a pawl, for example, in such a way that the up and down movement of the lever arms caused by the passage of a water wave is converted into a rotary movement of the free-running shaft in one direction.
  • the first arm is arranged at a first longitudinal position of the shaft and the second arm is arranged at a second longitudinal position that differs from the first longitudinal position. Both lever arms are therefore moved up and down by a water wave at different times and accordingly exert a torque on the wave at different times.
  • lever arms of the lever drive system are moved.
  • the lever arms are also located on opposite sides of the shaft of the lever drive system.
  • the arms move independently of one another.
  • the water wave passing through causes the lever arms lying one behind the other to move up and down at different times in such a way that the free-running wave in one direction is constantly set in rotational motion.
  • both the upward movement and the downward movement of the lever arms are used to exert a torque on the axis, which rotates freely in one direction, thus increasing the efficiency of the hydroelectric power plant.
  • the rotational movement of the shaft drives a generator.
  • the generator generates from the Rotational movement of the shaft electrical energy.
  • the speed of the generator can be adjusted by means of a gearbox between the shaft and generator.
  • the immersion depth of the hydroelectric power station is kept almost constant in relation to the mean waterline.
  • the immersion depth is maintained in such a way that the lever arms rest on the water surface.
  • the hydroelectric power plant is fixed in place, for example by means of an anchor system, on the bottom of the body of water in such a way that the hydroelectric power plant can be aligned by the wave movement, but the hydroelectric power plant is prevented from floating.
  • the method according to the invention is characterized in that the distance between the first (220, 221, 222, 223, 224, 225, 226) and the last lever arm (220, 221, 222, 223, 224, 225, 226 ) on one side of the unidirectional freewheeling wave (210) is greater than or equal to the average length of a water wave (W).
  • W water wave
  • a continuous water wave causes the lever arms, which are arranged one behind the other, to move up and down in such a way that the free-running wave in one direction is set in continuous rotary motion.
  • the method according to the invention is characterized in that the distance between the first (220, 221, 222, 223, 224, 225, 226) and the last lever arm (220, 221, 222, 223, 224, 225, 226 ) on one side of the unidirectional freewheeling shaft (210) is greater than or equal to 10 m.
  • the method according to the invention is characterized in that two of the floats (230) of two lever arms (220, 221, 222, 223, 224, 225, 226) on one side of the free-running shaft (210) in one direction have a different have size. In this way it can be ensured that the lever arms are always driven, even with different wave profiles.
  • the method according to the invention is characterized in that the modules (10) can be connected to one another in the longitudinal direction of the shaft (210) running freely in one direction. As a result, the method can be equipped with different lever arms depending on the swell. For example, different seasons or other periodically recurring or one-off events with different durations can influence wave type, wave shape, wave speed, wave size, and the like, which can be optimally utilized in the longitudinal direction due to the modular design.
  • the lever arms are connected to the roof structure via a cable.
  • the immersion depth of the individual lever arms is adjusted using a rope tensioner. This adjusts the immersion depth of the lever arms via the rope tensioner and the rope and can be optimized depending on the height of the water surface.
  • Fig. 1 a A module of the hydroelectric power plant, lever drive system in the rest position
  • Fig. 1b A module of the hydroelectric power station according to the invention, lever drive system deflected
  • Fig. 2 a side view of a module of the hydroelectric power station, lever drive system in the rest position
  • Fig. 2b side view of a module of the hydroelectric power plant, lever drive system deflected Fig. 3a
  • Fig. 2b side view of a module of the hydroelectric power plant, lever drive system deflected
  • Fig. 3a A module of the hydroelectric power plant with three lever arms on each side, lever drive system in the rest position
  • Fig. 3 b A module of the hydroelectric power plant with three lever arms on each side, front lever arms of the lever drive system deflected
  • Fig. 3 c A module of the hydroelectric power station with three lever arms on each side, first and second row of lever arms of the lever drive system deflected
  • Fig. 3d A hydroelectric power station module with three lever arms on each side, third row of lever arms of the lever drive system deflected
  • Fig. 4 a side view of a module of the hydroelectric power station with three lever arms on each side, lever drive system in the rest position
  • Fig. 4b side view of a module of the hydroelectric power plant with three lever arms on each side, front lever arms of the lever drive system deflected
  • Fig. 4 c side view of a module of the hydroelectric power station with three lever arms on each side, first and second row of lever arms of the lever drive system deflected
  • Fig. 4 d side view of a module of the hydroelectric power station with three lever arms on each side, third row of lever arms of the lever drive system deflected
  • Figure 1 shows a perspective view of an embodiment of a module 10 of the hydroelectric power station 1 according to the invention.
  • the lower transverse struts 120 each have two floating bodies 130, which are dimensioned in such a way that the immersion depth of the module 10 and the fully connected hydroelectric power station 1 is kept almost constant in relation to the mean water line.
  • the lever drive system 200 has the drivable shaft 210 which is arranged approximately in the middle of the frame 100 between upper 110 and lower 120 cross braces.
  • the drivable shaft 210 is rotatably mounted in bearings, its axis of rotation runs essentially perpendicularly to the cross braces 110, 120 along the longitudinal axis of the module 10.
  • the shaft 210 has a freewheel in one direction, through which the shaft 210 is designed to be rotatable in only one direction of rotation, in the direction of rotation opposite to the freewheeling direction of rotation, the rotational movement of the shaft 210 is blocked.
  • the lever drive system 200 also has two lever arms 220, 221 in this exemplary embodiment. Above a float 230, a lever arm 220, 221 has a flow resistance 240 arranged horizontally. 221 are designed to be mirror images of each other and each have a float 230 . The lever arms 220, 221 are each connected to the drivable shaft 210 by means of a fastening arm 250 at different longitudinal positions from one another. The floats 230 are dimensioned such that a lever arm 220, 221 rests with the float 230 on the water surface.
  • the water wave W moves both lever arms 220, 221 from the rest position (Fig. 1a) relative to the frame 100 of the module 10 in such a way that the Lever arms 220, 221 are deflected perpendicular to the shaft 210 (Fig. 1b).
  • Both lever arms 220, 221 are arranged such that they can be moved independently of one another and are coupled to the shaft 210. Due to their inertia and the floating body 130, the frame 100 and the module 10 are kept almost constant in relation to the mean water line in such a way that essentially only the lever arms 220, 221 are moved when a water wave W passes through.
  • the first of the two lever arms 220, 221 directly drives the shaft 210 in its free-running direction, while the second lever arm runs freely.
  • the lever arms 220, 221 After passing through the water wave W, the lever arms 220, 221 are moved back into the rest position due to their weight. During this movement, the second lever arm 220, 221 drives the shaft 210 in the idle direction while the first lever arm idles. The shaft 210 will therefore rotate both during movement of the lever arms 220, 221 in the opposite direction of the mean waterline and during movement of the lever arms 220, 221 in the direction of the mean waterline driven.
  • An energy conversion device (not shown), for example a generator, is arranged on the shaft 210 and converts the kinetic energy due to the rotational movement of the shaft 210 into electrical energy.
  • FIG. 2 The method for generating energy using the power of water waves W is illustrated in FIG. 2 in a side view.
  • the module 10 of the hydroelectric power plant 1 is that described in the previous exemplary embodiment (see FIG. 1 ).
  • the module 10 has the frame 100 which is delimited on the upper side by four upper transverse struts 110 and on the underside also by four lower transverse struts 120 .
  • the lower transverse struts 120 each have two floating bodies 130 .
  • the lever drive system 200 has the drivable shaft 210 .
  • the drivable shaft 210 is rotatably mounted in bearings, its axis of rotation runs essentially perpendicularly to the cross braces 110, 120 along the longitudinal axis of the module 10.
  • the shaft 210 has a freewheel, through which the shaft 210 is designed to be rotatable in only one direction of rotation.
  • Lever drive system 200 includes lever arm 220 which rests with float 230 on the waterline.
  • the lever arm 220 is connected to the drivable shaft 210 by means of a fastening arm 250 .
  • the lever arm 220 When passing through a water wave W, the lever arm 220 is moved from the rest position (FIG. 2a) relative to the frame 100 of the module 10 in such a way that the lever arm 220 is deflected perpendicular to the shaft 210 (FIG. 2b).
  • the lever arm 220 Depending on the free direction of rotation of the shaft 210 and the coupling of the lever arm 220 to the shaft 210, the lever arm 220 directly drives the shaft 210 in its free-running direction due to the deflection by the water wave W in the opposite direction of the mean waterline, or the lever arm 220 drives due to its weight on the movement of the lever arm 220 in the direction of the mean waterline to the shaft 210.
  • the rotational movement of the shaft 210 is converted into electrical current by a generator arranged on the shaft 210 .
  • the shaft 210 is preferably driven by a lever arm 220 by means of a pawl.
  • the shaft 210 forms the locking piece, the lever arm 220 is connected to the pawl via the frame in such a way that in the free-running direction of rotation of the shaft 210, the shaft 210 is driven by the movement of the lever arm 220, in the opposite locked direction of rotation of the shaft 210 of the Lever arm 220 runs freely.
  • FIG. 3 and 4 show views of another embodiment of a module 10 of the hydroelectric power plant 1 according to the invention.
  • the module 10 has the frame 100, which is bounded on the top by four upper cross braces 110 and on the bottom by four lower cross braces 120 as well.
  • the lower transverse struts 120 each have two floating bodies 130 .
  • the lever drive system 200 has the drivable shaft 210 .
  • the drivable shaft 210 is rotatably mounted in bearings, its axis of rotation runs essentially perpendicularly to the cross braces 110, 120 along the longitudinal axis of the module 10.
  • the shaft 210 has a freewheel, through which the shaft 210 is designed to be rotatable in only one direction of rotation.
  • the lever drive system 200 also has six lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 in this exemplary embodiment, with three lever arms 220, 222, 224 being arranged on one side of the shaft 210 and the other three lever arms 221, 223, 225 being arranged the opposite side of the shaft 210.
  • the lever arm pairs 220, 221, and 222, 223 and 224, 225 are each formed mirror-inverted to one another and have different lengths in pairs.
  • the pairs on the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 have different sizes in order to compensate for the weight of a lever arm 220, 221, 222, 223, 224, 225 in such a way that the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 rest with the floats 230 on the water surface.
  • the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are each connected by means of a fastening arm 250 to the drivable shaft 210 at longitudinal positions that differ from one another.
  • the distances between the lever arms 220, 222, 224 and 221, 223, 225 on one side of the shaft 210 are dimensioned in such a way that the total length of the lever arms 220, 222, 224 and 221, 223, 225 is greater than the average length of a water trough.
  • the maximum length is 10 m.
  • lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are deflected perpendicularly to the shaft 210 (FIGS. 3b, 3c, 4b, 4c).
  • the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are arranged to be movable independently of one another and are coupled to the shaft 210 via a pawl.
  • the three lever arms 220, 222, 224 arranged on one side of the shaft 210 directly drive the shaft 210 in its free-running direction as a result of this deflection, while the lever arms 221, 223, 225 run freely.
  • the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are moved back into the rest position due to their weight. During this movement, the lever arms 221, 223, 225 drive the shaft 210 in the free running direction while the lever arms 220, 222, 224 run free.
  • the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are each connected to an upper cross brace 110 via a cable connection.
  • the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 are pivotally connected to the shaft 210 in such a way that when there is water pressure, e.g. due to water flow in the direction of the plane of the water surface, the water pressure acts on the vertically arranged flow resistances 240 of the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 and thus the lever arms 220, 221, 222, 223, 224, 225 in the direction of the shaft 210 and at the same time deflects vertically.
  • the shaft 210 is also driven.
  • This advantageous construction increases the efficiency of the module 10 and the hydroelectric power station 1 .
  • the hydroelectric power station 1 advantageously has a plurality of modules 10 .
  • the individual modules 10 are connected to one another in such a way that they have a continuous shaft 210 which is coupled to one another and at one or both ends of which a generator for generating electrical current is arranged.
  • each module 10 or a plurality of interconnected modules 10 each have one or a plurality of generators that driven by shaft 210.
  • Each module 10 can also be anchored, for example, to the seabed in such a way that the immersion depth of the hydroelectric power station 1 is almost constant in relation to the mean waterline.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom mit einem Rahmen, einer in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle, einer Energiekonversionsvorrichtung, mehrere an die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle gekoppelte Hebelarme, wobei je mindestens zwei Hebelarme auf beiden Seiten der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle angeordnet sind, wobei die Hebelarme Teile eines Hebelantriebssystems sind, das geeignet und dafür vorgesehen ist, durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle in die dem Freilauf entgegengesetzte Richtung anzutreiben, wobei am Ende eines Hebelarmes ein Schwimmer angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen mit den Verfahrensschritten Bewegen eines ersten Hebelarmes eines Hebelantriebssystems eines Wasserkraftwerks, Überführen der Bewegung des ersten Hebelarmes in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems, Bewegen eines zweiten Hebelarmes des Hebelantriebssystems, Überführen der Bewegung des zweiten Hebelarmes in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems, wobei der erste Hebelarm an einer ersten Längsposition der Welle und der zweite an einer zweiten von der ersten Längsposition verschiedenen Längsposition angeordnet ist.

Description

WASSERKRAFTWERK ZUR KONVERSION DER
WELLENBEWEGUNG IN ELEKTRISCHEN STROM
Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom mit einem Rahmen, einer in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle, einer Energiekonversionsvorrichtung, mehrere an die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle gekoppelte Hebelarme wobei je mindestens zwei Hebelarme auf beiden Seiten der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle angeordnet sind, wobei die Hebelarme Teile eines Hebelantriebssystems sind, das geeignet und dafür vorgesehen ist, durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle in die dem Freilauf entgegengesetzte Richtung anzutreiben, wobei am Ende eines Hebelarmes ein Schwimmer angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen mit den Verfahrensschritten Bewegen eines ersten Hebelarmes eines Hebelantriebssystems eines Wasserkraftwerks, Überführen der Bewegung des ersten Hebelarmes in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems, Bewegen eines zweiten Hebelarmes des Hebelantriebssystems, Überführen der Bewegung des zweiten Hebelarmes in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems, wobei der erste Hebelarm an einer ersten Längsposition der Welle und der zweite an einer zweiten von der ersten Längsposition verschiedenen Längsposition angeordnet ist.
Wasserkraftwerke zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom, ugs. Wellenkraftwerke, nutzen die Kraft der Wellenbewegung des Wassers. Bisher bekannte Wellenkraftwerke nutzen insbesondere die vertikale Kraft der Wellenbewegung. Gezeitenkraftwerke nutzen die horizontale Kraft der Strömung, die bei starkem Tidenhub auftritt. Je nach Länge des Wellenkraftwerks benutzen herkömmliche Wellenkraftwerke die Kraft der Wasserwelle nur wenige Male, somit weisen sie einen niedrigen Wirkungsgrad auf. Bekannte Wellenkraftwerke benötigen mehrere Befestigungspunkte im Meeresboden, beispielsweise Betonblöcke. Ihre Installation ist daher sehr aufwändig, ihre Verortung muss permanent überwacht und nachjustiert werden.
Die Installation der bekannten Wellenkraftwerke ist ebenfalls deshalb sehr zeit- und kostenaufwändig, da sie nur in Teilen auf dem Festland gebaut und sehr kompliziert auf dem Wasser montiert werden muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserkraftwerk zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist, dabei kostengünstig herzustellen und zu betreiben sowie einfach unterschiedlichen Bedingungen anpassbar ist. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen bereitzustellen, mit dem gegenüber dem Stand der Technik einen erhöhten Wirkungsgrad erzielbar ist, gleichzeitig das Verfahren kostengünstig und zu betreiben sowie einfach unterschiedlichen Bedingungen anpassbar ist.
Die Aufgabe wird mittels des Wasserkraftwerks zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 dargelegt.
Das erfindungsgemäße Wasserkraftwerk zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom weist einen Rahmen, eine in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle sowie eine Energiekonversionsvorrichtung zur Konversion von kinetischer in elektrische Energie auf. Die in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle ist in dem Rahmen angeordnet. Außerdem weist das erfindungsgemäße Wasserkraftwerk an die in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle gekoppelte Hebelarme auf. Insbesondere sind mindestens zwei Arme auf beiden Seiten der in einer Rotationsrichtung freilaufenden Welle angeordnet. Die Hebelarme sind Teile eines Hebelantriebssystems, das geeignet und dafür vorgesehen ist, durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle in die dem Freilauf entgegengesetzte Richtung anzutreiben. Eine Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme ist in dieser Schrift als eine Bewegung der Hebelarme im Wesentlichen senkrecht zum mittleren Wasserspiegel definiert, wobei eine Aufwärtsbewegung eines Hebelarms der Abstand mittlerer Wasserspiegel - Hebelarm erhöht, eine Abwärtsbewegung eines Hebelarms den Abstand mittlerer Wasserspiegel - Hebearm verringert.
Am Ende eines Hebelarms ist ein Schwimmer angeordnet. Der Schwimmer ist derart bemessen, dass der Hebelarm auf der Wasseroberfläche aufliegt und die Auf- und Abwärtsbewegung der Wasserwelle in eine Auf- und Abwärtsbewegung des Hebelarms resultiert. Ein Hebelarm ist mittels z.B. einer Sperrklinke derart mit der Welle verbunden, dass der Hebelarm seine durch Durchlauf einer Wasserwelle verursachte Auf- und/oder Abwärtsbewegung in eine Drehbewegung der in eine Richtung freilaufenden Welle umsetzt. Vorteilhafterweise weist das Hebelantriebssystems eine Mehrzahl von Hebelarmen auf, die sowohl auf beiden Seiten der in eine Richtung freilaufenden Welle als auch hintereinander an einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle angeordnet sind. Bei Durchlauf einer Wasserwelle wird die in eine Richtung freilaufende Welle daher vorteilhafterweise in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt, der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerkes ist daher sehr hoch.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Abstand zwischen dem ersten und dem letzten Hebelarm auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle größergleich der durchschnittlichen Länge eine Wasserwelle. Eine durchlaufende Wasserwelle versetzt die hintereinander angeordneten Hebelarme derartig in Auf- und Abwärtsbewegung, dass die in eine Richtung freilaufende Welle in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand zwischen dem ersten und dem letzten Arm auf einer Seite der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle größergleich 10m. Eine durchlaufende Wasserwelle versetzt die hintereinander angeordneten Hebelarme derartig in Auf- und Abwärtsbewegung, dass die in eine Richtung freilaufende Welle in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen zwei der Hebelarme auf einer Seite der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle eine unterschiedliche Länge auf. um auch die Ausdehnung der Wasserwelle in der Breite in eine Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme umzusetzen.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weisen zwei der Schwimmer von zwei Hebelarmen auf einer Seite der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle eine unterschiedliche Größe auf. Aufgrund unterschiedlicher Längen der Hebelarme auf einer Seite der in eine Richtung freilaufen Welle weisen die Hebelarme im Allgemeinen unterschiedliches Gewicht auf. Damit aber die Hebelarme alle gleichartig auf der Wasseroberfläche aufliegen, müssen die Schwimmer unterschiedlich dimensioniert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Arme über Seilverbindungen mit einer festgelegten Länge an einem oberhalb der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle angeordneten Träger verbunden. Optional sind die Hebelarme außerdem derart mit der in eine Richtung freilaufenden Welle schwenkbar verbunden, dass bei einem Wasserdruck z.B. durch Wasserströmung in Richtung der Ebene der Wasseroberfläche der Wasserdruck auf an einem Hebelarm vertikal angeordneten Strömungswiderstand trifft und so die Hebelarme in Richtung der in eine Richtung freilaufenden Welle und gleichzeitig vertikal auslenkt. Dadurch wird ebenfalls die in eine Richtung freilaufende Welle angetrieben. Diese vorteilhafte Konstruktion erhöht den Wirkungsgrad des Wasse rkraftwe rks .
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Wasserkraftwerk modular aufgebaut. Der modulare Aufbau erhöht die Reparaturfreundlichkeit des Wasserkraftwerks, indem ein reparaturbedürftiges Modul einfach ausgetauscht werden kann. Gleichzeitig kann durch Hinzufügen von weiteren zueinander gleichartig aufgebauten Modulen das Wasserkraftwerk unterschiedlichen Bedingungen angepasst werden, insbesondere den räumlichen Gegebenheiten, ebenfalls kann die Leistung des Wasserkraftwerkes einfach und schnell geändert werden.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist ein Modul mindestens einen Rahmen, einen Teil der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle und zwei gegenüberliegende Arme auf. Ein Modul weist also ein Hebelantriebssystem auf. Durch Ändern der Anzahl der Module kann die Leistung des Wasserkraftwerkes schnell und einfach angepasst werden, zu Wartungszwecken können Module ebenso schnell und einfach ggfs. einzeln entfernt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Module miteinander verbindbar. Die Verbindung der Module erfolgt üblicherweise über Schraub- und/oder Steckverbindungen, die leicht wieder lösbar sind und gleichzeitig eine sichere Verbindung der Module untereinander gewährleisten.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Module in Längsrichtung der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle miteinander verbindbar. Insbesondere sind die Module derart miteinander verbindbar, dass die in eine Richtung freilaufende Welle jedes einzelnen Moduls mit der in eine Richtung freilaufenden Welle des benachbarten Moduls gekoppelt ist und so in verbundenem Zustand der Module eine gemeinsame in eine Richtung freilaufende Welle bilden. Die Leistung des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerks ist daher umso größer, je länger die in eine Richtung freilaufende Welle und damit die Anzahl der Hebelarme ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die einander gegenüberliegenden Hebelarme unabhängig voneinander bewegbar. Dadurch wird sowohl die Aufwärtsbewegung als auch die Abwärtsbewegung der Hebelarme zur Ausübung eines Drehmoments auf die in eine Richtung freilaufende Achse genutzt, der Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks wird so erhöht. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die hintereinanderliegenden Hebelarme unabhängig voneinander bewegbar. Die durchlaufende Wasserwelle versetzt die hintereinanderliegenden Hebelarme derart zeitlich versetzt in eine Auf- und Abwärtsbewegung, dass die in eine Richtung freilaufende Welle ständig in Rotationsbewegung versetzt wird. Die in eine Richtung freilaufende Welle dreht sich also permanent.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind am Rahmen Schwimmkörper angeordnet, die vorgesehen und dafür geeignet sind, den Rahmen auf dem Wasser zu tragen. Insbesondere sind die Schwimmkörper derart bemessen, dass die Eintauchtiefe des Rahmens konstant gehalten wird und gleichzeitig die Hebelarme mit ihren Schwimmern auf der Wasseroberfläche aufliegen.
In weitere erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Hebelarme über ein Seil mit der Dachkonstruktion verbunden. Über einen Seilspanner kann so die Eintauchtiefe der einzelnen Hebelarme justiert werden. Damit ist die Eintauchtiefe der Hebelarme über den Seilspanner und das Seil einstellbar und kann je nach Höhe der Wasseroberfläche optimiert werden.
Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird ein erster Hebelarm eines Hebelantriebssystems eines Wasserkraftwerks bewegt. Im zweiten Verfahrensschritt wird die Bewegung des ersten Hebelarms in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems überführt. Im dritten Verfahrensschritt wird ein zweiter Hebelarm des Hebelantriebssystems bewegt. Im vierten Verfahrensschritt wird die Bewegung des zweiten Hebelarms in eine Rotationsbewegung einer Welle des Hebelantriebssystems überführt. Insbesondere werden erster und zweiter Hebelarm durch eine Wasserwelle in eine Auf- und Abwärtsbewegung versetzt. Erster und zweiter Hebelarm sind mittels z.B. jeweils einer Sperrklinke derart mit der Welle verbunden, dass die durch Durchlauf einer Wasserwelle verursachte Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme in eine Drehbewegung der in eine Richtung freilaufenden Welle umsetzt wird.
Erfindungsgemäß ist der erste Arm an einer ersten Längsposition der Welle und der zweite Arm an einer zweiten von der ersten Längsposition verschiedenen Längsposition angeordnet. Beide Hebelarme werden daher zu unterschiedlichen Zeiten von einer Wasserwelle in eine Auf- und Abwärtsbewegung versetzt und üben dementsprechend zu unterschiedlichen Zeiten ein Drehmoment auf die Welle aus.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden weitere Hebelarme des Hebelantriebssystems bewegt. Die Hebelarme sind auch auf einander gegenüberliegenden Seiten der Welle des Hebelantriebssystems angeordnet. Mit steigender Anzahl von Hebelarmen wird ein höherer Anteil der Energie einer Wasserwelle in elektrische Energie umgesetzt, die Leistung des Wasserkraftwerkes steigt, ebenso dessen Wirkungsgrad.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgen die Bewegungen der Arme unabhängig voneinander. Die durchlaufende Wasserwelle versetzt die hintereinanderliegenden Hebelarme derart zeitlich versetzt in eine Auf- und Abwärtsbewegung, dass die in eine Richtung freilaufende Welle ständig in Rotationsbewegung versetzt wird. Die in eine Richtung freilaufende Welle dreht sich also permanent. Dadurch wird sowohl die Aufwärtsbewegung als auch die Abwärtsbewegung der Hebelarme zur Ausübung eines Drehmoments auf die in eine Richtung freilaufende Achse genutzt, der Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks wird so erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung treibt die Rotationsbewegung der Welle einen Generator an. In einer Weiterbildung der Erfindung erzeugt der Generator aus der Rotationsbewegung der Welle elektrische Energie. Optional kann mittels eines Getriebes zwischen Welle und Generator die Drehzahl des Generators angepasst werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Eintauchtiefe des Wasserkraftwerks in Bezug zur mittleren Wasserlinie nahezu konstant gehalten. Insbesondere wird die Eintauchtiefe die derart gehalten, dass die Hebelarme auf der Wasseroberfläche aufliegen. Optional wird das Wasserkraftwerk mittels z.B. eines Ankersystems am Boden des Gewässers derart ortsfest fixiert, dass eine Ausrichtung des Wasserkraftwerkes durch die Wellenbewegung möglich ist, ein Mitschwimmen des Wasserkraftwerkes jedoch verhindert ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) und dem letzten Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) größergleich der durchschnittlichen Länge eine Wasserwelle (W) ist. Eine durchlaufende Wasserwelle versetzt die hintereinander angeordneten Hebelarme derartig in Auf- und Abwärtsbewegung, dass die in eine Richtung freilaufende Welle in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) und dem letzten Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) größergleich 10 m ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Schwimmer (230) von zwei Hebelarmen (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) eine unterschiedliche Größe aufweisen. Hierdurch kann sicher gestellt werden, dass die Hebelarme auch bei unterschiedlichem Wellenverlauf immer angetrieben werden. In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10) in Längsrichtung der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) miteinander verbindbar sind. Hierdurch kann das Verfahren je nach Wellengang mit unterschiedlichen Hebelarmen ausgestattet werden. Beispielsweise können verschiedene Jahreszeiten oder andere sich periodisch wiederholende oder einmalige Ereignisse mit verschiedenen Dauern Wellenart, Wellenform, Wellengeschwindigkeit, Wellengröße, und ähnliches beeinflussen, die durch den modularen Aufbau in Längsrichtung optimal ausgenutzt werden können.
In weitere erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Hebelarme über ein Seil mit der Dachkonstruktion verbunden. Über einen Seilspanner wird so die Eintauchtiefe der einzelnen Hebelarme justiert. Damit wird die Eintauchtiefe der Hebelarme über den Seilspanner und das Seil eingestellt und kann je nach Höhe der Wasseroberfläche optimiert werden.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerks und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 a Ein Modul des Wasserkraftwerks, Hebelantriebssystem in Ruhestellung
Fig. 1 b Ein Modul des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerks, Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 2 a Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks, Hebelantriebssystem in Ruhestellung
Fig. 2 b Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks, Hebelantriebssystem ausgelenkt Fig. 3 a Ein Modul des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, Hebelantriebssystem in Ruhestellung
Fig. 3 b Ein Modul des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, vordere Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 3 c Ein Modul des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, erste und zweite Reihe der Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 3 d Ein Modul des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, dritte Reihe der Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 4 a Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, Hebelantriebssystem in Ruhestellung
Fig. 4 b Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, vordere Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 4 c Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, erste und zweite Reihe der Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Fig. 4 d Seitenansicht eines Moduls des Wasserkraftwerks mit drei Hebelarmen je Seite, dritte Reihe der Hebelarme des Hebelantriebssystem ausgelenkt
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Moduls 10 des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerkes 1. Das Modul 10 weist den Rahmen 100 auf, der an der Oberseite durch vier obere Querstreben 110 und auf der Unterseite durch ebenfalls vier untere Querstreben 120 begrenzt wird. Die unteren Querstreben 120 weisen jeweils zwei Schwimmkörper 130 auf, die derart bemessen sind, dass die Eintauchtiefe des Moduls 10 und des vollständig verbundenen Wasserkraftwerks 1 in Bezug zur mittleren Wasserlinie nahezu konstant gehalten wird.
Das Hebelantriebssystem 200 weist die antreibbare Welle 210 auf, die etwa in der Mitte des Rahmens 100 zwischen oberen 110 und unteren Querstreben 120 angeordnet ist. Die antreibbare Welle 210 ist in Lagern drehbar gelagert, ihre Drehachse verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Querstreben 110, 120 entlang der Längsachse des Moduls 10. Die Welle 210 weist einen Freilauf in einer Richtung auf, durch den die Welle 210 nur in eine Rotationsrichtung drehbar ausgeführt ist, in der der freilaufenden Rotationsrichtung entgegengesetzten Rotationsrichtung ist die Rotationsbewegung der Welle 210 gesperrt.
Das Hebelantriebssystem 200 weist außerdem in diesem Ausführungsbeispiel zwei Hebelarme 220, 221 auf. Oberhalb eines Schwimmers 230 weist ein Hebelarm 220, 221 einen horizontal angeordneten Strömungswiderstand 240 auf. 221 sind zueinander spiegelverkehrt ausgebildet und weisen jeweils einen Schwimmer 230 auf. Die Hebelarme 220, 221 sind mittels jeweils eines Befestigungsarmes 250 an zueinander unterschiedlichen Längspositionen mit der antreibbaren Welle 210 verbunden. Die Schwimmer 230 sind derart bemessen, dass ein Hebelarm 220, 221 mit dem Schwimmer 230 auf der Wasseroberfläche aufliegt.
Zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung der Kraft von Wasserwellen W (s. Fig. 2) werden durch die Wasserwelle W beide Hebelarme 220, 221 aus der Ruhestellung (Fig. 1 a) gegenüber dem Rahmen 100 des Moduls 10 derart bewegt, dass die Hebelarme 220, 221 senkrecht zur Welle 210 ausgelenkt werden (Fig. 1 b). Beide Hebelarme 220, 221 sind unabhängig voneinander bewegbar angeordnet und mit der Welle 210 gekoppelt. Der Rahmen 100 und das Modul 10 werden aufgrund ihrer Masseträgheit und der Schwimmkörper 130 in Bezug zur mittleren Wasserlinie derart nahezu konstant gehalten, dass im Wesentlichen nur die Hebelarme 220, 221 bei Durchlauf einer Wasserwelle W bewegt werden. Der erste der beiden Hebelarme 220, 221 treibt durch diese Auslenkung direkt die Welle 210 in ihrer freilaufenden Richtung an, während der zweite Hebelarm frei läuft.
Nach Durchlaufen der Wasserwelle W werden die Hebelarme 220, 221 aufgrund ihrer Gewichtskraft wieder in die Ruhestellung bewegt. Während dieser Bewegung treibt der zweite Hebelarm 220, 221 die Welle 210 in freilaufender Richtung an, während der erste Hebelarm frei läuft. Die Welle 210 wird daher sowohl während der Bewegung der Hebelarme 220, 221 in entgegengesetzter Richtung der mittleren Wasserlinie als auch während der Bewegung der Hebelarme 220, 221 in Richtung der mittleren Wasserlinie angetrieben. An der Welle 210 ist eine Energiekonversionsvorrichtung (nicht dargestellt), z.B. ein Generator, angeordnet, die die kinetische Energie aufgrund der Rotationsbewegung der Welle 210 in elektrische Energie umwandelt.
Das Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen W verdeutlicht Fig. 2 in einer Seitenansicht. Das Modul 10 des Wasserkraftwerks 1 ist das im vorherstehenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 1 ) beschriebene.
Das Modul 10 weist den Rahmen 100 auf, der an der Oberseite durch vier obere Querstreben 110 und auf der Unterseite durch ebenfalls vier untere Querstreben 120 begrenzt wird. Die unteren Querstreben 120 weisen jeweils zwei Schwimmkörper 130 auf. Das Hebelantriebssystem 200 weist die antreibbare Welle 210 auf. Die antreibbare Welle 210 ist in Lagern drehbar gelagert, ihre Drehachse verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Querstreben 110, 120 entlang der Längsachse des Moduls 10. Die Welle 210 weist einen Freilauf auf, durch den die Welle 210 nur in eine Rotationsrichtung drehbar ausgeführt ist. Das Hebelantriebssystem 200 weist den Hebelarm 220 auf, der mit dem Schwimmer 230 auf der Wasserlinie aufliegt. Der Hebelarm 220 ist mittels eines Befestigungsarmes 250 mit der antreibbaren Welle 210 verbunden.
Bei Durchlaufen einer Wasserwelle W wird der Hebelarm 220 aus der Ruhestellung (Fig. 2 a) gegenüber dem Rahmen 100 des Moduls 10 derart bewegt, dass der Hebelarm 220 senkrecht zur Welle 210 ausgelenkt wird (Fig. 2 b). Abhängig von der freien Rotationsrichtung der Welle 210 und Kopplung des Hebelarms 220 an die Welle 210 treibt der Hebelarm 220 aufgrund der Auslenkung durch die Wasserwelle W in entgegengesetzter Richtung der mittleren Wasserlinie direkt die Welle 210 in ihrer freilaufenden Richtung an, oder der Hebelarm 220 treibt aufgrund seiner Gewichtskraft bei Bewegung des Hebelarms 220 in Richtung der mittleren Wasserlinie die Welle 210 an. Die Rotationsbewegung der Welle 210 wird durch einen an der Welle 210 angeordneten Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Der Antrieb der Welle 210 durch einen Hebelarm 220 erfolgt bevorzugt mittels einer Sperrklinke. Dabei bildet die Welle 210 das Sperrstück, der Hebelarm 220 ist über das Gestell mit der Sperrklinke derart verbunden, dass in der freilaufenden Rotationsrichtung der Welle 210 die Welle 210 durch die Bewegung des Hebelarms 220 angetrieben wird, in der entgegengesetzten gesperrten Rotationsrichtung der Welle 210 der Hebelarm 220 frei läuft.
Figur 3 und 4 zeigen Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Moduls 10 des erfindungsgemäßen Wasserkraftwerkes 1. Das Modul 10 weist den Rahmen 100 auf, der an der Oberseite durch vier obere Querstreben 110 und auf der Unterseite durch ebenfalls vier untere Querstreben 120 begrenzt wird. Die unteren Querstreben 120 weisen jeweils zwei Schwimmkörper 130 auf. Das Hebelantriebssystem 200 weist die antreibbare Welle 210 auf. Die antreibbare Welle 210 ist in Lagern drehbar gelagert, ihre Drehachse verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Querstreben 110, 120 entlang der Längsachse des Moduls 10. Die Welle 210 weist einen Freilauf auf, durch den die Welle 210 nur in eine Rotationsrichtung drehbar ausgeführt ist.
Das Hebelantriebssystem 200 weist außerdem in diesem Ausführungsbeispiel sechs Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 auf, wobei drei Hebelarme 220, 222, 224 auf einer Seite der Welle 210 angeordnet sind, die anderen drei Hebelarme 221 , 223, 225 auf der entgegengesetzten Seite der Welle 210. Die Hebelarmpaare 220, 221 , sowie 222, 223 und 224, 225 sind jeweils zueinander spiegelverkehrt ausgebildet und weisen paarweise unterschiedliche Längen auf. Ebenso weisen die an den Hebelarmen 220, 221 , 222, 223, 224, 225 jeweils paarweise unterschiedliche Größen auf, um das Gewicht eines Hebelarms 220, 221 , 222, 223, 224, 225 derart zu kompensieren, dass die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 mit den Schwimmern 230 auf der Wasseroberfläche aufliegen. Die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 sind mittels jeweils eines Befestigungsarmes 250 an zueinander unterschiedlichen Längspositionen mit der antreibbaren Welle 210 verbunden. Die Abstände der Hebelarme 220, 222, 224 respektive 221 , 223, 225 einer Seite der Welle 210 sind zueinander derart bemessen, dass die Gesamtlänge der Hebelarme 220, 222, 224 respektive 221 , 223, 225 größergleich der durchschnittlichen Länge einer Wasserelle beträgt. Die Maximallänge beträgt dabei 10 m. Zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung der Kraft von Wasserwellen W (Fig. 4) werden durch die Wasserwelle W die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 aus der Ruhestellung (Fig. 3 a, 4 a), gegenüber dem Rahmen 100 des Moduls 10 derart bewegt, dass die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 senkrecht zur Welle 210 ausgelenkt werden (Fig. 3 b, 3 c, 4 b, 4 c). Die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 sind unabhängig voneinander bewegbar angeordnet und mit der Welle 210 über eine Sperrklinke gekoppelt.
Die drei auf einer Seite der Welle 210 angeordneten Hebelarme 220, 222, 224 treiben durch diese Auslenkung direkt die Welle 210 in ihrer freilaufenden Richtung an, während die Hebelarme 221 , 223, 225 frei laufen. Nach Durchlaufen der Wasserwelle W werden die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 aufgrund ihrer Gewichtskraft wieder in die Ruhestellung bewegt. Während dieser Bewegung treiben die Hebelarme 221 , 223, 225 die Welle 210 in freilaufender Richtung an, während die Hebelarme 220, 222, 224 frei laufen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Moduls 10 sind die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 über jeweils eine Seilverbindung mit einer oberen Querstrebe 110 verbunden. Dazu sind die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 derart mit der Welle 210 schwenkbar verbunden, dass bei einem Wasserdruck z.B. durch Wasserströmung in Richtung der Ebene der Wasseroberfläche der Wasserdruck auf die vertikal angeordneten Strömungswiderstände 240 der Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 trifft und so die Hebelarme 220, 221 , 222, 223, 224, 225 in Richtung der Welle 210 und gleichzeitig vertikal auslenkt. Dadurch wird ebenfalls die Welle 210 angetrieben. Diese vorteilhafte Konstruktion erhöht den Wirkungsgrad des Moduls 10 und des Wasserkraftwerks 1 .
Das erfindungsgemäße Wasserkraftwerk 1 weist vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Modulen 10 auf. Die einzelnen Module 10 werden derart miteinander verbunden, dass sie eine durchgehende Welle 210 aufweisen, die miteinander gekoppelt sind, und an deren einem oder an beiden Enden jeweils ein Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms angeordnet ist. Optional kann auch jedes Modul 10 oder eine Mehrzahl miteinander verbundener Module 10 jeweils einen oder eine Mehrzahl von Generatoren aufweisen, die durch die Welle 210 angetrieben werden. Jedes Modul 10 kann außerdem eine Verankerung z.B. am Meeresboden derart aufweisen, dass die Eintauchtiefe des Wasserkraftwerks 1 in Bezug zur mittleren Wasserlinie nahezu konstant ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Wasserkraftwerk
10 Modul
100 Rahmen
110 Obere Querstrebe
120 Untere Querstrebe
130 Schwimmkörper
200 Hebelantriebssystem
210 Antreibbare in eine Richtung freilaufende Welle
220, 221, 222, 223, Hebelarm
224, 225, 226
230 Schwimmer
240 Horizontaler Strömungswiderstand
250 Befestigungsarm (eines Hebelarms)
W Antreibende Wasserwelle
1 Wasserkraftwerk
10 Modul
100 Rahmen

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom mit
• einem Rahmen (100),
• einer in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle (210),
• einer Energiekonversionsvorrichtung zur Konversion von kinetischer in elektrische Energie,
• mehrere an die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle (210) gekoppelte Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226), wobei die Welle (210) in dem Rahmen (100) angeordnet ist, wobei je mindestens zwei Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf beiden Seiten der in eine Rotationsrichtung freilaufenden Welle (210) angeordnet sind, wobei die Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) Teile eines Hebelantriebssystems (200) sind, das geeignet und dafür vorgesehen ist, durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) die in eine Rotationsrichtung freilaufende Welle (210) in die dem Freilauf entgegengesetzte Richtung anzutreiben, wobei am Ende eines Hebelarmes (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) ein Schwimmer (230) angeordnet ist.
2. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) und dem letzten Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) größergleich der durchschnittlichen Länge eine Wasserwelle (W) ist.
3. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) und dem letzten Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) größergleich 10m ist.
4. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) eine unterschiedliche Länge aufweisen.
5. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Schwimmer (230) von zwei Hebelarmen (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auf einer Seite der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
6. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) über Seilverbindungen mit einer festgelegten Länge an einer oberhalb der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) angeordneten Querstrebe (110) verbunden sind.
7. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserkraftwerk (1) modular aufgebaut ist.
8. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul (10) mindestens einen Rahmen (100), einen Teil der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) und zwei gegenüberliegende Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) umfasst.
9. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10) miteinander verbindbar sind.
10. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10) in Längsrichtung der in eine Richtung freilaufenden Welle (210) miteinander verbindbar sind.
11 . Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) unabhängig voneinander bewegbar sind.
12. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinanderliegenden Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) unabhängig voneinander bewegbar sind.
13. Wasserkraftwerk (1 ) zur Konversion der Wellenbewegung in elektrischen Strom nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass am Rahmen (100) Schwimmkörper (130) angeordnet sind, die dafür vorgesehen und dafür geeignet sind, den Rahmen (100) auf dem Wasser zu tragen.
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14. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) mit den Verfahrensschritten
• Bewegen eines ersten Hebelarmes (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) eines Hebelantriebssystems (200) eines Wasserkraftwerks (1),
• Überführen der Bewegung des ersten Hebelarmes (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) in eine Rotationsbewegung einer Welle (210) des Hebelantriebssystems (200),
• Bewegen eines zweiten Hebelarmes (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) des Hebelantriebssystems (200),
• Überführen der Bewegung des zweiten Hebelarmes (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) in eine Rotationsbewegung einer Welle (210) des Hebelantriebssystems (200), wobei der erste Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) an einer ersten Längsposition der Welle (210) und der zweite Hebelarm (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) an einer zweiten von der ersten Längsposition verschiedenen Längsposition angeordnet ist.
15. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass weitere Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) des Hebelantriebssystems (200) bewegt werden, wobei die Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) auch auf einander gegenüberliegenden Seiten der Welle (210) des Hebelantriebssystems (200) angeordnet sind.
16. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Hebelarme (220, 221 , 222, 223, 224, 225, 226) unabhängig voneinander erfolgen.
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17. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbewegung der Welle (210) des Hebelantriebssystems (200) einen Generator antreibt.
18. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass der Generator aus der Rotationsbewegung elektrische Energie erzeugt.
19. Verfahren zur Energiegewinnung unter Nutzung der Kraft von Wasserwellen (W) nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe des Wasserkraftwerks (1 ) in Bezug zur mittleren Wasserlinie nahezu konstant gehalten wird.
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