DE3590110T1

DE3590110T1 - Wellenganggetriebener Generator

Info

Publication number: DE3590110T1
Application number: DE19853590110
Authority: DE
Inventors: Jiin-Jen Sierra Madre Calif. Lee; Fredric San Marino Calif. Raichlen
Original assignee: Wave Power Industries, Ltd., Arcadia, Calif.
Priority date: 1984-03-12
Filing date: 1985-03-08
Publication date: 1986-04-24
Also published as: NL8520054A; US4594853A; FI854427A0; GB2166498B; PT80088B; NZ211411A; FI854427A; PH21763A; MA20373A1; WO1985004219A1; BE901920A; DK516685D0; JPS61502623A; BR8506044A; ES8706340A1; SE8505310D0; GB8527252D0; DK516685A; SE8505310L; AU4067685A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Umwandlung des Wellengangs einer Wassermasse wie beispielsweise des Meere* zu nutzbaren Energieformen.

Seit Tausenden von Jahren hat der Mensch davon geträumt, die Energie der Meere nutzbar zu machen. Man hat versucht, aus dem Gezeitengang elektrischen Strom zu erzeugen. Auch hat man versucht, Elektrizität aus der Auf- und Abbewegung eines Schwimmkörpers auf dem Meer zu erzeugen. Derartige Versuche sind in den US-PSn 34 87 228 und 35 15 889 beschrieben. ^!

Bei der Umwandlung der Bewegung eines Schwimmkörpers treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf. Eine davon ist, daß der Schwimmkörper fortwährend der Wirkung des Wellenganges ausgesetzt ist, der ihn insbesondere bei Stürmen erheblich beschädigen kann.

Ein weiteres Problem liegt im Aufbau der Anlagenteile, die die Vertikalbewegung eines Schwimmkörpers zu nutzbarer Energie umwandeln. Hier sind oft Gelenkverbindungen und andere empfindliche Konstruktionen erforderlich. Diese Konstruktionen sind den fortwährenden Schlagen der Meereswellen sowie dem korrodierenden Salzwasser ausgesetzt; ihre Standzeit ist daher beschränkt.

Ein weiteres Problem bei Energiegewinnungssystemen, die auf einem mit dem Wellengang auf- und abwärtsgehenden Schwimmkörper basieren, ist die bei ruhigem Meer auftretende Ausfallzeit. Wellen erheblicher Höhe sind erforderlich, um einen Wirkungsgrad zu erreichen, der die für eine solche Anlage erforderlichen Investitionen rechtfertigt. In zahlreichen Gegenden der Welt erreichen die Wellen jedoch während eines großen Teils des Jahres - insbesondere im Sommer die erforderliche Amplitude nicht. Entweder läßt sich das Energiegewinnungssystem daher während dieser Zeiten nicht nutzen oder man muß teuere Speichersysteme bauen, um die Energie stetig gewinnen zu können.

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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme zu lösen und deh Traum des Menschen, die unerschöpfliche Energie des Meereswassers zu nutzen, endlich zu erfüllen.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung, die Energie aus dem Wellengang einer Wassermasse wie beispielsweise des Meeres gewinnt, wobei sie einen Schwimmkörper verwendet, der mit dem Meereswellengang auf- und abwärts geht. Die Erfindung basiert auf der Einsicht, daß eine einzige Konstruktion ausreicht, um den Schwimmkörper sowie die Anlagenteile zu schützen, die die Schwimmkörperbewegung zu nutzbarer Energie verwandeln, und gleichzeitig die Wirkung der Wellen auf den Schwimmkörper zu verstärken. Diese Konstruktion ist eine mit ihrer Grundfrequenz arbeitende Resonanzkammer.

Die Vorrichtung weist eine Resonanzkammer mit einer äußeren Wandung auf, die eine Öffnung enthält, durch die Wasser und Wellen in die und aus der Kammer strömen können. Die Kammer verstärkt die Wellenbewegung der Wassermasse so, daß die Amplitude der Wellen in der Kammer größer als die der durch die Öffnung in die Kammer eintretenden Wellen ist. Ein Schwimmkörper in der Kammer bewegt sich unter der Wellenbewegung in der Kammer auf- und abwärts. Ein Generator ist betrieblich mit dem Schwimmkörper verbunden, um die kinetische

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Energie des Schwimmkörpers zu nutzbarer Energie umzuwandeln. Damit die Kammer resonant und in der Grundmode ("fundamental mode") arbeitet, ist sie bevorzugt so bemessen, daß ihr äquivalenter Durchmesser etwa 0,15L/ bis etwa L/^ beträgt, wobei L die Länge zwischen den durch die öffnung in die Kammer einfallenden Wellenkämmen und

" = 3,14159 ist. Im allgemeinen beträgt der äquivalente Durchmesser der Kammer weniger als 30 m (100 ft.). Bei einer im waagerechten Schnitt kreisrunden Kammer ist der Durchmesser vorzugsweise etwa 0,2L//"^ bis etwa O/öL/Tf Eine derartige Kammer kann einen Durchmesser von etwa 12,2 m (40 ft.) bis etwa 21,4 m (70 ft.) haben.

Vorzugsweise liegt die öffnung parallel zu den Kämmen der in die Kammer einfallenden Wellen und beträgt etwa 1/36 bis etwa 1/3, vorzugsweise mindestens 1/18 des Umfangs der Kammer.

In einer Version der Erfindung kann ein Teil der Kammerwandung von einem Wellenbrecher gebildet sein, und einem einzelnen Wellenbrecher kann eine Vielzahl solcher Kammern mit Schwimmkörper zugeordnet sein.

Bei in der Grundmode arbeitender Resonanzkammer kann die Wellenamplitude in der Kammer die der einfallenden Wellen um mehr als das Doppelte übersteigen. Die vorliegende Erfindung erhöht daher erheblich den Wirkungsgrad jeder wel-

lenganggetriebenen Anordnung, bei der die Meereswellen benutzt werden, um einen Schwimmkörper zu heben und zu senken. Weiterhin schützen die Kammerwandungen den Schwimmkörper und die zugeordneten Anlagenteile gegen den Wellengang des Meeres, verlängern daher die Lebensdauer der Vorrichtung und erlauben die Verwendung verhältnismäßig schwacher, aber hochwirksamer Systemteile, die ohne eine solche Kammer nicht verwendbar wären.Beispielsweise kann es sich bei dem Schwimmkörper um eine flache zylindrische Scheibe mit einem Durchmesser von mindestens der vierfachen Dicke des Schwimmkörpers handeln. Dieser Scheibenschwimmer ist empfindlicher als ein Kugelschwimmer, aber weit weniger teuer zu erstellen, läßt sich aber trotzdem erfolgreich einsetzen, da er von der Wandung der Kammer geschützt wird.

Diese und andere Besonderheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nun im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert werden:

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebauten Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus dem Meereswellengang;

Fig. 2 ist ein Teilschnitt der Vorrichtung der Fig. aus der Ebene 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Schwimmkörpern in einer Kammer;

Fig. 4 ist eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer quadratischen Kammer;

Fig. 5 ist eine Aufrißdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung mit Mitteln, um die Größe der öffnung in der Kammerwandung zu verändern;

Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Wellenbrechers,

der die Rückwand von drei erfindungsgemäßen Resonanzkammern bildet;

Fig. 7 zeigt vier erfindungsgemäße Kammern am Ende eines Piers; und

Fig. 8 zeigt schaubildlich ein System zur Elektrizitätserzeugung unter Verwendung einer Resonanzkammer und eines Schwimmkörpers.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 2 eingegangen. Die dort gezeigte Vorrichtung 9 zur Umwandlung des Meereswellenganges zu nutzbarer Energie weist als wesentliche Elemente eine Kammer 10 mit einer einschließenden Wandung 12, einen Schwimmkörper 14 sowie eine Kolbenpumpe 16 auf. Die Wandung 12 enthält einen Schlitz bzw. eine öffnung 18, die so angeordnet ist, daß sie die ankommenden Meereswellcn aufnehmen kann,

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wie mit dem Pfeil 20 in Fig. 1 gezeigt.

Die Vorrichtung 9 ist besonders geeignet für die Verwendung in Ozean- bzw. Meereswellen. Sie läßt sich auch in jeder Wassermasse einsetzen, deren Wellenergie ausreicht, um die Verwendung der Vorrichtung 9 wirtschaftlich zu machen.

Die Kammer 10 ist als in der Grundmode arbeitende Resonanzkammer bemessen, angeordnet und ausgestaltet. Der Ausdruck "Resonanzkammer" soll hier eine Kammer bezeichnen, bei der die Wellenamplitude in der Kammer größer als die Amplitude der in die Kammer einströmenden Wellen ist. Der Ausdruck "Grundmode" soll dabei die erste bzw. Hauptresonanzmode bezeichnen, die in einem schwingenden System auftritt.

Aus mehreren Gründen ist es wesentlich, daß die Kammer in der Grundmode arbeitet. Zunächst werden in der Grundmode die Wellen stärker verstärkt als in jeder anderen Mode.

Zweitens kann eine in der Grundmode arbeitende Kammer kleiner als eine bei irgendeiner anderen Mode arbeitende Kammer ausgeführt werden. Eine Kammer für die nächst höhere Mode müßte den etwa 3-fachen Durchmesser einer in der Grundmode arbeitenden Kammer haben.

Drittens reagiert eine in der Grundmode arbeitende Kammer weniger empfindlich auf Änderungen des Wellenganges und

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kann eine Verstärkung über einen breiteren Bereich von Wellengangzuständen bieten als eine bei einer höheren Mode arbeitenden Kammer. Beispielsweise kann eine in der Grundrnode arbeitende Kammer Änderungen der Wellenlänge L von etwa + 30 % gegenüber der Konstruktions-Wellenlänge aufnehmen, die eintreffende Wellen aber immer noch verstärken. Eine in der nächst höheren Mode arbeitende Kammer für das gleiche L fängt jedoch nur Änderungen von etwa + 15 % ohne Dämpfung der einfallenden Wellen auf. Viertens ist die Wellenamplitude in der Kammer in der Grundmode gleichmäßiger. Bei höheren Moden können in der Kammer zur gleichen Zeit sowohl Spitzen als auch Täler vorliegen. In der Crundmode ist die Wasserhöhe in der Kammer zu beliebiger Zeit angenähert gleichmäßig, d.h. die Elevation in der Kammer ist zu einem beliebigen Zeitpunkt überall größer oder kleiner als oder gleich dem Ruhepegel des Wassers.

Die Kammer 10 fängt die Energie der Ozeanwellen ein und wandelt die Umlaufbewegung einer Welle zu einerAuf- und Abbewegung um, infolge der der Schwimmkörper 14 in der Kammer steigt und sinkt. Die Kammer ist so bemessen, daß der äquivalente Kammerdurchmesser von 0,15L/^ bis L/jf beträgt, wobei L die Länge zwischen den in die Kammer durch die öffnung 18 einströmenden Wellenkämmen ist. Der äquivalente Kammerdurchmesser D läßt sich mit folgender Beziehung bestimmen:

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wobei A die waagerechte Querschnittsfläche der Kammer ist. Wo in dieser Beschreibung auf die Kammer- und Schwimmkörperabmessungen Bezug genommen ist, gelten diese für die Wasserlinie. Beispielsweise wird für eine Kammer, deren waagerechte Querschnittsfläche über die Kammerhöhe sich ändert, A und D auf der Wasserlinie bestimmt.

L hängt von der Wassertiefe, in der die Kammer sich befindet, sowie von der Periode der eintreffenden Wellen ab. L läßt sich mit folgender Formel bestimmen:

(2 Tf /T)² = (2g//L)tanh(2-^h/L7

mit T = Periode der Wellen

h = mittlere Tiefe des Wassers, in dem die Vorrichtung 9 sich befindet, g = Gravitationskonstante 7ί = 3,14159

Die Kammer muß zur Aufnahme unterschiedlicher Wellenzustände konstruiert sein. Indem man die an einem bestimmten Ort herrschenden Wellengangsbedingungen untersucht, lassen sich Bereiche für die Wellenlänge an diesem Ort ableiten und damit der äquivalente Kammerdurchmesser wählen.

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Mit zunehmender Tiefe des Wassers, in dem die Vorrichtung 9 sich befindet, steigt im allgemeinen auch der Kammerdurchmesser. Entsprechend nimmt der Kammerdurchmesser auch mit der Wellenperiode zu. Typischerweise liegt die Wellenperiode zwischen etwa 5 und 20 Sekunden und befindet die Kammer sich dort, wo die Wassertiefe etwa 6,1 m (25 ft.) bis etwa 18,3 nun (60 ft.) beträgt. Erwünschterweise ist die Wassertiefe in der Kammer konstant; daher befindet die gesamte Kammer sich vorzugsweise mindestens 15,3 m (50 ft.) vom Strand entfernt.

Der äquivalente Kammerdurchmesser beträgt weniger als 6,1 m (20 ft.) bis 30,5 m (100 ft.), ist vorzugsweise größer als 6,1 m (20 ft.) und liegt am besten zwischen etwa 12,2 m (40 ft.) und etwa 21,4 m (70 ft.), um über eine Vielzahl von Wellengangsbedingungen eine hohe Verstärkung in der Grundmode zu erreichen.

Für eine zylindrische Kammer beträgt der Kammerdurchmesser vorzugsweise zwischen etwa 0 ,2L/'γ, und etwa 0,6L/^

Bei einer im waagerechten Querschnitt rechteckigen Kammer beträgt die Entfernung zwischen der Öffnung zur gegenüberliegenden Wandung vorzugsweise etwa 0,15L/;? bis etwa 0,7L/^ . Diese Entfernung ist in Fig. 4 als Dimension X ge zeigt.

Die Kammer kann beliebig, d.h. auch kreisrund, rechteckig (einschl. quadratisch), elliptisch oder vieleckig gestaltet sein. Vorzugsweise ist die Kammer hoch genung, daß sie höher als die maximale Amplitude der Wellen in der Kammer ist. Die Wandungen 12 der Kammer 10 lassen sich aus einem geeigneten Werkstoff herstellen - beispielsweise Stahl oder Stahlbeton.

Wie die Fig. 2 zeigt, sitzt vorzugsweise die Kammer mit ihrer Wandung unmittelbar auf dem Meeresboden 26 auf. Falls kein fester Boden vorhanden ist, kann die erreichbare Verstärkung der Vorrichtung beeinträchtigt werden. Alternativ kann die Kammer, wie die Fig. 5 zeigt, auf Pfeilern 28 über dem Meeresboden 26 angeordnet sein, damit durch die Öffnung 18 kein Sand in die Kammer treiben kann. Die Kammer kann oben mit einer Deck- und unten mit einer Bodenplatte verschlossen ausgeführt sein, weist aber aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise weder die eine noch die andere auf.

Die Öffnung 18 ist allgemein ein vertikaler Schlitz, der über die gesamte Höhenausdehnung der Kammerwandung 12 verläuft. Falls erwünscht, kann die Öffnung 18 vom oberen Ende 28 nur teilweise zum unteren Ende 30 der Kammer verlaufen. Entsprechend kann der ScM itz auch nur teilweise vom unteren Ende 30 der Kammer zum oberen Ende 28 verlaufen.

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Falls erwünscht, kann das obere Ende des Schlitzes unter der mittelren Wasserlinie liegen. Der Vorteil eines Schlitzes, der nur teilweise die Wandung 12 der Kammer hinaufverlauft, ist, daß er den Schwimmkörper und die Pumpe 16 vor sehr hohen Wellen schützt.

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, kann der Schlitz mit Einrichtungen versehen sein, die eine Veränderung seiner Abmessungen gestattet. In der in Fig. 3 gezeigten Version ist in der Kammer eine bewegbare Tür 32 vorgesehen und so angeordnet, daß sie über die Öffnung 18 geschoben werden kann, wie mit dem Pfeil 34 gezeigt. Bei Sturmwetter oder der Notwendigkeit, Vorrichtungsteile innerhalb der Kammer zu reparieren, kann die öffnung 18 mit der Tür 32 teilweise oder vollständig geschlossen werden.

In der in Fig. 5 gezeigten Version ist die Tür 36 vorgesehen, die das untere Ende der öffnung 18 verschließt, indem man sie in der mit dem Pfeil 38 gezeigten Richtung verschiebt. Weiterhin ist eine zweite Tür 40 gezeigt, die in Richtung des Pfeils 42 abwärts verschoben werden kann/ um mindestens den oberen Teil der öffnung 18 und, falls erwünscht, die gesamte Öffnung zu verschließen.

An der Wasserlinie macht die öffnung etwa 1/36 bis etwa 1/3, vorzugsweise etwa 1/18 bis etwa 2/9 des Kammerumfangs aus.

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Bei einer zylindrischen Kammer beschreibt die Öffnung also etwa 10° bis 120°, vorzugsweise etwa 20° bis etwa 80°. Die Ausdehnung der Öffnung 18 läßt sich also ebenso wie die Lage der öffnung 18 bezüglich der Wasserlinie und der Wellenbewegung abhängig vom Wellengang und der Gezeitenlage variieren.

Die Kammer kann mehr als eine Öffnung enthalten, und die Öffnung kann beliebig gestaltet sein, sofern eine wirksame Verstärkung der Wellen in der Kammer erfolgt. Vorzugsweise ist die öffnung den ankommenden Wellen entgegen gewandt und verläuft allgemein parallel zu den Wellenkämmen.

Der Schwimmkörper 14 kann beliebig gestaltet sein - beispielsweise prismatisch wie würfelförmig, zylindrisch, als langgestreckter oder kurzer Zylinder wie beispielsweise eine flache Scheibe, oder ellipsoid wie beispielsweise kugelförmig. Da die Kammer bzw. deren Wandung 12 ihn schützt, ist eine erhebliche Standzeit des Schwimmkörpers gewährleistet. Bei der Konstruktion und Ausführung des Schwimmkörpers können daher der Energiegewinn und die Kostenreduzierung im Vordergrund stehen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schwimmkörper um einen kurzen Zylinderabschnitt, dessen Durchmesser erheblich größer

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als seine Höhe und im allgemeinen mindestens viermal, vorzugsweise mindestens sechsmal größer als sein Durchmesser ist. Vorzugsweise beträgt der Flächeninhalt sämtlicher Schwimmkörper an der Wasserlinie mindestens die Hälfte des Flächeninhalts der Kammer.

Der Schwimmkörper hat vorzugsweise einen neutralen Auftrieb ("neutral buoyancy"), d.h. seine Schwimmdichte ("float density") beträgt etwa 0,5, so daß eine Hälfte seines Volumens über, die andere Hälfte unter der Wasseroberfläche liegen. Damit erhält man eine auf die Leistungsgewinnungseinrichtungen wirkende Kraft, die im Auf- und im Abwärtshub des Schwimmkörpers etwa gleich ist. Ist der Schwimmkörper so leicht, daß er sich größtenteils über Wasser befindet, oder ist er so schwer, daß er sich größtenteils unter Wasser befindet, würde er der Wellenbewegung ungenügend folgen. Zur maximierten Energiegewinnung aus der Wellenbewegung muß der Schwimmkörper der Wellenbewegung so genau wie möglich folgen können.

Der Schwimmkörper 14 kann aus korrosionsfestem Werkstoff wie beispielsweise nichtrostendem Stahl, Monellmetal oder verstärktem Glasfasermaterial hergestellt und kann massiv oder hohl ausgeführt sein. Falls hohl, kann er Luft oder ein anderes Gas, eine Flüssigkeit wie Meerwasser selbst oder einen Feststoff wie Sand oder Beton enthalten.

Wie die Fig. 3 zeigt, kann eine Kammer 10 mehr als einen Schwimmkörper 14 enthalten.

Die kinetische Energie des Schwimmkörpers 14 kann unter Verwendung einer breiten Vielfalt bekannter Systeme zu nutzbarer Energie umgewandelt werden, mit denen sich die Bewegung eines Schwimmkörpers zu anderen Energieformen - beispielsweise Elektrizität - umwandeln läßt. Unter den brauchbaren Systemen sind die in den US-PSn 34 87 228 und 35 15 889 angegebenen hydraulischen Systeme, bei denen ein Schwimmkörper betrieblich mit einer Kolbenpumpe und diese mit einem hydraulischen Motor gekoppelt ist, der einen elektrischen Generator antreibt. Andere Systeme sind in den US-PSn 138.474, 430.790, 599.756, 616.615 und 41 84 257 angegeben.

In der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Version handelt es sich bei der Pumpe 16 um eine Kolbenpumpe mit einem Kolben 40, der in einem Zylinder 42 auf- und abläuft. Die Pumpe pumpt Wasser sowohl im Auf- als auch im Abwärtshub, wobei im Bereich über dem Kolben 40 ein Einlaßventil 44 und ein Auslaßventil 46 und im Bereich unter dem Kolben 40 ebenfalls ein Einlaßventil 48 und ein Auslaßventil 50 vorgesehen sind. Sämtliche vier Ventile 44, 46, 48 und 50 sind Einwegventile wie beispielsweise Rückschlagventile.

Eine vertikale Kolbenstange 52 verbindet den Schwimmkörper 14 mit dem Zylinder 40.Während der Schwimmkörper 40 von einem Wellenkamm zur Senke zwischen zwei Wellen absinkt, wird der Kolben 40 von der Stange 52 abwärts gezogen. Dabei wird hydraulisches Fluid aus dem unteren Auslaßventil 50 herausgedrückt und hydraulisches Fluid in den Zylinder 4 2 durch das obere Einlaßventil 44 eingelassen. Wenn dann der Schwimmkörper 14 aus der Senke wieder zum Kamm einer Welle steigt, wird der Kolben 40 aufwärts gedrückt und hydraulisches Fluid aus dem Zylinder 42 durch das obere Auslaßventil 46 hinaus gedrückt und Wasser durch das untere Einlaßventil 48 in den Zylinder eingelassen.

Das hydraulische Fluid wird in den Zylinder 42 durch eine Leitung 60 geführt, deren obere Zweige 62 an das obere Einlaßventil 44 und deren unterer Zweig 64 an das untere Einlaßventil 48 angeschlossen ist. Die gepumpte Flüssigkeit wird eine Leistungserzeugungseinrichtung wie beispielsweise einem hydraulischen Motor 67 durch eine Leitung 68 zugepumpt, deren oberer Zweig 70 mit dem oberen Auslaßventil 46 und dessen unterer Zweig 72 mit dem unteren Auslaßventil 50 verbunden ist. Der Motor 6 7 kann zum Antrieb eines Generators 73 verwendet werden. Falls erwünscht, kann ein Vorratstank 75 vorgesehen werden, der gepumptes hydraulisches Fluid aufnimmt; diese kann dann genutzt werden, wenn der Wellengang unzureichend ist oder die Anlage gewartet wird.

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Bei dem hydraulischen Fluid handelt es sich um eine Flüssigkeit und beispielsweise Wasser wie Meerwasser, Süßwasser oder auch öl. Das hydraulische System kann mit hohem oder niedrigem Druck arbeiten.

Vorzugsweise wird der Schwimmkörper in der Kammer mittig in dieser oder auch näher an der Rückwand der Kammer als an deren Öffnung angeordnet. Diese Anordnungen sind vorteilhaft, da sie die verstärkende Wirkung der Kammer 10 besser ausnutzen als eine Anordnung des Schwimmkörpers nahe der Öffnung 18.

Ein Vorteil der Verwendung einer Resonanzkammer 10 ist, daß die Wandungen 12 der Kammer zur Lagerung der Einrichtungen benutzt werden können, die die kinetische Energie des Schwimmers 14 zu nutzbarer Energie umwandeln. Wie beispielsweise die Fig. 1 und 2 zeigen, wird die Pumpe 16 von einer Vielzahl von Trägern 80 getragen, die von der Innenseite der Wandung 12 der Kammer 10 radial einwärts vorstehen.

Wie weiterhin die Fig. 6 und 7 zeigen, kann eine Vielzahl von wellengetriebenen Generatorvorrichtungen 9 gemeinsam vorgesehen werden. In der in Fig. 6 gezeigten Version sind drei Vorrichtungen 9 vorgesehen, und die Rückwand jeder Vorrichtung wird von einem Wellenbrecher 90 gebildet; sie

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kann aber auch für die wellenganggetriebene Generatorvorrichtung gesondert ausgeführt werden. Die Vorrichtungen 9 liefern daher nicht nur nutzbare Energie, das System als Ganzes trägt auch zum Schutz anderer Strandbauten bei.

In der in Fig. 7 gezeigten Version sind die Vorrichtungen 9 am Ende eines Piers 92 angeordnet, der rechtwinklig zu einer Strandlinie 94 verläuft. Die Vorrichtungen 9 sind parallel zur Strandlinie aufgereiht und über sie verläuft ein Steg 96, der als zusätzlicher Pier dient. Das in Fig. gezeigte System erzeugt nicht nur aus dem Meereswellengang Energie, sondern läßt sich auch zur Freizeitgestaltung und als Anlegestelle für Wasserfahrzeuge nutzen.

Das vorliegende Leistungserzeugungssystem bietet wesentliche Vorteile. Wegen der Re son an ζ kammer ist eine erhöhte Ausgangsleistung von Schwimmkörper und Pumpe möglich. Weiterhin schützen die Kammerwandungen 12 den Schwimmkörper und andere Vorrichtungsteile gegen den Wellengang. Schließlich ist der Aufbau sehr einfach und erfordert keinerlei gelenkig geführte Hebel oder andere komplizierte und empfindliche Konstruktionen zum Umwandeln der Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers 14 zu nutzbarer Energie.

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Beispiel

Es wurde ein Versuch an einem Modell im Maßstab 1:40 durchgeführt. Die Kammer war zylindrisch mit einem Durchmesser von 0,46 m (1-1/2 ft.), und einer 60° breiten Öffnung und wurde in 0,3 m (1 ft.) tiefes Wasser gesetzt. Die ankommenden Wellen hatten eine Periode von einer bis drei Sekunden. Der Schwimmkörper war zylindrisch mit einem Durchmesser von 244 nir. (9,6 in.) und einer Dicke von 38,1 mm (3/2 in.). Er bestand aus Sperrholz, Blei und Styropor und war zur Hälfte untergetaucht. Dieses Modell entsprach einer Kammer mit 18,3 m Durchmesser und einer 60° breiten Öffnung in 12,2 m (40 ft.) tiefem Wasser bei einer Wellenperiode von 6 bis 19 Sekunden sowie einem Schwimmkörper mit 9,8 πι (32 ft.) Durchmesser und 1,53 m (5 ft.) Dicke.

Der im unbelasteten Zustand erreichte Verstärkungsfaktor betrug 2 bis 3,5. Mit anderen Worten: Die Amplitude der Schwimmkörperbewegung war 2- bis 3,5mal größer als die Amplitude der in die Kammer einströmenden Wellen. Die Kammer arbeitete dabei auf ihrer Grundresonanz.

Obgleich die Erfindung oben ausführlich anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen erläutert ist, sind auch andere Versionen möglich. Beispielsweise kann die Kammer in einigen Fällen - abhängig von der Art der Meereswellen -

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auch nichtresonant ausgeführt sein. Auch bei einer solchen Anordnung dient die Kammer zum Schutz des Schwimmkörpers und anderer Anlagenteile gegen den Wellengang. Weiterhin kann die Kammer in unterschiedlichen Querschnittsformen an der Wasserlinie ausgeführt sein, beispielsweise dreieckig, sechseckig und elliptisch. Die Kammer selbst kann konisch mit dem Scheitel oben oder unten ausgeführt sein. Die öffnung in der Kammerwandung kann zur Erhöhung der Festigkeit gebogen sein. Die Kammerwandungen können mit variabler Dicke ausgeführt sein, um den um die Kammer herum vorliegenden unterschiedlichen hydrodynamischen Kräften besser widerstehen zu können und Baustoff zu sparen. Weiterhin können die Kammern mit gemeinsamen Wandungen gruppiert sein, um deren Festigkeit gemeinsam und besser auszunutzen. Die Kammergruppen können weitere Bauten darstellen - beispielsweise eine künstliche Insel. Die Kammern lassen sich mit verlängerten Wandungen vor der Öffnung ausführen, die zu dieser konvergieren und einfallende Wellen führen und die Ausgangsleistung erhöhen. Der Konvergenzwinkel kann dabei zwischen 0° und 90° liegen; jede der konvergierenden Wände hat dabei vorzugsweise eine Länge vom ein- bis achtfachen Kanunerradius. Der Kammerboden kann von der Öffnung oder von der Rückwand weg abwärts schräg verlaufen. Der Umfang der nachfolgenden Ansprüche soll daher nicht auf die obige Beschreibung bevorzugter !Ausführungsformen beschränkt sein.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung mit einer Resonanzkammer im Meer, die bei ihrer Grundfrequenz arbeitet und eine Außenwandung mit einer öffnung aufweist, die den Wellen gegenüber offen ist, wobei der äquivalente Durchmesser der Kammer von 0,15/)/ bis L/jf beträgt, wo L die Länge der durch die Öffnung in die Kammer einfallenden Wellen ist und die Kaititer mindestens einen Schwimmkörper enthält.

2. Vorrichtung zur Krafterzeugung aus dem Wellengang des Meeres mit

(a) einer Kammer, die mindestens 15,3 m (50 ft.) vom Strand entfernt im Wasser angeordnet ist und eine äußere Wandung aufweist, die eine Öffnung enthält, durch die Wasser in die und aus der Kammer strömen kann, wobei der äquivalente Durchmesser der Kammer an der Wasserlinie mindestens 10 m (30 ft.) und weniger als 30 m (100 ft.) beträgt,

(b) einem Schwimmkörper in der Kammer, der von der Wandung geschützt wird und mit der Wellenbewegung in der Kammer auf- und abwärts läuft; und

(c) einer Kraft erzeugenden Einrichtung, die betrieblich mit dem Schwimmkörper verbunden ist, um die kinetische Ener-

gie des Schwimmkörpers zu nutzbarer Energie umzuwandeln.

3. Vorrichtung zur Krafterzeugung aus dem

Wellengang des Meeres mit

(a) einer Resonanzkammer im Meer, die eine äußere Wandung mit einer Öffnung aufweist, durch die Wasser in die und aus der Kammer strömen kann, wobei die Kammer die Wellenbewegung des Meeres in der Grundmode verstärkt, so daß die Wellenamplitude in der Kammer größer als die Amplitude der in die Kammer einfallenden Wellen ist, und wobei die Kammer so bemessen ist, daß der äquivalente Durchmesser der Kammer 0 ,1 5L/7/ bis L/ /7 beträgt, wobei L der Abstand zwischen den Kämmen der in die Kammer einströmenden Wellen ist;

(b) einem Schwimmkörper in der Kammer, der mit der Wellenbewegung in der Kammer auf- und abwärtsläuft; und

(c) einer Kraft erzeugenden Einrichtung, die betrieblich mit dem Schwimmkörper verbunden ist, um die kinetische Energie des Schwimmkörpers zu nutzbarer Energie umzuwandeln.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Öffnung etwa 1/18 bis 2/9 des Kammerumfanges beträgt.

5, Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der ein Teil der Kammerwandung von einem Wellenbrecher gebildet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 mit Mitteln, um die Breite der Öffnung zu verändern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Öffnung eine vertikale Erstreckung aufweist und Mittel vorgesehen sind, um die Höhe der Öffnung zu verändern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Kammer an der Wasserlinie einen äquivalenten Durchmesser von etwa 12,2m (40 ft.) bis etwa 21.4 m (70 ft.) hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Fläche des Schwimmkörpers an der Wasserlinie mindestens ein Viertel der Fläche der Kammer an der Wasserlinie beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Kammer die Wellen mindestens um den Faktor 2 verstärkt.