EP4703580A2

EP4703580A2 - Vorrichtung, energieumwandlungssystem und fluiddurchströmte wellennutzungsanlage

Info

Publication number: EP4703580A2
Application number: EP25000096.5A
Authority: EP
Inventors: Mathias Bäcker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2024-08-30
Filing date: 2025-09-03
Publication date: 2026-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln einer kinetischen Energie, insbesondere einer Wellenenergie eines Fluids, in elektrische Energie, ein Energieumwandlungssystem und eine fluiddurchströmte Wellennutzungsanlage. Die Vorrichtung weist einen Hohlkörper und einen Grundkörper auf, welcher sich zumindest mittels einer ersten Feder und einer zu der ersten Feder insbesondere beabstandet angeordneten längenvariablen ersten Energieableiteeinrichtung von einer Innenwandung des Hohlkörpers abstützt und an einem ersten Ende eine Hülse mit einer entlang der Längserstreckung der Hülse angeordneten Spule und an einem zweiten Ende einen in die Hülse eingesteckten und darin beweglichen Permanentmagneten aufweist, wobei bei einer Bewegung des Permanentmagneten entlang der Längserstreckung der Hülse eine elektrische Energie erzeugt wird, sodass eine zu einem ersten Zeitpunkt auf den Hohlkörper wirkende erste kinetische Energie die Vorrichtung in eine erste Richtung beschleunigt, wodurch der Grundkörper in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzt orientierten, Richtung ausgelenkt wird, wodurch ein Bewegen des Permanentmagneten gegenüber der Hülse initiiert ist und derart die erste kinetische Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die erste Feder mit einem ersten Ende an dem Grundkörper und mit einem zweiten Ende an der Innenwandung des Hohlkörpers angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine Wellennutzungsanlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer kinetischen Wellenenergie eines Fluids, aufweisend einen von dem Fluid durchströmten Rahmen mit einem Welleneinlass und einem Wellenauslass sowie zumindest eine erste Energieaufnahmeeinrichtung und eine zweite Energieaufnahmeeinrichtung, welche in einem Bereich zwischen dem Welleneinlass und dem Wellenauslass angeordnet sind und bei ihrer Beschleunigung elektrische Energie erzeugen, wobei die erste Energieaufnahmeeinrichtung mittels eines ersten Verbindungselementes mit der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder die erste Energieaufnahmeeinrichtung mittels eines zweiten Verbindungselementes und/oder die zweite Energieaufnahmeeinrichtung mittels eines dritten Verbindungselementes mit dem Rahmen der Wellennutzungsanlage verbunden ist oder sind, sodass mittels des ersten Verbindungselements, des zweiten Verbindungselements und/oder des dritten Verbindungselements ein vordefinierter Bewegungsbereich der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung gegenüber der ersten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder der ersten Energieaufnahmeeinrichtung gegenüber dem Rahmen realisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln einer kinetischen Energie, insbesondere einer Wellenenergie eines Fluids, in elektrische Energie, ein Energieumwandlungssystem und eine fluiddurchströmte Wellennutzungsanlage.
Zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Meeresenergie sind Gezeitenkraftwerke bekannt, welche aus dem Tidenhub elektrische Energie gewinnen. Zudem ist die Gewinnung elektrischer Energie aus einer Energie der Meereswellen mittels Wellenkraftwerken bekannt und bisher insbesondere prototypisch erprobt. Die aus Meeres- oder Wellenenergie gewonnene Energie ist eine erneuerbare Energie.
Eine beim Auftreffen von Wellen auf eine Küste freigesetzte Leistung kann im Durchschnitt 20 bis 30 kW je Meter Küstenlinie betragen und eine Offshore Wellenenergie bis zu 100 kW je Meter Wellenwalze.
Es sind Konzepte für Wellenkraftwerke bekannt, welche Energie aufgrund einer ein- und ausströmenden Luft in einer pneumatischen Kammer, in der sich der Wasserspiegel durch eine Verbindung zum Meer hebt und senkt, durch einen Windgenerator erzeugen. Zudem sind Konzepte für Wellenkraftwerke bekannt, welche aus einer durch Wellen angeregten Bewegung von Auftriebs- oder Schwimmkörpern, die entweder über hydraulische Systeme oder über Lineargeneratoren (vgl. https://startgreen.net/netzwerk/gruenes-startup/sinnpower-gmbh-waveenergy/)in Strom umgesetzt wird, eine elektrische Energie erzeugen. Zudem sind Konzepte für Wellenkraftwerke bekannt, welche eine potenzielle Energie auflaufender Wellen auf eine Rampe zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen, bei der das überspülende Wasser durch eine Wasserturbine fließt. Darüber hinaus sind Konzepte für Wellenkraftwerke, welche Dämpfungsglieder, wie bewegliche Platten, Tore oder Flossen, verwenden, indem die durch Wellenströmungen aufgrund des ansteigenden Meeresbodens vor der Küste verursachte Bewegung der Glieder in Strom umgesetzt wird.
Die US 2012 153624 A1 offenbart einen Wellenenergiekonverter als Wellenkraftwerk, basierend auf einem Masse-Feder-Dämpfer-System mit unterschiedlichen Freiheitsgraden, wobei die Erzeugung von Energie mittels schwimmender Körper realisiert wird, auf welche eine Wellenenergie als mechanische Störung wirkt. Der offenbarte Wellenenergiekonverter umfasst ein in einem Gehäuse enthaltenes Trägheitssystem, umfassend mindestens eine schwingfähige Masse, mindestens zwei Federn je schwingfähiger Masse, wobei die Federn radial relativ zur schwingfähigen Masse positioniert sind, und mindestens zwei Energieableiteeinrichtungen, jeweils eine Energieableiteeinrichtung je Feder, wobei eines der Enden der Energieableiteeinrichtungen radial über Kreuzgelenke mit der schwingfähigen Masse verbunden ist, während das andere Ende der Energieableiteeinrichtungen, ebenfalls über Kreuzgelenke, jeweils mit der Wand des Gehäuses verbunden ist, wobei die Energieableiteeinrichtungen jeweils einen hydraulischen, pneumatischen und/oder hydropneumatischen Arbeitszylinder und einen Lineargenerator aufweisen, um die mechanische Energie der schwingfähigen Masse aufzunehmen und in eine elektrische Energie umzuwandeln, sowie eingerichtet sind, die gewonnene elektrische Energie an ein Energiespeichersystem abzugeben.
Die bekannten Wellenkraftwerke weisen den Nachteil auf, dass der Energiegewinnungsgrad recht gering und die Kosten für die mittels der Wellenenergieeinrichtung erzeugte elektrische Energie recht hoch sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1.
Vorteilhafterweise wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein optimierter Energienutzungsgrad erreicht, da die Anordnung geringere Energieverluste aufgrund von Reibung 20 aufweist. Insbesondere die Anordnung der Feder und der ersten Energieableiteeinrichtung realisiert eine geringere Reibung bei Bewegung des Permanentmagneten entlang der Längserstreckung der Hülse. Die Kosten für die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte elektrische Energie sind vorteilhafterweise geringer gegenüber der mittels bekannter Wellenenergiesysteme erzeugten elektrischen Energie, da ein optimierter Energienutzungsgrad erzielt wird. Zusätzlich ist aufgrund der Anordnung der Elemente eine einfache Herstellbarkeit der Vorrichtung realisiert, was vorteilhafterweise zusätzlich zu geringeren Energieerzeugungskosten beiträgt. Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorteilhafterweise sowohl eine translatorisch auf die Vorrichtung wirkende kinetische Energie als auch eine rotatorisch auf die Vorrichtung wirkende kinetische Energie mittels der Vorrichtung in eine elektrische Energie umwandelbar.
Somit ist es möglich, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem hohen Energienutzungsgrad elektrische Energie aus einer Wellenenergie, insbesondere einer kinetischen Wellenenergie, bei geringen Produktionskosten zu erzeugen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, ein kostengünstiges System zur effizienten Stromerzeugung aus Wellenenergie bereitzustellen.
In Wellenkraftwerken auf Basis des OWC-Prinzips (englisch Oscillating Water Column, deutsch: schwingende Wassersäule) strömt Wasser in ein Reservoir und drückt dabei Luft aus dem Reservoir in eine geöffnete Röhre. Beim Ausströmen wird Luft durch die geöffnete Röhre in das
Reservoir gezogen. In der geöffneten Röhre ist zumindest eine Turbine angeordnet, welche durch den Luftstrom bewegt wird und derart elektrischen Strom erzeugt.
Des Weiteren werden im Stand der Technik Wellenkraftwerke verwendet, welche eine potenzielle Energie
auflaufender Wellen auf eine Rampe zur Erzeugung von elektrischem Strom ausnutzen, indem das überspülende Wasser eine Wasserturbine antreibt.
Zudem sind Wasserkraftwerke bekannt, welche eine Bewegung oszillierender oder beweglicher Dämpfungsglieder zur Erzeugung elektrischer Energie verwenden. Es sind bewegliche Platten, Tore oder Flossen als Dämpfungsglieder bekannt, welche größtenteils unter der Wasseroberfläche angeordnet werden, sodass Meeresströmungen ein Bewegen der Dämpfungsglieder induzieren.
Die vorgenannten, bekannten Wasserkraftwerke sind sehr große Bauwerke, deren Installation sehr aufwendig ist und die eine sehr große Auswirkung auf den Aufstellort, wie Lärm, Auskolkungen des Meeresbodens etc., haben.
Darüber hinaus sind Wellenkraftwerke bekannt, welche eine Bewegung von durch Wellen angeregten Schwimm- oder Auftriebskörpern zueinander oder zu einem festen Bezugspunkt in eine elektrische Energie umwandeln. Dabei werden hydraulische Systeme oder Lineargeneratoren zur Stromerzeugung verwendet. Bei sogenannten Attenuatoren
schwimmen untereinander beweglich verbundene Energieerzeugungselemente an der Oberfläche des Wassers und die Energie wird mittels welleninduzierten Verwindens der Gesamtkonstruktion erzeugt. Bei sogenannten Punktabsorbern werden insbesondere an der Oberfläche des Wassers schwimmende Bojen verwendet und die welleninduzierte vertikale Bewegung mittels Lineargeneratoren oder Hydraulikzylinder in elektrischen Strom umgewandelt.
Attenuatoren weisen den Nachteil auf, dass sie ausschließlich Bewegungen des Wassers an der Wasseroberfläche aufnehmen. Punktabsorber weisen den Nachteil auf, dass sie insbesondere nur eine Bewegung in eine vordefinierte Richtung aufnehmen können. Somit ist der Wirkungsgrad derartiger Wellenkraftwerke recht gering.
Die WO 2018/191779 A1 offenbart zudem ein Wellenenergienutzungsreservoire als Wellenkraftwerk und eine Methode zur Gewinnung von elektrischer Energie aus einer Wellenenergie unter Verwendung des Wellenenergienutzungsreservoirs. Das Wellenenergienutzungsreservoir umfasst eine Einlassseite und eine Auslassseite, wobei die Einlassseite einen zwischen einer geöffneten und geschlossenen Konfiguration beweglichen Schirm aufweist und die Auslassseite eine Rückwand umfasst, die so angeordnet ist, dass sie sich über die Wasserlinie des Gewässers erstreckt, wobei sich der Schirm vertikal zwischen einem niedrigsten Niveau und einem höchsten Niveau erstreckt, wobei die Höhe des Schirms mindestens 80 % der Höhe des Wellenenergienutzungsreservoirs beträgt; wobei der Schirm eine Eintauchhöhe aufweist, die die Höhe zwischen dem niedrigsten Niveau des Schirms und der Wasserlinie darstellt; wobei das Wellenenergienutzungsreservoir eine effektive Länge hat, die dem Abstand zwischen dem Schirm und der Rückwand entspricht; wobei das Verhältnis von Eintauchhöhe zu effektiver Länge im Bereich von 1,1 bis 3,0 liegt. Die offenbarte Methode umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Wellenenergienutzungsreservoirs mit einer Einlassseite und einer Auslassseite, wobei die Einlassseite ein zwischen einer offenen Konfiguration und einer geschlossenen Konfiguration beweglichen Schirm umfasst und die Auslassseite eine Rückwand umfasst, die so angeordnet ist, dass sie sich über eine Wasserlinie des Gewässers erstreckt, wobei sich der Schirm vertikal einem niedrigsten Niveau und einem höchsten Niveau erstreckt, wobei die Höhe des Schirms mindestens 80 % der Höhe des Wellenenergienutzungsreservoirs beträgt; Ausrichten des Wellenenergienutzungsreservoirs so, dass es im Allgemeinen in einer Richtung der Wellenausbreitung ausgerichtet ist; Zulassen, dass der Schirm geöffnet ist, um eine Welle zu empfangen, die sich durch das Gewässer ausbreitet; Veranlassen des Schließens des Schirms, wenn der Wasserstand innerhalb des Wellenenergienutzungsreservoirs ein erhöhtes Niveau erreicht; Nutzung der im Wasser im Wellenenergienutzungsreservoir gespeicherten Energie zum Antrieb einer Turbine; und Veranlassen des Öffnens des Schirms, wenn der Wasserstand im Wellenenergienutzungsreservoir einen niedrigeren Wert erreicht.
Durch die bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist kein einfach zu installierendes Wellenkraftwerk zur effizienten Umwandlung einer Wellenenergie in eine elektrische Energie gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Wellennutzungsanlage gemäß Anspruch 12, auch Wellenkraftwerk genannt.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vorteilhafterweise Energieableiteeinrichtungen, welche bei ihrer Beschleunigung eine elektrische Energie erzeugen, in einem wellenbeaufschlagten Fluid derart angeordnet, dass die Wellennutzungsanlage einen hohen Energiegewinnungsgrad erreicht. Weiter vorteilhafterweise ist die Wellennutzungsanlage modular aufbaubar, sodass ihr Aufbau mit einem geringen Installationsaufwand verbunden ist. Nicht zuletzt weist die erfindungsgemäße Wellennutzungsanlage aufgrund ihres Aufbaus mit einem vergleichsweise geringvolumigen Rahmen und den beweglichen Energieableiteeinrichtungen eine geringe Beeinflussung auf den Aufstellort auf.
Derart ist es möglich, ein einfach zu installierendes Wellenkraftwerk zur effizienten Umwandlung einer Wellenenergie in eine elektrische Energie bereitzustellen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass ein beschleunigungsinduzierter Energiewandler durch eine Wellenenergie beschleunigt wird.
Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Unter einer "kinetischen Energie" wird insbesondere eine Bewegungsenergie verstanden, welche durch eine Wellenbewegung eines Fluids hervorgerufen wird. Das Fluid kann Wasser, insbesondere Meerwasser, sein. Die kinetische Energie kann eine translatorische Komponente in eine und/oder mehrere Raumrichtungen und/oder eine rotatorische Komponente in eine und/oder mehrere Raumrichtungen aufweisen.
Die Vorrichtung weist insbesondere einen Hohlkörper und einen, in einer Ruhelage im Wesentlichen mittig innerhalb des Hohlkörpers angeordneten, Grundkörper, welcher sich zumindest mittels einer ersten Feder und einer ersten Energieableiteeinrichtung von einer Innenwandung des Hohlkörpers abstützt, auf.
Die erste Feder ist insbesondere so angeordnet, dass sich die geometrische Mittelachse der ersten Feder nicht mit einer geometrischen Mittelachse der ersten und/der zweiten Energieableiteeinrichtungen überdecken. Zusätzlich oder alternativ ist eine Überdeckung möglich, wobei eine Reibung zwischen der Feder und einer Energieableiteeinrichtung nachteilhaft ist. Zusätzlich oder alternativ ist die erste Feder radial ausgerichtet, wobei sie strahlenförmig zu einem Mittelpunkt des Grundkörper orientiert ist.
Der Hohlkörper, auch als mechanische Struktur bezeichnet, kann kugelförmig sein oder die Form eines beliebigen Polyeders haben sein und/oder Kunststoff und/oder Metall, insbesondere einen leichten Werkstoff, aufweisen. Der Hohlkörper kann schwimmfähig sein und/oder einen vordefinierten Auftrieb aufweisen. Ein Auftrieb des Hohlkörpers, insbesondere des Hohlköpers und aller innerhalb des Hohlkörpers angeordneter Elemente, kann in einer Ausführungsform insgesamt die Dichte des umgebenden Wassers aufweisen. Über den Auftrieb ist eine Eintauchtiefe des Hohlkörpers in dem Fluid vorteilhafterweise bestimmbar. Zur einfachen Herstellbarkeit kann der Hohlkörper verschließbare Öffnungen aufweisen und/oder mehrteilig sein.
Ein Außendurchmesser des Hohlkörpers kann 2 cm bis 50 cm betragen. Eine Wandstärke des Hohlkörpers beträgt insbesondere 0,05 cm bis 3 cm. Weitere Abmessungen sind vorstellbar und wirken sich nicht einschränkend auf die vorliegende Erfindung aus. Die Abmessungen können einerseits von einer erwarteten Wellengröße abhängig gewählt sein. Zusätzlich oder alternativ können die Abmessungen von den Kräften, die die mechanische Struktur maximal erträgt abhängig gewählt sein.
An einer Außenmantelfläche des Hohlkörpers kann zumindest ein Befestigungspunkt angeordnet sein. Mittels des Befestigungspunktes kann eine Verbindung zu zumindest einem zweiten Hohlkörper und/oder einer Haltestruktur mittelbar und/oder unmittelbar herstellbar sein.
Der Grundkörper kann kugelförmig sein und/oder die Form beliebiger Polyeder aufweisen. Ein Außendurchmesser des Grundkörpers kann 0,5 cm bis 50 cm betragen. Weitere Abmessungen sind vorstellbar und wirken sich nicht einschränkend auf die vorliegende Erfindung aus.
Der Grundkörper ist insbesondere innerhalb des Hohlkörpers im Wesentlichen mittig angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann der Grundkörper in einer Ruhelage in einer räumlichen Nähe zu einer Innenwandung des Hohlkörpers angeordnet sein und die Vorrichtung insbesondere mittels einer von außen auf den Hohlkörper wirkenden Halteeinrichtung derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass eine Wellenenergie eine Beschleunigung der Vorrichtung in eine vordefinierte Richtung initiiert, welche mit einer Anordnung des Grundkörpers derart korrespondiert, dass vorteilhafterweise ein optimierter Energienutzungsgrad realisiert ist. Dabei kann die Vorrichtung insbesondere genau eine erste Feder und eine erste Energieableiteeinrichtung aufweisen und der Grundkörper insbesondere schwerkraftinduziert nach einer Auslenkung wieder seine Ruhelage annehmen. Derart ist vorteilhafterweise eine einfache Bauweise der Vorrichtung realisiert.
Der Grundkörper ist insbesondere mittels der ersten Feder und der ersten Energieableiteeinrichtung mittelbar mit dem Hohlkörper, insbesondere der Innenwandung des Hohlkörpers, verbunden. Mit anderen Worten ist ein erstes Ende der ersten Feder sowie ein erstes Ende der ersten Energieableiteeinrichtung fest und/oder beweglich an dem Grundkörper und ein zweites Ende der ersten Feder sowie ein zweites Ende der ersten Energieableiteeinrichtung fest und/oder beweglich an der Innenwandung des Hohlkörpers angeordnet. Die Punkte und/oder Bereiche, an welchen die erste Feder und/oder die erste Energieableiteeinrichtung den Hohlkörper und/oder den Grundkörper kontaktieren werden Anbindungspunkte oder Ankerpunkte genannt. Eine bewegliche Anordnung kann in einer Ausführungsform mittels Kugelgelenken, einem in eine Öse einhängbaren Haken und/oder eines schraubbaren Befestigungsmittels realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann die bewegliche Anordnung mittels Haken, Ösen und/oder schraubbaren Verbindungsmitteln realisiert sein.
Der Grundkörper kann zusätzlich oder alternativ eine zweite Feder und/oder weitere Federn aufweisen. Für die zweite Feder und weitere Federn gelten die Merkmale und Ausführungsformen der ersten Feder. Die zweite Feder kann in einer Ausführungsform direkt gegenüberliegend zu der ersten Feder an dem Grundkörper angeordnet sein. Derart wirken die Federn vorteilhafterweise diametral zueinander.
Die erste Feder kann einer ersten und/oder zweiten Energieableiteeinrichtung zugeordnet sein. Eine Anzahl Federn kann einer Anzahl erster und/oder zweiter Energieableiteeinrichtungen entsprechen. Alternativ kann sich eine Anzahl Federn von einer Anzahl erster und/oder zweiter Energieableiteeinrichtung unterscheiden. Ebenso kann eine Anzahl erster Energieableiteeinrichtungen einer Anzahl zweiter Energieableiteeinrichtungen entsprechen oder sich unterscheiden.
Der Grundkörper weist insbesondere ein relativ hohes spezifisches Gewicht auf und weist insbesondere Vollmaterial auf und/oder ist ein Hohlkörper. Eine Mantelfläche des Grundkörpers kann eben sein. Alternativ kann die Mantelfläche des Grundkörpers zumindest eine Abstützfläche aufweisen, an welcher die Feder und/oder die erste Energieableiteeinrichtung angeordnet sind.
An dem Grundkörper ist in einer Ausführungsform zumindest eine Trägheitsmasseeinrichtung angeordnet. Die Trägheitsmasseeinrichtung ist zu einer Außenmantelfläche des Grundkörpers beabstandet und weist insbesondere ein hohes spezifisches Gewicht auf. Die Trägheitsmasseeinrichtung kann starr und/oder beweglich an dem Grundkörper angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Trägheitsmasseeinrichtung der ersten Feder und/oder der ersten Energieableiteeinrichtung zugeordnet sein. Die Trägheitsmasseeinrichtung erhöht vorteilhafterweise eine Massenträgheit des Grundkörpers insbesondere gegenüber einer durch die kinetische Energie der Welle induzierte Rotation, sodass ein Energiegewinnungsgrad erhöht ist.
Die erste Energieableiteeinrichtung ist insbesondere zu der ersten Feder beabstandet angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Energieableiteeinrichtung der ersten Feder zugeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die erste Energieableiteeinrichtung innerhalb der ersten Feder angeordnet sein. Dabei kann eine Anordnung der Feder an der Innenwandung des Hohlkörpers mittelbar über die erste Energieableiteeinrichtung realisiert sein. Mit anderen Worten umgibt die erste Feder dabei die erste Energieableiteeinrichtung entlang einer Längserstreckung der ersten Energieableiteeinrichtung, wobei ein Spalt zwischen der ersten Energieableiteeinrichtung und der ersten Feder vorliegt, sodass bei einer relativen Bewegung der ersten Energieableiteeinrichtung gegenüber der ersten Feder im Wesentlichen keine Reibung auftritt. In einer Ausführungsform kann die Hülse der ersten Feder entsprechen.
Während einer Benutzung der Vorrichtung wirkt zu einem ersten Zeitpunkt insbesondere eine erste kinetische Energie in eine erste Richtung auf den Hohlkörper der Vorrichtung, wodurch die Vorrichtung in der ersten Richtung beschleunigt wird. Dabei wird der Grundkörper insbesondere aufgrund seiner Massenträgheit aus seiner Ruhelage in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzt orientierten, Richtung ausgelenkt. Die erste Feder und die erste Energieableiteeinrichtung wirken insbesondere ebenfalls in der ersten Richtung und/oder in einer der ersten Richtung entgegengesetzt orientierten zweiten Richtung.
Insbesondere durch das Auslenken ändert sich eine Länge der ersten Energieableiteeinrichtung indem der im Wesentlichen starre Permanentmagnet sich relativ zu der Hülse bewegt. Derart wird mittels der ersten Energieableiteeinrichtung eine elektrische Energie erzeugt. Zeitgleich erfolgt eine Längenänderung der Feder. Die Feder treibt den Grundkörper zu einem zweiten Zeitpunkt in Richtung seiner Ruhelage, wobei sich die Länge der Feder erneut verändert und erneut ein Bewegen des Permanentmagneten, in entgegengesetzter Richtung zu der ersten Richtung, induziert wird, was mit einer erneuten Erzeugung elektrischer Energie einhergeht. Die erzeugte elektrische Energie ist im Wesentlichen kleiner als die auf die Vorrichtung wirkende kinetische Energie aber abhängig von der auf die Vorrichtung wirkenden kinetische Energie, sodass die kinetische Energie mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann der Permanentmagnet und/oder die Hülse biegbar und/oder elastisch sein und derart vorteilhafterweise eine Auslenkbarkeit des Grundkörpers in zumindest einer ersten Raumrichtung und einer zweiten Raumrichtung realisiert sein.
Eine große positive und/oder negative relative Beschleunigung zwischen Grundkörper und Hohlkörper ist vorteilhaft, um eine Bewegung des Permanentmagneten relativ zu der Hülse hervorzurufen, wodurch Energie erzeugt wird.
Unter Einschränkung einer Bewegungsfreiheit der Vorrichtung kann ein beschleunigter Hohlkörper abrupt abgebremst werden, wodurch ein Energiegewinnungsgrad vorteilhafterweise erhöht werden kann. Zur Ausführung können an einer Außenmantelfläche dem Hohlkörper Anbindungspunkte angeordnet sein, an welchen Verbindungselemente, wie Seile, Leinen, Taue, Kabel anbringbar sind, um zumindest zwei Hohlkörper und/oder den Hohlkörper und eine feste Struktur, wie einem Rahmen, zu verbinden. Derart ist auch eine Gitterstruktur einer Vielzahl Hohlkörper realisierbar.
Die Hohlkörper werden durch die Einschränkung der Bewegungsfreiheit insbesondere vorpositioniert und/oder mit von außen wirkenden positiven und/oder negativen Beschleunigungen der benachbarten Hohlkörper und/oder der festen Struktur zusätzlich beaufschlagt. Vorteilhafterweise können derart insbesondere nach dem Vorbild der durch die Festkörperphysik definierten Kristallgitter und/oder unter Anwendung der Geometrien platonischer Körper diverse Gitterstrukturen realisiert werden, bei denen ein Verbindungselement zumindest zwei Hohlkörper und/oder eine Rahmenstruktur mit zumindest einem Hohlkörper verbindet.
In einer Ausführungsform ist die erste Energieableiteeinrichtung ein Lineargenerator.
Die erste Feder kann Metall und/oder Kunststoff aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Feder eine Zugfeder und/oder eine Druckfeder sein. Schließlich kann die erste Feder eine Spiralfeder und/oder eine Schraubenfeder, insbesondere aus gewickeltem Draht, der vorwiegend auf Torsion beansprucht wird, sein. Vorteilhafterweise korrespondiert eine Ausführung der ersten Feder mit einer Ausführung der Vorrichtung derart, dass ein optimaler Energienutzungsgrad realisiert ist.
Die erste Energieableiteeinrichtung weist insbesondere an einem ersten Ende eine Hülse mit einer entlang der Längserstreckung der Hülse angeordneten Spule und an einem zweiten Ende einen in die Hülse eingesteckten und darin beweglichen, insbesondere stabförmigen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet kann zusätzlich oder alternativ zylinderförmig oder ringförmig entlang seiner Längserstreckung ausgeführt sein. Der Permanentmagnet kann in einer Ausführungsform zwei Permanentmagneten aufweisen. Eine Bewegung des Permanentmagneten in der Hülse erzeugt vorteilhafterweise aufgrund von Induktion eine elektrische Energie.
Aufgrund der Verschiebbarkeit des Permanentmagneten in der Hülse ist eine Längenvariabilität der ersten Energieableiteeinrichtung realisiert. Aufgrund der Längenvariabilität der ersten Energieableiteeinrichtung ist eine relative Bewegbarkeit des Grundkörpers gegenüber dem Hohlkörper realisiert.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine zweite Energieableiteeinrichtung auf. Die zweite Energieableiteeinrichtung kann insbesondere durch eine Ausführung der zweiten Energieableiteeinrichtung als ein Generator mit einem Elektromagneten zum Erzeugen einer elektrischen Energie eingerichtet sein. Dabei wird der Generator der zweiten Energieableiteeinrichtung insbesondere durch eine an einem ersten Ende der zweiten Energieableiteeinrichtung angeordnete hülsenartige Spule mit einem aufgewickelten Leiter sowie einen an einem zweiten Ende in die Hülse eingesteckten und darin beweglichen, insbesondere stabförmigen Elektromagneten als Spulenkern gebildet. Der Elektromagnet ist vorteilhafterweise ferromagnetisch. Eine Relativbewegung zwischen dem Elektromagneten und der Spule der zweiten Energieableiteeinrichtung erzeugt vorteilhafterweise aufgrund von Induktion eine weitere, abführbare elektrische Energie. Der Elektromagnet ist mit einer elektrischen Energie beaufschlagbar, welche einstellbar sein kann. Durch das Beaufschlagen des Elektromagneten mit elektrischer Energie ist ein Magnetfeld des Elektromagneten beeinflussbar, wodurch eine Beweglichkeit zwischen dem Elektromagneten und der Spule einstellbar ist. Die Beweglichkeit kann in Abhängigkeit einer Ansteuerung der elektrischen Energie, mit welcher der Elektromagneten beaufschlagt ist, insbesondere stufenlos zwischen schwergängig und leichtgängig einstellbar sein.
Die zweite Energieableiteeinrichtung kann in einer Ausführungsform direkt gegenüberliegend zu der ersten Energieableiteeinrichtung an dem Grundkörper angeordnet sein. Derart kann vorteilhafterweise eine auf die Vorrichtung wirkende kinetische Energie welche auf die erste Energieableiteeinrichtung wirkt mittels Aufbringen eines Stromflusses auf die zweite Energieableiteeinrichtung in eine auf den Grundkörper wirkende Schwingungsdämpfung umgelenkt werden, sodass die Vorrichtung insbesondere bei sehr hoher auf die Vorrichtung wirkenden kinetischen Energien vorteilhafterweise vor einem Bruch oder einer Materialermüdung geschützt ist.
Die Vorrichtung kann in einer Ausführungsform ausschließlich erste Energieableiteeinrichtungen und zumindest eine Feder aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung eine zweite erste Energieableiteeinrichtung und/oder weitere erste Energieableiteeinrichtungen und/oder eine zweite zweite Energieableiteeinrichtung und/oder weitere zweite Energieableiteeinrichtungen aufweisen. Die Merkmale und Ausgestaltungsformen der zweiten und weiteren ersten Energieableiteeinrichtungen und der zweiten und weiteren zweiten Energieableiteeinrichtung entsprechen den Ausführungen zu der ersten resp. zweiten Energieableiteeinrichtung.
Die zweite oder weitere erste Energieableiteeinrichtung kann insbesondere derart zu der ersten Energieableiteeinrichtung und/oder anderen ersten und/oder zweiten Energieableiteeinrichtungen an dem Grundkörper angeordnet sein, dass eine vorteilhafte Beweglichkeit des Grundkörpers gegenüber dem Hohlkörper und/oder Bewegungshemmung des Grundkörpers gegenüber dem Hohlkörper bei großen kinetischen Energien realisierbar ist. In einer Ausführungsform bewegen sich die jeweiligen Permanentmagneten sowohl beim Auslenken des Grundkörpers in die erste Richtung als auch beim Auslenken des Grundkörpers in die zweite Richtung und beim Wiedereinnehmen der Ruheposition des Grundkörpers, wodurch jeweils eine elektrische Energie erzeugt wird. Mittels Anzahl und Anordnung der ersten und zweiten Energieableiteeinrichtungen und/oder Federn kann ein von der kinetischen Energie abhängiger Betriebsbereich der Vorrichtung vorteilhafterweise optimal ausgelegt werden.
Die Vielzahl Federn, erste und/oder zweite Energieableiteeinrichtungen können mit ihrem jeweiligen ersten Ende insbesondere äquidistant zueinander über die Außenmantelfläche des Grundkörpers verteilt an diesem angeordnet und/oder mit ihrem jeweiligen zweiten Ende äquidistant zueinander über die Innenmantelfläche des Hohlkörpers verteilt an diesem angeordnet sein. Mit anderen Worten weisen die jeweiligen Federn und/oder die jeweiligen ersten und/oder zweiten Energieableiteeinrichtungen einen selben Abstand zueinander auf.
In einer Ausführungsform kann zur Definition der optimalen Anordnungspunkte der Federn, ersten und/oder zweiten Energieableiteeinrichtungen an der Außenmantelfläche des Grundkörpers und/oder der Innenmantelfläche des Hohlkörpers eine Tetraeder-Geometrie auf die Form des Grundkörpers angewendet sein. Zusätzlich oder alternativ kann hierzu eine Geometrie eines platonischen Körpers und/oder weiterer Polyeder auf die Form des Grundkörpers angewendet sein. Derart kann vorteilhafterweise eine hochgradig symmetrische Anordnung der Federn und Energieableiteeinrichtungen realisiert sein. Somit sind sowohl die Anordnungspunkte, auch Ankerpunkte genannt, der Energieableiteeinrichtung oder Energieableiteeinrichtungen als auch der Feder oder Federn gleichmäßig über die Symmetrie der Kugeloberfläche, sowohl des Grundkörpers, als auch der Hohlkugel, verteilt und/oder gleichmäßig zueinander verteilt. Weiter vorteilhafterweise ist eine Anzahl Energieableiteeinrichtungen unabhängig von einer Anzahl Federn wählbar, sodass eine Anzahl Energieableiteeinrichtungen von der Anzahl der Federn abweichen kann.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Energieumwandlungssystem nach Anspruch 10 und in einem dritten Aspekt durch eine fluiddurchströmte Wellennutzungsanlage nach Anspruch 11.
Für den zweiten und dritten Aspekt gelten die zu dem Gegenstand des ersten Aspektes ausgeführten Merkmale und Vorteile entsprechend.
Unter einer "Wellennutzungsanlage" wird ein Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer welleninduzierten kinetischen Energie verstanden. Der Rahmen ist vom Fluid durchströmbar und weist zumindest einen Welleneinlass und einen Wellenauslass auf, wobei der Welleneinlass auch als Wellenauslass arbeiten kann und umgekehrt. Der Rahmen kann rechteckig sein und/oder eine andere Polyederform aufweisen. Es sind insbesondere sämtliche Flächen des Rahmens von dem Fluid durchströmbar. Es kann jede Fläche des Rahmens als Welleneinlass und/oder Wellenauslass ausgebildet sein, wobei eine Funktionszuordnung als Welleneinlass und/oder Wellenauslass auch ohne Änderung des Rahmens und/oder seiner Elemente zu einem ersten Zeitpunkt unterschiedlich gegenüber einem zweiten Zeitpunkt sein kann. Zur Regulierung der Menge, Richtung und/oder Geschwindigkeit des einströmenden und/oder ausströmenden Fluids kann der Rahmen zumindest eine Regulierungsvorrichtung aufweisen, welche insbesondere an einer Fläche des Rahmens angeordnet ist. Mittels der Regulierung ist voreilhafterweise ein Betrieb des Systems auch bei großen Wellenenergien möglich. Der Rahmen kann teilweise und/oder vollständig unter einer Wasseroberfläche angeordnet sein.
Die "erste Energieaufnahmeeinrichtung" kann einen Hohlkörper und einen mittig in einem Hohlkörper angeordneten Grundkörper aufweisen, wobei der Grundkörper sich insbesondere zumindest mittels einer ersten Feder und einer der ersten Feder zugeordneten aber von dieser insbesondere räumlich beabstandeten längenvariablen ersten Energieableiteeinrichtung von einer Innenwandung des Hohlkörpers abstützt. Das Abstützen erfolgt insbesondere an Ankerpunkten. Die Ankerpunkte können Gelenke aufweisen. Die Ankerpunkte können an einer Außenhaut des Grundkörpers und/oder einer Innenwandung des Hohlkörpers angeordnet sein.
Nach dem Vorbild der durch die Festkörperphysik definierten Kristallgitter oder unter Anwendung der Geometrien platonischer Körper können diverse Gitterstrukturen definiert werden, bei denen ein Seil zwei Hohlkugeln verbindet.
Der Hohlkörper ist im Wesentlichen sphärisch, insbesondere eine Hohlkugel und kann zusätzlich oder alternativ eine Öffnung, insbesondere eine Bestückungsund/ oder Wartungsöffnung aufweisen, welche temporär verschließbar, insbesondere fluiddicht verschließbar, sein
kann.
Die Energieableiteeinrichtung weist insbesondere eine Hülse und eine daran angeordnete Spule sowie einen in die Hülse eingesteckten und darin beweglichen, stabförmigen Arbeitsmagneten auf. Der Arbeitsmagnet kann ein Permanentmagnet und/oder ein Elektromagnet sein. Energieableiteeinrichtungen mit einem Elektromagneten können insbesondere mittels einer durch eine Energieableiteeinrichtung mit Permanentmagnet erzeugte Energie bestromt sein und weisen insbesondere eine mittels der Bestromung des Elektromagneten einstellbare Beweglichkeit des Arbeitsmagneten bezüglich der Hülse auf, sodass derartige Energieableiteeinrichtungen vorteilhafterweise bei sehr großen Impulsen zu einer Dämpfung einer Bewegungsenergie, welcher eine Energieaufnahmeeinrichtung ausgesetzt ist, verwendet werden können. Die Energieableiteeinrichtungen mit einem Permanentmagneten als Arbeitsmagnet oder einem Elektromagneten erzeugen bei einer Bewegung des Arbeitsmagneten entlang einer Längserstreckung der Hülse eine elektrische Energie. Die Bewegung des Arbeitsmagneten bezüglich der Hülse wird insbesondere durch ein Auslenken des Grundkörpers aus seiner Ruhelage induziert, was insbesondere durch Einwirken einer äußeren Kraft auf den Hohlkörper, insbesondere einer kinetischen Energie einer Welle eines Fluids, als Beschleunigungskraft auf die erste Energieaufnahmeeinrichtung wirkt.
Die Feder kann insbesondere einen von einem Außendurchmesser der Energieableiteeinrichtungen unterschiedlichen Durchmesser haben, sodass eine Konfektion des Systems u.a. mittels einer Federsteifigkeit optimalerweise eine geringere Komplexität aufweist.
Die erste Energieaufnahmeeinrichtung kann zusätzlich oder alternativ eine zweite Feder und/oder eine der zweiten Feder zugeordnete und insbesondere räumlich von ihr beabstandete sowie längenvariable zweite Energieableiteeinrichtung aufweisen, welche ebenfalls den Grundkörper gegenüber der Innenwandung des Hohlkörpers abstützt. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Energieaufnahmeeinrichtung eine Vielzahl Federn und/oder eine Vielzahl längenvariable Energieableiteeinrichtungen aufweisen, welche den Grundkörper gegenüber der Innenwandung des Hohlkörpers abstützen. Eine Anordnung der Vielzahl Federn und/oder eine Anordnung der Energieableiteeinrichtungen kann über eine Außenmantelfläche des Grundkörpers und die Innenmantelfläche des Hohlkörpers äquidistant verteilt sein, sodass vorteilhafterweise eine Energiegewinnung bei einer beliebigen Auslenkungsrichtung des Grundkörpers gegenüber dem Hohlkörper realisiert ist. Alle Energieableiteeinrichtungen können einen Permanentmagneten als Arbeitsmagneten aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können alle Energieableiteeinrichtungen einen Elektromagneten als Arbeitsmagneten aufweisen.
Die erste Energieaufnahmeeinrichtung kann in einer Ausführungsform zumindest eine Energieableiteeinrichtung mit einem Permanentmagneten als Arbeitsmagneten und zumindest eine Energieableiteeinrichtung mit einem Elektromagneten als Arbeitsmagneten aufweisen, welche insbesondere derart angeordnet sind, dass eine Wirkrichtung der Energieableiteeinrichtung mit dem Elektromagneten einer Wirkrichtung der Energieableiteeinrichtung mit dem Permanentmagneten zumindest teilweise entspricht. Ein insbesondere vordefinierter Anteil der mittels der zumindest einen Energieableiteeinrichtungen mit Permanentmagnet erzeugten Energie kann zur Bestromung des Elektromagneten der Energieableiteeinrichtungen mit Elektromagnet
eingeleitet werden, sodass der zumindest eine Elektromagnet in Abhängigkeit der Wellenenergie angeregt ist, die auf das System einwirkt. Derart wird vorteilhafterweise bei steigender Wellenenergie resp. steigender Größe des auf den Grundkörper wirkenden Impulses, eine größere Verteilung der resultierenden mechanische Krafteinleitung auf weitere Ankerpunkte realisiert werden, wodurch die betroffenen Ankerpunkte weniger stark belastet werden. Weiter vorteilhafterweise können die Energieableiteeinrichtungen mit Permanentmagneten bei der vorstehenden Ausführungsform
über ein großes Wellenenergiespektrum in ihrem idealen Betriebsbereich betrieben werden.
In einer Ausführungsform kann zur Definition der optimalen Ankerpunkte eine Tetraeder-Geometrie auf die Form des Grundkörpers angewendet sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Geometrie eines platonischen Körpers und/oder weiterer Polyeder auf die Form des Grundkörpers angewendet sein. Derart kann vorteilhafterweise eine hochgradig symmetrische Anordnung der Federn und Energieableiteeinrichtungen realisiert sein. Somit sind sowohl die Ankerpunkte der Energieableiteeinrichtung oder Energieableiteeinrichtungen als auch die Ankerpunkte der Feder oder Federn gleichmäßig über die Symmetrie der Kugeloberfläche, sowohl des Grundkörpers, als auch der Hohlkugel, verteilt und/oder gleichmäßig zueinander verteilt. Weiter vorteilhafterweise ist eine Anzahl Energieableiteeinrichtungen unabhängig von einer Anzahl Federn wählbar, sodass eine Anzahl Energieableiteeinrichtungen von der Anzahl der Federn
abweichen kann.
Die Federn und/oder die Vielzahl Federn ist oder sind zwischen dem Hohlkörper und dem Grundkörper insbesondere derart angeordnet, dass sich die geometrischen Mittelachsen der Feder oder Federn nicht mit der oder den Mittelachsen
der Energieableiteeinrichtungen überdecken. Zusätzlich oder alternativ sind die Feder radial zu einem Mittelpunkt des Grundkörpers, welcher im Wesentlichen dem Mittelpunkt des Hohlkörpers entspricht ausgerichtet. Derart liegt vorteilhafterweise keine Reibung zwischen der Feder oder den Federn und einer Oberfläche der Energieableiteeinrichtung oder Energieableiteeinrichtungen vor.
Die gleichmäßige Verteilung der Ankerpunkte, an welchen die Feder oder Federn und/oder die Energieableiteeinrichtung oder Energieableiteeinrichtungen die Hohlkugel und/oder den Grundkörper kontaktieren realisiert vorteilhafterweise eine optimale Energiegewinnung, eine optimale Auslenkbarkeit sowie eine optimale Rückführbarkeit des Grundkörpers aus der und in die Ruhelage.
Für die zweite Energieaufnahmeeinrichtung gelten dieselben Merkmale und Vorteile wie für die erste Energieaufnahmeeinrichtung.
Ein erstes Verbindungselement verbindet insbesondere eine erste Energieaufnahmeeinrichtung mit einer zweiten Energieaufnahmeeinrichtung. Ein zweites Verbindungselement verbindet insbesondere die erste Energieaufnahmeeinrichtung mit einem Rahmen der Wellennutzungsanlage. Ein drittes Verbindungselement verbindet insbesondere die zweite Energieaufnahmeeinrichtung mit dem Rahmen der Wellennutzungsanlage. Das erste Verbindungselement, das zweite Verbindungselement und/oder das dritte Verbindungselement erzeugt insbesondere einen Widerstand gegen Zug und weist im Wesentlichen keinen Widerstand gegen Druck auf, wie ein Seil, eine Leine, ein Tau und/oder ein nicht starres Kabel. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Verbindungselement, das zweite Verbindungselement und/oder das dritte Verbindungselement starr oder elastisch ausgeführt sein. In einer Ausführungsform entspricht das erste Verbindungselement, das zweite Verbindungselement und/oder das dritte Verbindungselement einem elektrischen Leiter, umgibt den elektrischen Leiter und/oder kontaktiert den elektrischen Leiter. Die Verbindungselemente sind insbesondere an Anbindungspunkten angeordnet, welche an einer Außenhaut der Energieaufnahmeeinrichtungen angeordnet sind. Die Verbindungelemente können insbesondere Seile, Leinen, Taue und/oder elektr. Kabel sein.
In einer Ausführungsform sind eine Vielzahl Energieableiteeinrichtungen zu einer "Untergruppe" zusammengefasst, indem sie mittels starrer Verbinder miteinander verbunden sind. Eine Vielzahl Untergruppen können wiederum mit Verbindungselementen verbunden sein, die ausschließlich Zugkräfte aufnehmen. Derart können vorteilhafterweise große Bereiche zur Energiegewinnung verwendet werden und eine optimale Konfektion der Wellenenergieanlage realisiert sein.
Eine hohe relative Beschleunigung zwischen Grundkörper und Hohlkörper ist vorteilhaft, um eine Relativbewegung mit hoher Geschwindigkeit hervorzurufen, welche auf die Energieableiteeinrichtungen wirkt. Zu diesem Zweck können an der Außenhaut der ersten Energieableiteeinrichtung weitere Anbindungspunkte als Ankerpunkte angeordnet sein, an welchen Seile, Leinen, Taue und/oder elektr. Kabel anordnenbar sind, sodass jeweils zwei erste Energieableiteeinrichtungen untereinander, eine Vielzahl Energieableiteeinrichtungen miteinander und/oder Energieableiteeinrichtungen mit einem Rahmen verbindbar sind. Die ersten Energieableiteeinrichtungen werden durch die derart realisierte Gitterstruktur insbesondere während des Anrollens einer Welle vorpositioniert und bewegen sich unter mittels der Verbindungen initiierten Wechselwirkungen, innerhalb der Wellen in unterschiedliche Richtungen. Mittels der Verbindungen, wie Seile, Leinen, Taue und/oder elektr. Kabel ist mit anderen Worten ein vordefinierter Bewegungsspielraum realisiert, an dessen Ende die Energieableiteeinrichtungen mittels der Verbindungen im Wesentlichen ruckartig gestoppt werden.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erste Energieaufnahmeeinrichtung, die zweite Energieaufnahmeeinrichtung und/oder die Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen ist in einer Ausführungsform insbesondere mittels eines elektrischen Leiters mit einem Speicher für elektrische Energie und/oder einem elektrischen Netz verbunden und gibt an diesen die gewonnene elektrische Energie ab. Derart ist die gewonnene elektrische Energie vorteilhafterweise nutzbar gemacht.
Unter einem "Bewegungsbereich" wird insbesondere ein linear, flächig und/oder räumlich erstreckter Bereich

verstanden, in welchem sich die dem jeweiligen Bewegungsbereich zugeordnete erste Energieaufnahmeeinrichtung, zweite Energieaufnahmeeinrichtung und/oder weitere Energieaufnahmeeinrichtung aufhalten kann. Der Bewegungsbereich ist insbesondere begrenzt. Die Begrenzung kann mittels des ersten Verbindungselements, des zweiten Verbindungselements, des dritten Verbindungselements und/oder mittels eines Rahmens der Wellennutzungsanlage realisiert sein. Die Begrenzung des Bewegungsbereiches der ersten Energieaufnahmeeinrichtung, zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder weiteren Energieaufnahmeeinrichtung realisiert vorteilhafterweise nach einer welleninduzierten Beschleunigung der ersten Energieaufnahmeeinrichtung, zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder weiteren Energieaufnahmeeinrichtung in eine erste Richtung eine negative Beschleunigung der ersten Energieaufnahmeeinrichtung, zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder weiteren Energieaufnahmeeinrichtung in eine zweite Richtung, bei der
wiederum die Grundkörper der ersten Energieaufnahmeeinrichtung, zweiten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder weiteren Energieaufnahmeeinrichtung ausgelenkt werden und elektrische Energie erzeugt wird.

Eine Ausgestaltung der ersten Energieaufnahmeeinrichtung und/oder zweiten Energieaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Anzahl und/oder Anordnung von Federn und Energieableiteeinrichtungen kann mit einer Ausgestaltung des Bewegungsbereichs korrespondieren.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der mittels der Verbindungselemente und/oder des Rahmens begrenzte Bewegungsraum einer Energieaufnahmeeinrichtung im Wesentlichen linear in eine erste Raumrichtung und die Energieaufnahmeeinrichtung ist mit einer Feder und einer Energieableiteeinrichtung eingerichtet, um bei einer Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung in die erste Raumrichtung mittels der Energieableiteeinrichtung elektrische Energie zu erzeugen. Vorteilhafterweise weist eine derartige Energieaufnahmeeinrichtung eine geringe Anzahl Elemente auf und ist somit einfach herstellbar und kostengünstig.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der mittels der Verbindungselemente und/oder des Rahmens begrenzte Bewegungsraum einer Energieaufnahmeeinrichtung im Wesentlichen flächig in die erste Raumrichtung und in eine zweite Raumrichtung und die Energieaufnahmeeinrichtung ist mit zumindest zwei Federn und zwei Energieableiteeinrichtungen eingerichtet, um bei einer Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung in die erste Raumrichtung und/oder die zweite Raumrichtung mittels der Energieableiteeinrichtungen elektrische Energie zu erzeugen.
Der mittels der Verbindungselemente und/oder des Rahmens begrenzte Bewegungsraum einer Energieaufnahmeeinrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform im Wesentlichen sphärisch, insbesondere elliptisch, und die Energieaufnahmeeinrichtung ist mit zumindest vier Federn und vier Energieableiteeinrichtungen eingerichtet, um bei einer Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung in eine beliebige Raumrichtung und/oder bei einer rotatorischen Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung mittels der Energieableiteeinrichtungen elektrische Energie zu erzeugen. Vorteilhafterweise wird mittels einer derartigen Energieaufnahmeeinrichtung ein hoher Energiegewinnungsgrad erreicht.
Eine Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung in die erste Raumrichtung kann im Wesentlichen durch eine welleninduzierte Höhenänderung des Fluids induziert sein, eine Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtung in die zweite und/oder dritte Raumrichtung kann im Wesentlichen durch eine translatorische Wellenbewegungsenergie, insbesondere in Wellenausbreitungsrichtung und/oder eine rotatorische Wellenbewegungsenergie induziert sein.
Eine Ausrichtung der Energieaufnahmeeinrichtung oder Energieaufnahmeeinrichtungen in dem Rahmen kann zu einer erwarteten Wellenbewegungsenergie korrespondieren und/oder einstellbar sein. Vorteilhafterweise kann durch die Ausrichtung der Wellennutzungsanlage in Bezug auf die aktuellen Umgebungsbedingungen, insbesondere der vorherrschenden Wirkrichtung einer Wellenbewegungsenergie, ein Energiegewinnungsgrad erhöht sein.
Mittels einer Anordnung einer Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen in einer Gitterstruktur ist vorteilhafterweise eine optimierte Nutzung der welleninduzierten Beschleunigung sowie elementinduzierter Beschleunigungen realisiert. Die elementinduzierte Beschleunigung resultiert dabei insbesondere aus den Verbindungen der Energieaufnahmeeinrichtung untereinander und/oder mit dem Rahmen der Wellennutzungsanlage.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen frei in dem Bereich zwischen dem Welleneinlass und dem Wellenauslass beweglich angeordnet sein. Der Rahmen kann hierzu entsprechend eingerichtet sein, dass die Energieaufnahmeeinrichtungen gehalten werden. Der Rahmen kann eine vordefinierte Beweglichkeit gegenüber einem Umfeld der Wellennutzungsanlage aufweisen, sodass eine Energieerzeugung insbesondere mittels auf die Energieaufnahmeeinrichtungen wirkender kinetischer Wellenenergie sowie eine durch die Bewegung des Rahmens gegenüber dem Umfeld induzierte und auf die Energieaufnahmeeinrichtungen wirkende kinetische Energie realisiert ist. Zusätzlich oder alternativ können die Energieaufnahmeeinrichtungen einen vordefinierten Auftrieb aufweisen, sodass ihre relative Position in einer Ruhelage innerhalb des Rahmens, welcher insbesondere an einer festen Position angeordnet ist, vorbestimmt ist und eine Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtungen durch eine kinetische Energie des Fluids und ein Beschränken der Beweglichkeit der Energieaufnahmeeinrichtungen mittels des Rahmens induziert ist.
Die Wellennutzungsanlage weist in einer Ausführungsform einen einstellbaren Wellenregulator auf. Mittels des einstellbaren Wellenregulators ist vorteilhafterweise eine Strömung des Fluids in die Wellennutzungsanlage und/oder in der Wellennutzungsanlage einstellbar.
Weiter vorteilhafterweise bietet ein im Wesentlichen vollständiges Schließen des einstellbaren Wellenregulators einen Schutz der Wellennutzungsanlage bei besonders rauen Umweltbedingungen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Wellenenergieumwandlers,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Wellenenergieumwandlers,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines dritten Wellenenergieumwandlers,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines vierten Wellenenergieumwandlers,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Energieumwandlungssystems, sowie
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Wellennutzungsanlage.
Figur 7 eine schematische Darstellung eines ersten Wellenkraftwerks im Schnitt,
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Bewegungsbereiches einer ersten Energieaufnahmeeinrichtung,
Figur 9 eine schematische Darstellung jeweiliger Bewegungsbereiche einer ersten und einer zweiten Energieaufnahmeeinrichtung,
Figur 10 eine schematische Darstellung von Lamellen als Wellenregulator an dem ersten Wellenkraftwerk,
Figur 11 eine schematische Darstellung einer verschieblichen Wand als Wellenregulator an dem ersten Wellenkraftwerk,
Figur 12 eine schematische Darstellung eines zweiten Wellenkraftwerks, sowie
Figur 13 eine schematische Darstellung eines dritten Wellenkraftwerks.

Ein erster Wellenenergieumwandler 101a weist eine Hohlkugel 103 auf. Eine Trägheitsmasse 105 ist in einer Ruhelage in einer Mitte der Hohlkugel 103 angeordnet, indem die Trägheitsmasse 105 gegenüber einer Innenwandung I der Hohlkugel 103 mittels eines ersten Lineargenerators 108 und einer ersten Schraubenfeder 107 abgestützt ist. Der erste Lineargenerator 108 umfasst eine erste Hülse mit Spule 109a, welche an der Innenwandung I angeordnet ist und einen in der ersten Hülse mit Spule 109a beweglich angeordneten ersten Arbeitsmagnet 109b.
Wirkt, wie in Figur 1b) dargestellt, eine kinetische Energie, welche durch eine Wellenbewegung von Wasser W induziert ist, in einer ersten Richtung F₁ auf die Hohlkugel 103, so wird die Trägheitsmasse 105 in der zweiten Richtung F₂ ausgelenkt. Winkelbereiche zwischen den Richtungen F₁, F₂ sein ebenfalls abgedeckt. Dabei verkürzt sich die erste Schraubenfeder 107 und der erste Arbeitsmagnet 109b schiebt sich aus der ersten Hülse mit Spule 109a heraus, wodurch eine elektrische Energie erzeugt wird.
Die Trägheitsmasse 105 eines zweiten Wellenenergieumwandlers 101b ist neben der ersten Schraubenfeder 107 und dem ersten Lineargenerator 108 zusätzlich mittels eines zweiten Lineargenerators 118 und eine zweite Schraubenfeder 117 gegenüber einer Innenwandung I der Hohlkugel 103 abgestützt. Die zweite Schraubenfeder 117 und der zweite Lineargenerator 118 sind an der Trägheitsmasse 105 an einer anderen Position als die erste Feder 107 und der erste Lineargenerator 108, insbesondere diesen entgegengesetzt wirkend, angeordnet, so dass beim Auslenken, auch Bewegen genannt, der Trägheitsmasse 105 sowohl in die erste Richtung F₁ und zweite Richtung F₂ mittels des ersten Lineargenerators 108 als auch in einer senkrecht dazu orientierten dritten Richtung F₃ und vierten Richtung F₄ des zweiten Lineargenerators 118 eine elektrische Energie erzeugt wird. Winkelbereiche zwischen den Richtungen F₁, F₂, F₃, F₄ sein ebenfalls abgedeckt.
Zudem ist an der Trägheitsmasse 105 des zweiten Wellenenergieumwandlers 101b eine zweite Trägheitsmasse 111 angeordnet, welche insbesondere eine Unwucht, insbesondere eine Erhöhung der rotatorischen Trägheit realisierend, der Trägheitsmasse 105 realisiert und derart einen Auslenkungseffekt einer rotatorischen kinetischen Energie auf die Trägheitsmasse 105 erhöht.
Die Trägheitsmasse 105 eines dritten Wellenenergieumwandlers 101c ist mit einer ersten Schraubenfeder 107, einem ersten Lineargenerator 108 sowie einem ersten Dämpfer 128, insbesondere als eine zweite Energieableiteeinrichtung wirkend, gegenüber der Innenwandung I der Hohlkugel 103 abgestützt.
Der erste Dämpfer 128 umfasst eine hülsenförmig aufgewickelte Spule, welche an der Innenwandung I der Hohlkugel 103 angeordnet ist und einen in der hülsenförmig aufgewickelten Spule beweglich angeordneten Elektromagneten auf. Durch eine Relativbewegung des Elektromagneten gegenüber der hülsenförmigen Spule, wird mittels Induktion eine elektrische Energie erzeugt. Eine zur Realisierung der Relativbewegung aufzuwendende Kraft ist mittels Bestromung des Elektromagneten einstellbar. Der Elektromagnet kann mittels eines Anteils des von dem ersten Lineargenerator 108 erzeugten Stroms bestromt sein, so dass der erste Dämpfer 128 insbesondere in vordefinierten Belastungsbereichen eine Bewegung der Trägheitsmasse 105 in Abhängigkeit der erzeugten Energie dämpft. Der Stromtransfer kann durch festgelegte Schwellwerte getriggert werden. Der Anteil des transferierten Stroms kann prozentuell sein oder linear anwachsen oder exponentiell anwachsen.
In einem nicht einschränkenden Beispiel wirken auf die Anbindungspunkte des ersten Lineargenerators 108 und des ersten Dämpfers 128 gegenüber der Innenwandung I und der Trägheitsmasse 105 im Idealbetrieb des Lineargenerators min. 5N Axialkraft und max. 10 N Axialkraft. Der Wellenenergieumwandler 101c kann zudem so ausgelegt sein, dass die Generatoren des Lineargenerators 108 und/oder des ersten Dämpfers 128 bei einer stetigen Beaufschlagung mit einer 13N Amplitude zur Überhitzung neigen würden und/oder die Anbindungspunkte des Lineargenerators 108 und/oder des ersten Dämpfers 128 bei einer Beaufschlagung mit einer 15N Amplitude ihre Lastgrenze erreichen würden. Der Auslegung folgend könnte eine Ansteuerung des Elektromagneten des ersten Dämpfers 128 ab einer Amplitude von 6N erfolgen, sodass die Axialkraft an den Anbindungspunkten des Lineargenerators 108 und/oder des ersten Dämpfers 128 maximal 8N beträgt. Die Ansteuerungsgröße kann gegenüber der Größe der Amplitude exponentiell, linear und/oder prozentual ermittelbar sein.
Die Trägheitsmasse 105 eines vierten Wellenenergieumwandlers 101d ist mit der ersten Schraubenfeder 107, der zweiten Schraubenfeder 117 und dem ersten Lineargenerator 108 sowie dem zweiten Lineargenerator 118 sowie zusätzlich mittels eines ersten Dämpfers 128 und eines zweiten Dämpfers (nicht dargestellt), insbesondere als zweite Energieableiteeinrichtung wirkend, gegenüber einer Innenwandung I der Hohlkugel 103 abgestützt. Der zweite Dämpfer ist wie der erste Dämpfer 128 aufgebaut. An der Trägheitsmasse 105 sind zwei zweite Trägheitsmassen 111 angeordnet. Die Lineargeneratoren 108, 118 und der erste Dämpfer 128 mit dem zweiten Dämpfer realisieren in ihrem Zusammenwirken eine Auslenkbarkeit der Trägheitsmasse 105 beim Einwirken einer kinetischen Energie auf den vierten Wellenenergieumwandler 101d und damit einhergehend eine Erzeugung elektrischer Energie mittels der Lineargeneratoren 108, 118 und des ersten Dämpfer 128 sowie des zweiten Dämpfers sowie ein Einhalten einer Maximalauslenkung der Trägheitsmasse 105 und ein Einhalten einer maximalen Belastung der Anbindungspunkte der Lineargeneratoren 108, 118 und des ersten Dämpfer 128 sowie des zweiten Dämpfers an der Hohlkugel 103 und der Trägheitsmasse 105 mittels der Dämpfung durch den ersten Dämpfer 128 und zweiten Dämpfer.
Ein Energieumwandlungssystem 131 weist den zweiten Wellenenergieumwandler 101b sowie ein Kabel 135 und eine Batterie 133 zur Speicherung elektrischer Energie auf. Die erzeugte elektrische Energie wird mittels des Kabels 135 von dem zweiten Wellenenergieumwandler 101b an die Batterie 133 abgeführt. Das Kabel 135 verbindet den ersten Lineargenerator 108 und den zweiten Lineargenerator 118 jeweils elektrisch mit der Batterie 133. Die Batterie 133 kann an ein elektrisches Versorgungsnetz und/oder an einen Verbraucher angeschlossen sein.
Wird ein Energieumwandlungssystem aus dritten Wellenenergieumwandlern 101c und/oder vierten Wellenenergieumwandlern 101d gebildet, so ist die erzeugte elektrische Energie ebenfalls mittels elektrischer Verbinder von dem oder den Lineargeneratoren 108, 118 und dem ersten Dämpfer 128 und/oder dem zweiten Dämpfer an eine Batterie, einen Verbraucher und/oder an ein elektrisches Netz abführbar (nicht dargestellt) abführbar.
Eine Wellennutzungsanlage 141 weist in der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform drei zweite Wellenenergieumwandler 101b auf, welche mittels Kabeln 135 mit der Batterie 133 verbunden sind. Die drei zweiten Wellenenergieumwandler 101b sind mittels elastischer Aufhängungen 145 zweiseitig an einem Rahmen 143 befestigt, welcher vollständig von Wasser W bedeckt ist. Der Rahmen 143 wird von dem Wasser W durchströmt, sodass eine Wellenenergie auf die drei zweiten Wellenenergieumwandler 101b wirkt, welche hierdurch eine elektrische Energie erzeugen und an die Batterie 133 abgeben. Die elastischen Aufhängungen 145 begrenzen einen jeweiligen Bewegungsraum der zweiten Wellenenergieumwandler 101b.
Ein erstes Wellenkraftwerk 201a ist vollständig in Wasser W eingetaucht und ist von Wellen überspült. Das erste Wellenkraftwerk 201a weist einen Rahmen 203 mit einem Welleneinlass 207 und einem Wellenauslass 209 auf, sodass die Wellen sich in einer Wellenausbreitungsrichtung 205 von dem Welleneinass 207 zu dem Wellenauslass 209 in dem ersten Wellenkraftwerk 201a ausbreiten.
Innerhalb des Rahmens 203 ist eine erste Energieaufnahmeeinrichtung 211 mittels zwei elastischer Verbinder 217a mit zwei gegenüberliegend angeordneten Wänden des Rahmens 203 verbunden. Des Weiteren ist eine zweite Energieaufnahmeeinrichtung 213 mittels eines Seils 217b mit der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 verbunden.
Die erste Energieaufnahmeeinrichtung 211 weist einen ellipsoiden ersten Bewegungsbereich B1 auf und die zweite Energieaufnahmeeinrichtung 213 einen ellipsoiden zweiten Bewegungsbereich B2. Die Hauptbewegungsrichtung der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 und der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213 ist jeweils vertikal orientiert, eine zweite und dritte Bewegungsrichtung ist horizontal orientiert.
Die erste Energieaufnahmeeinrichtung 211 weist einen Hohlkörper 233 mit einem in einer Ruhelage im Wesentlichen mittig darin angeordneten Grundkörper 227 mit einem hohen spezifischen Gewicht auf, welcher sich mittels zweier an dem Grundkörper 227 angeordneter Energieumwandler 225 sowie zweier Federn von einer Innenwandung des Hohlkörpers 233 abstützt. Die Energieumwandler 225 weisen jeweils einen längenvariablen Lineargenerator auf, welcher beidseitig als Verbindungsmittel Kugelgelenke aufweist. Die Federn sind jeweils einem der Energieumwandler 225 zugeordnet und räumlich von diesem beabstandet sowie mittels Haken und Ösen an dem Grundkörper 227 und dem Hohlkörper 233 angeordnet Derart ist der Grundkörper 227 in beliebige Raumrichtungen aus seiner Ruhelage auslenkbar und wird nach dem Auslenken mittels der Federn wieder in seine Ruhelage zurückgebracht.
Das Auslenken wird insbesondere durch eine translatorisch oder rotatorisch auf die erste Energieaufnahmeeinrichtung 211 wirkende Wellenbewegung des Wassers W, welche zu einer Beschleunigung der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 führt, sowie eine negative Beschleunigung einer bewegten ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 durch die elastischen Verbinder 217a und jeweils die Beweglichkeit des
Grundkörpers 227 gegenüber dem Hohlkörper 233 sowie die Trägheit des Grundkörpers 227 induziert. Beim Auslenken ändert sich insbesondere eine Länge der längenvariablen Lineargeneratoren der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Zudem ist an dem Grundkörper 227 eine Trägheitsmasse 231 angeordnet, wodurch insbesondere ein Energieerzeugungsgrad einer auf die erste Energieaufnahmeeinrichtung 211 wirkenden rotatorischen Kraft erhöht ist.
Der Aufbau der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211, wobei das Auslenken der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213, insbesondere eines zweiten Grundkörpers 235 der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213, durch die translatorisch
oder rotatorisch auf die zweite Energieaufnahmeeinrichtung 213 wirkende Wellenbewegung des Wassers W, welche zu einer Beschleunigung der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213 führt, sowie eine positive oder negative Beschleunigung einer bewegten erste Energieaufnahmeeinrichtung 211, welche mittels des Seils 217b auf die zweite Energieaufnahmeeinrichtung 213 wirkt, induziert.
Die Lineargeneratoren der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213 sind mittels eines elektrischen Leiters (nicht dargestellt) und entlang des Seils 217b mit einem Kabel 215 verbunden, welches die Lineargeneratoren der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 mit einer Batterie 223 verbindet, sodass die mittels der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 und der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213 erzeugte elektrische Energie an die Batterie 223 abfließt und in der Batterie 223 gespeichert wird.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Rahmen 203 an dem Welleneinlass 207 sieben Lamellen 219 und an dem Wellenauslass 209 sieben Lamellen 219 als Wellenregulator auf. Die Lamellen 219 können zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegt werden, sodass ein Welleneintritt als auch eine Ausbreitung der Wellen in dem ersten Wellenkraftwerk 201a und ein Wellenaustritt aus dem ersten Wellenkraftwerk 201a einstellbar sind. Alternativ weist der Rahmen 203 an dem Welleneinlass 207 eine zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung vertikal verschiebliche Wand 221 und an dem Wellenauslass 209 eine vertikal verschiebliche Wand (nicht dargestellt) als Wellenregulator auf, wobei ein Öffnungsgrad der verschieblichen Wände 221 einen Welleneintritt als auch eine Ausbreitung der Wellen in dem ersten Wellenkraftwerk 201a und einen Wellenaustritt aus dem ersten Wellenkraftwerk 201a definiert. Alternativ kann die verschiebliche Wand horizontal verschieblich sein oder türartig um eine Drehachse öffenbar sein.
Alternativ sind sämtliche Flächen des Rahmen 203 von dem Wasser W durchströmbar. Zusätzlich oder alternativ kann ein Welleneinlass auch als Wellenauslass arbeiten und umgekehrt. Der Rahmen 203 kann dabei rechteckig sein oder eine andere Polyederform aufweisen.
Ein zweites Wellenkraftwerk 201b weist einen vollständig von Wasser W umspülten Rahmen 203 sowie in einer Gitterstruktur 237 angeordnete erste Energieaufnahmeeinrichtungen 211 und zweite Energieaufnahmeeinrichtungen 213 auf, wobei insbesondere die ersten Energieaufnahmeeinrichtungen 211 und zweiten Energieaufnahmeeinrichtungen 213 in vertikaler Richtung mittels elastischer Verbinder 217a untereinander und mit dem Rahmen 203 und in horizontaler Richtung mittels Seilen 217b untereinander verbunden sind.
Der Aufbau der Energieaufnahmeeinrichtungen entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der ersten Energieaufnahmeeinrichtung 211 und zweiten Energieaufnahmeeinrichtung 213, sodass ein Auslenken der Energieaufnahmeeinrichtungen, insbesondere der jeweiligen Grundkörper, durch die translatorisch oder rotatorisch auf die Energieaufnahmeeinrichtungen wirkende Wellenbewegung des Wassers W, welche zu einer Beschleunigung der Energieaufnahmeeinrichtungen führt, und/oder eine positive oder negative Beschleunigung einer bewegten benachbarten Energieaufnahmeeinrichtung, welche durch die elastischen Verbinder 217a und/oder die Seile 217b übertragen wird, induziert ist. Die Energieaufnahmeeinrichtungen sind ebenfalls mittels eines nicht dargestellten elektrischen Leiters mit einem Stromspeicher verbunden und geben an diesen die erzeugte Energie ab.
Ein drittes Wellenkraftwerk 201c weist einen an einem Grund G mittels elastischer Verbinder 217a angeordneten Rahmen 203 auf, innerhalb dessen eine Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen freibeweglich gehalten ist. Das dritte Wellenkraftwerk 201c ist vollständig unter Wasser W angeordnet und wird von Wellen durchspült. Die Energieaufnahmeeinrichtungen werden durch die Wellenbewegung und eine Bewegung des Rahmens 203 sowie eine Begrenzung ihrer jeweiligen Beschleunigung durch benachbarte Energieaufnahmeeinrichtungen und den Rahmen positiv oder negativ beschleunigt, wodurch jeweilige Grundkörper der Energieaufnahmeeinrichtungen ausgelenkt werden und die Energieaufnahmeeinrichtungen mittels Lineargeneratoren elektrische Energie erzeugen. Die Energieaufnahmeeinrichtungen sind mittels elektrischer
Leitungen (nicht dargestellt) mit einem Stromnetz verbunden und speisen die gewonnene elektrische Energie in das Stromnetz ein.

Bezugszeichenliste

101a erster Wellenenergieumwandler
101b zweiter Wellenenergieumwandler
101c dritter Wellenenergieumwandler
101d vierter Wellenenergieumwandler
103 Hohlkugel
105 Trägheitsmasse
107 erste Schraubenfeder
108 erster Lineargenerator
109a erste Hülse mit Spule
109b erster Arbeitsmagnet
111 zweite Trägheitsmasse
117 zweite Schraubenfeder
118 zweiter Lineargenerator
119a zweite Hülse mit Spule
119b zweiter Arbeitsmagnet
128 erster Dämpfer
131 Energieumwandlungssystem
133 Batterie
135 Kabel
141 Wellennutzungsanlage
143 Rahmen
145 elastische Aufhängung
F₁ erste Richtung
F₂ zweite Richtung
F₃ dritte Richtung
F₄ vierte Richtung
I Innenwandung
W Wasser
201a erstes Wellenkraftwerk
201b zweites Wellenkraftwerk
201c drittes Wellenkraftwerk
203 Rahmen
205 Wellenausbreitungsrichtung
207 Welleneinlass
209 Wellenauslass
211 erste Energieaufnahmeeinrichtung
213 zweite Energieaufnahmeeinrichtung
215 Kabel
217a elastischer Verbinder
217b Seil
219 Lamellen
221 verschiebliche Wand
223 Batterie
225 Energieumwandler
227 Grundkörper
231 Trägheitsmasse
233 Hohlkörper
235 zweiter Grundkörper
237 Gitterstruktur
W Wasser
G Grund
B1 erster Bewegungsbereich
B2 zweiter Bewegungsbereich

Claims

Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) zum Umwandeln einer kinetischen Energie, insbesondere einer Wellenenergie eines Fluids, in elektrische Energie, aufweisend einen Hohlkörper (103), einen in einer Ruhelage im Wesentlichen mittig innerhalb des Hohlkörpers (103) angeordneten Grundkörper (105), welcher sich zumindest mittels einer ersten Feder (107, 117, 117b, 117c) und einer zu der ersten Feder (107, 117, 117b, 117c) insbesondere beabstandet angeordneten längenvariablen ersten Energieableiteeinrichtung (108) von einer Innenwandung (I) des Hohlkörpers (103) abstützt, wobei die erste Energieableiteeinrichtung (108) an einem ersten Ende eine Hülse (109a) mit einer entlang der Längserstreckung der Hülse (109a) angeordneten Spule und an einem zweiten Ende einen in die Hülse (109a) eingesteckten und darin beweglichen Permanentmagneten (109b) aufweist, wobei bei einer Bewegung des Permanentmagneten (109b) entlang der Längserstreckung der Hülse (109a) eine elektrische Energie erzeugt wird, sodass eine zu einem ersten Zeitpunkt auf den Hohlkörper (103) wirkende erste kinetische Energie die Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) in eine erste Richtung (F₁) beschleunigt, wodurch der Grundkörper (105) auf Grund seiner Massenträgheit aus seiner Ruhelage in einer zweiten, der ersten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt orientierten, Richtung (F₂) ausgelenkt wird, wodurch ein Bewegen des Permanentmagneten (109b) gegenüber der Hülse (109a) initiiert ist und derart die erste kinetische Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (107, 117, 117b, 117c) mit einem ersten Ende an dem Grundkörper (105) und mit einem zweiten Ende an der Innenwandung (I) des Hohlkörpers (103) angeordnet ist.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Grundkörper (105) sich zusätzlich zumindest mittels einer zweiten Energieableiteeinrichtung (118, 128) von der Innenwandung (I) des Hohlkörpers (103) abstützt, wobei die zweite Energieableiteeinrichtung (118, 128) als weitere erste Energieableiteeinrichtung (108) und/oder als Schwingungsdämpfer (128) ausgebildet ist, wobei der Schwingungsdämpfer (128) einen mit einem ersten Ende des Schwingungsdämpfers (128) fest verbundenen spulenförmig aufgewickelten Leiter und einen beweglich zu dem Leiter angeordneten und mit einem zweiten Ende des Schwingungsdämpfers (128) fest verbundenen ferromagnetischen Spulenkern aufweist, wobei bei einem Bewegen des ferromagnetischen Spulenkern gegenüber dem spulenförmig aufgewickelten Leiter die erste kinetische Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird und wobei ein an dem ferromagnetischen Spulenkern anliegender Stromfluss eine Beweglichkeit des Spulenkerns gegenüber dem Leiter beeinflusst.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei eine von der ersten Energieableiteeinrichtung (108) erzeugte Energie zumindest teilweise, insbesondere mit einem vordefinieren Anteil, den an dem Schwingungsdämpfer (128) anliegenden Stromfluss realisiert.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Feder (107, 117, 117b, 117c) Metall und/oder Kunststoff aufweist und eine Druckfeder und/oder eine Zugfeder, insbesondere eine Spiralfeder und/oder eine Schraubenfeder ist.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Ende und das zweite Ende der ersten Feder(107, 117, 117b, 117c), das erste Ende und das zweite Ende der ersten Energieableiteeinrichtung (108), insbesondere die Hülse (109a) und der Permanentmagnet (109b), und/oder das erste Ende und das zweite Ende der zweiten Energieableiteeinrichtung (118, 128) jeweils mittels eines Kugelgelenks, einem in eine Öse einhängbaren Haken und/oder eines schraubbaren Befestigungsmittels insbesondere axial positioniert an der Innenwandung (I) des Hohlkörpers (103) und/oder an dem Grundkörper (105) angeordnet sind.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Energieableiteeinrichtung (108) ein erster Lineargenerator ist.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hohlkörper (103) eine Hohlkugel und/oder ein beliebiges Polyeder und/oder wobei der Grundkörper (105) eine Vollkugel und/oder ein beliebiges Polyeder ist.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl erste Federn (107, 117, 117b, 117c), eine Vielzahl erste Energieableiteeinrichtungen (108) und eine Vielzahl zweite Energieableiteeinrichtungen (128) aufweist, wobei die vorgenannten Elemente im Wesentlichen äquidistant zueinander über eine Außenmantelfläche des Grundkörpers (105) und eine Innenmantelfläche (I) des Hohlkörpers (103) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an dem Grundkörper (105) zusätzlich zumindest eine zu dem Grundkörper (105) beabstandete Trägheitsmasseeinrichtung (111) angeordnet ist, welche die Massenträgheit des Grundkörpers (105) insbesondere gegenüber einer Rotation erhöht, sodass ein Energiegewinnungsgrad erhöht ist.
Energieumwandlungssystem (131), aufweisend zumindest eine Vorrichtung (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie einen Energiespeicher (133), welcher mittels eines elektrischen Leiters (135) mit zumindest der ersten Energieableiteeinrichtung (108) und/oder der zweiten Energieableiteeinrichtung (118, 128) verbunden ist und eine mittels zumindest der ersten Energieableiteeinrichtung (108) und/oder der zweiten Energieableiteeinrichtung (118, 128) gewonnene elektrische Energie empfängt, weiterleitet und/oder speichert.
Fluiddurchströmte Wellennutzungsanlage (141), welche eine Vielzahl Vorrichtungen (101a, 101b, 101c, 101d) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zumindest eine Haltevorrichtung (143, 145) zum Halten der Vielzahl Vorrichtungen (101a, 101b, 101c, 101d) und einen Energiespeicher (133) aufweist, welcher mit jeweiligen elektrischen Leitern (135) mit Energieableiteeinrichtungen (108, 118, 128) der Vielzahl Vorrichtungen (101a, 101b, 101c, 101d) verbunden ist und die mittels der Vielzahl Vorrichtungen (101a, 101b, 101c, 101d) gewonnene elektrische Energie empfängt, weitergibt und/oder speichert, wobei die Wellennutzungsanlage (141) eingerichtet ist, mittels der zumindest einen Haltevorrichtung (143, 145) einen jeweiligen und/oder einen gemeinsamen Bewegungsraum der Vielzahl Vorrichtungen (101a, 101b, 101c, 101d) zu begrenzen.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer kinetischen Wellenenergie eines Fluids (W), aufweisend einen von dem Fluid (W) durchströmten Rahmen (203) mit einem Welleneinlass (207) und einem Wellenauslass (209) sowie zumindest eine erste Energieaufnahmeeinrichtung (211) und eine zweite Energieaufnahmeeinrichtung (213), welche in einem Bereich zwischen dem Welleneinlass (207) und dem Wellenauslass (209) angeordnet sind und bei ihrer Beschleunigung elektrische Energie erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energieaufnahmeeinrichtung (211) mittels eines ersten Verbindungselementes (217a, 217b) mit der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung (213) und/oder die erste Energieaufnahmeeinrichtung (211) mittels eines zweiten Verbindungselementes (217a, 217b) und/oder die zweite Energieaufnahmeeinrichtung (213) mittels eines dritten Verbindungselementes (217a, 217b) mit dem Rahmen (203) der Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) verbunden ist oder sind, sodass mittels des ersten Verbindungselements (217a, 217b), des zweiten Verbindungselements (217a, 217b) und/oder des dritten Verbindungselements (217a, 217b) ein vordefinierter Bewegungsbereich (B1, B2) der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung (213) gegenüber der ersten Energieaufnahmeeinrichtung (211) und/oder der zweiten Energieaufnahmeeinrichtung (213) und/oder der ersten Energieaufnahmeeinrichtung (211) gegenüber dem Rahmen (203) realisiert ist.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach Anspruch 12, wobei das erste Verbindungselement (217a, 217b), das zweite Verbindungselement (217a, 217b) und/oder das dritte Verbindungselement (217a, 217b) als zugkraftaufnehmende Verbindung ausgeführt ist , sodass der vordefinierter Bewegungsbereich mittels der Ausgestaltung und/oder des Zusammenwirkens des ersten Verbindungselements (217a, 217b), des zweiten Verbindungselements (217a, 217b) und/oder des dritten Verbindungselements (217a, 217b) realisiert ist.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der vordefinierte Bewegungsbereich (B1, B2) in eine erste Raumrichtung, welche insbesondere orthogonal zu einer Wellenausbreitungsrichtung (205) von dem Welleneinlass (207) zu dem Wellenauslass (209) orientiert ist, in eine senkrecht zu der ersten Raumrichtung orientierte zweite Raumrichtung, welche insbesondere in der Wellenausbreitungsrichtung (205) orientiert ist, und/oder in eine senkrecht zu der ersten Raumrichtung und zweiten Raumrichtung orientierte dritte Raumrichtung erstreckt.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Bereich zwischen dem Welleneinlass (207) und dem Wellenauslass (209) eine Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) vorliegen.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach Anspruch 15, wobei die Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) mittels jeweiliger Verbindungselemente (217a, 217b) in einer Gitterstruktur (237) angeordnet sind und ein jeweiliger Bewegungsbereich (B1, B2) der Vielzahl Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) innerhalb der Gitterstruktur (237) mittels Ausführung der Verbindungselemente (217a, 217b) als zugkraftaufnehmende, flexible und/oder biegbare Verbindungselemente (217a, 217b) realisiert ist, sodass eine Energieerzeugung mittels kinetischer Wellenenergie und Wechselwirkung von Bewegungen der Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) und/oder Verbindungselemente (217a, 217b) realisiert ist und/oder wobei die Verbindungen der Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) innerhalb der Gitterstruktur (237) elastisch sind und ein Bewegungsbereich der Energieaufnahmeeinrichtungen (211, 213) mittels einer vordefinierten Beweglichkeit der Gitterstruktur (237) gegenüber dem Rahmen (203) der Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) realisiert ist, sodass eine Energieerzeugung mittels kinetischer Wellenenergie und Bewegung der Gitterstruktur (237) gegenüber dem Rahmen (203) induziert ist.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (203) in dem Fluid (W) schwimmend angeordnet ist und/oder wobei der Rahmen (203) mittelbar oder unmittelbar an einer Bodenfläche (G) angeordnet ist, auf welcher das Fluid (W) mit einer Füllhöhe vorliegt, wobei der Rahmen (203) entlang seiner Höhe vollständig und/oder teilweise von dem Fluid (W) bedeckt ist.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Energieaufnahmeeinrichtung (211) und/oder die zweite Energieaufnahmeeinrichtung (213) einen jeweiligen elektrischen Leiter (215) zum Abführen einer gewonnenen elektrischen Energie aufweist oder aufweisen und/oder wobei die erste Energieaufnahmeeinrichtung (211) und/oder die zweite Energieaufnahmeeinrichtung (213) mittels des jeweiligen elektrischen Leiters (215) mit einem Speicher (223) für elektrische Energie und/oder einem Energieversorgungsnetz verbunden ist oder sind und die gewonnene elektrische Energie in den Speicher (223) und/oder das elektrische Energieversorgungsnetz einspeist oder einspeisen.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Welleneinlass (207) und/oder der Wellenauslass (209) einen einstellbaren Wellenregulator (219, 221) aufweist, sodass ein Welleintritt in die Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c), eine Wellenausbreitung in der Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) und/oder ein Wellenaustritt aus der Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) regulierbar ist.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach Anspruch 19, wobei der einstellbare Wellenregulator (219, 221) eine verschiebliche Vorderwand (221) und/oder Rückwand ist und/oder drehbare Lamellen (219) aufweist, wobei ein Reflexionsgrad des einstellbaren Wellenregulators (219, 221) mit einer Stellung der verschieblichen Vorderwand (221) und/oder Rückwand und/oder mit einer Stellung der Lamellen (219) korrespondiert.
Wellennutzungsanlage (201a, 201b, 201c) nach Anspruch 19 oder 20, wobei der einstellbare Wellenregulator (219, 221) mittels einer Steuerungseinrichtung automatisch einstellbar, insbesondere an eine aktuelle Wellenenergiebedingungen anpassbar, ist.