專利名稱：海浪能發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠用來從水體的海浪提取能量通過轉(zhuǎn)換這種能量為有用能量的發(fā) 生器。
背景技術(shù)：
近年來，人們?nèi)找嬷匾曢_發(fā)可再生能源的需要，以致它為全球能源生產(chǎn)作出重要 貢獻。政府目標、與不可再生能源有關(guān)的發(fā)行物的媒體描述，和不斷增加的能源成本的組合 已經(jīng)產(chǎn)生了一種用于可再生能源系統(tǒng)開發(fā)的強大驅(qū)動力。礦物燃料對我們的環(huán)境的負面影響是眾所周知的，與核能有關(guān)的問題和高成本同 樣是眾所周知的。另一方面，可再生能源的巨大自然豐富的利用僅僅受到我們捕獲并以經(jīng) 濟可行價格供應(yīng)的能力限制。一種潛在的可再生能源是海浪能——在世界所有大洋和大海里可得到的一種豐 富且持續(xù)的能源。各種海浪能產(chǎn)生裝置已經(jīng)作為捕獲這種能源的潛在方法出現(xiàn)，然而，目前 的裝置有許多不足之處，沒有一種裝置有證明長期可靠開發(fā)可用資源的能力。用于從海浪能發(fā)電的現(xiàn)有設(shè)計可以分成六大類浮動衰減器，波濤轉(zhuǎn)換器，振蕩水 柱裝置，漫溢裝置，水下壓差裝置和點吸收器。這些大多數(shù)要么浮動要么建在海床上。也有 不容易分類的其它類型裝置，例如是被海浪直接翻轉(zhuǎn)的柔軟靈活結(jié)構(gòu)或者轉(zhuǎn)子。每個這些 不同的嘗試有自己固有的優(yōu)點和缺點。衰減器是通過鉸接接頭連接浮動物體的裝置。當海浪通過裝置下面時，這些物體 要么是波峰要么是波谷地各自獨立地連成一線，，使得裝置在鉸接接頭周圍彎曲。鉸接接頭 受制于將接頭的彎曲轉(zhuǎn)換為有用能量的能量轉(zhuǎn)換器。衰減器具有容易設(shè)想和建造的優(yōu)點，當整個結(jié)構(gòu)設(shè)計為浮動時通過海面還易于傳 輸。它們也普遍易于安裝和維護，因為裝置的工作部件容易取得。然而，衰減器存在固有的缺點。因為海浪通常有數(shù)十米的波長范圍，所有衰減器必 須極長以使不同的物體對準交替的波峰和波谷。類似地，在物體間距固定下，衰減器僅僅能 在唯一的設(shè)定波長處工作在最佳效率。當波長離開最佳值時效率下降。衰減器也不得不對 齊波浪的方向，如果膨脹方向顯著不同于裝置的軸，那么效率將再次顯著下降。當整個機器 在海面上或者暴露于風暴中時，這些裝置的幸存性也要關(guān)注，物體間的接合處會特別薄弱。 包含衰減器的裝置的一個例子公開在W00017519中。在結(jié)構(gòu)上點吸收器各不相同，但是一般包含被海浪移動的平衡浮子和相對固定的 反應(yīng)器。在平衡浮子和反應(yīng)器之間的相對運動繼而受制于產(chǎn)生能量的能量轉(zhuǎn)換器。點吸收 器具有靈活定位和能夠從所有方向吸收海浪能量的優(yōu)點，缺點是與特定類型有關(guān)。有些點吸收器是完全浮動的裝置，其在反應(yīng)器里有一構(gòu)造能使它們自反應(yīng)。這有 使裝置易于輸送和安裝的優(yōu)點。自反應(yīng)器經(jīng)常采取海錨的形式，海錨具有水面浮子能夠在 其上升起的大水面區(qū)域。自反應(yīng)的另一種方法是吊重共振響應(yīng)由海浪引起的浮子的周期性 運動。
現(xiàn)有自反應(yīng)裝置的缺點是能量轉(zhuǎn)換器和裝置的其余部分一般定位在水面上，從而 暴露于風暴的損害中。共振的點吸收器增加了僅有一個最佳共振頻率的缺點，否則它們要 以額外復雜性和成本并入可變的調(diào)諧機構(gòu)。有些點吸收器裝置將反應(yīng)器置于海床上。這有提供一種幾乎不動的反應(yīng)平臺的優(yōu) 點，并且置于海床上的裝置的任何部件不受海面風暴破壞。這種嘗試的負面是海床基底的 裝置是困難的，因此安裝和維護成本都很高。共振、自反應(yīng)的點吸收器裝置的一個例子公開 在 W00196738 中。波濤轉(zhuǎn)換器利用海浪的來回運動產(chǎn)生能量。通常它們包含在樞轉(zhuǎn)接點上的大槳， 大槳被波濤推拉并受制于能量轉(zhuǎn)換器。波濤轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是易于設(shè)想和建造。然而波濤轉(zhuǎn)換器也有幾個缺點。它們通常僅僅在淺水區(qū)有效，因為一旦水深顯著 降低廣闊海浪的循環(huán)運動僅轉(zhuǎn)換成波濤。它們還需要牢固地固定在海底的基座，以便整個 裝置不會隨著波濤偏置。另外，它們可能遭受破碎波浪的沖擊，幸存性是一嚴重問題。波濤 轉(zhuǎn)換器裝置的一個例子公開在W02006100436中。振蕩水柱裝置使用一局部浸入水中的中空結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在一水柱上面附上一氣 柱。柱體在水線下與海連通，使得海浪的影響進入到此結(jié)構(gòu)從而使水柱上升和下降，這轉(zhuǎn)而 使氣柱跟隨。氣柱通過產(chǎn)生能量的渦輪機流進和流出大氣。渦輪通常是雙向威爾斯渦輪機 (Wells turbine)，以便它能在海浪上升和下降時以相同的方式持續(xù)旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)振蕩水柱 裝置內(nèi)置在海提或峭壁，但它們也能建成海上浮動結(jié)構(gòu)。振蕩水柱裝置的優(yōu)點是唯一可用的部件——渦輪機一一不在水里，因此易于接近 和維護。它們也適合以成本有效的方式建在防波提類型的結(jié)構(gòu)里。然而，振蕩水柱裝置存在一些明顯的缺點。通過使用低密度可壓縮介質(zhì)操作渦輪， 操作渦輪的空氣的使用意味著顯著犧牲了效率。海岸基底結(jié)構(gòu)僅僅遭受相對低的海浪能 量，因為大的海浪會在它們到達海岸前打破并消耗掉自己。離岸裝置必須非常大以便裝置 相對于海浪保持固定，它們也必須在水面上有大的體積，使它們易受到風暴損壞，并成為航 運的危險。振蕩水柱裝置的一個例子公開在GB2250321中。漫溢裝置通過在海平面上創(chuàng)建貯水池工作，貯水池被海浪自然流淌成一個斜坡來 充入水。貯水池然后通過包含渦輪的渠道排水。收集器經(jīng)常用于聚集波浪進入貯水池，改 進能量捕獲。漫溢裝置可以建在海岸里或者是近海的浮動裝置。漫溢裝置的優(yōu)點是能量輸出平滑，其通過貯水池消除必須被其它裝置處理的尖 峰。漫溢裝置的困難與振蕩水柱裝置的那些相似。海岸基底裝置不能遭受高的海浪能 量，然而近海裝置必須大得足夠有效，因此易受風暴的侵蝕和對航運構(gòu)成威脅。離岸裝置也 有匹配坡度高度為浪高的問題如果坡度太大那么裝置不能在小浪情況下捕獲任何能量， 如果坡度太小那么大浪將會從裝置上沖回而能量會損失掉。浮動漫溢裝置的一個例子公開 在 W09600848 中。水下壓差裝置通過利用高處海浪通過時產(chǎn)生的水下靜水壓力的變化工作。這些裝 置通常包含一個可壓縮室，當海浪通過上方時，可壓縮室響應(yīng)它經(jīng)歷的壓差運動，該運動受 制于產(chǎn)生能量的能量轉(zhuǎn)換器。通常它們也建在淺水區(qū)的海床上，因為這能引起海浪上升，在 壓力上造成一個顯著的百分比變化。
水下壓差裝置的優(yōu)點是它們憑借定位在海床上免受風暴的毀壞，并能夠利用來自 任何方向的海浪產(chǎn)生能量。然而水下壓差裝置也有一些明顯的缺點。為了使海浪產(chǎn)生的壓差在總壓中占有相 當大的比例，相應(yīng)需要使可壓縮室能顯著的壓縮和膨脹，其所定位的水深必須是適度淺的， 然而如果水深太淺裝置將會遭受碎浪。因此適合于壓差裝置的深度范圍是非常有限的。水 下壓差裝置也需要安置在或固定在海底，這大大增加了安裝和服務(wù)的成本。水下壓差裝置 的一個例子公開在W02008149084中。很顯然，海浪能裝置仍有顯著的缺點，在最好的情況下，顯示出它們在能源產(chǎn)生上 是高成本的。在最壞的情況下，一些裝置不可避免地證實了完全不適宜用于海洋環(huán)境，且不 能長期實用。已知裝置中，浮動點吸收器似乎在從海浪提取能源中提供了最少問題的解決方 案。定位靈活、安裝簡單、易于服務(wù)、合理運輸和合理存活的優(yōu)點使它們最有可能滿足從海 洋可靠地提取能源的要求。然而，目前可用的浮動點吸收器裝置還遠遠沒有一個最佳的解決方案。它們在海 面上有重要的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)易受風暴的破壞，對航運構(gòu)成威脅，造成視覺上的刺眼。在多種 裝置上它們的輸送能力是一種改進，但是它還可以大大提高。減緩上述缺點的一種改進的點吸收器裝置提供了一種涉及從海浪提取有用能源 的更優(yōu)越的技術(shù)解決方案。這樣一種改進的裝置應(yīng)當滿足以下標準它應(yīng)當是簡單結(jié)構(gòu)，在制造上性價比高；它應(yīng)當易于運輸，以便單個或多個單元能夠長距離地便于運輸和節(jié)約成本；它應(yīng)當用基于海面的簡單程序易于安裝，以便連接到停泊線和能源母系；它應(yīng)當服務(wù)和現(xiàn)場維護簡單，也應(yīng)當易于從現(xiàn)場拆卸，以便進行重大服務(wù)；它應(yīng)當易于退役，以便在裝置的工作年限結(jié)束時沒有額外的成本；它應(yīng)當在海洋環(huán)境中生存，并能經(jīng)受劇烈的風暴，最好沒有重要的結(jié)構(gòu)位于或接 近于海面；它不應(yīng)當通過在海面上擁有大的或硬的結(jié)構(gòu)而對航運構(gòu)成威脅或者造成大的視 覺影響；它應(yīng)當有一個簡單而有效的能源捕獲機構(gòu)；它應(yīng)當能夠吸收來自于任何方向的海浪能量；它應(yīng)當可安置在包括很深水的各種深度的水中；以及它不應(yīng)當在操作時對海洋生物構(gòu)成任何威脅，它的安裝或拆裝應(yīng)當最低限度地干 擾海床。盡力解決一些上述問題的嘗試在先已有公開。例如，US7M5041公開了一種裝置， 其中一系列海浪操作漂浮物用偏置每一個漂浮物的彈簧懸著一常見的曲軸。常見曲軸的塊 體和周圍的外殼阻止漂浮物的運動，但沒有使其慣性能夠進一步增加的方法，或者沒有能 使裝置實現(xiàn)便利運輸配置的方式。AU5581273公開了一種點吸收器裝置，其有一海底反應(yīng)構(gòu)件，該構(gòu)件可以充滿水以 增加它的慣性。然而，反應(yīng)構(gòu)件不偏向漂浮物，也沒有裝置實現(xiàn)便利運輸配置的方式。
JP55125364公開了一種點吸收器裝置，有一平板反應(yīng)構(gòu)件可移動地連接到水面漂 浮物并受制于一線性發(fā)生器。然而，反應(yīng)構(gòu)件的慣性不能增加，裝置沒有便利運輸?shù)呐渲?。US6229225公開了一種海底沖擊裝置，其中能量轉(zhuǎn)換器靠彈簧偏置。然而，該裝置 通過固定在海床上來被限制，因此很難安裝和維護。EP(^65594和W02008130295公開了點吸收器裝置，其中能量轉(zhuǎn)換器靠彈簧偏置。 這種裝置通過固定在海床上來被限制，因此很難安裝和維護。

發(fā)明內(nèi)容
因此根據(jù)本發(fā)明提供一種滿足上述標準的海浪發(fā)生器，其包括浮力裝置，其響應(yīng)海浪運動是可運動的；一可調(diào)節(jié)浮力的水面下反應(yīng)構(gòu)件，具有至少兩個浮力配置，水面下反應(yīng)構(gòu)件連接 到浮力裝置，并擁有慣性和/或阻力，以抵制由海浪運動引起的浮力裝置的運動；用于允許在水面下反應(yīng)構(gòu)件和浮力裝置之間相對運動的裝置；能量轉(zhuǎn)換裝置，用于將相對運動轉(zhuǎn)換成有用能量；以及偏置裝置(例如彈簧)，用于相對于浮力裝置定向地偏置水面海下反應(yīng)構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的海浪發(fā)生器是有益地點吸收裝置，點吸收裝置包括能沉入水中的海 底反應(yīng)體，通過連接線能沉入水中的海底反應(yīng)體從浮體懸浮。能量轉(zhuǎn)換器和偏置裝置(例 如一種彈性回復裝置)通常在連接線和反應(yīng)體之間工作；它們通常安裝在反應(yīng)體上。能沉入水中的反應(yīng)體在一足夠的深度處懸浮，以保證它在海面上海浪的影響之 下。因此由海浪引起的漂浮物的上下運動導致兩個物體之間的相對往復運動，這種相對往 復運動被能量轉(zhuǎn)換器所利用。為了利用由浮體或者水面漂浮物產(chǎn)生的往復力，能量轉(zhuǎn)換器提供一工作沖程，通 過此工作沖程能量轉(zhuǎn)換器工作。當海面平坦時，彈簧和能量轉(zhuǎn)換器置于沖程的中性位置，此 處反應(yīng)體的重量等于彈簧彈力。給予中性位置每側(cè)的沖程限定了系統(tǒng)的工作沖程。當海浪將運動傳遞到浮體或水面漂浮物上時，運動通過連接線傳送到彈簧和能量 轉(zhuǎn)換器。在連接線上彈簧保持拉力，并通過在向上的沖程上存儲能量使得能量轉(zhuǎn)換器在向 下的沖程上工作。能沉入水中的反應(yīng)構(gòu)件執(zhí)行提供一平臺的功能，漂浮物通過填充在其內(nèi)的大量海 水能夠相對該平臺起伏，海水給它相應(yīng)的大質(zhì)量和慣性。另外它有一大的水面區(qū)域垂直于 起伏力方向，從而通過大的拖曳提供進一步阻止運動的阻力。能沉入水中的反應(yīng)體通常是中空結(jié)構(gòu)，能夠有選擇地填充空氣或者水來調(diào)節(jié)它的 浮力。因此該裝置能夠具有其中反應(yīng)體充滿水的浸入水中的操作配置，以及其中反應(yīng)體充 滿空氣的浮力水面配置。如上所述，浸入水中的操作配置是水下的反應(yīng)體從水面漂浮物懸浮的。在浮力水面配置中，反應(yīng)體用充足的浮力漂浮在海面上，使它能夠承載裝置的所 有其它部件，并能夠穿過海面易于運輸。該裝置位于足夠深的水里，所有連接到停泊線和能 源母系的連接點能夠不沾水并易于接近。該裝置也可用水上所有可用的部件建立自己的穩(wěn) 定服務(wù)平臺以使維護時容易接觸?？諝馔ㄟ^依附到水面漂浮物的通氣管線可被注入到能沉入水中的反應(yīng)體。通氣管線要么與主要的連接線分離，要么與主要的連接線成一體。如果需要，可以通過遠離水面操 作的閥將反應(yīng)體中的空氣放掉。能沉入水中的反應(yīng)體還有流線型的船身形狀，以進一步增加便利性，通過此它可 以沿著海面拖拉。如果需要的話，水面漂浮物可由柔軟的充氣材料制成，以便萬一與水面船只相撞， 無論是船只還是漂浮物都不會受到嚴重損壞。對漂浮物來說柔韌的結(jié)構(gòu)也能使它在經(jīng)受水 面海浪時更有彈力。


參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實施例現(xiàn)詳細描述如下，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的海浪發(fā)生器的第一優(yōu)選實施例的透視局部剖視圖；圖2是圖1的海浪發(fā)生器在中性位置的局部剖視圖；圖3是圖1的海浪發(fā)生器經(jīng)歷波峰時的局部剖視圖；圖4是圖1的海浪發(fā)生器經(jīng)歷波谷時的局部剖視圖；和圖5是本發(fā)明的第二實施例在第一種配置時的透視圖；圖6是圖5的實施例在第二種配置時的進一步視圖；圖7是本發(fā)明的第三實施例在第一種配置時的透視圖；圖8是本發(fā)明的第四實施例的透視圖；和圖9和10示出了其中根據(jù)本發(fā)明的多個裝置彼此連接的陣列。
具體實施例方式整個附圖中相同的部件用相同的標號標注。參見圖1-4，示出了根據(jù)本發(fā)明的典型的海浪能量轉(zhuǎn)換裝置。該裝置包括以水面漂 浮物1的形式的移動體，水面漂浮物1隨著海浪運動；反應(yīng)體2，其位于海平面以下且遠離 水面海浪4的影響；和一條連接線3，其在由連接線3的長度設(shè)定的深度處將反應(yīng)體2吊在 水面漂浮物1上。該裝置進一步包括能量轉(zhuǎn)換器5，和設(shè)置用于在連接線和反應(yīng)體2之間的彈簧6。 能量轉(zhuǎn)換器5和彈簧6可以依附到或者安裝在反應(yīng)體2上。由海浪4引起的水面漂浮物1的運動導致水面漂浮物1和反應(yīng)體2之間的相對運 動。這種運動被能量轉(zhuǎn)換器5和彈簧6的工作沖程吸收利用來產(chǎn)生能量。反應(yīng)體2是中空的結(jié)構(gòu)，以致它包含一內(nèi)部空間7，其有選擇地充滿水或空氣以使 反應(yīng)體2的浮力可被調(diào)節(jié)。因此該裝置能夠具有其中反應(yīng)體2充滿水的操作配置，和其中 反應(yīng)體2充滿空氣的水面配置。通氣管線8和閥9共同把空氣注入到內(nèi)部空間7，或者將空氣從內(nèi)部空間7釋放。 全部或者部分通氣管線8可以與主連接線3集成在一起以避免纏結(jié)。能量母系10連接到該裝置，使產(chǎn)生的有用能量移送到需要它的地方。例如，這個 母系可以是連接到電網(wǎng)的電纜，或者是傳送高壓水到海水淡化廠的水管。停泊線11將該裝置相對于海床(未示出)定位，通常呈松弛狀態(tài)，允許諸如潮汐 的較大海洋運動，還提供極端海浪情況下的救援。反應(yīng)體2的深度根據(jù)連接線3的長度設(shè)定，而不是根據(jù)停泊線11。具體參考圖2-4，將更詳細地說明該裝置在它操作配置時的工作。在平坦海面12的中性位置(圖2)，反應(yīng)體2的重力W被來自于水面漂浮物1的 大小相等、方向相反的浮力B抵消，該浮力B等于彈簧彈力S。當彈簧6定位在水面漂浮物 1和反應(yīng)體2之間的系列位置時，在漂浮物1和反應(yīng)體2之間的所有力通過彈簧6被傳送。 事實上反應(yīng)體2放開彈簧6，彈簧6繼而放開漂浮物1 (通過連接線3)。當該裝置處于中性 位置時，能量轉(zhuǎn)換器5和彈簧6在它們整個工作沖程的中間位置。這通過在彈簧處于中性 位置時使反應(yīng)體2的重力W等于彈簧彈力S來實現(xiàn)。當該裝置經(jīng)歷海浪情況時，漂浮物1隨變化的海面高度上下運動。反過來這相對 于反應(yīng)體2運動了彈簧6和能量轉(zhuǎn)換器。這種相對運動被能量轉(zhuǎn)換器利用生成有用的能源。 圖3示出了當該裝置經(jīng)受波峰13時的裝置配置，圖4是一互補的波谷14。然而，因為在能量轉(zhuǎn)換器5和反應(yīng)體2之間發(fā)生了相對運動，所以需要克服彈簧6 和能量轉(zhuǎn)換器5的力必須顯著小于需要運動整個反應(yīng)體2的力。如果不是這樣，力是同樣 大小的話，結(jié)果會是整個反應(yīng)體2隨著漂浮物1上下移動，彈簧6和能量轉(zhuǎn)換器5的相對運 動大大減少，帶來在裝置輸出能量上的相應(yīng)下降。為了解決上述問題，一種辦法是需要在不改變重力W的情況下增加反應(yīng)體2運動 的阻力。這在優(yōu)選實施例中以兩種方式通過增加反應(yīng)體2的有效質(zhì)量從而增加慣性來實 現(xiàn)。首先，反應(yīng)體2的內(nèi)部空間7充滿了海水，這在不增加反應(yīng)體重量W的情況下使反應(yīng)體 的有效質(zhì)量大大增加。其次，反應(yīng)體2的形狀設(shè)置為有一大的水面區(qū)域15垂直于水面浮標 的運動方向(也就是平行于海面)，這水面給反應(yīng)體2的運動帶來了非常大的阻力影響。僅僅作為說明目的，在優(yōu)選實施例中彈簧6以卷簧示出，也可以采用任何合適的 彈簧回復或者定向偏置系統(tǒng)。其它類型彈簧或者定向偏置裝置的例子包括空氣彈簧，彈 性帶，液壓彈簧和螺線管。彈力回復6也可以是主動控制系統(tǒng)，為了使裝置的能量輸出最大 化，控制系統(tǒng)根據(jù)當時的海浪情況不斷改變。優(yōu)選實施例中的能量轉(zhuǎn)換器5也僅以示意說明，不意味著示出特定的系統(tǒng)。合適 的能量轉(zhuǎn)換器包括線性發(fā)電機，液壓驅(qū)動器，液體泵以及機架和齒輪系統(tǒng)，然后它們連接 到旋轉(zhuǎn)發(fā)生器上。與彈簧6 —樣，能量轉(zhuǎn)換器5可以被控制使輸出最大化。在某些情況下，例如在液壓系統(tǒng)中，彈簧6和能量轉(zhuǎn)換器5可以合并成一個單一系 統(tǒng)，從而降低了復雜性和成本。當裝置在它的水面配置時，為了使所有連接到停泊線11和能源母系10的連接點 可以除掉水且易于接近，反應(yīng)體2在水中要坐落在足夠深的地方。該裝置也可用水上所有 可用的部件建立自己的穩(wěn)定服務(wù)平臺以使維護時容易接觸。此外，裝置的形狀使它在海面 上易于拖拉，在需要時僅用相對小的船就可以。參考圖5和6，示出了本發(fā)明的第二實施例。第二實施例使用喇叭口形的水面漂浮 物16，喇叭口形的水面漂浮物16針對同樣的漂浮物體積增加了裝置能夠捕獲的海浪正面 的面積。第二實施例的反應(yīng)體2也包括一個船形的外殼17，外殼17有一上甲板18和流線 型的側(cè)面，這樣的形狀進一步提高了在海面4上該裝置的輸送能力。參考圖6，具體示出了在水面配置時的裝置。反應(yīng)體2的漂浮足以使反應(yīng)體自身 和裝置的所有其它部件不沾水。反應(yīng)體2因此能夠履行為整個裝置運輸筏和服務(wù)平臺的功能。圖6也示出了該裝置一種可行的運輸配置喇叭口形的水面漂浮物16能被裝載在 反應(yīng)體2的甲板18上，能量轉(zhuǎn)換器5和彈簧6通過漂浮物16的中心孔伸出，將漂浮物16 牢固固定在位置上。連接線3和/或通氣管線8在反應(yīng)體2的甲板18上以方便的方式盤繞。當裝置被安裝時，隨著空氣從反應(yīng)體2釋放，漂浮物16自動配置，裝置實現(xiàn)它的操 作配置(參考圖6)。第二實施例其它方面的操作與第一實施例的相應(yīng)方面相似。參考圖7，示出了本發(fā)明的第三實施例。第三實施例不同于前面的實施例，增加了 在能量轉(zhuǎn)換器5和反應(yīng)體2之間的鉸接點19。當海浪20的斜面使漂浮物1來回和上下移 動時，鉸接點使能量轉(zhuǎn)換器5與水面漂浮物的運動對準。相同的效果可通過額外增加一根 在能量轉(zhuǎn)換器5和反應(yīng)體2之間的連接線3來實現(xiàn)。第三實施例其它方面的操作與第一實施例和第二實施例的相應(yīng)方面相似。參考圖8，示出了本發(fā)明的第四實施例。第四實施例包含多個漂浮物16、連接線3 和連接到普通反應(yīng)體2上的能量轉(zhuǎn)換器5。同樣能量輸出下，與一組單個裝置相比，這種布 局使一個裝置有更大的能量輸出，并改進了運輸和安裝的便利性。第四實施例也顧及到了降低成本，因為裝置子系統(tǒng)的數(shù)目相比于相等輸出的多個 裝置有所減少。例如，如果液壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)被使用，來自于各個液壓活塞的輸出會被送到 一個唯一的液壓蓄能器和發(fā)生器。停泊線和能源母系的數(shù)目也會減少。第四實施例其它方面的操作與前述實施例的相應(yīng)方面相似。參考圖9和10，示出了裝置多個安裝方式中的兩種可行布置。為了海浪能量轉(zhuǎn)換 器產(chǎn)生對全球能源生產(chǎn)起影響作用需要的大量能源，需要成百上千的裝置陣列。因此任何 單個裝置適宜于安裝作為這種陣列的一部分是很重要的。圖9示出了一個陣列，該陣列中根據(jù)本發(fā)明的多個裝置通過貫通線21連接起來， 貫通線21將水面漂浮物1相互連接起來。裝置的數(shù)目可以在示出的基礎(chǔ)上增加，陣列可以 在一個方向或者兩個方向上延伸。陣列的末端連接到定位漂浮物22，漂浮物22依次連接到 錨重23。來自每個裝置的能源母系10可以連接到公共的水下接線盒M，以使需要傳送能 源到所需地方需要的水下布線或管道數(shù)量最小化。圖10示出了一個陣列，該陣列中多個裝置通過貫通線21連接起來，貫通線21鏈 接每個裝置的反應(yīng)體2。在此陣列末端的反應(yīng)體2直接連接到錨重23。與圖8示出的陣列 一樣，可鏈接任意數(shù)量的裝置，并可采取任意形狀的兩維陣列。拿一般系統(tǒng)來說，這種設(shè)計的許多好處使它特別適用于以下目的工作期間僅有裝置的水面漂浮物1在水面上提供了顯著的優(yōu)點。漂浮物1可由非 剛性充氣材料制成(例如商標為“Hypalon”的材料)，這有助于降低成本，同時意味著與水 面船只的意外碰撞不會對雙方造成損壞。僅有一個漂浮物在水面上意味著裝置的視覺影響 也將是最小的。從海面下連接線3懸浮裝置的反應(yīng)體2和能量轉(zhuǎn)換器5，結(jié)果是系統(tǒng)的所有復雜部 件都遠離了由水面海浪4產(chǎn)生的潛在沖擊力。
當遭遇極端情況時，裝置能夠自我保護，因為施加在反應(yīng)體2上的最大作用力僅 僅等于水面漂浮物1的整個浮力。非常大的海浪只會浸沒在漂浮物1里，而不能對反應(yīng)體2 施加任何更大的負荷。水面漂浮物1的整個浮力可以被設(shè)置，以便它能等于在最大上升沖 程時的彈簧彈力S，確保系統(tǒng)不能被巨大海浪所振蕩。向下撞擊在漂浮物1上的反常破浪會造成連接線3暫時變松，但一根柔韌的線不 能傳送壓縮力。因此破浪不能在系統(tǒng)上施加異常載荷。在正常情況下，彈簧6始終使連接 線3保持張緊。裝置的安裝程序很簡單，通常包括以下步驟將裝置從港口拉到部署地；將預先 裝上的停泊線11和能源母系10連接到裝置上；從反應(yīng)體2釋放出空氣，反應(yīng)體2沉下去并 從水面漂浮物1懸?。话l(fā)生器然后工作。服務(wù)/移動程序同樣簡單服務(wù)容器綁在水面漂浮物1上；壓縮的空氣供應(yīng)依附 到通氣管線8，反應(yīng)體2充滿空氣并被帶到水面；可行時在現(xiàn)場啟動服務(wù)，當完成時根據(jù)以 上所述再次釋放空氣；如果需要場外服務(wù)，那么停泊線11和能源母系10斷開連接，將裝置 拉到港口。在此公開的本發(fā)明已參考典型的實施例進行了說明，但是能被想到的其它實施例 仍然是本發(fā)明的保護范圍。例如，僅僅將反應(yīng)體從連接線懸浮彈簧和能量轉(zhuǎn)換器就可被轉(zhuǎn) 移到水面漂浮物。替換地彈簧和能量轉(zhuǎn)換器可以定位在或接近連接線的中間。
1權(quán)利要求
1.一種用于將水體的海浪運動轉(zhuǎn)換成有用能量的發(fā)生器，該發(fā)生器包括浮力裝置，其響應(yīng)所述海浪運動是可運動的；可調(diào)節(jié)浮力的水面下反應(yīng)構(gòu)件，具有至少兩個浮力配置，所述水面下反應(yīng)構(gòu)件連接到 所述浮力裝置并擁有慣性和/或阻力以抵制由所述海浪運動引起的所述浮力裝置的運動；用于允許在所述水面下反應(yīng)構(gòu)件和所述浮力裝置之間相對運動的裝置；能量轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述相對運動轉(zhuǎn)換成所述有用能量；以及偏置裝置，例如彈簧，用于相對于所述浮力裝置定向偏置所述水面下反應(yīng)構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于該水面下反應(yīng)構(gòu)件有一內(nèi)部空間，其有 選擇地被水和空氣中的至少一種填充以相應(yīng)改變浮力和慣性中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)生器，其特征在于該水面下反應(yīng)構(gòu)件形狀為對沿著 基本垂直于水體的水面的軸線的運動產(chǎn)生阻力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的發(fā)生器，其特征在于水面下反應(yīng)構(gòu)件有一最大 浮力配置，其中水面下反應(yīng)構(gòu)件在所述水體的水面上能夠漂浮，最大浮力配置優(yōu)選地足以 漂浮發(fā)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)生器，其特征在于該水面下反應(yīng)構(gòu)件在最大浮力配置下 沿著水體的水面流線型地運動。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的發(fā)生器，其特征在于該水面下反應(yīng)構(gòu)件被浮力裝置 懸浮，和/或其中位于水面下反應(yīng)構(gòu)件與浮力裝置之間的連接包含一柔性線。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的發(fā)生器，其特征在于用于允許相對運動的裝置允許 基本往復運動，并限定了所述往復運動的一個工作沖程。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的發(fā)生器，其特征在于該偏置裝置由水面下反應(yīng)構(gòu)件 的懸浮重量被部分地克服，和/或其中能量轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于海下反應(yīng)構(gòu)件內(nèi)或海下反應(yīng)構(gòu) 件上。
9.用于產(chǎn)生海浪能的裝置，所述裝置包括可調(diào)節(jié)浮力的能沉入水中的構(gòu)件，具有至少兩個浮力配置，所述至少兩個浮力配置是 浮力水面配置和水下操作配置；以及海浪能發(fā)生器，其與所述能沉入水中的構(gòu)件耦合，或定位在所述能沉入水中的構(gòu)件上， 或者設(shè)在所述能沉入水中的構(gòu)件內(nèi)；其中所述能沉入水中的構(gòu)件當所述水下操作配置時為所述海浪能發(fā)生器提供反應(yīng)構(gòu) 件或者操作平臺，所述裝置可選擇地包括響應(yīng)海浪運動的可運動的浮力裝置和用于相對于 浮力裝置定向偏置能沉入水中的構(gòu)件的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于該能沉入水中的構(gòu)件有一內(nèi)部空間，其 有選擇地被水和空氣中的至少一種填充以相應(yīng)改變浮力和慣性中的至少一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于該能沉入水中的構(gòu)件形狀為對沿 著基本垂直于水體的水面的軸線的運動產(chǎn)生阻力。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項所述的裝置，其特征在于當該能沉入水中的構(gòu)件在 其水面配置時，該能沉入水中的構(gòu)件為發(fā)生器提供一個筏。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任一項所述的裝置，其特征在于能沉入水中的構(gòu)件在其水 面配置時沿著海面流線型地運動，且其中在水中操作配置時該能沉入水中的構(gòu)件優(yōu)選地從浮力裝置懸浮。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，包括用于允許在浮力裝置和能沉入水中的構(gòu)件之間 相對運動的裝置，和/或?qū)⒏×ρb置和能沉入水中的構(gòu)件之間的相對運動轉(zhuǎn)換成有用能量 的能量轉(zhuǎn)換裝置。
15.一種產(chǎn)生能量的方法，該方法包括將根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的發(fā)生器或者根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一項所述的 裝置部署在水體里；將反應(yīng)構(gòu)件浸沒在水體的水面以下； 使海浪運動產(chǎn)生所述相對運動；以及作為所述水體的海浪運動的結(jié)果，典型地通過所述反應(yīng)構(gòu)件和所述浮力裝置之間的所 述相對運動從所述發(fā)生器產(chǎn)生諸如電能的能量。
全文摘要
發(fā)生器包括漂浮物(1)，其響應(yīng)水體的海浪運動是可運動的；可調(diào)節(jié)浮力的能沉入水中的反應(yīng)構(gòu)件(2)，具有至少兩個浮力配置，該反應(yīng)構(gòu)件連接到漂浮物并設(shè)置用于阻止海浪運動引起的漂浮物的運動；能量轉(zhuǎn)換器(5)，用于將這種往復運動轉(zhuǎn)換成有用能量；和偏置裝置，例如彈簧(6)，用于定向偏置往復運動。漂浮物相對于反應(yīng)構(gòu)件的位移被允許，響應(yīng)這種位移產(chǎn)生往復運動。
文檔編號F03B13/18GK102149918SQ200980136012
公開日2011年8月10日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者加雷思·斯托克曼, 格雷厄姆·福斯特 申請人:海洋能源系統(tǒng)有限公司